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研究生:彭棋俊
研究生(外文):Chi-Chun Peng
論文名稱:雙成份常壓蒸餾塔之視窗程式設計
論文名稱(外文):Windows Programming of Binary Distillation Column under Atmospheric Pressure
指導教授:林顯聖
口試委員:鄭智成張志雄陳誠亮
口試日期:2012-06-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:化學工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:雙成份蒸餾蒸餾塔動態模擬視窗程式設計
外文關鍵詞:Binary Distillation ColumnDistillation Column Dynamic simulation
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蒸餾塔是化學工業中常用且重要的程序之一,藉由物質沸點的不同,達到分離與純化的效果。本研究期望開發出一座雙成份常壓蒸餾塔,使用者輸入欲分離之成份參數、蒸餾塔總板數、進料板位置、塔頂回流量、塔底加熱量等,便可進行穩態模擬,再藉由穩態模擬結果進行動態模擬,以提供學習使用
本研究利用Microsoft Visual Basic 2010程式語言作為視窗程式之開發工具,程式之撰寫是以質量平衡、能量平衡、相平衡作為基礎,並建立各個單元之副程式模組,再加入塔頂與塔底控制器來達到控制產品品質的目的,整合成一完整的視窗模擬程式。
由模擬結果可知,其穩態數據與文獻相近且動態應答合理。因此本模擬程式可幫助了解雙成份蒸餾塔之特性以及控制策略之研究。


The distillation column is a common and important operation unit in the chemical industry. The process utilizes the difference of the boiling point to separate the components. The aim of this research is to develop a program can simulate the steady state of distillation column for different number of stage, feed tray location, flow rate of feed, reflux rate, heat duty. In addition, the dynamic control simulation is also provided.
Microsoft Visual Basic 2010 was used to develop the program. The subprograms for solving the mass balance, energy balance and phase equilibrium equations was constructed firstly. Two temperature control loops were added into the fully program.
By virtue of the simulation examples, the steady state data is similar to references and the dynamic response is also reasonable. Therefore this simulation program can be provided for further studies and research.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 文獻回顧 1
1.2 研究動機 2
1.3 章節安排 3
第二章 蒸餾塔模擬設計 4
2.1 前言 4
2.2 蒸餾塔之架構 4
2.3 熱力學模型與氣液相平衡關係式 6
2.3.1 熱力學相平衡關係式 6
2.3.2 NRTL(Non Random Two Liquid)熱力學模式 8
2.3.3 液相莫耳分率求氣相莫耳分率 11
2.4 各物理性質與水力學之計算 12
2.4.1 液體平均莫耳密度 12
2.4.2 液相焓值與氣相焓值之計算 14
2.4.3 液體流量計算 17
2.5 動態方程式建立 18
2.5.1 塔底再沸槽動態方程式 18
2.5.2 一般蒸餾板動態方程式 20
2.5.3 進料板動態方程式 22
2.5.4 冷凝器動態方程式 23
2.5.5 塔頂回流槽動態方程式 24
第三章 蒸餾塔視窗程式開發與操作 26
3.1 前言 26
3.2 模擬視窗程式主選單 26
3.3 進料參數設定視窗 28
3.4 塔規格設定視窗 32
3.5 穩態模擬主畫面 33
3.6 動態模擬主畫面 36
3.6.1 時間系統 38
3.6.2 改變進料視窗 39
3.6.3 控制器視窗 40
3.6.4 記錄數據 42
3.7 模擬程式操作流程 45
第四章 蒸餾塔模擬 48
4.1 前言 48
4.2 穩態模擬結果探討 48
4.2.1 程式穩態模擬結果 48
4.2.2 進料板位置更改對穩態的影響 56
4.2.3 板數更改對穩態的影響 62
4.3 控制器設計 70
4.3.1 選擇溫度控制板 70
4.3.2 控制架構設計 71
4.3.3 PID控制器設計 73
4.3.4 塔頂溫度控制器與塔底溫度控制器設定 74
4.4 控制器參數調諧 75
4.4.1 模式識別 75
4.4.2 相對增益陣列計算 78
4.4.3 控制器調諧 79
4.4.4 伺服控制應答表現 84
第五章 結論 87
參考文獻 88
符號說明 90


[1]W. L. Luyben, Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineering, 2nd edition, New York: McGraw-Hill Book Co (1990)
[2]R. G. E. Franks, Modeling and Simulation in Chemical Engineering, New York: John Wiley & Sons (1972).
[3]劉英芳,蒸餾塔動態模擬與模式識別,碩士論文,國立臺灣大學化學工程研究所,台北市 (1985)
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[5]王學婉,蒸餾塔啟動程序即時動態模擬視窗程式設計,碩士論文,國立臺北科技大學化學工程研究所,台北市 (2007)
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[7]林誌賢,乙二醇反應蒸餾塔視窗程式設計,碩士論文,國立臺北科技大學化學工程研究所,台北市 (2010)
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[11]W. L. Luyben, Practical Distillation Control, New York: VNR (1992)

[12]R. H. Perry and D. W. Green, Perry’s Chemical Engineer''s Handbook, 7th edition, New York: McGraw-Hill Book Co (1997)
[13]A. M. Peiser, and S. S. Grover, "Dynamic Simulation of Distillation Tower," Chem. Eng. Progr, Vol. 58, No. 9, pp. 65-70 (1962)
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[15]C. A. Smith and A. B. Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, 3rd edition, New York: John Wiley & Sons (2006)


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