化工設(shè)計-ASPEN軟件：第六章分離設(shè)備-塔

分離設(shè)備—塔塔器分類DSTWUDistlRadFracExtractMultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac塔設(shè)備(Columns)單元共有9種模塊：塔設(shè)備單元9種模塊簡捷蒸餾

DSTWUDistl(使用Edmister簡捷法)

SCFrac(石油餾分簡捷蒸餾)嚴(yán)格蒸餾

RadFracMultiFrac(嚴(yán)格法多塔)PetroFracRateFrac(基于不平衡計算)液-液萃取

Extract間歇精餾

BatchFrac塔設(shè)備單元9種模塊DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU模塊用Winn-Underwood-Gilliland捷算法進行精餾塔的設(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--簡捷法精餾設(shè)計

DSTWU的流程連接DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）4組規(guī)定DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）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--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計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(塔頂)的重關(guān)鍵組分/進料中的重關(guān)鍵組分DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）指塔頂?shù)酿s出率DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）3、壓力

(Pressure)（1）冷凝器

(Condenser)（2）

再沸器

(Reboiler)DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）4、冷凝器設(shè)定

(Condenserspecifications)（1）全凝器

(Totalcondenser)（2）

帶（整體）汽相餾出物的部分冷凝器

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

(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU的輸入規(guī)定（InputSpecifications）DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計1、生成回流比——理論板數(shù)關(guān)系表

(Refluxratiovs.Numberoftheoreticalstages)2、計算等板高度

(CalculateHETP)DSTWU模型計算選項(CalculationOptions)DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU模型計算選項DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計1、生成回流比——理論板數(shù)關(guān)系表在實際回流比對理論板數(shù)欄目中輸入我們想分析的理論板數(shù)的最小值(Initialnumberofstages)、最大值(Finalnumberofstages)和增量值(Incrementsizefornumberofstages)或不同理論板值的個數(shù)(NumberofValuesintable)，計算完成后的結(jié)果中會包括回流比剖形(Refluxratioprofile),據(jù)此可以繪制回流比——理論板數(shù)曲線。對選取合理的理論板數(shù)很有參考價值!DSTWU模型計算選項DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU模型計算選項默認(rèn)值為1DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU模型計算結(jié)果—回流比與理論板曲線DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計繪制理論板與回流比曲線1點擊回流比數(shù)據(jù)欄2點擊菜單的繪圖(Plot)中的Y軸變量(Y-Axisvarible)DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計3點擊理論板數(shù)據(jù)欄4點擊菜單的繪圖(Plot)中的X軸變量(X-Axisvarible)繪制理論板與回流比曲線DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計5點擊菜單的繪圖(Plot)中的顯示圖線(DisplayPlot)繪制理論板與回流比曲線DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計回流比與理論板數(shù)關(guān)系曲線回流比理論板數(shù)繪制理論板與回流比曲線DSTWU--簡捷法精餾設(shè)計DSTWU模型計算結(jié)果合理的回流比DSTWU—

應(yīng)用示例(1)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=1.5Rmin時的R、NT和NF(進料板位置)

。DSTWU—

應(yīng)用示例(2)

繪制示例（1）的NT-R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。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

簡捷精餾（操作）Distl流程連接Distl簡捷精餾—模型參數(shù)Distl輸入表單在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/進料摩爾比

Distillatetofeedmoleratio

冷凝器類型

Condensertype

冷凝器壓強

Condenserpressure

再沸器壓強

ReboilerpressureDistl簡捷精餾—模型參數(shù)Distl輸入表單計算結(jié)果給出以下模塊信息Distl簡捷精餾—計算結(jié)果冷凝器熱負(fù)荷再沸器熱負(fù)荷進料板溫度塔頂溫度塔釜溫度進料熱狀態(tài)q值Distl——

應(yīng)用示例(1)含水30%w、甲醇70%w的混合物(F=1000kg/hr、P=0.12MPa、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，再沸器熱負(fù)荷。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RadFrac流程連接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（Pressure）4、冷凝器（Condenser）5、再沸器（Reboiler）6、三相（3-Phase）RadFrac——模型設(shè)定RadFrac

模型具有以下設(shè)定表單：RadFrac——模型設(shè)定配置表單（Configuration）設(shè)定計算類型Equlibrium/rate-based塔板數(shù)冷凝器設(shè)定再沸器設(shè)定操作規(guī)定蒸出速率回流比有效相態(tài)收斂方法RadFrac——模型設(shè)定冷凝器配置從四個選項中選擇一種：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、無冷凝器(None)配置表單（Configuration）設(shè)定RadFrac——模型設(shè)定冷凝器配置RadFrac——模型設(shè)定再沸器配置從三個選項中選擇一種：1、釜式再沸器（Kettle）2、熱虹吸式再沸器（Thermosyphon）3、無再沸器(None)配置表單（Configuration）設(shè)定RadFrac——模型設(shè)定再沸器配置RadFrac——模型設(shè)定有效相態(tài)設(shè)定2006版新增RadFrac——模型設(shè)定1、標(biāo)準(zhǔn)方法（Standard）2、石油/寬沸程（Petroleum/Wide-Boiling）3、強非理想液相（StronglyNon-idealLiquid）4、共沸體系（Azeotropic）5、深度冷凍體系（Cryogenic）6、用戶定義（Custom）收斂方法(convergence)RadFrac——模型設(shè)定收斂方法(convergence)RadFrac——模型設(shè)定1、回流比（RefluxRatio）2、回流速率（RefluxRate）3、餾出物速率（DistillateRate)4、塔底物速率（BottomsRate)5、上升蒸汽速率（BoilupRate)操作條件規(guī)定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型設(shè)定6、上升蒸汽比（BoilupRatio)

(Boiluprate/bottomrate)7、上升蒸汽/進料比（BoiluptoFeedRatio)8、餾出物/進料比（DistillatetoFeedRatio)

注意：當(dāng)有多股出料時，上述值指塔頂餾出料/進料比9、冷凝器熱負(fù)荷（CondenserDuty)10、再沸器熱負(fù)荷（ReboilerDuty)操作條件規(guī)定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型設(shè)定操作條件規(guī)定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型設(shè)定操作條件規(guī)定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型設(shè)定流股表單設(shè)定指定每股加料的位置指定每股產(chǎn)品的出料位置及產(chǎn)量RadFrac——模型設(shè)定加料板位置規(guī)定—板上(OnStage)或板上方(AboveStage)RadFrac——模型設(shè)定板上方(Above-Stage)進料時，Radfrac在相鄰的板間引入一股物流，液體部分流到規(guī)定的板，氣體部分流到上一塊板。板上(On-Stage)進料時，進料的汽相、液體都流到規(guī)定的板上。RadFrac——模型設(shè)定壓力表單設(shè)定RadFrac——模型設(shè)定壓力表單設(shè)定壓力表單有三種方式(View)設(shè)置1、塔頂/塔底（Top/Bottom）

指定塔頂壓力、冷凝器壓降和塔壓降。2、壓力變化曲線（PressureProfile）

指定每一塊塔板壓力。3、塔段壓降（SectionPressureDrop）

指定每一塔段的壓降。RadFrac——模型設(shè)定壓力表單設(shè)定View的三種選擇RadFrac——模型設(shè)定冷凝器表單設(shè)置部分冷凝器設(shè)定：1溫度2汽相分率全凝器設(shè)定：過冷度1回流與蒸出都過冷2僅回流過冷2006版新增，公用工程規(guī)定RadFrac——模型設(shè)定再沸器表單設(shè)置熱虹吸式再沸器1再沸器流量2再沸器出口條件3流量和出口條件RadFrac—結(jié)果查看RadFrac的計算結(jié)果從三部分查看：1、結(jié)果簡匯（Resultssummary）2、分布曲線（Profiles）3、流股結(jié)果（Streamresults）RadFrac—結(jié)果查看結(jié)果簡匯（Resultssummary）RadFrac—結(jié)果查看分布曲線（Profiles）

分布曲線（Profiles）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—結(jié)果查看分布曲線（Profiles）板上組成相平衡常數(shù)RadFrac—

應(yīng)用示例(1)根據(jù)DSTWU示例（2）的結(jié)果，選取R=25、NT=61、NF=36，用RadFrac模塊進行精確計算。再根據(jù)濃度分布剖形結(jié)果選取最佳進料板位置，重新進行校核計算。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)和變量(Vary)兩組對象進行設(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Radfrac—設(shè)計規(guī)定點擊NEW，產(chǎn)生一個設(shè)計規(guī)定表單RadFrac—

設(shè)計規(guī)定設(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、進料/產(chǎn)物流股(Feed/ProductStreams)RadFrac—

設(shè)計規(guī)定設(shè)計規(guī)定的三張表單設(shè)置規(guī)定變量目標(biāo)值選擇規(guī)定變量類型流股類型產(chǎn)品內(nèi)部傾析器RadFrac—

設(shè)計規(guī)定規(guī)定Specification設(shè)置36種類型變量供選擇RadFrac—

設(shè)計規(guī)定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)定組分Components表單設(shè)置從可用組分框中選取組分（作分子項）從可用基礎(chǔ)組分框中選取組分（作分母項）RadFrac—

設(shè)計規(guī)定在進料(Feed)/產(chǎn)物流股(ProductStreams)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)定進料/產(chǎn)物流股表單設(shè)置從有效產(chǎn)品流股中選取目標(biāo)流股RadFrac—

設(shè)計規(guī)定在調(diào)節(jié)變量(Vary)對象的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。

RadFrac—

設(shè)計規(guī)定調(diào)節(jié)變量表單設(shè)置調(diào)節(jié)變量的類型調(diào)節(jié)變量的上下限值最大步長（有默認(rèn)值）RadFrac—

應(yīng)用示例(2)如將示例（1）的塔壓調(diào)到0.01MPa，全塔壓降0.005MPa，試求滿足塔頂乙苯產(chǎn)品純度99%(wt)分離要求所需的回流比。RadFrac——塔板效率RadFrac

模塊可以設(shè)定實際塔板的板效率(Efficiencies)。用戶可選用蒸發(fā)效率(VaporizationEfficiencies)

或墨弗里效率(MurphreeEfficiencies)，并選擇指定單塊板的效率，單個組分的效率，或者塔段的效率。RadFrac——塔板效率效率類型蒸發(fā)效率墨弗利效率單板效率單個組分效率塔段效率塔板效率設(shè)定RadFrac——塔板效率塔板效率設(shè)定板效率的設(shè)定值RadFrac——塔板效率VaporizationEfficiencies

定義如下蒸發(fā)效率下標(biāo)i代表組分，j代表塔板編號。RadFrac——塔板效率MurphreeEfficiencies定義如下墨弗利效率下標(biāo)i代表組分，j代表塔板編號。RadFrac—應(yīng)用示例(3)如果示例（2）中的精餾段的墨弗里效率為0.45，提餾段的墨弗里效率為0.55，試觀察塔頂及塔釜的產(chǎn)品純度變化。

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。另外分布曲線選項（Profileoptions）里包括哪些塔板（Stagestobeincludedinreport）也很有用。RadFrac—報告選項水力學(xué)參數(shù)RadFrac—報告選項2006版新增RadFrac—報告選項水力學(xué)計算結(jié)果RadFrac—應(yīng)用示例(4)在示例（3）的基礎(chǔ)上選定性質(zhì)選項中的包括水力學(xué)參數(shù)，計算后查看結(jié)果。RadFrac—塔板設(shè)計塔板設(shè)計(Traysizing)計算給定板間距下的塔徑?？蓪⑺殖啥鄠€塔段分別設(shè)計合適的塔板。在Specification表單中輸入該塔段(Trayedsection)的起始塔板(Startingstage)和結(jié)束塔板(Endingstage)序號，塔板類型(Traytype)，塔板流型程數(shù)(Numberofpasses)，以及板間距(Trayspacing)等幾何結(jié)構(gòu)(Geometry)參數(shù)。RadFrac—塔板設(shè)計塔板設(shè)計規(guī)定Specifications表單塔板段塔板類型流程數(shù)板間距RadFrac—塔板設(shè)計塔板設(shè)計規(guī)定Specifications表單--板類型泡罩塔篩板塔浮閥塔彈性浮閥塔條型浮閥塔RadFrac—塔板設(shè)計達(dá)到液泛分率降液管面積比有默認(rèn)值塔板設(shè)計Design表單RadFrac—塔板設(shè)計塔板設(shè)計結(jié)果Results顯示表單最大直徑板號最大直徑值降液管面積/塔截面積側(cè)降液管內(nèi)流速側(cè)堰長度RadFrac—塔板設(shè)計數(shù)據(jù)分布

(Profiles)

表單中給出每一塊塔板對應(yīng)的塔內(nèi)徑(Diameter)、塔板總面積(Totalarea)、塔板有效區(qū)面積

(Activearea)、側(cè)降液管截面積(Sidedowncomerarea)。RadFrac—塔板設(shè)計塔板設(shè)計結(jié)果工藝數(shù)據(jù)分布Profiles顯示表單RadFrac—塔板核算塔板核算（Trayrating）計算給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的塔板的負(fù)荷情況，可供選用的塔板類型與“塔板設(shè)計”中相同?！八逶O(shè)計”與“塔板核算”配合使用，可以完成塔板選型和工藝參數(shù)設(shè)計。RadFrac—塔板核算“塔板核算”的輸入?yún)?shù)除了從“塔板設(shè)計”帶來的之外，還應(yīng)補充塔盤厚度(Deckthickness)和溢流堰高度(Weirheights)，多流型塔板應(yīng)對每一種塔盤都輸入堰高。RadFrac—塔板核算多流程塔板的各板堰高板間距塔板核算--Specifications表單設(shè)置厚度、口徑RadFrac—塔板核算塔板核算—布置Layout表單設(shè)置有效面積中的閥數(shù)RadFrac—塔板核算在降液管(Downcomer)表單中輸入：降液管底隙(Clearance)；頂部寬度(Widthattop)；底部寬度(Widthatbottom)；直段高度(Straightheight)。RadFrac—塔板核算塔板核算—降液管Downcomes表單輸入RadFrac—塔板核算塔板核算—結(jié)果Results表單降液管液位RadFrac—塔板核算塔板核算結(jié)果有三個參數(shù)應(yīng)重點關(guān)注：1、最大液泛因子(Maximumfloodingfactor)，應(yīng)該小于0.8；2、塔段壓降(Sectionpressuredrop)；3、最大降液管液位/板間距(Maximumbackup/Trayspacing)，應(yīng)該在

0.25~0.5之間。RadFrac—塔板核算塔板核算—結(jié)果分布Profiles表單RadFrac—應(yīng)用示例(5)在示例（4）的基礎(chǔ)上進行塔板設(shè)計和塔板核算，分別選用浮閥塔板和彈性浮閥塔板計算后對比結(jié)果。塔板設(shè)計與核算RadFrac—填料設(shè)計填料設(shè)計(Packsizing)計算選用某種填料時的塔內(nèi)徑。在Specification表單中輸入填料類型(Type)、生產(chǎn)廠商(Vendor)、材料(Material)、板材厚度(Sheetthickness)、尺寸(Size)、等板高度(Heightequivalenttoatheoriticalplate)

等參數(shù)。RadFrac—填料設(shè)計填料塔設(shè)計—規(guī)定Specifications表單填料段特征參數(shù)尺寸填料高度RadFrac—填料設(shè)計計算持液量方法—Stichlmai，也可用于計算逆流狀況下的壓降默認(rèn)值A(chǔ)spen可從數(shù)據(jù)庫中查尋空隙率RadFrac—填料設(shè)計結(jié)果空塔液速填料塔設(shè)計結(jié)果表單最大負(fù)荷因子最大負(fù)荷分率RadFrac—填料設(shè)計結(jié)果最大負(fù)荷因子CS定義:Vs空塔汽相線速（m/s）v汽相密度

L液相密度RadFrac—填料核算填料核算（Packrating）計算給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的填料的負(fù)荷情況，可供選用的填料類型與“填料設(shè)計”中相同?！疤盍显O(shè)計”與“填料核算”配合使用，可以完成填料選型和工藝參數(shù)設(shè)計。RadFrac—填料核算填料核算Specifications規(guī)定表單RadFrac—填料核算填料核算結(jié)果Results表單RadFrac—填料核算填料塔核算結(jié)果分布Profiles表單RadFrac—應(yīng)用示例(6)在示例（2）的基礎(chǔ)上進行填料設(shè)計和填料核算，分別選用MELLAPAK(孔板波紋填料)和RALU-PAK(縫板波紋填料)計算后對比結(jié)果。RadFrac—吸收計算RadFrac

模塊用于吸收計算時，1）在Configuration表單中將冷凝器和再沸器類型選為“None”；2）在Streams表單中將塔底氣體進料板位置設(shè)為塔板總數(shù)加1，并將加料規(guī)則(Convention)設(shè)為

“Above-Stage”；RadFrac—吸收計算吸收計算Configuration表單設(shè)置RadFrac—吸收計算吸收計算Streams表單設(shè)置RadFrac—吸收計算在收斂（Convergence）項目中將1、基本(Basic)

表單里的算法(algorithm)設(shè)置為“Standard”，并將最大迭代次數(shù)(maximumiterations)設(shè)置為100;2、將高級(Advance)

表單里的第一欄吸收器(Absorber)

設(shè)置為“yes”。RadFrac—吸收計算吸收計算收斂項的Basic表單設(shè)置RadFrac—吸收計算吸收計算收斂項的Advanced表單設(shè)置RadFrac—吸收計算結(jié)果吸收計算結(jié)果—分布數(shù)據(jù)顯示RadFrac—吸收示例(1)摩爾組成為CO2(

12%)、N2(

23%)和H2(

65%)的混合氣體（F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20

C）用甲醇（F=60t/hr、P=2.9MPa、T=-40

C）吸收脫除CO2。吸收塔有30塊理論板，在2.8

MPa

下操作。求出塔氣體中的CO2濃度。Extract—萃取計算

Extract

模塊用逐級計算法精確計算連續(xù)逆流萃取過程的操作結(jié)果。Extract—萃取計算Extract—萃取計算

Extract模塊的連接圖如下：Extract—萃取計算1、塔設(shè)定(Specs)表單1)塔板數(shù)(Numberofstages)

2)

熱狀態(tài)選項(Thermaloptions)