AspenPlus教程分離單元模擬B詳解PPT課件

1、第7章 分離單元模擬Part B 7.1 概述 7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU 7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl 7.4 精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核 7.6 連續(xù)萃取模塊Extract 7.7 吸收示例第1頁(yè)/共95頁(yè)7.1 概述模塊模塊說(shuō)明說(shuō)明功能功能適用對(duì)象適用對(duì)象DSTWU使用使用Winn-Underwood-Gilliland方法的多組分精餾的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模方法的多組分精餾的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊塊確定最小回流比、最小理論板數(shù)以確定最小回流比、最小理論板數(shù)以及實(shí)際回流比、實(shí)際理論板數(shù)等及實(shí)際回流比、實(shí)際理論板數(shù)等僅有一股進(jìn)料和兩股產(chǎn)品的簡(jiǎn)僅有一股

2、進(jìn)料和兩股產(chǎn)品的簡(jiǎn)單精餾塔單精餾塔Distl使用使用Edmister方法的多組分精餾方法的多組分精餾的簡(jiǎn)捷校核模塊的簡(jiǎn)捷校核模塊計(jì)算產(chǎn)品組成計(jì)算產(chǎn)品組成僅有一股進(jìn)料和兩股產(chǎn)品的簡(jiǎn)僅有一股進(jìn)料和兩股產(chǎn)品的簡(jiǎn)單精餾塔單精餾塔RadFrac單個(gè)塔的兩相或三相嚴(yán)格計(jì)算模單個(gè)塔的兩相或三相嚴(yán)格計(jì)算模塊塊精餾塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算普通精餾、吸收、汽提、萃取普通精餾、吸收、汽提、萃取精餾、共沸精餾、三相精餾、精餾、共沸精餾、三相精餾、反應(yīng)精餾等反應(yīng)精餾等Extract液液-液萃取嚴(yán)格計(jì)算模塊液萃取嚴(yán)格計(jì)算模塊液液-液萃取嚴(yán)格計(jì)算液萃取嚴(yán)格計(jì)算萃取塔萃取塔MultiFrac 嚴(yán)格法多

3、塔蒸餾模塊嚴(yán)格法多塔蒸餾模塊對(duì)一些復(fù)雜的多塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和對(duì)一些復(fù)雜的多塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算原油常減壓蒸餾塔、吸收原油常減壓蒸餾塔、吸收/汽提汽提塔組合等塔組合等SCFrac簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾模塊簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾模塊確定產(chǎn)品組成和流率、估算每個(gè)塔確定產(chǎn)品組成和流率、估算每個(gè)塔段理論板數(shù)和熱負(fù)荷等段理論板數(shù)和熱負(fù)荷等原油常減壓蒸餾塔等原油常減壓蒸餾塔等PetroFrac石油蒸餾模塊石油蒸餾模塊對(duì)石油煉制工業(yè)中的復(fù)雜塔進(jìn)行嚴(yán)對(duì)石油煉制工業(yè)中的復(fù)雜塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)閃蒸塔、原油常減壓蒸餾預(yù)閃蒸塔、原油常減壓蒸餾塔、催化裂化主分餾塔、乙烯塔、催化裂化主分餾塔、乙烯裝置初餾

4、塔和急冷塔組合等裝置初餾塔和急冷塔組合等RateFrac非平衡級(jí)速率模塊非平衡級(jí)速率模塊精餾塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算蒸餾塔、吸收塔、汽提塔、共蒸餾塔、吸收塔、汽提塔、共沸精餾、反應(yīng)精餾等沸精餾、反應(yīng)精餾等第2頁(yè)/共95頁(yè)DSTWU是多組分精餾的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊，針對(duì)相對(duì)揮發(fā)度近似恒定的物系開(kāi)發(fā)，用于計(jì)算僅有一股進(jìn)料和兩股產(chǎn)品的簡(jiǎn)單精餾塔。DSTWU模塊用Winn-Underwood-Gilliland方法進(jìn)行精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)計(jì)算。7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU第3頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWUDSTWU模塊計(jì)算精度不高，常用于初步設(shè)計(jì)，當(dāng)存在共沸

5、物時(shí)，計(jì)算結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，DSTWU模塊的計(jì)算結(jié)果可以為嚴(yán)格精餾計(jì)算提供合適的初值。通過(guò)Winn方程（之后Fenske對(duì)Winn方程進(jìn)行了完善）計(jì)算最小理論板數(shù)，使用Underwood方程計(jì)算最小回流比，根據(jù)Gilliland關(guān)聯(lián)圖來(lái)確定操作回流比下的理論板數(shù)或一定理論板數(shù)下所需要的回流比。第4頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU 芬斯克（Fenske）方程取平均相對(duì)揮發(fā)度: NNm21mWABDBAxxxxNloglogmin芬斯克方程N(yùn)min（包括再沸器）第5頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU 恩德伍德（Underwood）方程qxijFiij1,1min

6、,RxijDiij式中：ij 相對(duì)揮發(fā)度，取塔頂和塔釜的平均值 第一式的根，其值介于輕、重關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度之間 第6頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU 吉利蘭（Gilliland）關(guān)聯(lián)圖吉利蘭圖1minRRR2minNNN N 、Nmin在R、全回流下所需理論板數(shù)，均不包括再沸器 吉利蘭圖不能應(yīng)用于非理想溶液的精餾計(jì)算 用8個(gè)物系，由逐板計(jì)算得出的結(jié)果繪制而成第7頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU 吉利蘭關(guān)聯(lián)式)1)(2 .117114 .541exp(15 . 0XXXXY1minRRRX2minNNNY第8頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTW

7、UDSTWU 模型的連接圖如下第9頁(yè)/共95頁(yè) DSTWU模塊有四組模塊設(shè)定參數(shù)1 塔設(shè)定（Column specifications）2 關(guān)鍵組分回收率（Key component recoveries）3 壓力（Pressure ）4 冷凝器設(shè)定（Condenser specifications）7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU第10頁(yè)/共95頁(yè)（1）塔板數(shù) ( Number of stages)（2）回流比 ( Reflux ratio) 回流比與理論板數(shù)僅允許規(guī)定一個(gè) 選擇規(guī)定回流比時(shí) 輸入值0，表示實(shí)際回流比 輸入值-1，其絕對(duì)值表示實(shí)際回流比與最小 回流比的比值 Specif

8、ications塔設(shè)定 （Column specifications） 7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU第11頁(yè)/共95頁(yè) Specifications關(guān)鍵組分回收率 （Key component recoveries）7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU（1）輕關(guān)鍵組分（Light key）在塔頂產(chǎn)品中的摩爾回收率塔頂產(chǎn)品中的輕關(guān)鍵組分摩爾流率/進(jìn)料中的輕關(guān)鍵組分摩爾流率（2）重關(guān)鍵組分（Heavy key）在塔頂產(chǎn)品中的摩爾回收率塔頂產(chǎn)品中的重關(guān)鍵組分摩爾流率/進(jìn)料中的重關(guān)鍵組分摩爾流率第12頁(yè)/共95頁(yè) Specifications壓力（Pressure）7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)

9、模塊DSTWU冷凝器壓力（Condenser）再沸器壓力（Reboiler）第13頁(yè)/共95頁(yè) Specifications冷凝器設(shè)定 （Condenser specifications）7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU全凝器（Total condenser）帶氣相塔頂產(chǎn)品的部分冷凝器（Partial condenser with all vapor distillate）帶氣、液相塔頂產(chǎn)品的部分冷凝器（Partial condenser with vapor and liquid distillate）第14頁(yè)/共95頁(yè) DSTWU模塊的模擬結(jié)果可給出7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DST

10、WU最小回流比（最小回流比（Mimimum reflux ratio）最小理論板數(shù)（最小理論板數(shù)（Mimimum number of stages）實(shí)際回流比（實(shí)際回流比（Actual reflux ratio）實(shí)際理論板數(shù)（實(shí)際理論板數(shù)（Number of actual stages）進(jìn)料位置（進(jìn)料位置（ Feed stage）冷凝器負(fù)荷（冷凝器負(fù)荷（Condenser cooling required）再沸器負(fù)荷（再沸器負(fù)荷（Reboiler heating required）等參數(shù)等參數(shù)第15頁(yè)/共95頁(yè) DSTWU模塊有兩個(gè)計(jì)算選項(xiàng)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU生成回流比隨理論

11、板數(shù)變化表生成回流比隨理論板數(shù)變化表（BlocksDSTWUInputCalculation Options下的下的Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages選項(xiàng)）選項(xiàng)）計(jì)算等板高度計(jì)算等板高度（BlocksDSTWUInputCalculation Options下的下的Calculate HETP選項(xiàng)）選項(xiàng)）第16頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU DSTWU模塊有兩個(gè)計(jì)算選項(xiàng)第17頁(yè)/共95頁(yè)7.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU回流比隨理論板數(shù)變化表對(duì)選取合理的理論板數(shù)很有參考價(jià)值。在實(shí)際

12、回流比對(duì)理論板數(shù)（Table of actual reflux ratio vs number of theoretical stages）一欄中輸入要分析的理論板數(shù)的初始值（Initial number of stages）、終止值（Final number of stages），并輸入理論板數(shù)變化量（Increment size for number of stages）或者要分析的理論板數(shù)個(gè)數(shù)（Number of values in table），據(jù)此可以計(jì)算出不同理論板數(shù)下的回流比（Reflux ratio profile），并可以繪制回流比理論板數(shù)關(guān)系曲線。第18頁(yè)/共95頁(yè) 例7.

13、17.2 精餾塔的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊DSTWU簡(jiǎn)捷法設(shè)計(jì)乙苯-苯乙烯精餾塔。冷凝器壓力為6kPa，再沸器壓力為14kPa，進(jìn)料量為12500kg/hr，溫度45，壓力101.325kPa，質(zhì)量組成為乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油0.0007（本題采用正十七烷表示焦油），塔頂為全凝器，回流比為最小回流比的1.2倍，要求塔頂產(chǎn)品中乙苯含量不低于99%（w），塔底產(chǎn)品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用PENG-ROB物性方法。求最小回流比、最小理論板數(shù)、實(shí)際回流比、實(shí)際理論板數(shù)、進(jìn)料位置以及塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料摩爾流率比，生成回流比隨理論板數(shù)變化表并作圖。第19頁(yè)/共95頁(yè)7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核

14、模塊DistlDistl模塊可對(duì)帶有一股進(jìn)料和兩股產(chǎn)品的簡(jiǎn)單精餾塔進(jìn)行簡(jiǎn)捷校核計(jì)算，此模塊用Edmister方法計(jì)算精餾塔的產(chǎn)品組成第20頁(yè)/共95頁(yè) Distl模塊的連接圖如圖所示7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl第21頁(yè)/共95頁(yè) Distl模塊Specifications頁(yè)面有兩組模塊設(shè)定參數(shù)7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl第22頁(yè)/共95頁(yè) Distl模塊Specifications頁(yè)面有兩組模塊設(shè)定參數(shù)7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl1. 塔設(shè)定（Column specifications），包括理論板數(shù)（Number of stages）、進(jìn)料位置（Feed sta

15、ge）、回流比（Reflux ratio）、塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料的摩爾流率比（Distillate to feed mole ratio）、冷凝器形式（Condenser type）2. 壓力設(shè)定（Pressure specifications），包括冷凝器壓力、再沸器壓力第23頁(yè)/共95頁(yè)7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl Distl模塊Results頁(yè)面給出第24頁(yè)/共95頁(yè)7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl Distl模塊Results頁(yè)面給出冷凝器熱負(fù)荷（冷凝器熱負(fù)荷（Condenser duty）再沸器熱負(fù)荷（再沸器熱負(fù)荷（Reboiler duty）進(jìn)料板溫度（進(jìn)料板溫度（Fee

16、d stage temperature）塔頂溫度（塔頂溫度（Top stage temperature）塔底溫度（塔底溫度（Bottom stage temperature）等）等第25頁(yè)/共95頁(yè) 例7.2 7.3 精餾塔的簡(jiǎn)捷校核模塊Distl用簡(jiǎn)捷法校核乙苯-苯乙烯精餾塔，進(jìn)料條件與例7.1相同，冷凝器（全凝）壓力為6kPa，再沸器壓力為14kPa，實(shí)際回流比為5.11，理論板數(shù)為65（包括全凝器和再沸器），進(jìn)料位置為25，塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料摩爾流率比（Distillate to feed mole ratio）為0.5853，用PENG-ROB物性方法。求冷凝器及再沸器的熱負(fù)荷、塔頂產(chǎn)品及

17、塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度。第26頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFracRadFrac模塊可對(duì)下述過(guò)程做嚴(yán)格模擬計(jì)算：普通精模塊可對(duì)下述過(guò)程做嚴(yán)格模擬計(jì)算：普通精餾、吸收、汽提、萃取精餾、共沸精餾、反應(yīng)精餾餾、吸收、汽提、萃取精餾、共沸精餾、反應(yīng)精餾（包括平衡反應(yīng)精餾、速率控制反應(yīng)精餾、固定轉(zhuǎn)化（包括平衡反應(yīng)精餾、速率控制反應(yīng)精餾、固定轉(zhuǎn)化率反應(yīng)精餾和電解質(zhì)反應(yīng)精餾）、三相（汽率反應(yīng)精餾和電解質(zhì)反應(yīng)精餾）、三相（汽-液液-液）液）精餾。精餾。RadFrac適用于兩相體系、三相體系、窄沸點(diǎn)適用于兩相體系、三相體系、窄沸點(diǎn)和寬沸點(diǎn)物系以及液相表現(xiàn)為強(qiáng)非理想性的物系和寬沸點(diǎn)物系以及液相表現(xiàn)為強(qiáng)

18、非理想性的物系第27頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第28頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac RadFrac的連接圖如圖所示第29頁(yè)/共95頁(yè) RadFrac 模型具有以下設(shè)定表單7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac1、配置（Configuration）2、流股（Streams）3、壓力（Pressure）4、冷凝器（Condenser）5、熱虹吸再沸器設(shè)置（Thermosiphon Config）6、再沸器（Reboiler）7、三相（3-Phase）第30頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 1、配置（Configuration）

19、設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）第31頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configuration） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（1）計(jì)算類型（Calculation type） 平衡級(jí)模型（Equilibrium）和非平衡級(jí)模型（Rate-Based）第32頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configuration） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（2）板數(shù)（Number of stages） 可以是理論板數(shù)也可以是實(shí)際塔板數(shù)第33頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configuration） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup

20、 0ptions）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（3）冷凝器（Condenser） 全凝器（Total） 部分冷凝器氣相塔頂產(chǎn)品（Partial-Vapor） 部分冷凝器氣相和液相塔頂產(chǎn)品（Partial-Vapor-Liquid） 無(wú)冷凝器（None）第34頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configuration） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（4）再沸器（Reboiler） 釜式再沸器（Kettle）、熱虹吸式再沸器（Thermosiphon）、 無(wú)再沸器（None）第35頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configuration） 設(shè)置選項(xiàng)（

21、Setup 0ptions）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（5）有效相態(tài)（Valid phases） 汽-液（Vapor-Liquid） 汽-液-液（Vapor-Liquid-Liquid） 汽-液-冷凝器游離水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondenser） 汽-液-任意塔板游離水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage） 汽-液-冷凝器富水相（Vapor-Liquid-DirtyWaterCondenser） 汽-液-任意塔板富水相（Vapor-Liquid-DirtyWaterAnyStage）第36頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configu

22、ration） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第37頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 1、配置（Configuration） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）（6）收斂方法 標(biāo)準(zhǔn)方法（Standard） 石油/寬沸程物系（Petroleum/Wide-boiling） 強(qiáng)非理想液體（Strongly non-ideal liquid） 共沸物系（Azeotropic） 深冷體系（Cryogenic） 用戶自定義（Custom）第38頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 1、配置（Configuration

23、） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup 0ptions）第39頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 1、配置（Configuration） 操作規(guī)定（Operating specifications） 第40頁(yè)/共95頁(yè) 1、配置（Configuration） 操作規(guī)定（Operating specifications） 7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac操作規(guī)定（Operating specifications）回流比（Reflux ratio）再沸器負(fù)荷（Reboiler duty）回流量（Reflux rate）塔頂產(chǎn)品流率（Distillate rate）再沸量（Boilup

24、rate）塔底產(chǎn)品流率（Bottoms rate）再沸比（Boilup ratio）塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料流率比（Distillate to feed ratio）冷凝器負(fù)荷(Condenser duty)塔底產(chǎn)品與進(jìn)料流率比（Bottoms to feed ratio）第41頁(yè)/共95頁(yè) 2、流股（Streams）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第42頁(yè)/共95頁(yè) 2、流股（Streams）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（1）進(jìn)料流股（Feed Streams） 指定每一股進(jìn)料的加料板位置在級(jí)上方進(jìn)料（Above-Stage）在級(jí)上進(jìn)料（On-Stage）氣相進(jìn)料在級(jí)上（Vapor

25、）液相進(jìn)料在級(jí)上（Liquid）進(jìn)料進(jìn)入到分相器中（Decanter）（2）產(chǎn)品流股（Product Streams） 指定每一股側(cè)線產(chǎn)品的出料板位置及產(chǎn)量第43頁(yè)/共95頁(yè) 3、壓力（Pressure）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第44頁(yè)/共95頁(yè) 3、壓力（Pressure）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 塔頂/塔底（Top/Bottom），用戶可以僅指定第一塊板壓力，此時(shí)代表全塔無(wú)壓降；當(dāng)塔內(nèi)存在壓降時(shí)，用戶需指定第二塊板壓力或冷凝器壓降，同時(shí)還可以指定單板壓降或是全塔壓降 塔內(nèi)壓力分布（Pressure profile），指定某些塔板壓力 塔段壓降（Section

26、 pressure drop），指定每一塔段的壓降第45頁(yè)/共95頁(yè) 4、冷凝器（Condenser）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（1）冷凝器設(shè)置（Condenser specification） 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（Distillate vapor Fraction）兩個(gè)參數(shù)之一第46頁(yè)/共95頁(yè) 4、冷凝器（Condenser）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第47頁(yè)/共95頁(yè) 4、冷凝器（Condenser）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（2）過(guò)冷設(shè)置（Subcooling specification

27、） 過(guò)冷液溫度 (Subcooled temperature) 或過(guò)冷度 (Degrees of subcooled) 回流物和餾出物都過(guò)冷 (Both reflux and liquid distillate are subcooled) 或僅僅回流物過(guò)冷 (Only reflux is subcooled) 第48頁(yè)/共95頁(yè) 4、冷凝器（Condenser）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第49頁(yè)/共95頁(yè) 5、熱虹吸再沸器設(shè)置(Thermosiphon Config)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac熱虹吸式再沸器被模擬為一個(gè)帶加熱器的進(jìn)出底部級(jí)的中段回流，如圖所示。在默

28、認(rèn)情況下RadFrac使用On-Stage進(jìn)料方式使再沸器的出口返回到最后一級(jí)上第50頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 5、熱虹吸再沸器設(shè)置(Thermosiphon Config)關(guān)于熱虹吸式再沸器理論板數(shù)的確定，可參照下圖第51頁(yè)/共95頁(yè) 6、再沸器（Reboiler）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第52頁(yè)/共95頁(yè) 6、再沸器（Reboiler）7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac釜式再沸器（Kettle）熱虹吸式再沸器（Thermosiphon）無(wú)再沸器（None）如選用了熱虹吸再沸器，則需要指定以下參數(shù)(1)指定再沸器流量 （Specify reb

29、oiler 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 ）第53頁(yè)/共95頁(yè) RadFrac 的計(jì)算結(jié)果從三部分查看7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac 1、結(jié)果簡(jiǎn)匯（Results summary）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 2、分布（Profiles）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)

30、，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 3、流股結(jié)果（Stream results）第54頁(yè)/共95頁(yè) 例7.37.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac在例7.1簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)乙苯-苯乙烯精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)料條件、冷凝器形式、冷凝器壓力、再沸器壓力、產(chǎn)品純度要求與例7.1相同，塔頂壓力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。（1）根據(jù)例7.1的設(shè)計(jì)結(jié)果，利用RadFrac模塊計(jì)算塔頂及塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度；（2）求滿足產(chǎn)品純度要求所需的回流比和塔頂產(chǎn)品流率以及冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷；（3）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，繪制塔

31、內(nèi)溫度分布曲線、塔內(nèi)液相質(zhì)量組成分布曲線；（4）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，分析進(jìn)料位置和總理論板數(shù)變化對(duì)再沸器熱負(fù)荷的影響；（5）求達(dá)到分離要求的最小回流比；（6）求達(dá)到分離要求的最小理論板數(shù)。第55頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFracRadFrac模塊不僅可以進(jìn)行校核計(jì)算，也可以進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。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?？梢栽O(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。第56頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac在BlocksR

32、ADFRACDesign Specs Object Manager頁(yè)面做設(shè)計(jì)規(guī)定第57頁(yè)/共95頁(yè)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 (Specifications) 2、組分 (Components) 3、進(jìn)料/產(chǎn)物流股 (Feed/Product Streams) 7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第58頁(yè)/共95頁(yè)在BlocksRADFRACVary1Specifications頁(yè)面設(shè)置操縱變量7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第59頁(yè)/共95頁(yè) 在進(jìn)行精餾塔的設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，可考慮以下幾點(diǎn)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（1）與規(guī)定熱負(fù)荷相比，優(yōu)先考慮規(guī)

33、定流率，尤其是對(duì)于寬沸程物系（2）規(guī)定塔頂產(chǎn)品或塔底產(chǎn)品與進(jìn)料的流率比（Distillate（or Bottoms）to feed ratio）是一種很有效的方法，特別是在進(jìn)料流率不明確的情況下。與規(guī)定產(chǎn)品流率相比，塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料流率比（Distillate to feed ratio）或塔底產(chǎn)品與進(jìn)料的流率比（Bottoms to feed ratio）的值和邊界條件更容易估計(jì)。規(guī)定塔頂產(chǎn)品或塔底產(chǎn)品與進(jìn)料的流率比適合進(jìn)行流率靈敏度分析的場(chǎng)合第60頁(yè)/共95頁(yè) 在進(jìn)行精餾塔的設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，可考慮以下幾點(diǎn)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac（3）當(dāng)兩個(gè)規(guī)定等價(jià)時(shí)，優(yōu)先考慮數(shù)值較小者。如果沒(méi)有

34、側(cè)線抽出，塔頂采出與塔底采出等價(jià)，應(yīng)優(yōu)先設(shè)定數(shù)值較小者。一般情況下，設(shè)定下面參數(shù)中數(shù)值較小者：回流量（Reflux rate）或再沸量（Boilup rate）；回流比（Reflux ratio）或再沸比（Boilup ratio）；塔頂產(chǎn)品流率（Distillate rate）或塔底產(chǎn)品流率（Bottoms rate）；塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料流率比（Distillate to feed ratio）或塔底產(chǎn)品與進(jìn)料流率比（Bottoms to feed ratio）第61頁(yè)/共95頁(yè) 例7.37.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac在例7.1簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)乙苯-苯乙烯精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)

35、算，進(jìn)料條件、冷凝器形式、冷凝器壓力、再沸器壓力、產(chǎn)品純度要求與例7.1相同，塔頂壓力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。（1）根據(jù)例7.1的設(shè)計(jì)結(jié)果，利用RadFrac模塊計(jì)算塔頂及塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度；（2）求滿足產(chǎn)品純度要求所需的回流比和塔頂產(chǎn)品流率以及冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷；（3）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，繪制塔內(nèi)溫度分布曲線、塔內(nèi)液相質(zhì)量組成分布曲線；（4）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，分析進(jìn)料位置和總理論板數(shù)變化對(duì)再沸器熱負(fù)荷的影響；（5）求達(dá)到分離要求的最小回流比；（6）求達(dá)到分離要求的最小理論板數(shù)。第62頁(yè)/共95頁(yè) 可利用繪圖向?qū)В≒lot Wizard）

36、生成塔內(nèi)溫度分布曲線和組成分布曲線7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第63頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFracAspen Plus可生成的12種圖形，分別為溫度（Temp）、組成（Comp）、流率（Flow Rate）、壓力（Pressure）、K值（K-Values）、相對(duì)揮發(fā)度（Rel Vol）、分離因子 （Sep Factor）、流率比（Flow Ratio）、T-H（CGCC （T-H）總組合曲線、S-H（CGCC（S-H）總組合曲線、水力學(xué)分析（Hydraulics）、有效能損失曲線（Exergy）（后四種圖用于精餾塔的熱力學(xué)分析和水力學(xué)分析）第64頁(yè)/共95頁(yè)

37、 例7.37.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac在例7.1簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)乙苯-苯乙烯精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)料條件、冷凝器形式、冷凝器壓力、再沸器壓力、產(chǎn)品純度要求與例7.1相同，塔頂壓力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。（1）根據(jù)例7.1的設(shè)計(jì)結(jié)果，利用RadFrac模塊計(jì)算塔頂及塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度；（2）求滿足產(chǎn)品純度要求所需的回流比和塔頂產(chǎn)品流率以及冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷；（3）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，繪制塔內(nèi)溫度分布曲線、塔內(nèi)液相質(zhì)量組成分布曲線；（4）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，分析進(jìn)料位置和總理論板數(shù)變化對(duì)再沸器熱負(fù)荷的影響；（5）求達(dá)到

38、分離要求的最小回流比；（6）求達(dá)到分離要求的最小理論板數(shù)。第65頁(yè)/共95頁(yè) 例7.37.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac在例7.1簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)乙苯-苯乙烯精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)料條件、冷凝器形式、冷凝器壓力、再沸器壓力、產(chǎn)品純度要求與例7.1相同，塔頂壓力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。（1）根據(jù)例7.1的設(shè)計(jì)結(jié)果，利用RadFrac模塊計(jì)算塔頂及塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度；（2）求滿足產(chǎn)品純度要求所需的回流比和塔頂產(chǎn)品流率以及冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷；（3）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，繪制塔內(nèi)溫度分布曲線、塔內(nèi)液相質(zhì)量組成分布曲線；（4）在滿足產(chǎn)品

39、純度的基礎(chǔ)上，分析進(jìn)料位置和總理論板數(shù)變化對(duì)再沸器熱負(fù)荷的影響；（5）求達(dá)到分離要求的最小回流比；（6）求達(dá)到分離要求的最小理論板數(shù)。第66頁(yè)/共95頁(yè)7.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac第67頁(yè)/共95頁(yè) 例7.37.4精餾塔的嚴(yán)格計(jì)算模塊RadFrac在例7.1簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)乙苯-苯乙烯精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格核算和設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)料條件、冷凝器形式、冷凝器壓力、再沸器壓力、產(chǎn)品純度要求與例7.1相同，塔頂壓力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。（1）根據(jù)例7.1的設(shè)計(jì)結(jié)果，利用RadFrac模塊計(jì)算塔頂及塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度；（2）求滿足產(chǎn)品純度要求所需的回流比和

40、塔頂產(chǎn)品流率以及冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷；（3）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，繪制塔內(nèi)溫度分布曲線、塔內(nèi)液相質(zhì)量組成分布曲線；（4）在滿足產(chǎn)品純度的基礎(chǔ)上，分析進(jìn)料位置和總理論板數(shù)變化對(duì)再沸器熱負(fù)荷的影響；（5）求達(dá)到分離要求的最小回流比；（6）求達(dá)到分離要求的最小理論板數(shù)。第68頁(yè)/共95頁(yè) Aspen Plus中板式塔的效率有3種7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核（1）全塔效率（Overall section efficiency）為完成一定分離任務(wù)所需的理論板數(shù)和實(shí)際板數(shù)之比稱為全塔效率。在BlocksRADFRACTray Rating1SetupDesign/Pdrop頁(yè)面設(shè)置第69頁(yè)/共95頁(yè)

41、7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核（2）汽化效率（Vaporization efficiencies）指氣相經(jīng)過(guò)一層實(shí)際塔板后的組成與設(shè)想該板為理論板的組成的比值，在BlocksRADFRACEfficiencies頁(yè)面設(shè)置（3）默弗里效率（Murphree efficiencies）嚴(yán)格說(shuō)指的是氣相默弗里板效率，即氣相經(jīng)過(guò)一層實(shí)際塔板前后的組成變化與設(shè)想該板為理論板前后的組成變化的比值，在BlocksRADFRACEfficiencies頁(yè)面設(shè)置第70頁(yè)/共95頁(yè) 塔板設(shè)計(jì)7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核塔板設(shè)計(jì)(Tray sizing)計(jì)算給定板間距下的塔徑。可將塔分成多個(gè)塔段分別設(shè)計(jì)合適的塔板

42、。在Specification表單中輸入該塔段(Trayed section)的起始塔板(Starting stage)和結(jié)束塔板(Ending stage)序號(hào)，塔板類型(Tray type)，塔板流型程數(shù)(Number of passes)，以及板間距(Tray spacing)等幾何結(jié)構(gòu)(Geometry)參數(shù)第71頁(yè)/共95頁(yè) 塔板設(shè)計(jì)結(jié)果 (Results) 中給出計(jì)算得到的塔內(nèi)徑 (Column diameter)、對(duì)應(yīng)最大塔內(nèi)徑的塔板序號(hào)(Stage with maximum diameter)、降液管截面積/塔截面積 (Downcomer area / Column area)

43、、側(cè)降液管流速 (Side downcomer velocity)、側(cè)堰長(zhǎng) (Side weir length)7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核第72頁(yè)/共95頁(yè) 塔板校核塔板核算（Tray rating）計(jì)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(jì)”中相同。輸入?yún)?shù)除了從“塔板設(shè)計(jì)” 得到的之外，還應(yīng)補(bǔ)充塔盤(pán)厚度(Deck thickness)和溢流堰高度(Weir heights)，多流型塔板應(yīng)對(duì)每一種塔盤(pán)都輸入堰高 “塔板設(shè)計(jì)”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(jì)7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核第73頁(yè)/共95頁(yè) 塔板核算有三個(gè)參數(shù)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注1、最大液泛

44、因子(Maximum flooding factor) ,應(yīng)該小于0.8 ；2、塔段壓降(Section pressure drop)；3、最大降液管液位/板間距(Maximum backup/Tray spacing)，應(yīng)該在0.25 0.5之間。7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核第74頁(yè)/共95頁(yè) 塔板類型提供了五種塔板供選用7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核 1、泡罩塔板（Bubble Cap） 2、篩板（Sieve） 3、浮閥塔板（Glistch Ballast） 4、彈性浮閥塔板（Koch Flexitray） 5、條形浮閥塔板（Nutter Float Valve)第75頁(yè)/共95頁(yè)7.5

45、 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核泡罩塔板第76頁(yè)/共95頁(yè) 篩板第77頁(yè)/共95頁(yè)7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核Valve type AValve type TValve type TOValve type BDH 浮閥第78頁(yè)/共95頁(yè) 填料設(shè)計(jì)7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核填料設(shè)計(jì)(Pack sizing)計(jì)算選用某種填料時(shí)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(Sheet thickness)、尺寸 (Size)、等板高度 (Height equivalent to a theoritical plate) 等參數(shù)第79頁(yè)/共95頁(yè) 填料核算7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核填料核算（Pack rating）計(jì)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(jì)”中相同。 “填料設(shè)計(jì)”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(jì)第80頁(yè)/共95頁(yè) 以下是 5 種典型的散堆填料7.5 塔板和填料的設(shè)計(jì)與校核1、拉西環(huán)（RASCHIG）2、鮑爾環(huán)（PALL）3、階梯環(huán)（CMR）4、矩鞍環(huán)（INTX）5、超級(jí)環(huán)（SUPER RING）第81頁(yè)/共95頁(yè)第82頁(yè)/共95頁(yè)拉西環(huán)拉西環(huán) 環(huán)矩鞍環(huán)矩鞍 矩鞍環(huán)矩鞍環(huán)階梯環(huán)階梯環(huán) 鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)第83頁(yè)/共95頁(yè) 以下是 5