分離單元化工設(shè)計二

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：物性模型選擇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)鍵鍵組組分分回回收收率率(Keycomponentrecoveries)（1）輕關(guān)關(guān)鍵鍵組組分分在在餾餾出出物物中中的的回回收收率率餾出物中中的輕關(guān)關(guān)鍵組分分/進(jìn)料中的的輕關(guān)鍵鍵組分（2）重關(guān)鍵組組分在餾餾出物中中的回收收率餾出物中中的重關(guān)關(guān)鍵組分分/進(jìn)料中的的重關(guān)鍵鍵組分DSTWU——模型參數(shù)數(shù)（3）DSTWU模型有四四組模型設(shè)定定參數(shù)：DSTWU——模型參數(shù)數(shù)（4）3、壓力(Pressure)（1）冷冷凝凝器(Condenser)（2）再沸器器(Reboiler)DSTWU——模型參參數(shù)（5））DSTWU模型有有四組組模型設(shè)設(shè)定參參數(shù)：DSTWU——模型參參數(shù)（6））4、冷凝器器設(shè)定定(Condenserspecifications)（1）全全凝凝器(Totalcondenser)（2）帶汽相相餾出出物的的部分分冷凝凝器(Partialcondenserwithvapordistillate)（3）帶汽、液相相餾出物的的部分冷凝凝器(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)DSTWU—模型參數(shù)（7）DSTWU模型有四組組模型設(shè)定參參數(shù)：DSTWU—模型參數(shù)（8）含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物（（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30C）用精餾塔塔（塔壓0.02MPa）分離，要要求99.8%的乙苯從塔塔頂排出，，99.9%的苯乙烯從從塔底排出出，采用全全凝器。求求：Rmin，NTmin，R=1.5Rmin時的R、NT和NF。DSTWU—應(yīng)用示例(1)1、生成回流比比——理論板數(shù)關(guān)關(guān)系表(Generatetableofrefluxratiovs.numberoftheoreticalstages)2、計算等板高高度(CalculateHETP)DSTWU—計算選項DSTWU模型有兩個個計算選項項：DSTWU—計算選項（2）“生成回流比比——理論板數(shù)關(guān)關(guān)系表”對對選取合理理的理論板板數(shù)很有參參考價值。。在實際回回流比對理理論板數(shù)欄欄目中輸入入我們想分分析的理論論板數(shù)的最最小值(Initialnumberofstages)、最大值(Finalnumberofstages)和增量值(Incrementsizefornumberofstages)。計算完成成后的結(jié)果果中會包括括回流比剖剖形(Refluxratioprofile),據(jù)此可以繪繪制回流比比——理論板數(shù)曲曲線。DSTWU—計算選項（3）DSTWU—計算選項（4）DSTWU—計算選項（5）合理的理論論板數(shù)應(yīng)在在曲線斜率率絕對值較較小的區(qū)域域內(nèi)選擇。繪制示例（（1）的NT~R關(guān)系圖，根根據(jù)該圖選選取合理的的R值，求取相相應(yīng)的NT、NF、冷凝器和和再沸器的的溫度和熱熱負(fù)荷。DSTWU—應(yīng)用示例(2)DSTWU—應(yīng)用示例(3)Distl簡捷精餾（操作）Distl模塊用Edmister方法計算給給定精餾塔塔的操作結(jié)結(jié)果。Distl——連接Distl模塊的連接接圖如下：：Distl——模型參數(shù)在Specification表單中設(shè)定定以下參數(shù)數(shù)：理論板數(shù)Numberofstages加料板位置置Feedstage回流比Refluxratio餾出物/進(jìn)料摩爾比比Distillatetofeedmole冷凝器類型型Condensertype冷凝器壓強(qiáng)強(qiáng)Condenserpressure再沸器壓強(qiáng)強(qiáng)ReboilerpressureDistl——模型參數(shù)（2）Distl——計計算結(jié)果果計算給出以以下模塊信信息：冷凝器熱負(fù)負(fù)荷Condenserduty再沸器熱負(fù)負(fù)荷Reboilerduty進(jìn)料板溫度度Feedstagetemperature塔頂溫度Topstagetemperature塔底底溫溫度度Bottomstagetemperature進(jìn)料料q值FeedqualityDistl————計計算算結(jié)結(jié)果果（2））含水水30%w、甲甲醇醇70%w的混混合合物物(F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=20C)用精餾塔(塔壓0.12MPa)分離，采用全全凝器，22塊理論塔板，，加料板在第第15塊，摩爾回流流比0.56775，餾出物/加料摩爾比0.641。核算分離效效果，再沸器器功率。Distl———應(yīng)用示例(1)RadFrac精密分離模塊塊RadFrac模塊同時聯(lián)解解物料平衡、、能量平衡和和相平衡關(guān)系系，用逐板計計算方法求解解給定塔設(shè)備備的操作結(jié)果果。RadFrac模塊用于精確確計算精餾塔塔、吸收塔（（板式塔或填填料塔）的分分離能力和設(shè)設(shè)備參數(shù)。RadFrac精密分離模塊塊（2）RadFrac——連接RadFrac模塊的連接圖圖如下：RadFrac——模型設(shè)定RadFrac模型具有以下下設(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、三相相（3-Phase）RadFrac——配置配置表表單包包含以以下項項目：：1、塔板板數(shù)（NumberofStages）2、冷凝器器（Condenser）3、再沸器器（Reboiler）4、有效相相態(tài)（ValidPhase）5、收斂方方法（Convergence)6、操作設(shè)設(shè)定（OperationSpecifications)RadFrac——配置（2））RadFrac——配置（冷凝凝器））冷凝器器配置置從四四個選選項中中選擇擇一種種：1、全凝凝器（Total）2、部分分冷凝凝-汽相餾餾出物物（Partial-Vapor）3、部分分冷凝凝-汽相和和液相相餾出出物（Partial-Vapor-Liquid）4、無冷冷凝器器(None)RadFrac—配置（（冷凝凝器））（2））RadFrac——配置（再沸沸器））再沸器器配置置從三三個選選項中中選擇擇一種種：1、釜式式再沸沸器（Kettle）2、熱虹虹吸式式再沸沸器（Thermosyphon）3、無再再沸器器(None)RadFrac—配置（（再沸沸器））（2））RadFrac——配置（有效相態(tài)態(tài)）有效相態(tài)從從四個選項項中選擇一一種：1、汽-液（Vapor-Liquid）2、汽-液-液（Vapor-Liquid-Liquid）3、汽-液-冷凝器游離離水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor）4、汽-液-任意塔板游游離水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）RadFrac—配置(有效相態(tài))（2）RadFrac—配置（收斂方法法）收斂方法從從六個選項項中選擇一一種：1、標(biāo)準(zhǔn)方法法（Standard）2、石油/寬沸程（Petroleum/Wide-Boiling）3、強(qiáng)非理想液液相（StronglyNon-idealLiquid）4、共沸體系系（Azeotropic）5、深度冷凍凍體系（Cryogenic）6、用戶定義義（Custom）RadFrac—配置(收斂方法法)(2)RadFrac—配置（操作設(shè)設(shè)定）1、回流比（RefluxRatio）2、回流速率率（RefluxRate）3、餾出物速速率（DistillateRate)4、塔底物速速率（BottomsRate)5、上升蒸汽汽速率（BoilupRate)操作設(shè)定定從十個個選項中中選擇：6、上升蒸蒸汽比（BoilupRatio)7、上升蒸蒸汽/進(jìn)料比（BoiluptoFeedRatio)8、餾出物/進(jìn)料比（DistillatetoFeedRatio)9、冷凝器器熱負(fù)荷荷（CondenserDuty)10、再沸器器熱負(fù)荷荷（ReboilerDuty)RadFrac—配置(操作設(shè)定)(2)操作設(shè)定從十十個選項中選選擇：RadFrac—配置(操作設(shè)定)(3)RadFrac——流股1、進(jìn)料流股（FeedStreams）指定每一股進(jìn)進(jìn)料的加料板板位置。2、產(chǎn)品流股（ProductStreams）指定每一股側(cè)側(cè)線產(chǎn)品的出出料板位置及及產(chǎn)量。在流股表單中中設(shè)置以下參參數(shù)：RadFrac——流股（2）RadFrac——壓強(qiáng)從三種方式（View）中選擇一種1、塔頂/塔底（Top/Bottom）指定塔頂壓力力、冷凝器壓壓降和塔壓降降。2、壓力剖型（PressureProfile）指定每一塊塔塔板壓力。3、塔段壓降（SectionPressureDrop）指定每一塔段段的壓降。在壓強(qiáng)表單中中設(shè)置以下參參數(shù)：RadFrac——壓強(qiáng)（2）RadFrac——冷凝器冷凝器設(shè)定有有兩組參數(shù)：1、冷凝器指標(biāo)標(biāo)（CondenserSpecification）僅僅應(yīng)用于部部分冷凝器。。只需指定冷冷凝溫度（Temperature）和蒸汽分率（VaporFraction）兩個參數(shù)之一一。RadFrac—冷凝器（2）2、過冷態(tài)（Subcooling）1）過冷選項（Subcoolingoption）回流物和餾出出物都過冷(Bothrefluxandliquiddistillatearesubcooled)/僅僅回流物過過冷(Onlyrefluxissubcooled)2）過冷指標(biāo)（Subcoolingspecification）過冷液溫度(Subcooledtemperature)/過冷度(Degreesofsubcooled)RadFrac—冷凝器（3）冷凝器設(shè)定定有兩組參參數(shù)：RadFrac—冷凝器（4）RadFrac——再沸器如選用了熱熱虹吸再沸沸器，則需需要進(jìn)行設(shè)設(shè)置：1、指定再沸沸器流量（Specifyreboilerflowrate）2、指定再沸沸器出口條條件（Specifyreboileroutletcondition）3、同時指定定流量和出出口條件（Specifybothflowandoutletcondition）RadFrac——再沸器RadFrac的計算結(jié)果果從三部分分查看：1、結(jié)果簡匯（Resultssummary）2、分布剖形（Profiles）3、流股結(jié)果（Streamresults）RadFrac—結(jié)果查看結(jié)果簡匯給出塔頂（（冷凝器））和塔底（（再沸器））的溫度、、熱負(fù)荷、、流量、回回流比和上上升蒸汽比比等參數(shù)，，以及每一一組份在各各出塔物流流中的分配配比率。RadFrac—結(jié)果果簡簡匯匯RadFrac—結(jié)果果簡簡匯匯（2）分布布剖剖形形給出出塔塔內(nèi)內(nèi)各各塔塔板板上上的的溫溫度度、、壓壓力力、、熱熱負(fù)負(fù)荷荷、、相相平平衡衡參參數(shù)數(shù)，，以以及及每每一一相相態(tài)態(tài)的的流流量量、、組組成成和和物物性性。。據(jù)據(jù)此此可可確確定定最最佳佳加加料料板板和和側(cè)側(cè)線線出出料料板板位位置置。。RadFrac—分布布剖剖形形RadFrac—分布布剖剖形形（2））RadFrac—分布布剖剖形形（3））根據(jù)據(jù)DSTWU示例例（2）的結(jié)結(jié)果果，選取取R=20、NT=72、NF=42，用RadFrac模塊塊進(jìn)進(jìn)行行精精確確計計算算。。再再根根據(jù)據(jù)濃濃度度分分布布剖剖形形結(jié)結(jié)果果選選取取最最佳佳進(jìn)進(jìn)料料板板位位置置，，重重新新進(jìn)進(jìn)行行校校核核計計算算。。RadFrac—應(yīng)用用示示例例(1)RadFrac—設(shè)計計規(guī)規(guī)定定RadFrac模型型帶帶有有內(nèi)內(nèi)部部的的設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)定定功功能能，，通通過過設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)定定(DesignSpecs)和變變化化(Vary)兩組組對對象象進(jìn)進(jìn)行行設(shè)設(shè)定定。?？梢砸栽O(shè)設(shè)置置多多個個設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)定定對對象象和和多多個個變變化化對對象象，，但但要要注注意意兩兩者者間間的的依依賴賴關(guān)關(guān)系系和和自自由由度度必必須須吻吻合合，，否否則則不不能能收收斂斂。。RadFrac—設(shè)計計規(guī)規(guī)定定(2)RadFrac——設(shè)計計規(guī)定定對對象象設(shè)計計規(guī)規(guī)定定對對象象通通過過以以下下三三張張表表單單設(shè)設(shè)置置規(guī)規(guī)定定指指標(biāo)標(biāo)1、規(guī)規(guī)定定(Specification)2、組組分分(Components)3、進(jìn)料料/產(chǎn)物流流股(Feed/ProductStreams)RadFrac—設(shè)計規(guī)規(guī)定對對象(2)RadFrac—設(shè)計規(guī)規(guī)定對對象(3)在規(guī)定定表單單中輸輸入以以下指指標(biāo)1、類型型(Type)有36種變量量類型型共選選用2、目標(biāo)標(biāo)(Target)設(shè)定規(guī)規(guī)定變變量的的目標(biāo)標(biāo)值3、流股類類型(Streamtype)產(chǎn)物(Product)/內(nèi)部(Internal)/傾析器(Decanter)RadFrac—設(shè)計規(guī)定定對象(4)RadFrac—設(shè)計規(guī)定定對象(5)在組分表表單中輸輸入定義義目標(biāo)值值的組分分(Components)（分子））和基準(zhǔn)準(zhǔn)組分(BaseComponents)（分母））。從左左側(cè)可用用組分(Availablecomponents)框中選擇擇需用組組分到右右側(cè)的選選用組分分(SelectedComponents)框中.RadFrac—設(shè)計規(guī)定定對象(6)RadFrac—設(shè)計規(guī)定定對象(7)在進(jìn)料/產(chǎn)物流股股表單中選選擇定義義設(shè)計規(guī)規(guī)定目標(biāo)標(biāo)值的流流股名稱稱.RadFrac—設(shè)計規(guī)定定對象(8)RadFrac—變化對象在變化對對象的Specification表單中輸輸入調(diào)節(jié)節(jié)變量及及其調(diào)節(jié)節(jié)范圍的的上、下下限值。。RadFrac—變化對象（2）RadFrac—應(yīng)用示例例(2)如將示例例（1）的塔壓壓調(diào)到0.01MPa，全塔壓壓降0.005MPa，試求滿滿足分離離要求所所需的回回流比和和餾出物物流量。。RadFrac———塔板效率率RadFrac模塊可以設(shè)定定實際塔板的的板效率(Efficiencies)。用戶可選用用蒸發(fā)效率(VaporizationEfficiencies)或墨弗里效率率(MurphreeEfficiencies)，并選擇指定定單塊板的效效率，單個