仪器分析塔板数计算

MATLAB精馏塔塔板数计算

一、引言

精馏塔是在化工生产过程中经常使用的反应器，特别在石油化工中应用广泛。在精馏塔的设计中，对不同的反应过程要确定不同的反应器，其中塔板数就是非常重要的参数之一。精馏塔塔板计算是精馏计算比较复杂、烦琐的计算，计算过程中囊括了精馏单元操作中几乎所有的基本原理和计算方法，通过交替使用相平衡方程、精馏段操作线方程和提馏段操作线方程计算塔板组成。在此过程中使用了几次相平衡方程即可得几块理论塔板数。而在工程计算中MATLAB语言拥有大量的命令集和可用函数集可以完成各种计算和数据处理，方便快捷，计算精确，形式简单，易于掌握。所以将MATLAB运用到精馏塔塔板数的计算中，有利于简化计算。

二、MATLAB

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意，基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解决问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。有大量的指令可供调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入MATLAB函数库中方便自己以后调用。它拥有强大的函数库、工程运算和图形处理功能，程序命令简单，基本上是计算过程的呈现，是替代上述语言进行计算机辅助计算的一种

MATLAB精馏塔塔板数计算

一、引言

精馏塔是在化工生产过程中经常使用的反应器，特别在石油化工中应用广泛。在精馏塔的设计中，对不同的反应过程要确定不同的反应器，其中塔板数就是非常重要的参数之一。精馏塔塔板计算是精馏计算比较复杂、烦琐的计算，计算过程中囊括了精馏单元操作中几乎所有的基本原理和计算方法，通过交替使用相平衡方程、精馏段操作线方程和提馏段操作线方程计算塔板组成。在此过程中使用了几次相平衡方程即可得几块理论塔板数。而在工程计算中MATLAB语言拥有大量的命令集和可用函数集可以完成各种计算和数据处理，方便快捷，计算精确，形式简单，易于掌握。所以将MATLAB运用到精馏塔塔板数的计算中，有利于简化计算。

二、MATLAB

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意，基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解决问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。有大量的指令可供调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入MATLAB函数库中方便自己以后调用。它拥有强大的函数库、工程运算和图形处理功能，程序命令简单，基本上是计算过程的呈现，是替代上述语言进行计算机辅助计算的一种

理论塔板数

1、定义

理论塔板数（theoretical plate number）N，色谱的柱效参数之一,用于定量表示色谱柱的分离效率（简称柱效）。N取决于固定相的种类、性质（粒度、粒径分布等）、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质。如果峰形对称并符合正态分布，N可近似表示为： 理论塔板数=5.54(保留时间/半高峰宽)2

柱效率用理论塔板数定量地表示：N=16*（t/w ）2。其中，t是溶质从进样到最大洗脱峰出现的时间，w为该溶质的洗脱峰在基线处的宽度。在一色谱柱中用相同的洗脱条件时候，不同化合物的滞留时间与其洗脱峰宽度之比接近常数。因此理论塔板数大的色谱柱效率高。当然，N的大小和柱子长度有密切关系：理论塔板高度H=柱长/N，用H可以衡量单位长度的色谱柱的效率，H越小，则色谱柱效率越高。

N为常量时，W随tR成正比例变化。在一张多组分色谱图上，如果各组份含量相当，则后洗脱的峰比前面的峰要逐渐加宽，峰高则逐渐降低。

用半峰宽计算理论塔板数比用峰宽计算更为方便和常用，因为半峰宽更容易准确测定，尤其是对稍有拖尾的峰。

N与柱长成正比，柱越长，N越大。用N表示柱效时应注明柱长，，如果未注明，则表示柱长为1米时的理论塔

理论塔板数

1、定义

理论塔板数（theoretical plate number）N，色谱的柱效参数之一,用于定量表示色谱柱的分离效率（简称柱效）。N取决于固定相的种类、性质（粒度、粒径分布等）、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质。如果峰形对称并符合正态分布，N可近似表示为： 理论塔板数=5.54(保留时间/半高峰宽)2

柱效率用理论塔板数定量地表示：N=16*（t/w ）2。其中，t是溶质从进样到最大洗脱峰出现的时间，w为该溶质的洗脱峰在基线处的宽度。在一色谱柱中用相同的洗脱条件时候，不同化合物的滞留时间与其洗脱峰宽度之比接近常数。因此理论塔板数大的色谱柱效率高。当然，N的大小和柱子长度有密切关系：理论塔板高度H=柱长/N，用H可以衡量单位长度的色谱柱的效率，H越小，则色谱柱效率越高。

N为常量时，W随tR成正比例变化。在一张多组分色谱图上，如果各组份含量相当，则后洗脱的峰比前面的峰要逐渐加宽，峰高则逐渐降低。

用半峰宽计算理论塔板数比用峰宽计算更为方便和常用，因为半峰宽更容易准确测定，尤其是对稍有拖尾的峰。

N与柱长成正比，柱越长，N越大。用N表示柱效时应注明柱长，，如果未注明，则表示柱长为1米时的理论塔

精馏塔

维普资讯

专论与综述

QUPR H 0,T)1[齐石E工2IL( l Y I T C0 A2口、J6 L油 O EC B: 鲁化， 4 1 2~ M 3 0) 4G 2

丙烯精馏塔板效率分析曲晓廉邹德东(. 1齐鲁石化胜利炼油设计院，山东淄博，54 42中石化齐鲁分公司胜利炼油厂， 2 53;.山东淄博，54 4 253 )摘要从气体分馏装置丙烯精馏塔模拟数据与实际数据的对比和理论探讨两方面进行了分析，为丙烯精馏认丙烯精馏塔塔板效率探讨文章编号：0 9 9 5 (0 4 0— 0 4— 3 10 8 9 20 ) 1 0 2 0

塔板效率高是符合实际的，对丙烯精馏塔的设计提出了建议。并 关键词中圈分类号： B文献标识码： Qo 1 8 T 5 .

随着催化裂化装置工艺技术的进步、原料多

2模拟数据与实际数据的对比

样化和多产液态烃等新工艺的不断推广应用，液态烃产量不断增加，别是作为气体分馏装置经特

通过对丙烯精馏塔做的大量计算对比分析认为，既使是用同一种软件计算，由于所用热力学方程和其它物性数据计算方法的不同，得结果往所往也存在较大的差别。在丙烯精馏模拟计算方 J面，者也做了一些尝试。在模拟计算中以笔 PO l R/软件 5 0版为计算工具，平

精馏塔

维普资讯

专论与综述

QUPR H 0,T)1[齐石E工2IL( l Y I T C0 A2口、J6 L油 O EC B: 鲁化， 4 1 2~ M 3 0) 4G 2

丙烯精馏塔板效率分析曲晓廉邹德东(. 1齐鲁石化胜利炼油设计院，山东淄博，54 42中石化齐鲁分公司胜利炼油厂， 2 53;.山东淄博，54 4 253 )摘要从气体分馏装置丙烯精馏塔模拟数据与实际数据的对比和理论探讨两方面进行了分析，为丙烯精馏认丙烯精馏塔塔板效率探讨文章编号：0 9 9 5 (0 4 0— 0 4— 3 10 8 9 20 ) 1 0 2 0

塔板效率高是符合实际的，对丙烯精馏塔的设计提出了建议。并 关键词中圈分类号： B文献标识码： Qo 1 8 T 5 .

随着催化裂化装置工艺技术的进步、原料多

2模拟数据与实际数据的对比

样化和多产液态烃等新工艺的不断推广应用，液态烃产量不断增加，别是作为气体分馏装置经特

通过对丙烯精馏塔做的大量计算对比分析认为，既使是用同一种软件计算，由于所用热力学方程和其它物性数据计算方法的不同，得结果往所往也存在较大的差别。在丙烯精馏模拟计算方 J面，者也做了一些尝试。在模拟计算中以笔 PO l R/软件 5 0版为计算工具，平

基于Excel的精馏塔理论塔板数的图解法

1引言

精馏是一种重要的传质单元操作，精馏塔理论塔板数的计算是其重要的内容, 无论是对设计过程还是操作过程都有重要的意义。理论塔板数的计算方法有逐板计算法和图解法。其中逐板计算法是计算理论塔板数的基本方法, 结果准确、清晰, 不仅可以计算出塔板数和进料板位置, 而且可以得到每一块塔板上的气液组成, 但此法计算过程繁琐, 工作量大。用图解法比较直观、简便，但手工图解法准确性较差。用Excel的图表功能, 可以比较方便地解决这一问题。本文给出用图解法求精馏塔理论塔板数的通用程序, 程序采用VBA编制，该程序具有较好的通用性，对于图解法求精馏塔理论塔板数的不同问题, 只需在表格中输入体系的气液平衡数据以及分离要求，即可计算出精馏塔理论塔板数，加料板位置及每一块理论塔板上的汽液组成，并且计算结果是以图形的方式表示，计算结果较为直观。

2原理和步骤

2.1有关方程

(1)气液相平衡方程[1]

y=f(x) （1）

在计算过程中主要是由气相的组成来计算相应板上的液相组成，上述方程应变换为以气相组成来表示液相组成的方程。

x=g(y)

第二章气相色谱分析

例1：在一根90米长的毛细管色谱柱上测得各组分保留时间：正十四烷15.6min；正十五烷21.95min；正十六烷31.9min。计算色谱柱的死时间及载气平均速度。 解：方法一：同系物保留值之间存在以下关系：

r?rn,n?1n?1,n''''t/t?t/t R(n)R(n?1)R(n?1)R(n)

以

'可推导出: (tR?tM)代替tRtM?2tR(n?1)tR(n?1)?tR(n)(tR(n?1)?tR(n))?(tR(n)?tR(n?1))将正十四烷、正十五烷、正十六烷的

31.9?15.6?21.952保留时间代入公式：tM?min 得

(31.9?21.95)?(21.95?15.6)tM?4.40min? 载气的平均流速

u?L/tM?, 即

u?90?100/(4.40?60)cm/s?34.09cm/s

方法二：直接用甲烷测定死时间。即以甲烷的保留时间作为死时间。

例2：在一根2m长的色谱柱上，A、B、C、三组分的保留时间分别为2.42min、3.21min、5.54min；峰宽分别为0.12min、0.21min、0.48min。另测得甲烷的保留时间为1.02min。求：

（1）

实验三 气相色谱定性分析－纯物质对照法

一、目的要求

1、 学习利用纯物对照法和加入纯物增加峰高法的定性方法； 2、 熟悉色谱仪器操作。

二、基本原理

在一定的色谱条件下，一个未知物只有一个确定的保留时间。因此，对于较简单的多组分混合物，若其中所有待测组分均为已知，它们的色谱峰均能分开，则可将已知纯物质在相同的色谱条件下的保留时间与未知物的保留时间进行比较，就可以定性鉴定未知物。纯物质对照法定性只适用于组分性质已有所了解，组成比较简单，且有纯物质的未知物。

当未知样品中组分较多，所得色谱峰过密，用上述方法不易辨认时，或仅作未知样品指定项目分析时均可用此法。首先做出未知样品的色谱图，然后在未知样品加入某已知物，又得到一个色谱图。峰高增加的组分即可能为这种已知物。

三、仪器及设备

国产气相色谱仪；色谱工作站；

色谱柱：毛细管柱，长30m，中等极性，内径：0.32mm，膜厚：0.25μm。 全自动空气源，空气压缩机，氢气发生器；10 uL微量进样器。

四、实验试剂：

正己烷、乙醇，正丁醇未知样品，请选作。

五、实验条件

1、温度：进样温度150℃；柱温1809 左右；检测器温度210 ℃。 2、气体流量：载气为氮气 40 mL/min，空气400 mL/min，氢气40m

仪器分析主要公式

1. GC-LC

1.1 分配系数K，分配比（容量因子）k之间的关系P10-11；

cSmS/VSVMK???k?k?cMmM/VMVStR?tMtRk??tMtMtt'R2''

1.2 相对保留值r(21)和选择性系数α（21） r21??21??R1VR2 'VR1'''1.3 塔板数n，塔板高度H，柱长L，有效塔板数n（有效），有效塔板高度H（有效）

ttttLLn?;n有效=；n?5.54(R)2?16(R)2;n有效?5.54(R)2?16(R)2HH有效Y1/2YY1/2Y速率理论

1.4

H?A?B/u?Cuu最佳=B/C；H最小=A+2BC1.5 分离度

tR2?tR1R? ； 很多计算中取Y1=Y2=Y，k1=k2=k

1/2(Y1?Y2)1.6 n，H, L, R, r21(即α21), k之间的关系 从以下中可以导出各种关系式。

tt?tn?16(R)2;R?R2R1;nYY'tR2t?16();R?有效Y''R2?tY'R1r21??21?tR2;k1?k2?k'tR1

其中重要的是：

L?16R2(?2)?H