Aspen分離單元仿真設(shè)計(二)課件

SimulationDesignofSeparationProcesses分離單元的仿真設(shè)計

(二)CAPD基礎(chǔ)

第八講分離過程模型的分類AspenPlus

中的分離過程模型包含兩大類別：簡單分離單元模型塔設(shè)備單元模型塔設(shè)備單元模型—分類DSTWUDistlRadFracExtract塔設(shè)備(Columns)單元共有9種模塊：MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac塔設(shè)備單元模型—分類（2）DSTWU

簡捷精餾（設(shè)計）DSTWU模塊用Winn-Underwood-Gilliland捷算法進(jìn)行精餾塔的設(shè)計，根據(jù)給定的加料條件和分離要求計算最小回流比、最小理論板數(shù)、給定回流比下的理論板數(shù)和加料板位置。DSTWU

簡捷精餾（2）DSTWU——

連接DSTWU模型的連接圖如下：1、塔設(shè)定(Columnspecifications)（1）塔板數(shù)(Numberofstages)（2）回流比

(Refluxratio)

>0,實際回流比；

<-1,絕對值=實際回流比/最小回流比DSTWU—

模型參數(shù)DSTWU模型有四組模型設(shè)定參數(shù)：DSTWU—

模型參數(shù)（2）2、關(guān)鍵組分回收率

(Keycomponentrecoveries)（1）輕關(guān)鍵組分在餾出物中的回收率餾出物中的輕關(guān)鍵組分/進(jìn)料中的輕關(guān)鍵組分（2）重關(guān)鍵組分在餾出物中的回收率餾出物中的重關(guān)鍵組分/進(jìn)料中的重關(guān)鍵組分DSTWU—

模型參數(shù)（3）DSTWU模型有四組模型設(shè)定參數(shù)：DSTWU—

模型參數(shù)（4）3、壓力

(Pressure)（1）冷凝器

(Condenser)（2）再沸器

(Reboiler)DSTWU—

模型參數(shù)（5）DSTWU模型有四組模型設(shè)定參數(shù)：DSTWU—

模型參數(shù)（6）4、冷凝器設(shè)定(Condenserspecifications)（1）全凝器(Totalcondenser)（2）帶汽相餾出物的部分冷凝器

(Partialcondenserwithvapordistillate)（3）帶汽、液相餾出物的部分冷凝器

(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)DSTWU—

模型參數(shù)（7）DSTWU模型有四組模型設(shè)定參數(shù)：DSTWU—

模型參數(shù)（8）由精餾塔分離某泡點混合物，已知該進(jìn)料組成：丙烷5kmol/h，異丁烷10kmol/h，丁烷30kmol/h，2-甲基丁烷20kmol/h，戊烷15kmol/h，己烷20kmol/h。分離要求：塔頂丁烷含量大于29.7248kmol/h，2-甲基丁烷含量小于0.2247kmol/h。要求塔頂采用全凝器，回流比為1.8，操作壓力4.4atm。（物性方法PENG-ROB）DSTWU—

應(yīng)用示例(1)靈敏度分析—Sensitivity

在進(jìn)行過程設(shè)計和分析時，常常需要了解某些過程變量受其它過程變量影響的敏感程度，AspenPLUS為此提供了一個非常有用的分析工具：模型分析工具(ModelAnalysisTools)下的靈敏度(Sensitivity)對象。靈敏度分析—Sensitivity

(2)Sensitivity

(3)創(chuàng)建靈敏度對象時，按以下步驟操作：

1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對象管理器(ObjectManager)中點擊新建(New)按鈕；

2、在彈出對話框中為新對象指定一個辨識號(ID)；Sensitivity

(4)步驟1和步驟2：Sensitivity

(5)3、在定義(Define)表單中點擊新建(New)按鈕，創(chuàng)建靈敏度對象所需的變量；4、在彈出對話框中輸入新變量的變量名(Variablename)；Sensitivity

(6)步驟3和步驟4：Sensitivity

(7)5、在變量定義(VariableDefinition)對話框中的下拉式選擇框中選擇變量的類別(Category)、類型(Type)、流股(Stream)或模塊(Block)代號，并指定具體變量(Variable)。Sensitivity

(8)步驟5：Sensitivity

(9)可以定義多個分析所需的變量，如下圖所示：Sensitivity

(10)步驟6：在變化(Vary)表單中輸入調(diào)節(jié)變量(Manupulatedvariable)的類型、名稱和具體變量(variable),并指定體調(diào)節(jié)上、下限(Upper/Lowerlimits)和增量(Incr)。Sensitivity

(11)步驟6：Sensitivity

(12)步驟7：在列表(Tabulate)表單中輸入需要進(jìn)行靈敏度分析的列表變量(Tabulated

variable)或組合變量的表達(dá)式(Expression)，以及列表時的列序號(ColumnNo.)。Sensitivity

(13)步驟7：Sensitivity

(14)步驟8：結(jié)果查看從左側(cè)索引欄中選擇靈敏度對象下的結(jié)果(Results)項目，右側(cè)的匯總(Summary)表單中按照指定的列序號列表給出調(diào)節(jié)變量和列表變量的對應(yīng)值。Sensitivity

(15)步驟8：變量關(guān)系圖——Plot

在查看和分析靈敏度分析的列表數(shù)據(jù)時，用圖形描述的函數(shù)關(guān)系曲線常常能讓我們更直觀和全面地了解過程變量間的依賴趨勢，ASPTENPlus為此提供了繪圖(Plot)功能，可以將列表數(shù)據(jù)中的任意兩列繪制成X~Y曲線圖。變量關(guān)系圖——Plot（2）步驟1：選擇橫坐標(biāo)變量在列表數(shù)據(jù)中選中一列，從窗口菜單Plot項的下拉框里選擇X軸變量(X-AxisVariable)；變量關(guān)系圖——Plot（3）變量關(guān)系圖——Plot（4）步驟2：選擇縱坐標(biāo)變量再選中列表數(shù)據(jù)的另一列，從窗口菜單Plot項的下拉框里選擇Y軸變量(Y-AxisVariable)；變量關(guān)系圖——Plot（5）變量關(guān)系圖——Plot（6）步驟3：繪制曲線然后點擊窗口菜單Plot項的下拉框里的顯示繪圖(DisplayPlot),即可得到曲線圖。變量關(guān)系圖——Plot（7）變量關(guān)系圖——Plot（8）Distl

簡捷精餾（操作）

Distl

模塊用Edmister

方法計算給定精餾塔的操作結(jié)果。Distl——

連接Distl

模塊的連接圖如下：Distl——模型參數(shù)在Specification表單中設(shè)定以下參數(shù)：理論板數(shù)

Numberofstages

加料板位置

Feedstage

回流比

Refluxratio

餾出物/進(jìn)料摩爾比

Distillatetofeedmole

冷凝器類型

Condensertype

冷凝器壓強(qiáng)

Condenserpressure

再沸器壓強(qiáng)

ReboilerpressureDistl——

模型參數(shù)（2）Distl——計算結(jié)果計算給出以下模塊信息：

冷凝器熱負(fù)荷

Condenserduty

再沸器熱負(fù)荷

Reboilerduty

進(jìn)料板溫度

Feedstagetemperature

塔頂溫度

Topstagetemperature

塔底溫度

Bottomstagetemperature

進(jìn)料q值

FeedqualityDistl——計算結(jié)果（2）RadFrac

精密分離模塊

RadFrac

模塊同時聯(lián)解物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系，用逐板計算方法求解給定塔設(shè)備的操作結(jié)果。

RadFrac

模塊用于精確計算精餾塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分離能力和設(shè)備參數(shù)。RadFrac

精密分離模塊（2）RadFrac——

連接

RadFrac

模塊的連接圖如下：簡捷法計算得到的塔板數(shù)、回流比等能否達(dá)到分離要求。如果不能達(dá)到分離要求（輕重關(guān)鍵組分在塔頂?shù)幕厥章史謩e為0.9908，0.01124），應(yīng)如何解決？繪制曲線（輕重關(guān)鍵組分沿塔板液相組成變化趨勢圖，每塊塔板的氣體流率和液體流率變化趨勢圖）；計算進(jìn)料液和塔頂、塔底產(chǎn)品的黏度；計算塔徑。RadFrac—

應(yīng)用示例(1)進(jìn)料狀況On-stagenAbove-stage(default)n-1nVaporFeedn-1LiquidFeed使用精餾塔（RADFRAC）模塊分離甲醇與水的混合物。進(jìn)料組成為水63.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），甲醇36.8%，總流率120000lb/h，壓力18psi，飽和液體進(jìn)料（進(jìn)料的氣相分率為0）。精餾塔有38塊塔板，進(jìn)料位置在23塊板（注意，根據(jù)AspenPlus的定義，冷凝器為第一塊板，所以進(jìn)料板應(yīng)該是第24塊）。塔頂壓力為15.5psi，每塊板的壓力降為0.1psi，塔頂為全凝器，蒸出流率為1245lbmol/h，回流比為1.3。物性方法為NRTL。RadFrac—

應(yīng)用示例(2)問題：1.求再沸器的熱負(fù)荷和冷凝器的冷量。2.滿足以下設(shè)計規(guī)定時，求再沸器的熱負(fù)荷和冷凝器的冷量。質(zhì)量指標(biāo)：甲醇在塔頂餾出物的質(zhì)量純度99.95%；水在塔釜餾出物的質(zhì)量純度99.90%。調(diào)節(jié)變量：塔頂餾出物流量800~1700lbmol/h;

摩爾回流比0.8~2。3.對于同樣的設(shè)計規(guī)定，給定每塊塔板的默弗里效率為65%，假設(shè)再沸器的板效率為90%，求此時再沸器的熱負(fù)荷和冷凝器的冷量。4.完成全塔的尺寸計算，塔為泡罩塔，求出塔的直徑。RadFrac—

應(yīng)用示例(2)RadFrac—設(shè)計規(guī)定RadFrac

模型帶有內(nèi)部的設(shè)計規(guī)定功能，通過設(shè)計規(guī)定(DesignSpecs)和變化(Vary)兩組對象進(jìn)行設(shè)定?？梢栽O(shè)置多個設(shè)計規(guī)定對象和多個變化對象，但要注意兩者間的依賴關(guān)系和自由度必須吻合，否則不能收斂。RadFrac—設(shè)計規(guī)定(2)RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

設(shè)計規(guī)定對象通過以下三張表單設(shè)置規(guī)定指標(biāo)

1、規(guī)定(Specification)

2、組分(Components)3、進(jìn)料/產(chǎn)物流股

(Feed/ProductStreams)

RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(2)RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(3)在規(guī)定表單中輸入以下指標(biāo)

1、類型(Type)

有36種變量類型共選用

2、目標(biāo)(Target)

設(shè)定規(guī)定變量的目標(biāo)值

3、流股類型(Streamtype)

產(chǎn)物(Product)/內(nèi)部(Internal)/傾析器(Decanter)RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(4)RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(5)

在組分表單中輸入定義目標(biāo)值的組分(Components)（分子）和基準(zhǔn)組分(BaseComponents)（分母）。從左側(cè)可用組分(Availablecomponents)框中選擇需用組分到右側(cè)的選用組分(SelectedComponents)框中.RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(6)RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(7)

在進(jìn)料/產(chǎn)物流股表單中選擇定義設(shè)計規(guī)定目標(biāo)值的流股名稱.RadFrac—設(shè)計規(guī)定對象

(8)RadFrac——報告選項

報告（Report）中有一項對塔板設(shè)計非常重要，即性質(zhì)選項（Propertyoptions）里的包括水力學(xué)參數(shù)（Includehydraulicparameters）選項。另外剖形選項（Profileoptions）里包括哪些塔板（Stagestobeincludedinreport）也很有用。RadFrac—報告選項（2）Ra