精馏是在化工和石化行业中应用最广泛的分离过程。精馏塔构造了一个巨大的三维空间,在其中分布的蒸汽和液体流股和板上积液之间发生复杂的质量传递,热量交换和水力学现象。精馏塔的设计和操作需要非常丰富的工程经验,精馏塔的建模和仿真也一直是一个重要的、极具挑战性的研究课题。本文提出了一种简化的精馏塔板模型,通过将从下层塔板进入的气体分为短路气体和浸入气体,并由短路气体来解释真实场景与平衡级模型之间的偏差,得到了一种针对传统平衡级模型的改进模型。对于鼓泡板,由Stefan-Maxwell方程导出浸入气体流量分率的计算公式,该流量分率与塔板操作条件和气液相物理性质直接相关。作为此模型的衍生物,Murphree板效率可被解释为离开该塔板的相平衡蒸发气相与总气相的流量之比。这种新的物理含义自然地将Murphree板效率的应用场景扩展到多组分流体、平衡级(例如通常认为的再沸器)以及蒸发和冷凝受取热或汽提等外部因素影响显著的特殊塔板。本模型的预测性在于,对于给定几何结构和物质种类的塔板,模型唯一可调参数在一定的操作条件范围内可视为常数。通过对环己烷/正庚烷精馏塔、乙醇/水精馏塔等7个精馏塔进行仿真实验,并与三种已完善的效率关联式和Aspen Plus中基于速率计算的RadFrac模块的结果对比,验证了本模型在两组分及多组分流体、普通及特殊塔板的应用场景中具有关联及预测能力。在相同的稳态条件下,由本模型运行数据计算出的全塔效率与实际工业数据中的全塔效率也具有一致性。通过对进入气体的简单重组,包括换热板与带有汽提气的塔板在内的实际塔板,都可以一致地近似为本文的平衡级改进模型。