用Excel解决试差及绘制理论塔板级数的方法

收稿日期: 2007- 09- 22 作者简介: 丁曙光 ( 1954- ) ,女,副教授, 1982年毕业于天津科技大学制浆造纸专业,主要从事化学、计算机教学。联系电话: 0516- 3888262 用 Excel解决试差及绘制 理论塔板级数的方法 丁曙光 王建怀 顾志明 (中国矿业大学 化工学院, 江苏 徐州 221008) 摘 要:以普通精馏塔计算理论板数为例 ,介绍用 Excel的计算、绘图功能解决任 一回流比和任一进料热状况下,用试差法确定两条操作线交点数值和图示理论板数 的问题。 关键词: Excel;试差法; 精馏;理论板数 中图分类号: T Q0281 1+ 3 文献标识码: A 文章编号: 1003- 6490( 2008) 01- 0049- 04 0 引 言 Excel具有很强的计算、绘图功能。尤其是在计 算的过程中不需要编制程序,这给不擅长编程的人士 带来了很大的方便。在此谨以计算苯-甲苯物系普通 精馏塔的理论板数为例介绍用 Excel绘图时任一回 流比和任一进料热状况下用试差法解决某定点问题 和对理论板数图示的问题。 1 在Excel里画气液平衡线和对角线 1)以 x 的数据为横坐标值, 放在数据源的第一 列上; 绘制理论板数其他各线的数据为纵坐标值分别 放在第二列及其后。将 x 以 011为步长从 0到 1 拉 出序列(方法:第 1行输入 0,第 2行输入 011,选中这 两个数据后如图 1, 将鼠标指向选区黑框右下角的 /填充柄0成/ + 0状, 下拉至该列某单元格出现 1 为 止) , 在第二列第 1个单元格( B2单元格)用气液相平 衡关系式: y= Ax / [ 1+ ( A- 1) x ]、第三列第 1个单元 格(此处略, 后面均略) 用等于第一列的关系式: = A1,分别确定这两列第 1行单元格的数据,仍然用/填 充柄0下拉的办法实现这两列其他数据的建立。 图 1 图 2 第 34卷第 1期 2008 年 3 月 化工通讯 Chemical Engineer ing Design Communications Vol134 No11 Mar12008 2)选中图 2 中的三列数据, 利用图表向导中的 / XY散点图0, 点击/下一步0后逐一选择/主要网格 线0和/次要网格线0并对刻度范围、字体大小、网格线 颜色进行适度的调整便可以画出气液平衡线和对角 线如图 3。 图 3 2 画操作线,用试差法确定两操作 线交点 d 的坐标值 1)对任一回流比 R , 用方程 y = Rx / ( R + 1) + xD/ ( R+ 1)绘出精馏段操作线 (下面简称精线) , 做 法同气液平衡线。 2)用精线和 q 线交点 d 的( x d, yd )值和间接加 热时提馏段操作线(下面简称提线)与对角线交点 c 的( x W , xW )值求得提线方程,即两点一线法。做法: (1) 试差法确定 d 点( x d , yd ) 将任一 q 值和已知 x F 数据代入方程 y= qx / ( q - 1) - x F/ ( q- 1)绘图,如图 4。 图 4 在图上利用已经得到的 q 线与精线粗略估计交 点的 x d 值,如图 5x d估估值为 01422, 将其置于数据源 数据列合适位置/插入行0的第 1列中,并求出其他各 数据源的数据(第 1列数据输入后按回车, 个别未出 结果的列选中有数据的上一行单元格拖拽/ 填充柄0 即可) ,看 q 线与精线对应的 y d 值是否相等, 不等时 调整 x d ,直到基本相等时为止。 图 5 调整 x d 的方法: 读取对应 x d , 估的精线和 q 线 上的 yd 值, 比较两个 yd 值的相对大小, 如图 6, y d ,精 > yd , q ;向着> 或< x d, 估的方向改变 x d 的值, 再比 较两条线上的两个 y d 值的相对大小, 如图 7, yd , 精 < yd , q ;当与上一步的相对大小关系相反时,在上述 两对相对大小关系相反的 x d 值之间人为地调整估值 的大小, 如图 8, 若采用/二分法0或/黄金分割法0更 能得出精度令人满意的 x d 值;否则改变 x d 值调整的 方向。 图 6 图 7 图 8 50 化工设计通讯 第 34 卷 (2)两点一线式的求法: 根据( y d- x W ) / ( x d - x W ) = k = ( y - x W ) / ( x - x W) ,推出提馏段操作线方程 y = kx - ( k+ 1) x W。 同上述方法算出提线后确认一下精、提、q 三线是否 均通过d 点。如图 9。 图 9 3 求理论板数及绘制梯级 1)用逐板计算法求理论板数: 为了方便求灵敏板 位置, 这里从两操作线交点 d 开始向塔顶、塔底两端 产品组成方向求解精馏段和提馏段的理论板数。 (1)精馏段的理论板数:由 d 点的 x d 用平衡线求 出与其达平衡的 yd * ,即 y d * = Ax / [ 1+ ( A- 1) x ] ;再 将精馏段操作线方程改成 x = [ y ( R+ 1)- xD ] / R ,逐 次使用平衡式、精线式计算到 x 值> = xD 为止。 (2)提馏段的理论板数:由 d 点的 yd 向平衡线求 出与其达平衡的 x d * ,即 x d * = y / [ A- ( A- 1) y ] ; 再 将提馏段操作线方程 y= k- x - ( k+ 1) x W 轮流计 算到 x 值< = xW 为止。 2)绘制梯级 ( 1)根据 Excel绘图需要, 把上面逐板计算求得 的数据按照一个点用一对数据表示和两点一线的关 系重新整理,如图 10。注意:计算的时候精馏段从 x d = 0142381 计算 y d* = 01647744, 画图的时候要用 ( x d, y d)和( x d , yd * )表示离开 d 点的第一条线段,所 以从右面两列数据可以看到添加了 y d= 01542858 和 大部分数值是要重复两次的(这些数据可以从前面计 算的结果中通过/复制0 - /选择性粘贴0 - /数值0 - /确定0得到)。 ( 2)选中图表区, 点右键,在如图 11 弹出来的对 话框中选择/数据源0;在/系列0标签里点击/添加0, 在右面的条形框里分别按框前面的要求填上精馏段 的名称、x 和 y 数据,如图 12;用同样的办法添加提馏 段的数据, 然后/确定0。此时得到的梯级是一些弯曲 的折线;选中弯曲折线,点右键,在弹出来的对话框中 选择/图表类型0, 如图 13; 如图 14 所示把平滑曲线 改成折点曲线并/确定0。即可得到直角梯级。 图 10 图 11 图 12 上述数据源相关的公式如下: B2单元格: = A $ 16* A2/ ( 1+ ( A $ 16- 1) * A2) ; 51第 1 期 丁曙光, 王建怀,顾志明 :用 Excel解决试差及绘制理论塔板级数的方法 图 13 图 14 图 15 (插入行后自动成为, 其他列* * 亦此) = A$ 17 * A2/ ( 1+ ( A$ 17- 1) * A2) C2单元格: = A2 D2单元格: = B$ 16/ ( B$ 16+ 1) * A2+ A$ 19/ ( B$ 16+ 1) * * E6单元格: = C$ 16/ ( C$ 16- 1) * A6- B$ 19/ ( C$ 16- 1) * * F2单元格: = A$ 23* A2- A$ 23* C$ 20+ C $ 20 A23单元格: = ( D$ 7- C$ 20) / ( A$ 7- C$ 20) E16单元格: = A$ 17* D16/ ( 1+ ( A$ 17- 1) * D16) E17单元格: = ( E16* ( B$ 17+ 1) - A$ 20) / B $ 17 E27单元格: = D27/ ( A $ 17 - ( A $ 17 - 1) * D27) D28单元格: = A$ 23* E27- A$ 23* C$ 20+ C$ 20 4 结 论 灵活运用 Excel的函数、图表功能, 可以使试差 计算过程程序化,有效地减少计算时间和出错几率, 可以方便的调节计算参数, 还很容易生成图形, 对试 差结果进行可视化的对比。用该方法计算和做图的 效率和正确率是手工做法无法比拟的。 九江石化化肥原煤自动采样机投用 中国石化集团九江石化分公司大化肥装置进厂原煤火车自动采样机项目, 经过紧张施工、安装和调试,日前正式投入使用。 该项目是九江石化燃煤进厂质量管理效能监察重点技术改进措施, 投用后可以避免人工采样所带来的偏差, 使原煤采、制样 结果做到真实可靠,预计每年可以降低煤炭采购成本 300多万元。 九江石化大化肥装置热电作业部有 2 台 190t/ h锅炉 ,主要以煤为燃料, 为化肥和炼油装置提供蒸汽和电力,全年使用燃煤50 多万 t。多年来,该厂进厂原煤的采样、制样一直采用人工手动操作, 劳动强度大、耗时 ,煤炭粉尘污染空气也会影响操作人员的 健康。为提高煤炭进厂质量检验的准确率,确保燃煤质量,消除采煤样分析中的人为因素, 保障操作人员健康,九江石化分公司投 资 180万元实施原煤火车自动采样机技术改进项目。 该厂热电作业部克服火车作业与现场施工深度交叉带来的困难, 加强内部管理,精耕细作, 确保了项目的顺利实施。采用原 煤自动采样机后,该厂进厂原煤质量得到有效控制, 从分析比对数据反映, 自动采样较人工采样燃煤热值数据平均低 200kcal,为 该厂降低煤炭采购成本提供了可靠的保障。操作人员劳动强度大大减轻, 现场作业环境大为改善,过去两个多小时的采样、制样 时间现在仅需 40min 左右就能够完成。 通讯地址:江西省九江石化总厂建安公司电修车间 作者:汪学峰 邮编: 332004 电话: 13870294889 E- mail: wx f8398@ 1631 com 52 化工设计通讯 第 34 卷 lamine Methematical Model of Uniform-temperature Type Methanol Synthesis Tower BAO Xiu-chun1 , WANG Hu-i ying2 (11 Zoucheng v ocational college, Zoucheng , 273500, China; 21 Yishan Chemical Co1 , Ltd , of Yankuang Group , Zoucheng 273500, China) Abstract : T his article expounds the significance of methe- matical model in detail1 It describes the establishment process of methematical model of uniform- temperature type methanol synthesis tower1 I t prov ides a basis for analog computation1 Key words : uniform- temperatur e type, methanol, synt hesis tow er, methematical model, differential equa- tion Operation and Running of Melamine Reactor ZHEN L-i ping (Zhongyuan Dahua Group Co1 , Ltd , Puyang 457004, China) Abstract : This art icle introduces the pr ocess characterist ics of melamine reacto r, besides in descr ibes the key points for op- eration dur ing start-up and under abnormal condition1 Key words :melamine, r eactor, oper at ion, running Production Technology and Development of Biodiesel Oil L I Zhong-lai ( T echnology Center of National Synthetic A mmonia Design, Jinan Shandong 250013, China) Abstract : This article briefly introduces the feature, techno-l ogy and development of biodiesel oil1 Key words : biodiesel oil, pr oduction technology , develop- ment Application of Jet Pump in Chemical Plant ZHU Ru-gang ( TDI Co1, Ltd of Cangzhou Dahua Group , Cangzhou 061000, China) Abstract : This ar ticle br iefly introduces the structure and w orking principle of jet pump1 It also gives two examples1 Key words : jet pump, subnersible pump, submersible sewage pump, low-pressure steam Study on Compressor Surge L IU Hu-i jie, LIU Y ing, L IU Hu-i min, YANG Bao-qiang ( Zhongyuan Dahua Group Co1, Ltd, Puyang 457004, China) Abstract : This article introduces the conditions, reasons and preventiv e measures for compressor surg e problem1 Key words : surge, safety pressure ratio, surge-protection margin Analysis about Economic Rationality of Pressure Vessel Design JI Q ing-wei ( Shandong Xuyang Machinery Group Co1 , L TD , Liny i 276023, China) Abstract :A best design scheme is selected on basis of GB150 - 1998 / Steel Pr essure Vessel0 so that cost is reduced and op- timum benefit is obtained1 Key words :pressure vessels, weight, cost, economic benefit Modification Method for Feed Blocking of Smal-l diameter Screw Conveyor L I Xue- zhe ( Hunan Zhongx ing Equip ment Evection Engineer ing Co1 , L td , Zhuz hou 412003, China) Abstract : Feed is blocked at the first bearing and the con- necting flange of the scr ew conveyor1 This article analy zes the r eason for feed blockage1 I t suggests to use sleeve connection insteed of flange connection1 Key words : scr ew conveyor, feed blocking, modification measure VANTAGE PDMS information technology system used in flue gas desulphurisation project CHENG Na, TAN Yue, WANG Bao- jun ( Liaoning Petr oleum-chemical ind ustry Planning A nd Desiging Institute, Shengyang , 110004, China) Abstract :Vantage PDMS is larg e integrated designing appl-i cat ion systems based on database for 3-Dimensional Plant de- sign, which provide database platform of integrated design for multidisciplinary participat ion1 Using PDMS can shorten de- sign cycle and enhance economic efficiency1 Key words : Flue gas desulphurisat ion, vantage PDMS, 3-D modeling, engineer ing design Method for Settling Trial and Error and Drawing Theoretical Tray Number By Excel DING Shu-guang, WANG Jian-huai, GU Zh-i ming ( Chemical Engineer ing College of China University of M ining & Technology , X uzhou Jiangshu 221008, China) Abstract : T his article introduces how to use Excel to deter- mine t he theoretical tray number1 Key words : Excel, tr ial and error method, rect ification, t heoretical tray number CAD/ CAM/ CAE Application in Chemical Equipment Design ZHANG Ya- lin (H unan Zhongx ing Equipment Er ection Engineering Co1 , L td , Zhuzhou , 412003, China) Abstract : This article briefly introduces the application o f CAD/ CAM/ CAE in chemical equipment design1 It also gives some examples with UG and ANSYS softw ar e1 Key words : CAD/ CAM/ CAE, chemical equipment, de- sign, application Key Technical Guidance on Titrimetry WANG Hong-yuan ( Changsha E nv ir onmental-p r otection Vocational College, Changsha 410004, China) Abstract : There are some shortcomings in titr imetr y exper-i ment in current analytical chemistry teaching materials1 It is essential to make a supplement and improvement in next r ev-i sion1 This article introduces the key technical guidance on titrimetry oparation1 Key words :analytical chemsitry, titrimetr y, key technology