Aspen簡(jiǎn)捷法精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算

會(huì)計(jì)學(xué)1Aspen簡(jiǎn)捷法精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 塔設(shè)備是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的操作設(shè)備之一，通常在其中進(jìn)行蒸餾（精餾）、吸收和萃取單元操作。吸收和蒸餾實(shí)際都是氣液相平衡的單元操作，只是蒸餾過(guò)程的熱量平衡相對(duì)更為復(fù)雜。 對(duì)塔設(shè)備可分為三大類：簡(jiǎn)捷法計(jì)算的蒸餾塔、嚴(yán)格法計(jì)算的蒸餾塔和液-液萃取塔三類。5塔Columns模塊第1頁(yè)/共45頁(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)捷蒸餾的模型有DSTWU,Distl和SCFrac進(jìn)行嚴(yán)格的多級(jí)分離的模塊有RadFrac,MultiFrac,PetroFrac,RateFrac用于液-液萃取塔的嚴(yán)格模型有Extract5塔Columns模塊第2頁(yè)/共45頁(yè)DSTWU(簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì))Distl（簡(jiǎn)捷法精餾核算）SCFrac模塊5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第3頁(yè)/共45頁(yè)DSTWU(簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì))

模型可針對(duì)一個(gè)帶有分凝器或全凝器、一股進(jìn)料和兩種產(chǎn)品的蒸餾塔，采用Winn-Underwood-Gilliland方法進(jìn)行簡(jiǎn)捷法蒸餾設(shè)計(jì)計(jì)算。 模型中假設(shè)恒定的摩爾流和恒定的相對(duì)揮發(fā)度，需輸入輕、重關(guān)鍵組分的回收率。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第4頁(yè)/共45頁(yè)DSTWU(簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)) 采用Winn法估算最小級(jí)數(shù)，Underwood法估算最小回流比，Gilliland法規(guī)定級(jí)數(shù)所必需的回流比或規(guī)定回流比所必需的級(jí)數(shù)。 可確定最小回流比、最小級(jí)數(shù)或?qū)嶋H回流比、實(shí)際級(jí)數(shù)。模型也估算最適宜的進(jìn)料位置、冷凝器和再沸器負(fù)荷?？缮苫亓鞅葘?duì)于級(jí)數(shù)的表和曲線。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第5頁(yè)/共45頁(yè)Distl（簡(jiǎn)捷法精餾核算）

Distl模型可以模擬一個(gè)帶有一股進(jìn)料和兩種產(chǎn)品的多級(jí)多組分的蒸餾塔，塔可帶有分凝器或全凝器。模型假定恒摩爾流和恒相對(duì)揮發(fā)度。用Edimister法進(jìn)行產(chǎn)品組成。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第6頁(yè)/共45頁(yè)Distl（簡(jiǎn)捷法精餾核算）

Distl模型必需規(guī)定：理論板數(shù)回流比塔頂產(chǎn)品流率其他相關(guān)的塔設(shè)備參數(shù)等可規(guī)定一個(gè)部分的或全部冷凝器。Distl可估算冷凝器和再沸器的負(fù)荷。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第7頁(yè)/共45頁(yè)SCFrac

(簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾) SCFrac模型可以對(duì)具有一股進(jìn)料、一股可選的汽提蒸汽流和任何股產(chǎn)品的復(fù)雜塔進(jìn)行簡(jiǎn)捷法蒸餾的模擬計(jì)算，估算理論級(jí)數(shù)和每個(gè)塔段的加熱（冷卻）負(fù)荷。用于模擬煉油塔（原油單元和減壓塔）。模型將有n個(gè)產(chǎn)品的塔分割成n-1個(gè)塔段并從上而下為這些塔段編號(hào)。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第8頁(yè)/共45頁(yè)SCFrac

(簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾)對(duì)每個(gè)塔段必需規(guī)定產(chǎn)品壓力和基于進(jìn)料流率的產(chǎn)品流率或分率，對(duì)所有產(chǎn)品，除餾出物外必須規(guī)定蒸汽與產(chǎn)品的比值。計(jì)算中由于進(jìn)行蒸汽計(jì)算，所以水必須被定義為一個(gè)組分。所以水都與塔頂產(chǎn)品一起離開。該模型不能處理固體，游離水計(jì)算可在冷凝器中完成。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第9頁(yè)/共45頁(yè)SCFrac

(簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾)SCFrac估算：產(chǎn)品組成和流率每一段的級(jí)數(shù)每一段的熱或冷負(fù)荷 該模型不能處理固體，游離水計(jì)算可在冷凝器中完成。5塔Columns模塊---簡(jiǎn)捷蒸餾模塊第10頁(yè)/共45頁(yè)利用精餾方法對(duì)附表中進(jìn)料流股進(jìn)行分離，其壓強(qiáng)為445830Pa，處于飽和液體狀態(tài)。規(guī)定該分離操作的輕、重關(guān)鍵組分分別為N-Butane和I-Pentane，塔頂產(chǎn)品中輕、重關(guān)鍵組分的回收率（recovery）分別為0.9908和0.0112，并規(guī)定操作采用回流比為最小回流比的1.8倍。體系熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算采用“SRK”模型方程。 試確定：該條件下的最小回流比、理論板數(shù)、最小理論板數(shù)及適宜的進(jìn)料位置。

例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算組分流量/kmol/sPropane0.0006I-Butane0.0013N-Butane0.0038I-Pentane0.0025N-Pentane0.0019N-Hexane0.0025第11頁(yè)/共45頁(yè)1）流程圖繪制在Columns/DSTWU中ICON1例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第12頁(yè)/共45頁(yè)1）流程圖繪制例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第13頁(yè)/共45頁(yè)例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算2）全局參數(shù)設(shè)置 進(jìn)入setup/specification進(jìn)行全局變量（global設(shè)置。這里

工程單位：自定義us-1（以MET為基礎(chǔ)） RunType：Flowsheet 報(bào)告要求顯示流股的摩爾分率。第14頁(yè)/共45頁(yè)3）組分輸入例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第15頁(yè)/共45頁(yè)4）進(jìn)料流股參數(shù)設(shè)置例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第16頁(yè)/共45頁(yè)5）DSTWU模型設(shè)置例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算回流比的輸入可隨便輸入一個(gè)值，該值如果小于Rmin,則系統(tǒng)安裝2Rmin作為回流比進(jìn)行計(jì)算；如大于Rmin，就按照實(shí)際的值進(jìn)行計(jì)算。第17頁(yè)/共45頁(yè)6）DSTWU結(jié)果查看例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第18頁(yè)/共45頁(yè)6）DSTWU結(jié)果查看例5-1簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算最小回流比為1.05實(shí)際回流比為1.8最小理論板數(shù)為10.5實(shí)際塔板數(shù)為17.5進(jìn)料板位置為第10塊板再沸器所需的熱量為76551cal/sec冷凝器所需的冷量量為308.5cal/sec第19頁(yè)/共45頁(yè)例2設(shè)計(jì)一精餾塔。泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料組成、塔頂產(chǎn)品要求見表。操作壓力為4.4atm。要求塔頂采用全凝器，回流比為1.8。熱力學(xué)計(jì)算采用物性方法PENG-ROB。采用DSTWU模塊設(shè)計(jì)滿足上述分離要求的精餾塔。例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)料組分進(jìn)料流率/kmol/h塔頂流率要求/kmol/h丙烷5異丁烷10正丁烷30不低于29.7248異戊烷20不高于0.2247正戊烷15正己烷20第20頁(yè)/共45頁(yè)1）流程圖繪制在Columns/DSTWU中ICON1冷凝器為全凝器；連接流股時(shí)注意連接位置，例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第21頁(yè)/共45頁(yè)1）流程圖繪制例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第22頁(yè)/共45頁(yè)例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算2）全局參數(shù)設(shè)置 進(jìn)入setup/specification進(jìn)行全局變量（global設(shè)置。這里

工程單位：MET RunType：Flowsheet 報(bào)告要求顯示流股的摩爾分率。第23頁(yè)/共45頁(yè)3）組分輸入例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第24頁(yè)/共45頁(yè)4）進(jìn)料流股參數(shù)設(shè)置例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第25頁(yè)/共45頁(yè)5）DSTWU模型設(shè)置這里輕關(guān)鍵組分為NC4，重關(guān)鍵組分為I-C5。對(duì)于輕關(guān)鍵組分NC4 Recov=29.7248/30=0.9908重關(guān)鍵組分為I-C5 Recov=0.2247/20=0.01124例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第26頁(yè)/共45頁(yè)5）DSTWU模型設(shè)置例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算回流比的輸入可隨便輸入一個(gè)值，該值如果小于Rmin,則系統(tǒng)安裝2Rmin作為回流比進(jìn)行計(jì)算；如大于Rmin，就按照實(shí)際的值進(jìn)行計(jì)算。第27頁(yè)/共45頁(yè)6）DSTWU結(jié)果查看例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算第28頁(yè)/共45頁(yè)6）DSTWU結(jié)果查看例5-2簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算最小回流比為1.32實(shí)際回流比為1.8最小理論板數(shù)為12.8實(shí)際塔板數(shù)為23.7進(jìn)料板位置為第12塊板再沸器所需的熱量為753.31kJ/sec冷凝器所需的熱量為688.95kJ/sec第29頁(yè)/共45頁(yè)靈敏度分析靈敏度分析定義方法： Data/modelanalysisTools(模型分析工具）/sensitivity(靈敏度分析）靈敏度分析對(duì)象管理器第30頁(yè)/共45頁(yè)例5-3 以例5-2為基礎(chǔ)，由靈敏度分析工具，考察回流比的變化對(duì)實(shí)際塔板數(shù)的影響。例5-3靈敏度分析靈敏度分析定義方法：1）定義目標(biāo)變量2）定義自變量3）規(guī)定表格第31頁(yè)/共45頁(yè)例5-3靈敏度分析第32頁(yè)/共45頁(yè)1）定義因變量（Flowsheetvariable）例5-3靈敏度分析第33頁(yè)/共45頁(yè)1）定義因變量（Flowsheetvariable）例5-3靈敏度分析第34頁(yè)/共45頁(yè)2）定義自變量(Vary)---回流比（RR）自1.4-10，步長(zhǎng)為0.5變化例5-3靈敏度分析第35頁(yè)/共45頁(yè)3）規(guī)定表格(Tabulate)---規(guī)定需要軟件計(jì)算的變量列表例5-3靈敏度分析第36頁(yè)/共45頁(yè)課堂練習(xí)：分析回流比對(duì)于再沸器熱負(fù)荷和冷凝器的冷量的影響，將計(jì)算結(jié)果繪圖例5-3靈敏度分析第37頁(yè)/共45頁(yè)運(yùn)行計(jì)算，/ModelAnalysisTools/Sensitivity/S-1/Results/，查看結(jié)果例5-3靈敏度分析第38頁(yè)/共45頁(yè)

5.1設(shè)計(jì)一脫乙烷塔分離附表所示物料，要求塔頂采出中丙烷流率不得高于2kmol/h，塔底出料中乙烷流率不得高于2kmol/h。假定操作回流比為最小回流比的2.5倍，選擇(部分)冷凝器。計(jì)算最小回流比、所需的平衡級(jí)數(shù)及適宜的進(jìn)料位置。(進(jìn)料流股溫度為305.4K，壓強(qiáng)2500kPa)簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算---習(xí)題組分流量/kmol/hC1160C2370C3240n-C425n-C55第39頁(yè)/共45頁(yè)簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算---習(xí)題習(xí)題5.1脫乙烷塔分離結(jié)果第40頁(yè)/共45頁(yè)簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算---習(xí)題習(xí)題5.1脫乙烷塔分離結(jié)果第41頁(yè)/共45頁(yè)第42頁(yè)/共45頁(yè)

5.2設(shè)計(jì)一精餾塔用于分離附表所示乙苯與二甲苯混合物。流股在205kPa下泡點(diǎn)進(jìn)料。 設(shè)計(jì)要求塔頂出料中要求塔頂采出中O-xylene流率不得高于1kmol/h，塔底出料中M-xylene流率不得高于1