浮阀吸收塔课程设计软件开发

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1、精品论文浮阀吸收塔课程设计软件开发董明建，丁曙光中国矿业大学 化工学院，江苏徐州（221008）E-mail: dongmingjian1024摘要：利用面向对象的程序设计语言、数据库和软件开发的原理，结合吸收原理和浮阀塔的工艺设计过程，开发了浮阀吸收塔设计软件。可以利用计算机来处理化工原理课程设计中 的繁琐计算，可在有限的时间内完成课程设计的内容，达到良好的教学效果和目的。关键词：课程设计；浮阀吸收塔；软件；Visual Basic 6.0中图分类号:TQ0511. 引言化工原理课程设计是学生学完化工原理课程后进行的一个具有总结性、综台性和实践性 的教学环节，可使学生系统牢固地掌握前修课程以

2、及在实验和实习中所获得的知识，并加以 应用。学生在接到课程设计任务书之后必须查阅大量的数据、资料及经验公式，在此基础上 要设计多种方案、进行大量的计算与优化、对可能出现的情况加以分析，显然要很做好地完 成课程设计，学生的工作量是很大的。为了减轻学生的设计负担、提高设计效率和设计质量， 着手而开发了浮阀吸收塔的设计软件。浮阀塔是板式塔中的一种，兼有泡罩塔和筛板塔的优 点：生产能力大、操作弹性好、塔板效率高、造价低，适用于精馏和吸收这类气液物系的分 离1。图 1 软件界面2. 软件介绍鉴于浮阀塔设计的步骤复杂，很多环节都需要输入各种参数，软件的主界面采用了选项 卡控件和与 Microsoft Ac

3、cess 数据库实时连接的 ADO 控件2,3，通过不同选项卡之间的切换 来显示和处理数据，每一个数据的输入直接与数据库连接，实时保存。每个选项卡都是一个 独立的界面，其他控件都可以放置在其中，同一时刻只有一个选项卡是活动的。根据浮阀塔 的设计计算步骤，程序共设置了七个选项卡，即物料衡算、塔板效率、溢流装置、塔板布置、 流体力学验算、负荷性能图和设计数据输出。用户可以轻松地依次按照由这七个选项卡以及 工具栏里的提示按钮【上一步】、【下一步】等的引导完成浮阀塔设计，或者点击所关注的某 个选项卡的标签任意在各选项卡之间切换。软件界面友好，简单易学，操作方便。- 5 -3. 软件的结构本软件的开发综

4、合运用了化工原理、计算数学和计算机科学等理论，具有物料衡算和设 备结构设计等功能。软件设计是软件的技术核心，而软件设计的基础源于软件的结构，通过 分析建立系统设计的基础，产生数据设计、体系结构设计、接口设计和过程设计。本软件的 结构设计框图见图 2。结合浮阀塔的工艺设计计算过程，主要包括的功能模块有：工艺设计 条件、物料衡算、浮阀塔设备的流体力学设计 (板层的高度设计理论塔板数计算、工艺尺寸 设计、浮阀分布、溢流装置的设计和流体力学验算)以及塔设备的负荷性能图的计算与绘制。工艺设计步骤程序设计模型工艺参数和物性数据界面输入数据物料衡算，确定塔板数、 惰性气体流量、洗液量计算塔板效率、塔径数据库

5、数据检测及校正计算溢流装置、塔板结构设计流体力学验算绘制负荷性能图VB 绘图设计数据输出设计数据输出图 2 软件设计框图4. 软件的设计浮阀塔的设计计算软件采用面向对象的 Microsoft Visual Basic 6.0 程序设计开发语言 (以下简称 VB)和 Microsoft Access 数据库实现。通过采用 VB 编程，建立良好的人机交互 界面，使计算过程更清楚、更易于分析。根据浮阀塔的结构设计原理和软件开发的理论，本 设计系统包括三部分：(1)程序的输入数据；(2)程序设计与数据库对接；(3) 计算和绘图。4.1 输人数据浮阀塔的设计计算的输入数据包括：物系参数(气、液相密度，气

6、、液相粘度，气、液 相吸附平衡常数，气、液相黏度，表面张力)，工艺操作条件(气体流量，操作温度，操作压 力，进塔气、液相各组分的浓度，气体吸收率)和塔结构设计数据（板间距，板上液层高度， 降液管底隙流速，阀孔动能因子，边缘区、破沫区宽度，空心距等）。4.2 程序设计与数据库对接程序采用 VB 中的 ADO 控件与 Microsoft Access 数据库实时连接，程序从界面中读取数 据后，将其以数据库的形式存放，便于计算中使用。计算所得的数据也随时存入数据库，可 减小程序的内存占用率，在后续计算中可反复调用及输出数据，简化了程序的设计结构。4.3 设计计算的主要算法4.3.1 物料衡算 首先确

7、定工艺条件，输入气体流量、塔内温度和塔内压强等。本软件以多组分吸收为对象，实现了过程的物料衡算、理论板的计算，后者是根据关键组分的相平衡关系及吸收率（或出塔的组成）确定最小液气比，继而决定操作液气比，然后 据此液气比及关键组分的塔顶气、液中的组成计算出塔板数及关键组分出塔组成（或吸收率） 等数据，写入数据库。塔板的求解通过克列姆塞尔法和“梯级图解法”这两种方法求得，两种 方法求得的理论塔板数误差很小。最然后根据关键组分求得的理论塔板数用“两步图解法” 求解得到其他组分的出塔浓度及吸收率等，结果写入数据库。因为多组分混合气体是在同一个塔里进行吸收，对于各组分而言塔效率相差不多，它们 具有相同的理

8、论板数。所以在同一理论板数下又因吸收剂对各组分的吸收率不同，使各组分 的分离程度不同。欲计算各非关键组分的吸收率，先依关键组分(已知吸收率)求出理论板数 NT ，再用两步图解法4(不用试差)求出(以 L 组分为例)如图 2：任意画一条与关键组分操作线平行的直线虚拟操作线(图中点划线)；在虚拟操作线和L组分平衡线间做出与K组分相同的理论板数，得L组分的假设进塔气相浓度(如图中的 YL,1)；假设入塔吸收剂浓度XL,2=0，所以YL,1和YL,1在图中形成的两条水平线与L组分平衡 线和纵坐标构成一对相似三角形，坐标原点是它们的公共角。由完成的例图可以看出：从操 作线下端开始绘制的第一块理论板的水平

9、线YL,2与虚拟操作线下端开始绘制的第一块理论板 的水平线YL,2与原点之间也构成一对相似三角形，且与上面由YL,1和YL,1构成的一对三角形具 有相同的比例关系。按YL,2/ YL,2= YL,1/ YL,1 放大(如图3所示)或缩小即可以确定L组分在尾气 中的浓度YL,2。还可以进一步求出该组分的吸收率。YL,1YL,1YL=mlXLYK,1YL,2YL,2YK=mkXKYK,2XK,2XK,1XK,1 *图 3 两步法图解图两步图解法是一种计算多组分吸收率的新方法，比试差法5简单、准确，而且利于编程 的实现，并可在界面直观地表现出各组分在不同塔板上的表现。4.3.2 塔效率H 溶质的亨

10、利 系数， kmol/m3(kPa)；P 操作压强，kPa；t塔顶和塔底的平均组成和 平均温度下的液体粘度。图 4 吸收塔的效率关联图4.3.3 塔径计算D =4Vs uD塔径，m；Vs操作条件下混合气体流量，m3/s；u空塔气速，m/s。在吸收过程中，由于吸收质不断进入液相，故混合气体量有塔底至塔顶逐渐减小，在此计算塔径时以塔底的气量为依据5。4.3.4 溢流装置的设计 塔板的溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘等几部分组成，其结构和尺寸对塔的性能有重要的影响。本程序设计只选用了最常用的弓形降液管和单溢流方式。4.3.5 负荷性能图 负荷性能图对检验塔的设计是否合理、了解塔的操作状况、优化塔性

11、能以及改进塔板操作性能具有一定的指导意义。本软件可以根据前面的用户的设定和计算自动生成负荷性能图，用户通过负荷性能图可 以判断设计点是否符合设计要求的操作弹性，在设计过程中对塔设备的结构尺寸参数进行调 整，在最大程度上满足工艺要求。设计点图 5 负荷性能图5. 小结本软件已通过同学们课程设计的测试和验证，取得了合理的设计结果。其操作简单，方 便易学，界面友好，只需输入计算所需参数便可获得结果。软件还具备以下功能：软件界 面提示用户输入计算所需参数，并会检测数据是否合理，若不合理则会给予错误警告及正确 提示，确保参数的正确与合理；软件根据所给的条件计算一系列的数据，并自动绘制对应 条件下的负荷性

12、能图；列出所有设计结果。参考文献1 吴如春, 苏宇林, 等. 浮阀塔的计算机优化设计J. 石油化工设备. 2005, 34(1): 29-31 2 张艳. Visual Basic 程序设计教程M. 徐州:中国矿业大学出版社, 20013 高艳春, 李俊民, 刘彬彬. Visual Basic 应用开发完全手册M. 北京:人民邮电出版社,2006.124 丁曙光, 丁玉, 等. 化工原理辅导M. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2007, 12 5 夏清, 陈常贵. 化工原理(下册)M. 天津: 天津大学出版社, 2005Development of Curriculum Project Sof

13、tware for DesigningFloat Valve Absorption TowerDONG Ming-jian, DING Shu-guangSchool of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining & Technology, Xuzhou, Jiangsu (221008)AbstractBy using of the principles of objective oriented program language, data-base and software development，c

14、ombined with absorption theory and the process design of float valve tower，software for designing float valve absorption tower has been developedMay using the computer to deal withthe tedious computation in the curriculum project of chemical principles, be possible to complete the content of the curriculum project in the limited time, teaching achieve good results and objectives. Keyword: curriculum project; float valve absorption tower; software; Visual Basic 6.0作者简介: 董明建(1984)男，山东潍坊人，硕士研究生。