基于OriginLabTalk的精餾塔理論塔板數(shù)計(jì)算

1、基于 Origin LabTalk 的精餾塔理論塔板數(shù)計(jì)算張巍青 余 靜 張宜飛 趙 強(qiáng) 趙媛媛 化學(xué)與化工學(xué)院指導(dǎo)教師 : 于 濤 化學(xué)與化工學(xué)院摘 要: 開發(fā)了一種使用 Origin 軟件對(duì)精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖解法處理的方法， 以苯甲苯混合液實(shí)驗(yàn)體系為例，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過 LabTalk 腳本語言 繪制出梯級(jí)圖，以圖解法分別求解出實(shí)驗(yàn)所需理論塔板數(shù)和加料板位置。結(jié)果表明 該方法具有方便、快捷、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，并且可以有效提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處 理能力。關(guān)鍵詞：精餾實(shí)驗(yàn);精餾計(jì)算；圖解法;Origin軟件、八前言精餾是工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的傳質(zhì)單元操作，利用液體混合物中各組分間揮發(fā) 度的

2、差異，以熱能為媒介，實(shí)現(xiàn)混合物的高純度分離，廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕 工、食品、冶金等行業(yè)。因此，精餾實(shí)驗(yàn)也是化工原理實(shí)驗(yàn)中最重要的實(shí)驗(yàn)之一， 在計(jì)算精餾塔理論板數(shù)時(shí)，1 一般采用逐板計(jì)算法(Lewis Mathson法)或圖解法(McCabe,Thiele法)。其中逐板計(jì)算法以雙組分精餾的平衡線方程和操作線方程為基礎(chǔ)，在計(jì)算過程中交替使用這兩個(gè)方程求算塔內(nèi)氣液相組成，從而確定精餾所需理論板數(shù)。圖解法的基本原理與逐板計(jì)算法完全相同，只是分別用相平衡曲線和操作線代替了逐板計(jì)算法中的相平衡方程和操作線方程，并用畫直角梯形線的方法代替了繁雜的計(jì)算。圖解法的優(yōu)點(diǎn)在于簡便和直觀，但準(zhǔn)確性和可靠性也相對(duì)較

3、差。而借助計(jì)算機(jī)軟件輔助 進(jìn)行數(shù)據(jù)與圖形處理，不僅可以減少人為誤差、提高效2-3 率和精確度，還可有效地鍛煉學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，培養(yǎng)其科學(xué)研究素養(yǎng)。 Origin 是美國 OriginLab 公司開發(fā)的一種圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件，具有 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和繪圖功能 4 。本文利用 Origin7.0 軟件的 LabTalk 腳本語言， 開發(fā)出一種二元精餾塔理論塔板數(shù)的計(jì)算方法。1. 材料與方法1.1 Origin LabTalkOrigin 除了提供使用方便的圖框、工具之外，還提供了編程語言，便于用戶進(jìn) 行自定義操作，這種編程語言就是 LabTalk。LabTalk是一種功能完整的編程語 言，它

4、能夠?qū)崿F(xiàn) Origin 軟件中的所有操作，其語法結(jié)構(gòu)類似于 C 語言，但又不完 全相同。 LabTalk 還包含了帶有功4 能選擇和參數(shù)的DOS類型命令，并具有和VB相似的對(duì)象屬性和方法。另外LabTalk 可以自定義對(duì)象，從而增加了靈活性，令用戶在使用 Origin 時(shí)更加自 由。1.2 計(jì)算流程定義函數(shù)庫、x、x、R、q 給定 xDWF擬合氣液平衡數(shù)據(jù)，繪制平衡曲線 調(diào)整坐標(biāo)軸范圍，繪制對(duì)角線、參考線 繪制精餾操作線、 q 線、提餾操作線No if (x>x) aDYes繪制精餾段梯級(jí)線No >x) if (xbWYes繪制提餾段梯級(jí)線結(jié)果顯示圖 1 LabTalk 圖解法計(jì)算

5、精餾塔理論板數(shù)流程圖1.3 LabTalk 腳本程序/ 定義函數(shù)庫void Plot_Data(string strTemplate, string strData)GraphPage graph;BOOL bOK=graph.Create(strTemplate,CREATE_VISIBLE); if(!bOK) return; GraphLayer grlay=graph.Layers(0);Curve cv(strData);int nPlot=grlay.AddPlot(cv);if(nPlot>=0)grlay.DataPlots(nPlot); grlay.Rescale()

6、;double CPx(double a1, double b1, double a2, double b2) return (b2- b1)/(a1-a2);double CPy(double a1, double b1, double a2, double b2)return (a1*b2-a2*b1)/(a1-a2);/ 參數(shù)賦值xF=cell(2,3); xD=cell(5,3); xW=cell(8,3); R=cell(11,3); q=cell(14,3);/ 繪制氣液平衡曲線Plot_Data("Line","Data2_b");/ 調(diào)整

7、坐標(biāo)軸范圍，繪制對(duì)角線、參考線X1=0; X2=1; Y1=0; Y2=1;draw l 0,0,1,1; draw l xD,xD,xD,O; draw l xF,xF,xF,O;draw - l xW,xW,xW,O; /繪制精餾操作線、q線、提餾操作線k1=R/(R+1);b1=xD/(R+1); Draw -l 0,b1,xD,xD;kq=q/(q-1); bq= xF-kq*xF; Draw l xF,xF,O,bq; k2=(cpy(k1,b1,kq,bq)-xW)/(cpx(k1,b1,kq,bq)-xW);b2=xW*(1-k2); Draw l xW,xW,cpx(k1,b1

8、,kq,bq),cpy(k1,b1,kq,bq); / 確定 d 點(diǎn)橫坐標(biāo)，繪制參考線xd= cpx(k1,b1,kq,bq); Draw -lcpx(k1,b1,kq,bq),O,cpx(k1,b1,kq,bq),cpy(k1,b1,kq,bq); /繪制梯級(jí)線 (i 、j 分別為總理論板數(shù)、進(jìn)料板層數(shù) )xa=xD; ya=xD;for(i=1;i+)xb=Data1_b(ya);if (xa>xd)Draw - l xa,ya,xb,ya; yb=k1*xb+b1;Draw l xb,ya,xb,yb; xa=xb; ya=yb; j=i;if (xa<xd)yb=k2*xb

9、+b2; Draw - l xb,ya,xb,yb; ya=yb; else if (xa>xW)Draw - l xa,ya,xb,ya; yb=k2*xb+b2;if (xb<xW) break;Draw l xb,ya,xb,yb; xa=xb; ya=yb;/ 結(jié)果顯示type-b " 理論板層數(shù)為 $(i) ，自塔頂往下第 $(j) 層為加料板 "2. 問題示例對(duì)于一常壓操作的連續(xù)精餾塔，分離含苯為 0.44（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的苯-甲苯 混合液，其氣液平衡數(shù)據(jù)如表1所示，要求塔頂產(chǎn)品中含苯不低于 0.975，塔底產(chǎn) 品中含苯不高于1 0.0235，操作

10、回流比為3.5，原料液化率為1/3，試確定理論板層數(shù)和加料 板位置。將混合液氣液平衡數(shù)據(jù)、回流比、進(jìn)料q值以及苯在原料液、餾出液、釜?dú)堃褐械哪柗謹(jǐn)?shù)等參數(shù)輸入軟件，執(zhí)行LabTalk腳本程序，所繪出的梯級(jí)圖如圖2所示。由圖可知，理論板層數(shù)為14塊（包括再沸器），自塔頂往下第7層為加料板。如果采用手工 繪制，則由于在繪制曲線和折線時(shí)的不標(biāo)準(zhǔn)和不規(guī)范，得到的理論板數(shù)和加料板位 置可能會(huì)不準(zhǔn)確。若應(yīng)5 用于工業(yè)生產(chǎn)，會(huì)降低精餾塔的分離效率，增加精餾過程的能耗。表1苯-甲苯混合液氣液平衡數(shù)據(jù)液相中苯的0 0.13 0.258 0.412 0.581 0.78 1摩爾分?jǐn)?shù)x氣相中苯的00.262 0.4

11、56 0.633 0.777 0.91摩爾分?jǐn)?shù)y圖2 LabTalk圖解法計(jì)算精餾塔理論板數(shù)梯級(jí)圖3. 結(jié)論(1)Origin 軟件用于圖解法繪制精餾實(shí)驗(yàn)梯級(jí)圖，只需要將格式化后的數(shù)據(jù)輸 入軟件，經(jīng)過 LabTalk 腳本語言的處理，即可得到專業(yè)的梯級(jí)圖，且避免了手工在 坐標(biāo)紙上繪制時(shí)所產(chǎn)生的誤差。在此基礎(chǔ)上，用戶還可以根據(jù)自己的需要，利用 Origin 強(qiáng)大的作圖功能，對(duì)圖像進(jìn)行一定的處理，使之更加美觀。(2) 在繪制梯級(jí)線時(shí)，采用插值法讓軟件自動(dòng)定位梯級(jí)線與平衡線交點(diǎn)坐標(biāo)， 與使用6 Screen Reader 工具來手工確定梯級(jí)點(diǎn)的方法相比，更為精確，從而進(jìn)一步 保證了所繪制梯級(jí)線的準(zhǔn)確度。(3) 本方法可以使學(xué)生從繁雜的數(shù)據(jù)計(jì)算和手工繪圖作業(yè)中解放出來，專注于 對(duì)精餾實(shí)驗(yàn)原理的掌握和結(jié)果的分析討論，有利于達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時(shí) 還可有效鍛煉學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。參考文獻(xiàn)1陳常貴，柴誠敬，姚玉英化工原理(下冊(cè))M.天津：天津大學(xué)出版社.2004( 2 曹靚妹，李文新，許附 (多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及其在測(cè)試中的應(yīng)用J(工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006, 19(3):29-30(3 王琳，商周，王學(xué)偉 (數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用 J( 電測(cè)與儀