簡單模擬模塊精餾

1、簡單的模擬模塊簡單的模擬模塊（精餾過程）（精餾過程） tianjin university主要內(nèi)容主要內(nèi)容精餾過程概述簡捷精餾模型（shor）tower 塔scds 塔內(nèi)外環(huán)法復(fù)雜精餾（tplus）精餾是分離均相液體混合物的一種方法，是一種應(yīng)用最為廣泛的化工單精餾是分離均相液體混合物的一種方法，是一種應(yīng)用最為廣泛的化工單元操作。它根據(jù)溶液中各組分之間揮發(fā)度（或沸點）的差異進行分離。元操作。它根據(jù)溶液中各組分之間揮發(fā)度（或沸點）的差異進行分離。 較易揮發(fā)的稱為易揮發(fā)組分（或輕組分）較易揮發(fā)的稱為易揮發(fā)組分（或輕組分）較難揮發(fā)的稱為難揮發(fā)組分（或重組分）較難揮發(fā)的稱為難揮發(fā)組分（或重組分）閃蒸罐塔

2、頂產(chǎn)品yaxa加熱器原料液 塔底產(chǎn)品 qbabaaaxxyyxy或減壓閥 精餾操作實例：精餾操作實例：石油煉制中使用的石油煉制中使用的 250 萬噸常減壓裝置萬噸常減壓裝置將原油分離成汽油、煤油、柴油及重油，將原油分離成汽油、煤油、柴油及重油，將混合芳烴分離以制備苯、甲苯及二甲苯，將混合芳烴分離以制備苯、甲苯及二甲苯，將液態(tài)空氣分離得到純態(tài)的液氧和液氮等過程，將液態(tài)空氣分離得到純態(tài)的液氧和液氮等過程，精餾操作的用途精餾操作的用途l可以直接獲得所需要的產(chǎn)品，而吸收、萃取等分離方法還需要分離外加組分；l可以進行液體混合物、氣態(tài)或固態(tài)混合物的分離；l適用于各種濃度混合物的分離，而吸收、萃取等操作，只

3、有當被提取組分濃度較低時才比較經(jīng)濟；l耗能較大，節(jié)能是個值得重視的問題。間歇精餾：小規(guī)模、多品種或某些有特殊要求的場合，非穩(wěn)態(tài)操作；連續(xù)精餾：多用于大批量工業(yè)生產(chǎn)中，穩(wěn)態(tài)操作。蒸餾的分類蒸餾的分類常壓蒸餾：常壓下，泡點為室溫至150左右的混合液；減壓蒸餾：常壓下物系沸點較高或熱敏性物質(zhì)不能承受高溫的情況加壓蒸餾：常壓下為氣態(tài)（如空氣、石油氣）或常壓下泡點為室溫的混合物。多組分精餾：例如原油的分離。雙組分精餾：如乙醇-水體系,苯-甲苯體系等。簡單或平衡蒸餾：單級精餾，各組分揮發(fā)度相差較大且分離要求不高；精餾：多級分離，難分離物系或?qū)Ψ蛛x要求較高的場合，工業(yè)應(yīng)用最廣泛；特殊精餾：混合物中組分揮發(fā)性

4、相差很小某些特殊手段進行的精餾。chemcad 提供了用于處理多組分精餾問題的三種模型：提供了用于處理多組分精餾問題的三種模型：l簡捷法（簡捷法（shortcut method）l內(nèi)內(nèi)-外循環(huán)法（外循環(huán)法（inside-out）：）：towr 及及tower plus 兩個單元模兩個單元模塊；塊；towr 反映標準塔配置，反映標準塔配置，tower plus 則可以是帶換熱器、則可以是帶換熱器、泵循環(huán)和側(cè)線汽提塔的復(fù)雜塔。泵循環(huán)和側(cè)線汽提塔的復(fù)雜塔。l聯(lián)立校正法（聯(lián)立校正法（simultaneous）：）：scds 特別適用于精細精餾塔和剛性特別適用于精細精餾塔和剛性較強的化學塔，同時，較強的

5、化學塔，同時，scds 還可以用于模擬反應(yīng)精餾塔。還可以用于模擬反應(yīng)精餾塔。 tianjin university簡捷精餾模型（簡捷精餾模型（shor）規(guī)定屏拓撲結(jié)構(gòu)例題概述概述 使用使用fenske-underwood-gilliland 方程，模擬只有一個進料方程，模擬只有一個進料和兩個產(chǎn)品流（塔頂餾分和塔底產(chǎn)品）的簡單塔；和兩個產(chǎn)品流（塔頂餾分和塔底產(chǎn)品）的簡單塔； 該模型使用該模型使用fenske 或或kirkbride 方程計算適當?shù)倪M料位置，方程計算適當?shù)倪M料位置，還可進行工況研究，允許在規(guī)定的范圍內(nèi)改變回流比與最小還可進行工況研究，允許在規(guī)定的范圍內(nèi)改變回流比與最小回流比的比值（

6、回流比的比值（r/rmin）,以觀察塔的運行效果；以觀察塔的運行效果； 它提供了核算和設(shè)計兩種情況。它提供了核算和設(shè)計兩種情況。 注意：簡捷精餾方法不適于塔的最終設(shè)計；對含有共沸物的注意：簡捷精餾方法不適于塔的最終設(shè)計；對含有共沸物的體系可能會得出錯誤結(jié)果。建議用嚴格精餾方法如體系可能會得出錯誤結(jié)果。建議用嚴格精餾方法如tower plus、tower、scds 來證實簡捷精餾法的計算結(jié)果。來證實簡捷精餾法的計算結(jié)果。規(guī)定屏規(guī)定屏拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)簡捷精餾模型（簡捷精餾模型（shor）允許有一股進）允許有一股進料及塔頂和塔底各一個產(chǎn)品。料及塔頂和塔底各一個產(chǎn)品。方法方法計算理論板數(shù)用計算理論板數(shù)

7、用fenske 方程方程計算最小回流比用計算最小回流比用underwood 方程、方程、gilliland 關(guān)關(guān)聯(lián)式聯(lián)式計算進料板位置用計算進料板位置用fenske 方程。方程。例題例題1建立流程圖建立流程圖2添加組分添加組分3選擇工程單位選擇工程單位本流程采用國際工程單位，“si”工程單位并將時間單位改為秒。4選取熱力學模型選取熱力學模型選取熱力學模型為選取熱力學模型為”srk”模型方程。模型方程。5規(guī)定進料流股規(guī)定進料流股6規(guī)定單元設(shè)備規(guī)定單元設(shè)備7運行計算并查看結(jié)果運行計算并查看結(jié)果分析回流比變化對塔頂冷凝器和塔釜再分析回流比變化對塔頂冷凝器和塔釜再沸器熱負荷的影響沸器熱負荷的影響回流比

8、變化對冷凝器及再沸器熱負荷影響回流比變化對冷凝器及再沸器熱負荷影響tower 塔塔 towr 塔是一個多級嚴格汽液平衡模型，使用內(nèi)外循環(huán)塔是一個多級嚴格汽液平衡模型，使用內(nèi)外循環(huán)法進行模擬計算法進行模擬計算; 可以模擬任何單塔計算（包括精餾塔、吸收塔、帶再沸器可以模擬任何單塔計算（包括精餾塔、吸收塔、帶再沸器的吸收塔和汽提塔），也可以模擬有側(cè)線產(chǎn)品及塔側(cè)的吸收塔和汽提塔），也可以模擬有側(cè)線產(chǎn)品及塔側(cè)“加加熱熱/冷卻冷卻”器的情況器的情況; 最多允許最多允許5 個進料流及個進料流及4 個側(cè)線產(chǎn)品個側(cè)線產(chǎn)品; 在一個流程中，在一個流程中，towr 單元的數(shù)量不限。單元的數(shù)量不限。 towr 提供多

9、種規(guī)格，使用很靈活?？梢砸?guī)定冷凝器、提供多種規(guī)格，使用很靈活?？梢砸?guī)定冷凝器、再沸器或塔板條件。規(guī)定項目有：再沸器或塔板條件。規(guī)定項目有： 總流率、熱負荷、回流比、蒸出率、溫度、分子分數(shù)、回總流率、熱負荷、回流比、蒸出率、溫度、分子分數(shù)、回流量、組分流率、汽液比（流量、組分流率、汽液比（v/l）、質(zhì)量流率、體積流率）、質(zhì)量流率、體積流率、質(zhì)量分數(shù)、兩種組分的流率比、產(chǎn)品的比重及分子量。、質(zhì)量分數(shù)、兩種組分的流率比、產(chǎn)品的比重及分子量。tower 塔通用（塔通用（gerneral）規(guī)定屏）規(guī)定屏tower 塔參數(shù)規(guī)定屏（塔參數(shù)規(guī)定屏（specifications）“-1”表示有冷凝器，但不對冷凝

10、器做規(guī)定而是對一塊塔板做規(guī);模式“0”表示無冷凝器（如吸收塔）。其它0 的模式都表示有冷凝器，并且提供其右側(cè)欄目作相應(yīng)的規(guī)定。注：組分的任何純度規(guī)定（模式5、6、7、12、17），都能通過提供組分i 和j 的方法，從單一組分純度擴展到多元組分的純度。這將使程序應(yīng)用于從組分i 至j 的一組組分的純度規(guī)定。冷凝器熱負荷必須是負實數(shù)。如選“-1”或“0”模式，該值則不需要。冷凝器模式5、6、7、9、12、17 需要冷凝器組分i 規(guī)定。如果規(guī)定餾分中某一組分，必須輸入該組分在組分表上的排位序號。對需規(guī)定兩個組分的模式9，要求有冷凝器組分j規(guī)定。對模式5、6、7、12、17，它允許規(guī)定組分組的純度。輸入

11、組分j 的排位序號，對模式9 是在分母的組分；對模式5、6、7、12、17，則是組分組中排序在最上面的組分?！?1”表示有再沸器但不做規(guī)定，而是在一塊塔板上作出規(guī)定。模式“0”表示無再沸器（如吸收塔）。其它0 的模式都表示有再沸器且提供右側(cè)欄目相應(yīng)規(guī)定。注意： 組分的任何純度規(guī)定（模式5、6、7、12、17），都能通過提供組之和j 的方法，從單一組分純度擴展到一組組分的純度。這將使程序應(yīng)用于從組分i 至j 一組組分的純度規(guī)定。再沸器熱負荷必須為一個正實數(shù)。 如果模式選為-1 或0，這個值則不需要。對于模式5、 6、 7、 9、 12、17，需要再沸器組分i該項。如有必要規(guī)定底部組分，輸入其在組

12、分列表中的位置。規(guī)定（reboiler component j spec.）：對需規(guī)定兩個組分的模式9，要求有再沸器組分j規(guī)定。對模式5、6、7、12、17，它允許規(guī)定組分組的純度。輸入組分j 的排位序號，對于模式9，組分j 是在分母的組分；對模式5、6、7、12、17，則是組中排序在最上面的組分。（3）定義塔板狀態(tài)級數(shù)（）定義塔板狀態(tài)級數(shù)（tray number for tray specification）輸入要定義塔板狀態(tài)的級數(shù)。如果不定義塔板狀輸入要定義塔板狀態(tài)的級數(shù)。如果不定義塔板狀態(tài)，則不輸入。態(tài)，則不輸入。如果冷凝器和再沸器都已經(jīng)定義如果冷凝器和再沸器都已經(jīng)定義(即模式即模式 0

13、)，則，則不必輸入塔板狀態(tài)級數(shù)；否則將破壞塔方程中的不必輸入塔板狀態(tài)級數(shù)；否則將破壞塔方程中的自由度，只有冷凝器模式為自由度，只有冷凝器模式為-1、或再沸器模式為、或再沸器模式為-1 時，才規(guī)定塔板。時，才規(guī)定塔板。再沸器被看成再沸器被看成n 號塔板。號塔板。塔板模式規(guī)定（塔板模式規(guī)定（mode for tray specification），），3 收斂規(guī)定屏（收斂規(guī)定屏（convergences）4 成本估算規(guī)定屏成本估算規(guī)定屏包括用于計算塔內(nèi)件的成本估算規(guī)定屏，此外，還包括用于計算冷凝器、再沸器及包括用于計算塔內(nèi)件的成本估算規(guī)定屏，此外，還包括用于計算冷凝器、再沸器及顯示計算結(jié)果的規(guī)定屏

14、顯示計算結(jié)果的規(guī)定屏拓撲拓撲 towr towr 是一個多級嚴格汽液平衡模型，允許最多是一個多級嚴格汽液平衡模型，允許最多5 5 個進料流股及個進料流股及4 4 個側(cè)線產(chǎn)個側(cè)線產(chǎn)品。在一個流程中，品。在一個流程中，towr towr 單元的數(shù)量不限。單元的數(shù)量不限。 towr towr 塔板號自上而下，塔的進料流帶正號，出料流帶負號。進料流輸入順塔板號自上而下，塔的進料流帶正號，出料流帶負號。進料流輸入順序必須自上而下。序必須自上而下。 塔側(cè)加熱塔側(cè)加熱/ /冷卻器設(shè)為在指定板上的進料流股，只有焓流冷卻器設(shè)為在指定板上的進料流股，只有焓流率而無質(zhì)量率而無質(zhì)量/ /摩爾流率；正焓值表示加熱器，負

15、焓值表示冷卻器。摩爾流率；正焓值表示加熱器，負焓值表示冷卻器。 第一產(chǎn)品流總是塔頂餾分；第二產(chǎn)品流總是塔底產(chǎn)品。如果產(chǎn)品流多于兩個第一產(chǎn)品流總是塔頂餾分；第二產(chǎn)品流總是塔底產(chǎn)品。如果產(chǎn)品流多于兩個，則將其作為側(cè)線產(chǎn)品自上而下順序輸入。如果塔頂是部分冷凝器且有氣液，則將其作為側(cè)線產(chǎn)品自上而下順序輸入。如果塔頂是部分冷凝器且有氣液兩個產(chǎn)品，則氣體定義為餾分，液體定義為第一側(cè)線產(chǎn)品。如塔頂是全冷凝兩個產(chǎn)品，則氣體定義為餾分，液體定義為第一側(cè)線產(chǎn)品。如塔頂是全冷凝器，則其液體產(chǎn)品定義為餾分。器，則其液體產(chǎn)品定義為餾分。 注：如果選擇水注：如果選擇水/ /烴不互溶烴不互溶k k 值，可能有游離水自部分冷

16、凝器或全冷凝值，可能有游離水自部分冷凝器或全冷凝器中析出，但在布局中它不應(yīng)作為產(chǎn)品流股。器中析出，但在布局中它不應(yīng)作為產(chǎn)品流股。towr 拓撲信息解析拓撲信息解析若若towr 拓撲信息為拓撲信息為towr 1 4 -2 -5 -3 -7 -9，假設(shè)塔有一個部分冷凝器，假設(shè)塔有一個部分冷凝器并且自冷凝器流出一個液體產(chǎn)品，則該拓樸提供出如下信息：并且自冷凝器流出一個液體產(chǎn)品，則該拓樸提供出如下信息： 該塔有兩個進料流，該塔有兩個進料流，1 號和號和4 號流股且號流股且1 號流股在較高位置。號流股在較高位置。 2 號流股是冷凝器的氣體產(chǎn)品；號流股是冷凝器的氣體產(chǎn)品； 5 號流股是塔底液體產(chǎn)品；號流股

17、是塔底液體產(chǎn)品； 3 號流股是冷凝器的液體產(chǎn)品（作為第一側(cè)線產(chǎn)品流處理）；號流股是冷凝器的液體產(chǎn)品（作為第一側(cè)線產(chǎn)品流處理）； 7 號和號和9 號流股是位于塔下部的另外兩個側(cè)線產(chǎn)品。號流股是位于塔下部的另外兩個側(cè)線產(chǎn)品。方法：高效的內(nèi)方法：高效的內(nèi)-外環(huán)法進行逐板計算外環(huán)法進行逐板計算外環(huán)建立局部的、簡單的外環(huán)建立局部的、簡單的k 值及焓模型，將其用于內(nèi)循環(huán)計算。內(nèi)值及焓模型，將其用于內(nèi)循環(huán)計算。內(nèi)循環(huán)在外環(huán)生成的簡單循環(huán)在外環(huán)生成的簡單k 值和焓模型基礎(chǔ)上進行大量的質(zhì)量值和焓模型基礎(chǔ)上進行大量的質(zhì)量-能量平能量平衡計算，以滿足衡計算，以滿足mesh 方程和用戶規(guī)定。方程和用戶規(guī)定。當內(nèi)循環(huán)收

18、斂時，控制轉(zhuǎn)向外循環(huán)，然后外循環(huán)利用嚴格當內(nèi)循環(huán)收斂時，控制轉(zhuǎn)向外循環(huán)，然后外循環(huán)利用嚴格k 值和焓值和焓的計算結(jié)果更新簡單的計算結(jié)果更新簡單k 值和焓模型。當簡單模型與嚴格模型的計算值和焓模型。當簡單模型與嚴格模型的計算結(jié)果相比較達到所需的精度時，外循環(huán)收斂。否則，外循環(huán)產(chǎn)生一結(jié)果相比較達到所需的精度時，外循環(huán)收斂。否則，外循環(huán)產(chǎn)生一個新的簡單個新的簡單k 與焓的模型，內(nèi)循環(huán)再重新計算。與焓的模型，內(nèi)循環(huán)再重新計算。當內(nèi)外兩個循環(huán)都收斂時，便完成了塔的計算。當內(nèi)外兩個循環(huán)都收斂時，便完成了塔的計算。towr 塔模型運行塔模型運行 一個建立在估計的餾分、回流、塔頂及塔底溫度或初始估一個建立在估

19、計的餾分、回流、塔頂及塔底溫度或初始估計（如果使用非計（如果使用非0 選項）基礎(chǔ)上的初始分布生成。選項）基礎(chǔ)上的初始分布生成。 簡單簡單k 模型（叫作模型（叫作kb 模型）。模型）。 程序在程序在kb 模型和一些規(guī)定的基礎(chǔ)上生成新分布，這個分模型和一些規(guī)定的基礎(chǔ)上生成新分布，這個分布的誤差表明該分布的質(zhì)量如何。布的誤差表明該分布的質(zhì)量如何。 簡單焓模型的系數(shù)。簡單焓模型的系數(shù)。 jacobian 矩陣計算。矩陣計算。 jacobian 矩陣的逆陣。矩陣的逆陣。 內(nèi)環(huán)計算開始。內(nèi)環(huán)計算開始。 內(nèi)環(huán)計算結(jié)束及誤差摘要內(nèi)環(huán)計算結(jié)束及誤差摘要(k、 h、 內(nèi)環(huán)誤差內(nèi)環(huán)誤差)。 k 及及h 模型的外環(huán)更

20、新。模型的外環(huán)更新。 從第從第 7 步重復(fù)，直到收斂或達到迭代的最大次數(shù)。步重復(fù)，直到收斂或達到迭代的最大次數(shù)。特殊情況特殊情況 高壓塔（高壓塔（high pressure column） 塔應(yīng)在低于其內(nèi)部流臨界壓力下操作。如果塔在很高的壓力下操作，在某些塔板塔應(yīng)在低于其內(nèi)部流臨界壓力下操作。如果塔在很高的壓力下操作，在某些塔板上不能給出合適的組成分布而導(dǎo)致初始化算法失敗，有時會引起塔的發(fā)散。如果上不能給出合適的組成分布而導(dǎo)致初始化算法失敗，有時會引起塔的發(fā)散。如果發(fā)生這種情況，可以先模擬塔在較低壓力下的操作并得到首次收斂結(jié)果，然后改發(fā)生這種情況，可以先模擬塔在較低壓力下的操作并得到首次收斂結(jié)

21、果，然后改變壓力到所需值并設(shè)置初始分布選擇為變壓力到所需值并設(shè)置初始分布選擇為1。重新運行時，塔在大多數(shù)情況下收斂。重新運行時，塔在大多數(shù)情況下收斂。 待分離物系泡點接近（待分離物系泡點接近（close boiling points） 如果塔中有沸點相近的組分需要分離，塔頂和塔底的溫差往往不大，這時，估計如果塔中有沸點相近的組分需要分離，塔頂和塔底的溫差往往不大，這時，估計初始溫度很重要。如果程序生成的初始化分布在塔板上顯出不合適的流分布，如初始溫度很重要。如果程序生成的初始化分布在塔板上顯出不合適的流分布，如所有的流都流向塔頂而塔底被蒸干，應(yīng)重新設(shè)置塔頂或塔底溫度。如果塔底蒸干所有的流都流向

22、塔頂而塔底被蒸干，應(yīng)重新設(shè)置塔頂或塔底溫度。如果塔底蒸干，用較低的溫度估計；如果塔頂蒸干，則用較高的溫度估計。，用較低的溫度估計；如果塔頂蒸干，則用較高的溫度估計。 非理想非理想k 值體系（值體系（non-ideal k-values ） 如果每次外環(huán)迭代后外環(huán)揮發(fā)度誤差（如果每次外環(huán)迭代后外環(huán)揮發(fā)度誤差（k 值誤差）增量大于值誤差）增量大于0.5，可能遇上了極端，可能遇上了極端非理想非理想k 值問題。此時應(yīng)降低參數(shù)中的阻尼因子。如果仍不收斂，則必須選擇其值問題。此時應(yīng)降低參數(shù)中的阻尼因子。如果仍不收斂，則必須選擇其它它k 值模型并運行得到一個基礎(chǔ)情況，然后再設(shè)置所需的值模型并運行得到一個基礎(chǔ)

23、情況，然后再設(shè)置所需的k 值模型并使用初始分值模型并使用初始分布選項布選項1，重新進行計算。，重新進行計算。應(yīng)用示例應(yīng)用示例1建立流程圖建立流程圖2添加組分添加組分5規(guī)定進料流股規(guī)定進料流股6規(guī)定單元設(shè)備（塔規(guī)定單元設(shè)備（塔1）6規(guī)定單元設(shè)備（塔規(guī)定單元設(shè)備（塔2）塔塔1 質(zhì)量及熱量衡算參數(shù)規(guī)定屏質(zhì)量及熱量衡算參數(shù)規(guī)定屏塔塔2 質(zhì)量及熱量衡算參數(shù)規(guī)定屏質(zhì)量及熱量衡算參數(shù)規(guī)定屏8查看結(jié)果（操作回流比）查看結(jié)果（操作回流比）8查看結(jié)果（產(chǎn)品組成）查看結(jié)果（產(chǎn)品組成）8查看結(jié)果（塔查看結(jié)果（塔1各組分液相摩爾含量在塔板分布）各組分液相摩爾含量在塔板分布）8查看結(jié)果（塔查看結(jié)果（塔2各組分液相摩爾含量

24、在塔板分布）各組分液相摩爾含量在塔板分布）分析塔分析塔2 理論板數(shù)變化對其操作回流比影響理論板數(shù)變化對其操作回流比影響例例4-3 烯丙醇的加鹽精餾。烯丙醇的加鹽精餾。加鹽精餾加鹽精餾 分離醇分離醇-水體系在化工中十分普遍。由于醇水體系在化工中十分普遍。由于醇-水體系一般形水體系一般形成共沸物，難以用常規(guī)精餾方法分離，因此，醇成共沸物，難以用常規(guī)精餾方法分離，因此，醇-水體系水體系分離常采用其它方式，加鹽精餾就是其中的一種。分離常采用其它方式，加鹽精餾就是其中的一種。 鹽對汽液平衡的影響是一個十分有意義的問題。把溶鹽加鹽對汽液平衡的影響是一個十分有意義的問題。把溶鹽加到被分離組分中，可以改變組分間的相對揮發(fā)度，這種現(xiàn)到被分離組分中，可以改變組分間的相對揮發(fā)度，這種現(xiàn)象稱為汽液平衡的鹽效應(yīng)。象稱為汽液平衡的鹽效應(yīng)。 鹽對汽液平衡的影響十分顯著，在溶液中加入少量的鹽就鹽對汽液平衡的影響十