4. 苯-甲苯精馏塔RadFrac严格模型搭建

苯-甲苯精馏塔的严格模型对象与自由度

本例用 RadFrac 搭建苯-甲苯二元精馏塔的严格平衡级模型。与简捷法不同，RadFrac 对每一块理论板同时求解 MESH 方程（物料平衡 M、相平衡 E、摩尔分率加和 S、焓平衡 H），因此必须把塔的“几何与操作”信息补全：理论板数、进料板位置、进料状态、塔顶压力与全塔压降、回流比或馏出率、以及两个产品规格之一。苯-甲苯为理想近似体系，活度系数接近 1，用 Raoult 定律加理想气相即可，物性方法选 IDEAL 或 RK-SOAVE 均可，本例用 IDEAL 便于对照手算。

RadFrac 的自由度关系是搭建时的核心约束：给定进料（流量、组成、温度/压力、气相分率）后，还需指定 理论板数 N、进料板位置 N_F、塔顶压力 P_top、全塔压降 ΔP、以及两个操作/规格变量（如回流比 R 与馏出率 D/F，或 R 与塔顶苯纯度）。少给一个规格，模型欠定；多给一个，模型过定并报自由度错误。

搭建步骤与关键设置

1. 新建流程，从 Columns 选 RadFrac 放置，连接进料流 FEED、塔顶 DIST、塔底 BOT，并连接冷凝器回流与再沸器返回线（RadFrac 内部自动生成，无需外接换热器）。
2. 在 Setup → Specifications 中设 Number of stages = 12，Condenser = Total，Reboiler = Kettle，Valid phases = Vapor-Liquid。
3. 在 Streams 页设进料板 Feed stage = 7，Above-Stage Pressure = 101.3 kPa，Stage Pressure Drop = 0。
4. 在 Setup → Specifications 的 Design Specs 区设两个操作变量：Reflux ratio = 2.0、Distillate rate = 45 kmol/h（对应 D/F=0.45）。
5. 进料流设 F = 100 kmol/h、P = 101.3 kPa、Vapor fraction = 0、苯摩尔分率 0.50，物性方法选 IDEAL。
6. 点击 Run，收敛后在 Blocks → RadFrac → Profiles 查看 T、P、x、y 沿板分布。

示例结果与判读

以下为按上述规格运行后应出现的预期趋势（示例值，用于对照判读，非实测数据）：塔顶温度接近纯苯常压沸点 80.1 ℃，塔底接近甲苯沸点 110.6 ℃；温度沿板自上而下单调升高，进料板附近出现斜率变化（进料冷液或饱和液使该板温度略降后再升）。塔顶馏出液中苯摩尔分率约 0.95 以上，塔底釜液中苯摩尔分率约 0.03 以下，具体数值取决于 N、R、N_F 的组合。