王剑 赵红坤 刁国旺
摘要： 精馏是化工原理课程的重要单元，其过程计算具有计算量大、算法复杂等特点。将MATLAB 数值模拟软件及流程模拟软件Aspen Plus应用于成人高等教育精馏过程的教学。结果表明，利用MATLAB及Aspen Plus有助于培养学生利用流程模拟技术解决工程实际问题和科研问题。
关键词：精馏;计算机辅助计算;MATLAB
中图分类号：G4 文献标识码：A
化工原理是过程工程类专业（包括化工、制药、轻化工程等）中衔接理论基础课和专业技术课的重要桥梁，重点培养学生的运用理论知识解决实际工程问题的能力[1]。其主要是以化工生产中的单元操作为内容，以动量传递、热量传递和质量传递和研究方法论为主线组成了“化工原理”这门课程;简言之，就是研究单元操作原理及其过程工程。精馏是化工原理中的重要单元，也是石油和化学工业中的重要单元操作，其中，连续精馏是分离高纯度液体混合物最重要、最常用的单元操作之一，也是针对所有涉及化工及相关专业开设化工原理课程时学生所学习的最为重要的内容之一。因其计算过程大多涉及气液两相间相际平衡的非线性问题，尤其是操作型问题需要采用试差法，而课本上所重点介绍的求解方法都是图解法。图解法作图过程繁琐，作图、读数准确性差，对一些重要的基本概念、基本理论，只能停留在定性分析的层面。计算机辅助教学是过程类专业教学体系与教学内容改革的重要组成部分，是解决上述问题的有效方法之一。但该方法目前多采用FORTRAN或C语言来实施，程序繁复冗长，学生掌握起来具有一定的困难。MATLAB作为一种高级语言，拥有强大的运算和图形处理功能，用户界面友好，开发效率高，是替代上述语言进行计算机辅助教学的一种良好方案[2]。Aspen Plus是一种通用型化工流程模拟软件，可用于单元过程及化工流程的模拟、设计和优化，具有界面友好、工作效率高、结果准确等优点，在许多化工企业和国内高校本科生教学中的应用已非常普遍。本文研究Aspen Plus与Matlab软件的交互实现，并应用于精馏过程的教学与实践中，能够有效地将理论知识与工程实践相结合，提高学生的工程应用能力，加深其对精馏过程原理和过程的理解与运用，真正培养企业所需要的工程应用型人才。
1 计算实例
正庚烷-正辛烷溶液的初浓度为0.55，共100 kmol，相对挥发度为2.16，在常压下简单蒸馏至残液量为28koml，则釜内残液的浓度为多少？另外含正庚烷25%、正辛烷75%（质量分数）的混合物（F=900kg/h，p=0.12MPa，T=25℃）用精馏塔（塔压为0.02MPa）分离，要求99.7%的正庚烷从塔顶排出，99.8%的正辛烷从塔底排出，采用全凝器，最小理论板数为52，最大为90，理论板数增量值为2，当回流比是最小回流比的1.7倍时，最小理论板数是多少？
采用MATLAB求解非线性方程，计算程序如下：
function ZhengLiu
clear all
clc
alpha = 2.16;
x0 = 0.55;
var = 3.5665;
[x，fval] = fzero（@DistEq，x0，[]，alpha，x0，var）
% ------------------------------------------------------------------
function f = DistEq（x，alpha，x0，var）
f = log（var） - 1/（alpha-1）*（log（x0/x）+alpha*log（（1-x）/（1-x0）））;
运行程序，计算结果为x=0.3134。采用ASPEN软件对精馏塔进行模拟，物性方法选择NRTL，设置进料参数和模型参数，结果显示最小理论板数是26。
2 结论
利用MATLAB及Aspen軟件在化工原理精馏过程教学上的应用，可以弥补传统教学方法中的不足，将复杂的精馏计算过程借助模拟软件得以简化，使学生对精馏的基本原理产生深刻的理解，促进学生解决工程实际问题和科研问题的能力，极大地提高了教学效率和质量。
参考文献
[1]王雪莹.高职院校《化工原理》个性化教学研究[J].云南化工，2017，44（1）：57-60.
[2]杨涛.MATLAB 在物理化学实验教学中的应用[J].计算机与应用化学，2012，29（11）：1387-1390.
[基金项目] 扬州大学2019年继续教育教改课题（2019jj-jg01）;江苏高校品牌专业建设工程项目（PPZY2015B112）
[作者简介] 王剑（1983-），男，江苏泰州人，博士，副教授，主要研究方向为化工热力学。
