CAPD基礎(chǔ)第八講 分離單元的仿真設(shè)計(jì)（二）

1、Simulation Design of Separation Processes分離單元的仿真設(shè)計(jì) (二)CAPD基礎(chǔ) 第八講編輯課件分離過(guò)程模型的分類Aspen Plus 中的分離過(guò)程模型包含兩大類別：簡(jiǎn)單分離單元模型塔設(shè)備單元模型編輯課件塔設(shè)備單元模型 分類DSTWUDistlRadFracExtract塔設(shè)備(Columns)單元共有9種模塊：MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac編輯課件塔設(shè)備單元模型分類（2）編輯課件DSTWU 簡(jiǎn)捷精餾（設(shè)計(jì)）DSTWU 模塊用Winn-Underwood-Gilliland捷算法進(jìn)行精餾塔的設(shè)計(jì)，根據(jù)給

2、定的加料條件和分離要求計(jì)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。編輯課件DSTWU 簡(jiǎn)捷精餾 （2）編輯課件DSTWU 連接DSTWU 模型的連接圖如下：編輯課件1、塔設(shè)定 ( Column specifications)（1）塔板數(shù) ( Number of stages)（2）回流比 ( Reflux ratio) 0, 實(shí)際回流比； -1, 絕對(duì)值=實(shí)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)：編輯課件DSTWU 模型參數(shù)（2）編輯課件2、關(guān)鍵組分回收率 ( Key component recoveries )（1）輕關(guān)鍵組分在餾出物中

3、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)：編輯課件DSTWU 模型參數(shù)（4）編輯課件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)：編輯課件DSTWU 模型參數(shù)（6）編輯課件4、冷凝器設(shè)定 ( Condenser specifications)（1） 全凝器 ( Total condenser)（2） 帶汽相餾出物的部分冷凝器 ( Pa

4、rtial condenser with vapor distillate)（3） 帶汽、液相餾出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)DSTWU 模型參數(shù)（7）DSTWU模型有四組模型設(shè)定參數(shù)：編輯課件DSTWU 模型參數(shù)（8）編輯課件 含乙苯 30%w、苯乙烯 70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30 C）用精餾塔（塔壓0.02MPa ）分離，要求99.8%的乙苯從塔頂排出，99.9%的苯乙烯從塔底排出，采用全凝器。求： Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 時(shí)的R、NT

5、和NF 。DSTWU 應(yīng)用示例 (1)編輯課件1、生成回流比理論板數(shù)關(guān)系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages )2、計(jì)算等板高度 ( Calculate HETP )DSTWU 計(jì)算選項(xiàng)DSTWU模型有兩個(gè)計(jì)算選項(xiàng)：編輯課件DSTWU 計(jì)算選項(xiàng)（2）編輯課件 “生成回流比理論板數(shù)關(guān)系表”對(duì)選取合理的理論板數(shù)很有參考價(jià)值。在實(shí)際回流比對(duì)理論板數(shù)欄目中輸入我們想分析的理論板數(shù)的最小值(Initial number of stages)、最大值(Final number of stages)和增量值(I

6、ncrement size for number of stages)。計(jì)算完成后的結(jié)果中會(huì)包括回流比剖形(Reflux ratio profile), 據(jù)此可以繪制回流比理論板數(shù)曲線。DSTWU 計(jì)算選項(xiàng)（3）編輯課件DSTWU 計(jì)算選項(xiàng)（4）編輯課件DSTWU 計(jì)算選項(xiàng)（5）合理的理論板數(shù)應(yīng)在曲線斜率絕對(duì)值較小的區(qū)域內(nèi)選擇。編輯課件繪制示例（1）的NTR關(guān)系圖，根據(jù)該圖選取合理的R值，求取相應(yīng)的 NT、NF、冷凝器和再沸器的溫度和熱負(fù)荷。DSTWU 應(yīng)用示例 (2)編輯課件Distl 簡(jiǎn)捷精餾（操作） Distl 模塊用 Edmister 方法計(jì)算給定精餾塔的操作結(jié)果。編輯課件Distl

7、連接Distl 模塊的連接圖如下：編輯課件Distl 模型參數(shù)在Specification表單中設(shè)定以下參數(shù)： 理論板數(shù) Number of stages 加料板位置 Feed stage 回流比 Reflux ratio 餾出物/進(jìn)料摩爾比 Distillate to feed mole 冷凝器類型 Condenser type 冷凝器壓強(qiáng) Condenser pressure 再沸器壓強(qiáng) Reboiler pressure編輯課件Distl 模型參數(shù)（2）編輯課件Distl 計(jì)算結(jié)果計(jì)算給出以下模塊信息： 冷凝器熱負(fù)荷 Condenser duty 再沸器熱負(fù)荷 Reboiler duty

8、 進(jìn)料板溫度 Feed stage temperature 塔頂溫度 Top stage temperature 塔底溫度 Bottom stage temperature 進(jìn)料 q 值 Feed quality編輯課件Distl 計(jì)算結(jié)果（2）編輯課件 含水30%w、甲醇70%w的混合物( F= 1000 kg/hr、P=0.12 MPa、T=20 C )用精餾塔 (塔壓0.12MPa) 分離，采用全凝器，22塊理論塔板，加料板在第15塊，摩爾回流比0.56775，餾出物/加料摩爾比0.641。核算分離效果，再沸器功率。Distl 應(yīng)用示例 (1)編輯課件RadFrac 精密分離模塊 Rad

9、Frac 模塊同時(shí)聯(lián)解物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系，用逐板計(jì)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(jì)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)。編輯課件RadFrac 精密分離模塊（2）編輯課件RadFrac 連接 RadFrac 模塊的連接圖如下：編輯課件RadFrac模型設(shè)定RadFrac 模型具有以下設(shè)定表單： 1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、壓強(qiáng)（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、再沸器（Reboiler） 6、三相（3-Phase）編輯課件RadFrac 配置配置表單包含以下項(xiàng)目：

10、1、塔板數(shù)（Number of Stages） 2、冷凝器（Condenser） 3、再沸器（Reboiler） 4、有效相態(tài)（Valid Phase） 5、收斂方法 （Convergence) 6、操作設(shè)定 （Operation Specifications)編輯課件RadFrac 配置（2）編輯課件RadFrac 配置（冷凝器）冷凝器配置從四個(gè)選項(xiàng)中選擇一種： 1、全凝器（Total） 2、部分冷凝-汽相餾出物 （Partial-Vapor） 3、部分冷凝-汽相和液相餾出物 （Partial-Vapor-Liquid） 4、無(wú)冷凝器 (None)編輯課件RadFrac配置（冷凝器）（2）編

11、輯課件RadFrac 配置（再沸器）再沸器配置從三個(gè)選項(xiàng)中選擇一種： 1、釜式再沸器（Kettle） 2、熱虹吸式再沸器（Thermosyphon） 3、無(wú)再沸器 (None)編輯課件RadFrac配置（再沸器）（2）編輯課件RadFrac 配置（有效相態(tài)）有效相態(tài)從四個(gè)選項(xiàng)中選擇一種： 1、汽-液（Vapor-Liquid） 2、汽-液-液（Vapor-Liquid -Liquid ） 3、汽-液- 冷凝器游離水 （Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor） 4、汽-液- 任意塔板游離水 （Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）編輯課件RadFr

12、ac配置 (有效相態(tài))（2）編輯課件RadFrac配置（收斂方法）收斂方法從六個(gè)選項(xiàng)中選擇一種： 1、標(biāo)準(zhǔn)方法（Standard） 2、石油/寬沸程（Petroleum/Wide-Boiling） 3、強(qiáng)非理想液相（Strongly Non-ideal Liquid） 4、共沸體系（Azeotropic） 5、深度冷凍體系（Cryogenic） 6、用戶定義（Custom）編輯課件RadFrac配置 (收斂方法) (2)編輯課件RadFrac 配置（操作設(shè)定）1、回流比（Reflux Ratio）2、回流速率（Reflux Rate）3、餾出物速率（Distillate Rate)4、塔底物速

13、率（Bottoms Rate)5、上升蒸汽速率（Boilup Rate)操作設(shè)定從十個(gè)選項(xiàng)中選擇：編輯課件6、上升蒸汽比（Boilup Ratio)7、上升蒸汽/進(jìn)料比（Boilup to Feed Ratio)8、餾出物/進(jìn)料比（Distillate to Feed Ratio)9、冷凝器熱負(fù)荷（Condenser Duty)10、再沸器熱負(fù)荷（Reboiler Duty)RadFrac配置 (操作設(shè)定) (2)操作設(shè)定從十個(gè)選項(xiàng)中選擇：編輯課件RadFrac配置 (操作設(shè)定) (3)編輯課件RadFrac 流股1、進(jìn)料流股（Feed Streams） 指定每一股進(jìn)料的加料板位置。2、產(chǎn)品流

14、股（Product Streams） 指定每一股側(cè)線產(chǎn)品的出料板位置及產(chǎn)量。在流股表單中設(shè)置以下參數(shù)：編輯課件RadFrac流股（2）編輯課件RadFrac 壓強(qiáng)從三種方式（View）中選擇一種 1、塔頂/塔底（Top/Bottom） 指定塔頂壓力、冷凝器壓降和塔壓降。 2、壓力剖型（Pressure Profile） 指定每一塊塔板壓力。 3、塔段壓降（Section Pressure Drop） 指定每一塔段的壓降。在壓強(qiáng)表單中設(shè)置以下參數(shù)：編輯課件RadFrac壓強(qiáng)（2）編輯課件RadFrac 冷凝器冷凝器設(shè)定有兩組參數(shù)：1、冷凝器指標(biāo)（Condenser Specification）

15、僅僅應(yīng)用于部分冷凝器。只需指定冷凝溫度（Temperature）和蒸汽分率（Vapor Fraction）兩個(gè)參數(shù)之一。編輯課件RadFrac 冷凝器（2）編輯課件2、過(guò)冷態(tài)（Subcooling）1）過(guò)冷選項(xiàng)（Subcooling option） 回流物和餾出物都過(guò)冷 (Both reflux and liquid distillate are subcooled) /僅僅回流物過(guò)冷 (Only reflux is subcooled)2）過(guò)冷指標(biāo)（Subcooling specification） 過(guò)冷液溫度 (Subcooled temperature) /過(guò)冷度 (Degrees of

16、 subcooled)RadFrac 冷凝器（3）冷凝器設(shè)定有兩組參數(shù)：編輯課件RadFrac 冷凝器（4）編輯課件RadFrac 再沸器如選用了熱虹吸再沸器，則需要進(jìn)行設(shè)置：1、指定再沸器流量 （Specify reboiler flow rate）2、指定再沸器出口條件 （ Specify reboiler outlet condition）3、同時(shí)指定流量和出口條件 （Specify both flow and outlet condition ）編輯課件RadFrac 再沸器編輯課件RadFrac 的計(jì)算結(jié)果從三部分查看： 1、結(jié)果簡(jiǎn)匯（Results summary） 2、分布剖形（

17、Profiles） 3、流股結(jié)果（Stream results）RadFrac 結(jié)果查看編輯課件結(jié)果簡(jiǎn)匯給出塔頂（冷凝器）和塔底（再沸器）的溫度、熱負(fù)荷、流量、回流比和上升蒸汽比等參數(shù)，以及每一組份在各出塔物流中的分配比率。RadFrac 結(jié)果簡(jiǎn)匯編輯課件RadFrac 結(jié)果簡(jiǎn)匯（2）編輯課件 分布剖形給出塔內(nèi)各塔板上的溫度、壓力、熱負(fù)荷、相平衡參數(shù)，以及每一相態(tài)的流量、組成和物性。據(jù)此可確定最佳加料板和側(cè)線出料板位置。RadFrac 分布剖形編輯課件RadFrac 分布剖形（2）編輯課件RadFrac 分布剖形（3）編輯課件 根據(jù)DSTWU示例（2）的結(jié)果，選取 R=20、NT=72、NF

18、=42 ，用RadFrac 模塊進(jìn)行精確計(jì)算。再根據(jù)濃度分布剖形結(jié)果選取最佳進(jìn)料板位置，重新進(jìn)行校核計(jì)算。 RadFrac 應(yīng)用示例 (1)編輯課件RadFrac 設(shè)計(jì)規(guī)定RadFrac 模型帶有內(nèi)部的設(shè)計(jì)規(guī)定功能，通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定(Design Specs)和變化(Vary)兩組對(duì)象進(jìn)行設(shè)定。可以設(shè)置多個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象和多個(gè)變化對(duì)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。編輯課件RadFrac 設(shè)計(jì)規(guī)定 (2)編輯課件RadFrac 設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象 設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象通過(guò)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

19、流股 (Feed/Product Streams) 編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象 (2)編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)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 (Stream type) 產(chǎn)物(Product)/內(nèi)部(Internal)/傾析 器(Decanter)編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象 (4)編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)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 (Base Components)（分母）。從左側(cè)可用組

20、分 (Available components)框中選擇需用組分到右側(cè)的選用組分 (Selected Components) 框中.編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象 (6)編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象 (7) 在進(jìn)料/產(chǎn)物流股表單中選擇定義設(shè)計(jì)規(guī)定目標(biāo)值的流股名稱.編輯課件RadFrac設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象 (8)編輯課件RadFrac 變化對(duì)象 在變化對(duì)象的Specification表單中輸入調(diào)節(jié)變量及其調(diào)節(jié)范圍的上、下限值。 編輯課件RadFrac 變化對(duì)象（2）編輯課件RadFrac 應(yīng)用示例 (2)如將示例（1）的塔壓調(diào)到0.01 MPa，全塔壓降0.005 MPa，試求滿足分離要求所需的回流比和餾出物流量。 編輯課件RadFrac 塔板效率RadFrac 模塊可以設(shè)定實(shí)際塔板的板效率(Efficiencies)。用戶可選用蒸發(fā)效率(Vaporization Efficiencies) 或墨弗里效率(Murphree Efficienc