回流比对精馏塔理论塔板数的影响:计算机辅助计算在化工原理课程中的应用*

以精馏塔理论塔板数计算为例介绍计算机辅助计算在化工原理课程中的应用,并研究回流比对理论塔板数的影响。首先对已知塔板数的精馏塔设计实例进行计算,验证程序的正确性;然后以一个工业案例介绍本方法在实际生产中的应用;为了培养学生的探索精神,最后探讨改变参数对理论塔板数的影响,并分析了原因:当回流比减小时,理论塔板数增加,主要是精馏段塔板数增加引起。当回流比以很小的间隔减小时,理论塔板数呈锯齿形增加,是由于提馏段塔板数呈锯齿状变化引起。进一步分析提馏段的操作线和料液组成发现,锯齿状变化是由于进入提馏段料液的液相组成波动所导致。     

部分互溶三元体系相图及逆流萃取过程理论塔板数图解的计算机绘图

部分互溶三元体系相图及逆流萃取过程理论塔板数图解的计算机绘图杨继红旋南华盖起贤杨宏志（云南大学，昆明６５００９１关键词计算机图形学相图理论塔板数ＡｃａｄＡｕｔｏｌｉｓｐ相图及相平衡过程的图解研究是物理化学中的一个重要部分，如萃取相图及萃取过程中的理论...     

C语言编程在精馏实验数据处理中的应用

在以水-乙醇溶液为基础进行的精馏塔效率测定实验中,数据处理过程耗时,且通过一般手工作图法所得理论塔板数结果存在较大误差。根据逐板计算法原理,运用C语言编程进行数据处理,将结果输出为dat格式文件,并直接导入Origin 9.0软件中作图。该方法不仅对于有一定编程基础的学生而言通俗易懂、操作简单、结果准确、极为高效,而且有助于进一步改善现有教学方法。     

塔板理论流出线的统计特征

直接从原始塔板理论的级数形式色谱流出曲线表达式出发,得到了流出曲线一级原点矩及二、三级中心矩的数学表达式,并依此讨论了色谱峰的形状特征及各种因素对峰形的影响规律。本文结果直接证实原始塔板理论曲线为不对称分布,描述峰型不对称性的偏态系数与塔片数及容量因子有关,且随容量因子的增大逐渐变小。当塔片数很大时,容量因子不很小的组分流出曲线有相似的对称性。     

用塔板理论证明正常峰为拖尾峰

以往,我们在色谱教学中也曾强调标准的色谱峰应服从正态分布,现在觉得这一做法欠妥。虽然根据塔板理论作适当近似处理,可以推得标准的色谱峰应当服从正态分布,但同样根据塔板理论,不作任何近似处理,也可证明标准的色谱峰其实是一个前陡后缓的不对称图形(即:拖尾峰)。文献虽曾指出     

塔板理论色谱流出曲线性质的研究

塔板理论是色谱动力学理论的重要部分。本文采用数学方法把塔板理论色谱流出曲线从离散函数形式变换为连续函数形式。在此基础上运用计算机进一步研究了塔板理论色谱流出曲线的性质。     

非平衡塔板理论的几个问题

本文用非平衡方法对塔板理论进行了重新处理,导出了描述塔板过程的统一方程（平衡或非平衡）如下：（注：符号ｐｆ（ｒ,ｎ）表示交换ｎ次后第ｒ号塔板流动相中的物质分数;符号ｑｆ（ｒ,ｎ）表示交换ｎ次后第ｒ号塔板固定相中的物质分数）经计算机数值计算,得到如下初步结果：（１）色谱峰是不对称峰,其形状与流速有关。流速增大,不对称性将增大。流速的改变,也会引起峰形的其它改变。（２）色谱峰的峰宽与流速有关。流速增大,峰宽（以塔板数为量纲）将增大。（３）色谱峰的峰高与流速有关。流速增大,峰高将减小。     

非理想状态下的塔板理论模型

 在过程中 ,将流动相看成是由许多连续的塔板组成 ,每一塔板的高度与固定相塔板的高度相同。初始浓度的溶质被认为全部集中在流动相的第一塔板中 ;溶质在流动相和固定相之间动态分布。由于动力学因素的影响 ,当流动相流过一个塔板距离时 ,溶质不能够迅速地从固定相释放到流动相中 ,因此溶质在流动相和固定相中的分布浓度受到两个因素即反映系统热力学性质的分配系数P和反映系统动力学性质的释放概率因子α的影响。这一过程被认为是非理想状态下的过程。     

塔板理论对柱内和柱外浓度分布曲线的描述

使用Visual Basic和QBasic程序，分别在Excel和DOS上，在不做任何化简的情况下，对塔板理论描述的柱内和柱外组分浓度分布进行了研究。发现符合线性分配的样品组分在色谱柱内存在3种不同的浓度分布形态，在色谱柱外则都是拖尾峰形态。分析了不同分配比对柱内和柱外浓度分布曲线最高点和次高点的影响。     

化工单元操作中理论板与传质单元数之间关系的探究

填料塔与板式塔是化工单元操作过程中的常见设备,而填料塔中填料层高度的计算与板式塔中理论板数的确定是关键,教材中有关填料层高度的计算采用的是传质单元数法,而板式塔中理论板的确定采用是Mc Cable-Thiele方法来确定的,有关传质单元数与理论板它们之间的关系介绍的较少。本文采用吸收因子法详细介绍了理论板数与传质单元数的求法,并由此建立了它们之间的定量关系,可用于二类塔的比较,对于填料塔的分析与设计具有一定的指导作用,有助于对吸收与精馏单元操作过程的学习与理解。     

一种确定氧化数的新方法

氧化数是元素的重要性质,在无机化学中应用广泛。长期以来,确定元素氧化数主要根据桐山良一和鲍林等建立的规则,这些规则对于氧化数概念在化学中的推广普及起了很大的作用,但在遇到结构复杂或未知化合物时有时仍然会出现问题。本文根据IUPAC的氧化数定义提出,氧化数完全取决于成键两原子之间的电子供需关系,元素的最高正氧化数受到其原子价层电子数的限制,而元素的最低负氧化数受到同周期稀有气体元素外层电子数与其价层电子数差值的限制,据此建立了确定元素氧化数的新方法,该方法既不需要考虑分子结构,也不依赖元素氧化数的习惯规定,符合氧化数概念提出的初衷,简便易行,例外情况少,不仅适合大学化学教学,也适合中学化学教学。     

电色谱塔板高度方程的推导

比较了电色谱与高效液相色谱在动力学过程方面的异同。从热传导方程出发导出在有源无限长均匀圆柱体内温度场分布函数及组分移动速度径向分布函数,进而导出了温度场导致谱带弥散的弥散系数Ｄ热。提出了较全面地反映电色谱动力学过程的塔板高度方程,从而为改进柱型、选择电色谱分离条件提供了理论参考。     

酯化反应精馏体系的相平衡计算

１前言由于反应精馏过程需同时遵循质量作用定律和分离原理,过程影响因素复杂,用数学模拟的方法对其过程进行研究己成为一种重要的方法。为求解模型方程必然涉及到一些基础数据的计算,如求解平衡级模型ＭＥＳＨＲｎｇ组（物料衡算Ｍ方程、热量衡算Ｈ方程、相平衡Ｅ方程、组分归一Ｓ方程及反应动力学Ｒ方程）的过程中,会遇到相平衡常数、烩值等热力学性质的计算;在求解非平衡级模型ＭＥＲＱｉｅ组（物料衡算Ｍ方程、热量衡算ＥＡＮ。传递速率Ｒ方程吸界面相平衡Ｑ方程）的过程中,会遇到传质系数、传热系数、有效相界面积等传递性质的计…     

超高效液相色谱塔板高度方程的推导

近年来,分析工作者采用超高效液相色谱(UPLC)完成了许多过去不能完成的分离分析工作。但是在阐述UPLC原理时不少人却采用了van Deemter方程。这是不对的。本文研究了UPLC色谱过程动力学,从热传导方程出发运用色谱动力学原理推导了包括考虑流动相摩擦生热影响的UPLC塔板高度方程H=2γD_m/u+((2λd_pu^1/3)/(u^1/3+ω(D_m/d_p)^1/3))+((2ku)/((1+k)²(1+κ₀)κ_d))+ ((θ(κ₀+κ₀k+k)²d_p²u)/(D_mκ₀(1+κ₀)²(1+k)²)) +(κ_i(κ₀+κ₀k+k)²d_p^5/2u^2/3)/(3κ₀Ω D_m^2/3(1+κ₀)²(1+k)²+(r₀²(κ₀+κκ₀k+k)u)/(4(1+k)D_r)·exp(-Kr₀²α)。上述方程右端最后一项代表了流动相摩擦生热对塔板高度的贡献。当流动相线速度较低时,流动相摩擦生热对塔板高度的贡献趋近于零,塔板高度方程还原成Horvath和Lin的方程;当流动相线速度较高时,由于流动相摩擦生热,柱轴心与边缘温差增加,流动相线速度径向分布差异导致柱效率降低,而柱轴心与边缘的温差与流动相线速度平方成正比。作者明确指出:UPLC的柱效率与柱内径密切相关,采用细内径柱有利于实现高效率;过高的流动相线速度将导致柱效率崩溃。     

电色谱塔板高度方程的考察

对电色谱塔板高度方程正确与否进行了验证。对于电色谱塔板高度方程的若干影响因素如色谱柱结构参数、毛细管内半径r0、保留因子k、扩散系数Dm以及脱附速率常数kd对柱效率的影响进行了实验考察,并将实验数据与借助计算机计算的结果加以对比。从而得出结论:我国色谱理论工作者提出的电色谱塔板高度方程成立。由于该方程合理地考虑到各种影响溶质谱带展宽的因素,因此可以为毛细管电色谱过程的柱型设计、条件优化提供理论上的指导。     

萃取精馏过程的非平衡态热力学分析

对萃取精馏过程进行了非平衡热力学分析,提出了分离过程得以进行的判据.推导出了熵产生的数学表达式,并可将其用于萃取精馏过程的节能分析.此项研究结果只适用于萃取精馏板式塔,且在非平衡热力学的线性区域内     

基于Origin 8.0的精馏实验数据处理实例

精馏塔全塔效率测定实验数据处理中需要交替使用相平衡方程和操作方程进行逐板下行计算,传统的手工图解法和新开发的数据处理软件存在工作量大、可靠性差、实验教学质量无法保证的弊端。结合实例,选择分段拟合法探讨了Origin 8.0软件在精馏实验中的应用。该操作简单易懂,有效地提高了学生的实验数据处理和准确分析能力。     

液相色谱塔板高度方程的统一形式

研究了色谱分离过程中物质的径向扩散和流动相发热对柱效能的影响。从热传导方程出发,运用色谱过程动力学原理推导了包括考虑流动相径向扩散、色谱柱发热影响的液相色谱塔板高度方程：

该方程概括了高效液相色谱（HPLC）、超高效液相色谱（UPLC）、毛细管电色谱（CEC）和消滞留层液相色谱（ESFLC）塔板高度与各种因素的关系。方程最后一项代表了径向扩散和柱发热对塔板高度的贡献。当流动相线速度较低且柱内径较细时,流动相摩擦生热和径向扩散对塔板高度的贡献趋近于零,塔板高度方程还原成Horvath和Lin的方程;当流动相线速度较高时,由于流动相摩擦生热,柱轴心与边缘温差增加,导致流动相线速度径向分布差异,使得柱效率降低。柱轴心与边缘的温差与流动相线速度平方成正比。该文指出,在流动相高线速度情况下,液相色谱的柱效率与柱内径密切相关,采用细内径柱有利于实现高速与高效率;过高的流动相线速度将导致色谱柱效率崩溃。