Aspen簡捷法精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算

1、 第1頁15 簡捷法精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 第2頁塔設(shè)備是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的操作設(shè)備塔設(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，只是蒸餾過程的熱量平衡相對衡的單元操作，只是蒸餾過程的熱量平衡相對更為復(fù)雜。更為復(fù)雜。對塔設(shè)備可分為三大類：簡捷法計(jì)算的蒸餾塔對塔設(shè)備可分為三大類：簡捷法計(jì)算的蒸餾塔、嚴(yán)格法計(jì)算的蒸餾塔和液、嚴(yán)格法計(jì)算的蒸餾塔和液- -液萃取塔三類。液萃取塔三類。5 塔塔Columns模塊模塊 第3

2、頁進(jìn)行進(jìn)行簡捷蒸餾簡捷蒸餾的模型有的模型有DSTWU, Distl和和 SCFrac進(jìn)行進(jìn)行嚴(yán)格的多級分離嚴(yán)格的多級分離的模塊有的模塊有RadFrac, MultiFrac, PetroFrac, RateFrac用于用于液液-液萃取塔液萃取塔的嚴(yán)格模型有的嚴(yán)格模型有Extract5 塔塔Columns模塊模塊 第4頁DSTWU(簡捷法精餾設(shè)計(jì)簡捷法精餾設(shè)計(jì)) Distl（簡捷法精餾核算）（簡捷法精餾核算） SCFrac模塊模塊5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第5頁DSTWU(簡捷法精餾設(shè)計(jì)簡捷法精餾設(shè)計(jì)) 模型可針對一個帶有分凝器或全凝器、一股進(jìn)模型可針對一個帶有分

3、凝器或全凝器、一股進(jìn)料和兩種產(chǎn)品的蒸餾塔，采用料和兩種產(chǎn)品的蒸餾塔，采用Winn-Underwood-Gilliland方法進(jìn)行簡捷法蒸餾設(shè)計(jì)計(jì)算。方法進(jìn)行簡捷法蒸餾設(shè)計(jì)計(jì)算。模型中假設(shè)恒定的摩爾流和恒定的相對揮發(fā)度模型中假設(shè)恒定的摩爾流和恒定的相對揮發(fā)度，需輸入輕、重關(guān)鍵組分的回收率。，需輸入輕、重關(guān)鍵組分的回收率。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第6頁DSTWU(簡捷法精餾設(shè)計(jì)簡捷法精餾設(shè)計(jì)) 采用采用Winn法估算最小級數(shù)，法估算最小級數(shù)，Underwood法估算法估算最小回流比，最小回流比，Gilliland法規(guī)定級數(shù)所必需的回法規(guī)定級數(shù)所必需的回流比或規(guī)定回

4、流比所必需的級數(shù)。流比或規(guī)定回流比所必需的級數(shù)?？纱_定最小回流比、最小級數(shù)或?qū)嶋H回流比、可確定最小回流比、最小級數(shù)或?qū)嶋H回流比、實(shí)際級數(shù)。模型也估算最適宜的進(jìn)料位置、冷實(shí)際級數(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。可生成回流比對于級數(shù)的凝器和再沸器負(fù)荷?？缮苫亓鞅葘τ诩墧?shù)的表和曲線。表和曲線。 5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第7頁Distl（簡捷法精餾核算）（簡捷法精餾核算） Distl模型可以模擬一個帶有一股進(jìn)料和兩種模型可以模擬一個帶有一股進(jìn)料和兩種產(chǎn)品的多級多組分的蒸餾塔，塔可帶有分凝產(chǎn)品的多級多組分的蒸餾塔，塔可帶有分凝器或全凝器。模型假定恒摩

5、爾流和恒相對揮器或全凝器。模型假定恒摩爾流和恒相對揮發(fā)度。用發(fā)度。用Edimister法進(jìn)行產(chǎn)品組成。法進(jìn)行產(chǎn)品組成。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第8頁Distl（簡捷法精餾核算）（簡捷法精餾核算） Distl模型必需規(guī)定：模型必需規(guī)定：理論板數(shù)理論板數(shù)回流比回流比塔頂產(chǎn)品流率塔頂產(chǎn)品流率其他相關(guān)的塔設(shè)備參數(shù)等其他相關(guān)的塔設(shè)備參數(shù)等可規(guī)定一個部分的或全部冷凝器?？梢?guī)定一個部分的或全部冷凝器。Distl可估算冷凝器和再沸器的負(fù)荷?？晒浪憷淠骱驮俜衅鞯呢?fù)荷。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第9頁SCFrac (簡捷法多塔蒸餾簡捷法多塔蒸餾)

6、 SCFrac模型可以對具有一股進(jìn)料、一股可選的模型可以對具有一股進(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)行簡捷法汽提蒸汽流和任何股產(chǎn)品的復(fù)雜塔進(jìn)行簡捷法蒸餾的模擬計(jì)算，估算理論級數(shù)和每個塔段的蒸餾的模擬計(jì)算，估算理論級數(shù)和每個塔段的加熱（冷卻）負(fù)荷。用于模擬煉油塔（原油單加熱（冷卻）負(fù)荷。用于模擬煉油塔（原油單元和減壓塔）。模型將有元和減壓塔）。模型將有n個產(chǎn)品的塔分割成個產(chǎn)品的塔分割成n-1個塔段并從上而下為這些塔段編號。個塔段并從上而下為這些塔段編號。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第10頁SCFrac (簡捷法多塔蒸餾簡捷法多塔蒸餾) 對每個塔段必需規(guī)

7、定產(chǎn)品壓力和基于進(jìn)料流率對每個塔段必需規(guī)定產(chǎn)品壓力和基于進(jìn)料流率的產(chǎn)品流率或分率，對所有產(chǎn)品，除餾出物外的產(chǎn)品流率或分率，對所有產(chǎn)品，除餾出物外必須規(guī)定蒸汽與產(chǎn)品的比值。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組分。所以水都與塔頂產(chǎn)品一起離開。為一個組分。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)算可在冷凝器該模型不能處理固體，游離水計(jì)算可在冷凝器中完成。中完成。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第11頁SCFrac (簡捷法多塔蒸餾簡捷法多塔蒸餾) SCFrac估算：估算：產(chǎn)品組成和

8、流率產(chǎn)品組成和流率每一段的級數(shù)每一段的級數(shù)每一段的熱或冷負(fù)荷每一段的熱或冷負(fù)荷該模型不能處理固體，游離水計(jì)算可在冷凝器該模型不能處理固體，游離水計(jì)算可在冷凝器中完成。中完成。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第12頁 利用精餾方法對附表中進(jìn)料流利用精餾方法對附表中進(jìn)料流股進(jìn)行分離，其壓強(qiáng)為股進(jìn)行分離，其壓強(qiáng)為445830 Pa， 處于飽和液體狀態(tài)。規(guī)定處于飽和液體狀態(tài)。規(guī)定該分離操作的輕、重關(guān)鍵組分該分離操作的輕、重關(guān)鍵組分分別為分別為N-Butane和和I-Pentane，塔頂產(chǎn)品中輕、重關(guān)鍵組分的塔頂產(chǎn)品中輕、重關(guān)鍵組分的回收率（回收率（recovery）分別為）分

9、別為0.9908和和0.0112，并規(guī)定操作采用回，并規(guī)定操作采用回流比為最小回流比的流比為最小回流比的1.8倍。體倍。體系熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算采用系熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算采用“SRK”模型方程。模型方程。 試確定：該條件下的最小回流試確定：該條件下的最小回流比、理論板數(shù)、最小理論板數(shù)比、理論板數(shù)、最小理論板數(shù)及適宜的進(jìn)料位置。及適宜的進(jìn)料位置。 例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算組分組分流量流量 / kmol/sPropane0.0006I-Butane0.0013N-Butane0.0038I-Pentane0.0025N-Pentane0.0019N-Hexane0.0025 第13頁1

10、） 流程圖繪制流程圖繪制 在在Columns/DSTWU中中ICON1例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第14頁1 ）流程圖繪制）流程圖繪制例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第15頁例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算2）全局參數(shù)設(shè)置）全局參數(shù)設(shè)置進(jìn)入進(jìn)入setup/specification進(jìn)行全局變量（進(jìn)行全局變量（global設(shè)置。這里設(shè)置。這里 工程單位：自定義工程單位：自定義 us-1（以（以MET為基礎(chǔ)）為基礎(chǔ)）Run Type： Flowsheet報(bào)告要求顯示流股的摩爾分率。報(bào)告要求顯示流股的摩爾分率。 第16頁3） 組分輸入組分輸入例

11、例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第17頁4 4） 進(jìn)料流股參數(shù)設(shè)置進(jìn)料流股參數(shù)設(shè)置例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第18頁5） DSTWU模型設(shè)置模型設(shè)置例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于Rmin,則系統(tǒng)安裝則系統(tǒng)安裝2Rmin作為作為回流比進(jìn)行計(jì)算；如大于回流比進(jìn)行計(jì)算；如大于Rmin，就按照實(shí)際的值進(jìn)行計(jì)算。，就按照實(shí)際的值進(jìn)行計(jì)算。 第19頁6 ） DSTWU結(jié)果查看結(jié)果查看例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第20頁6） DSTWU結(jié)果查看結(jié)

12、果查看例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 最小回流比為最小回流比為1.05 實(shí)際回流比為實(shí)際回流比為1.8 最小理論板數(shù)為最小理論板數(shù)為10.5 實(shí)際塔板數(shù)為實(shí)際塔板數(shù)為17.5 進(jìn)料板位置為第進(jìn)料板位置為第10塊板塊板 再沸器所需的熱量為再沸器所需的熱量為76551cal/sec 冷凝器所需的冷量量為冷凝器所需的冷量量為308.5cal/sec 第21頁例例2 設(shè)計(jì)一精餾塔。泡點(diǎn)設(shè)計(jì)一精餾塔。泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料組成、塔頂進(jìn)料，進(jìn)料組成、塔頂產(chǎn)品要求見表。操作壓產(chǎn)品要求見表。操作壓力為力為4.4atm。要求塔頂。要求塔頂采用全凝器，回流比為采用全凝器，回流比為1.8。熱力學(xué)計(jì)算采用物

13、。熱力學(xué)計(jì)算采用物性方法性方法PENG-ROB。采。采用用DSTWU模塊設(shè)計(jì)滿模塊設(shè)計(jì)滿足上述分離要求的精餾足上述分離要求的精餾塔。塔。例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)料進(jìn)料組分組分進(jìn)料流進(jìn)料流率率/ kmol/h塔頂流率塔頂流率要求要求/kmol/h丙烷丙烷5異丁烷異丁烷10正丁烷正丁烷30不低于不低于29.7248異戊烷異戊烷20不高于不高于0.2247正戊烷正戊烷15正己烷正己烷20 第22頁1） 流程圖繪制流程圖繪制 在在Columns/DSTWU中中ICON1 冷凝器為全凝器；連接流股時注意連接位置，冷凝器為全凝器；連接流股時注意連接位置，例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)

14、計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第23頁1） 流程圖繪制流程圖繪制例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第24頁例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算2）全局參數(shù)設(shè)置）全局參數(shù)設(shè)置進(jìn)入進(jìn)入setup/specification進(jìn)行全局變量（進(jìn)行全局變量（global設(shè)置。這里設(shè)置。這里 工程單位：工程單位：METRun Type： Flowsheet報(bào)告要求顯示流股的摩爾分率。報(bào)告要求顯示流股的摩爾分率。 第25頁3） 組分輸入組分輸入例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第26頁4 4）進(jìn)料流股參數(shù)設(shè)置）進(jìn)料流股參數(shù)設(shè)置例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)

15、算 第27頁5）DSTWU模型設(shè)置模型設(shè)置這里輕關(guān)鍵組分為這里輕關(guān)鍵組分為NC4， 重關(guān)鍵組分為重關(guān)鍵組分為I-C5。對于輕關(guān)鍵組分對于輕關(guān)鍵組分NC4 Recov=29.7248/30=0.9908重關(guān)鍵組分為重關(guān)鍵組分為I-C5Recov=0.2247/20=0.01124例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第28頁5） DSTWU模型設(shè)置模型設(shè)置例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于Rmin,則系統(tǒng)安裝則系統(tǒng)安裝2Rmin作為回流比進(jìn)行計(jì)算；如大于作為回流比進(jìn)行計(jì)算；如大于Rmin

16、，就按照實(shí)際的值進(jìn)行計(jì)，就按照實(shí)際的值進(jìn)行計(jì)算。算。 第29頁6） DSTWU結(jié)果查看結(jié)果查看例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 第30頁6） DSTWU結(jié)果查看結(jié)果查看例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算簡捷法精餾設(shè)計(jì)計(jì)算 最小回流比為最小回流比為1.32 實(shí)際回流比為實(shí)際回流比為1.8 最小理論板數(shù)為最小理論板數(shù)為12.8 實(shí)際塔板數(shù)為實(shí)際塔板數(shù)為23.7 進(jìn)料板位置為第進(jìn)料板位置為第12塊板塊板 再沸器所需的熱量為再沸器所需的熱量為753.31kJ/sec 冷凝器所需的熱量為冷凝器所需的熱量為688.95kJ/sec 第31頁靈敏度分析靈敏度分析 靈敏度分析定義方法：靈敏度分析定

17、義方法：Data/ model analysis Tools(模型分析工具模型分析工具）/sensitivity(靈敏度分析）靈敏度分析）靈敏度分析對象管理器靈敏度分析對象管理器 第32頁例例5-3 以例以例5-2為基礎(chǔ)，由靈敏度分析工具，考為基礎(chǔ)，由靈敏度分析工具，考察回流比的變化對實(shí)際塔板數(shù)的影響。察回流比的變化對實(shí)際塔板數(shù)的影響。例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析靈敏度分析定義方法：靈敏度分析定義方法：1）定義目標(biāo)變量）定義目標(biāo)變量2）定義自變量）定義自變量3）規(guī)定表格）規(guī)定表格 第33頁例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第34頁1）定義因變量（）定義因變量（Flowsheet varia

18、ble）例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第35頁1）定義因變量（）定義因變量（Flowsheet variable）例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第36頁2）定義自變量）定義自變量(Vary)-回流比（回流比（RR）自）自1.4-10，步長為，步長為0.5變化變化例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第37頁3）規(guī)定表格）規(guī)定表格(Tabulate)-規(guī)定需要軟件計(jì)算的變量列表規(guī)定需要軟件計(jì)算的變量列表例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第38頁課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：分析回流比對于再沸器熱負(fù)荷和冷凝器分析回流比對于再沸器熱負(fù)荷和冷凝器的冷量的影響，將計(jì)算結(jié)果繪圖的冷量的影響，將計(jì)算結(jié)果繪圖例例5

19、-3 靈敏度分析靈敏度分析 第39頁運(yùn)行計(jì)算，運(yùn)行計(jì)算，/Model Analysis Tools/Sensitivity/S-1/Results/，查看結(jié)果查看結(jié)果例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第40頁5.1 設(shè)計(jì)一脫乙烷塔分離附表所設(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示物料，要求塔頂采出中丙烷流率不得高于率不得高于2 kmol/h，塔底出料，塔底出料中乙烷流率不得高于中乙烷流率不得高于2 kmol/h。假定操作回流比為最小回流比的假定操作回流比為最小回流比的2.5倍，選擇倍，選擇(部分部分)冷凝器。冷凝器。 計(jì)計(jì)算最小回流比、所需的平衡級數(shù)算最小回流比、所需的平衡級數(shù)及適宜的進(jìn)料位置。及適宜的進(jìn)料位置。(進(jìn)料流股溫進(jìn)料流股溫度為度為305.4K