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文档简介
AspenPlus应用基础,ModelsforSeparationProcesses分离过程模型(II),1,分离过程模型的分类,AspenPlus中的分离过程模型包含两大类别:,简单分离单元模型塔设备单元模型,2,塔设备单元模型分类,DSTWUDistlRadFracExtract,塔设备(Columns)单元共有9种模块,其中RateFrac和BatchFrac需要单独的许可证,其余7种可直接使用:,MutiFracSCFracPetroFrac,3,DSTWU简捷精馏(设计),DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland捷算法进行精馏塔的设计,根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板数和加料板位置。,4,DSTWU连接,DSTWU模型的连接图如下:,5,1、塔设定(Columnspecifications)(1)塔板数(Numberofstages)(2)回流比(Refluxratio),DSTWU模型参数,DSTWU模型有四组模型设定参数:,6,2、关键组分回收率(Keycomponentrecoveries)(1)轻关键组分在馏出物中的回收率馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分(2)重关键组分在馏出物中的回收率馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分,DSTWU模型参数,DSTWU模型有四组模型设定参数:,7,3、压力(Pressure)(1)冷凝器(Condenser)(2)再沸器(Reboiler),DSTWU模型参数,DSTWU模型有四组模型设定参数:,8,4、冷凝器设定(Condenserspecifications)(1)全凝器(Totalcondenser)(2)带汽相馏出物的部分冷凝器(Partialcondenserwithvapordistillate)(3)带汽、液相馏出物的部分冷凝器(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate),DSTWU模型参数,DSTWU模型有四组模型设定参数:,9,1、生成回流比理论板数关系表(Refluxratiovs.Numberoftheoreticalstages)2、计算等板高度(CalculateHETP),DSTWU计算选项,DSTWU模型有两个计算选项:,10,含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物(F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30C)用精馏塔(塔压0.02MPa)分离,要求99.8%的乙苯从塔顶排出,99.9%的苯乙烯从塔底排出,采用全凝器。求:Rmin,NTmin,R=1.5Rmin时的R、NT和NF。,DSTWU应用示例(1),11,绘制示例(1)的NTR关系图,根据该图选取合理的R值,求取相应的NT、NF、冷凝器和再沸器的温度和热负荷。,DSTWU应用示例(2),12,Distl简捷精馏(操作),Distl模块用Edmister方法计算给定精馏塔的操作结果。设定:理论板数,加料板位置,回流比,D/F,冷凝器类型。计算:D和W组成,再沸器和冷凝器热负荷,塔顶、塔底和加料板温度。,13,Distl连接,Distl模块的连接图如下:,14,根据DSTWU示例(2)的结果,选取R=25、NT=61、NF=36用Distl进行核算。再选取NF=20进行核算。,Distl应用示例(1),15,RadFrac精密分离模块,RadFrac模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系,用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。RadFrac模块用于精确计算精馏塔、吸收塔(板式塔或填料塔)的分离能力和设备参数。,16,RadFrac连接,RadFrac模型的连接图如下:,17,RadFrac模型设定,RadFrac模型具有以下设定表:1、配置(Configuration)2、流股(Streams)3、压力(Pressure)4、冷凝器(Condenser)5、再沸器(Reboiler)6、三相(3-Phase),18,RadFrac配置,1、塔板数(NumberofStages)2、冷凝器(Condenser)3、再沸器(Reboiler)4、有效相态(ValidPhase)5、收敛方法(Convergence)6、操作设定(OperationSpecifications),19,RadFrac配置(冷凝器),冷凝器配置从四个选项中选择一种:1、全凝器(Total)2、部分冷凝-汽相馏出物(Partial-Vapor)3、部分冷凝-汽相和液相馏出物(Partial-Vapor-Liquid)4、无冷凝器(None),20,RadFrac配置(再沸器),再沸器配置从三个选项中选择一种:1、釜式再沸器(Kettle)2、热虹吸式再沸器(Thermosyphon)3、无再沸器(None),21,RadFrac配置(有效相态),有效相态从四个选项中选择一种:1、汽-液(Vapor-Liquid)2、汽-液-液(Vapor-Liquid-Liquid)3、汽-液-冷凝器游离水(Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor)4、汽-液-任意塔板游离水(Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage),22,RadFrac配置(收敛方法),收敛方法从六个选项中选择一种:1、标准方法(Standard)2、石油/宽沸程(Petroleum/Wide-Boiling)3、强非理想液相(StronglyNon-idealLiquid)4、共沸体系(Azeotropic)5、深度冷冻体系(Cryogenic)6、用户定义(Custom),23,RadFrac配置(操作设定),1、回流比(RefluxRatio)2、回流速率(RefluxRate)3、馏出物速率(DistillateRate)4、塔底物速率(BottomsRate)5、上升蒸汽速率(BoilupRate),操作设定从十个选项中选择:,24,6、上升蒸汽比(BoilupRatio)7、上升蒸汽/进料比(BoiluptoFeedRatio)8、馏出物/进料比(DistillatetoFeedRatio)9、冷凝器热负荷(CondenserDuty)10、再沸器热负荷(ReboilerDuty),RadFrac配置(操作设定),操作设定从十个选项中选择:,25,RadFrac流股,1、进料流股(FeedStreams)指定每一股进料的加料板位置。2、产品流股(ProductStreams)指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。,26,RadFrac压力,塔内压力设定有三种方式(View)1、塔顶/塔底(Top/Bottom)指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。2、压力剖型(PressureProfile)指定每一块塔板压力。3、塔段压降(SectionPressureDrop)指定每一塔段的压降。,27,RadFrac冷凝器,冷凝器设定有两组参数:,1、冷凝器指标(CondenserSpecification)仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度(Temperature)和蒸汽分率(VaporFraction)两个参数之一。,28,2、过冷态(Subcooling)1)过冷选项(Subcoolingoption)二选一:回流物和馏出物都过冷/仅仅回流物过冷。2)过冷指标(Subcoolingspecification)二选一:过冷物温度/过冷度,RadFrac冷凝器,冷凝器设定有两组参数:,29,RadFrac再沸器,热虹吸再沸器需要进行设定:,1、指定再沸器流量(Specifyreboilerflowrate)2、指定再沸器出口条件(Specifyreboileroutletcondition)3、同时指定流量和出口条件(Specifybothflowandoutletcondition),30,计算结果从三部分查看:1、结果简汇(Resultssummary)2、分布剖形(Profiles)3、流股结果(Streamresults),RadFrac结果查看,31,1、结果简汇给出塔顶(冷凝器)和塔底(再沸器)的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数,以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。,RadFrac结果查看,32,2、分布剖形给出塔内各塔板上的温度、压力、热负荷、相平衡参数,以及每一相态的流量、组成和物性。据此可确定最佳加料板和侧线出料板位置。,RadFrac结果查看,33,RadFrac结果查看,3、流股结果给出进出的所有流股的工艺和物性参数。,34,根据DSTWU示例(2)的结果,选取R=25、NT=61、NF=36,用RadFrac进行核算。再选取最佳进料板位置进行核算。,RadFrac应用示例(1),35,RadFrac设计指标,RadFrac模型带有内部的设计指标功能,通过DesignSpecs和Vary两组参数进行设定。可以设定多个指标参数和多个变化参数,但要注意两者间的依赖关系和自由度必须吻合,否则不能收敛。,36,RadFrac应用示例(2),如将示例(1)的塔压调到0.01MPa,全塔压降0.005MPa,试求满足分离要求所需的回流比和馏出物流量。,37,RadFrac塔板效率,RadFrac模型可以设定实际塔板的板效率(Efficiencies)。用户可选用蒸发效率(VaporizationEfficiencies)或墨弗里效率(MurphreeEfficiencies),并选择指定单块板的效率,单个组分的效率,或者塔段的效率。,38,RadFrac蒸发效率,VaporizationEfficiencies定义如下,下标i代表组分,j代表塔板编号。,39,RadFrac墨弗里效率,MurphreeEfficiencies定义如下,下标i代表组分,j代表塔板编号。,40,RadFrac应用示例(3),如果示例(2)中的精馏段的墨弗里效率为0.45,提馏段的墨弗里效率为0.55,试求满足分离要求所需的塔板数和加料板位置。,41,RadFrac报告选项,报告(Report)中有一项对塔板设计非常重要,即性质选项(Propertyoptions)里的包括水力学参数(Includehydraulicparameters)选项。另外剖形选项(Profileoptions)里包括哪些塔板(Stagestobeincludedinreport)也很有用。,42,RadFrac应用示例(4),在示例(3)的基础上选定性质选项中的包括水力学参数,计算后查看结果。,43,RadFrac塔板设计,塔板设计(Traysizing)计算给定板间距下的塔径,共有五种塔板供选用:1、泡罩塔板(BubbleCap)2、筛板(Sieve)3、浮阀塔板(GlistchBallast)4、弹性浮阀塔板(KochFlexitray)5、条形浮阀塔板(NutterFloatValve),44,RadFrac塔板核算,塔板核算(Trayrating)计算给定结构参数的塔板的负荷情况,可供选用的塔板类型与“塔板设计”中相同。“塔板设计”与“塔板核算”配合使用,可以完成塔板选型和工艺参数设计。,45,RadFrac应用示例(5),在示例(4)的基础上进行塔板设计和塔板核算,分别选用浮阀塔板和弹性浮阀塔板计算后对比结果。,46,RadFrac填料设计,填料设计(Packsizing)计算选用某种填料时的塔径,共有40种填料供选用,在此仅介绍5种典型的散堆填料和5种典型的规整填料:,47,5种典型的散堆填料:1、拉西环(RASCHIG)2、鲍尔环(PALL)3、阶梯环(CMR)4、矩鞍环(INTX)5、超级环(SUPERRING),RadFrac填料设计,48,5种典型的规整填料:1、带孔板波填料(MELLAPAK)2、带孔网波填料(CY)3、带缝板波填料(RALU-PAK)4、陶瓷板波填料(KERAPAK)5、格栅规整填料(FLEXIGRID),RadFrac填料设计,49,RadFrac填料核算,填料核算(Packrating)计算给定结构参数的填料的负荷情况,可供选用的填料类型与“填料设计”中相同。“填料设计”与“填料核算”配合使用,可以完成填料选型和工艺参数设计。,50,RadFrac应用示例(6),在示例(2)的基础上进行填料设计和填料核算,分别选用MELLPAK和RALU-PAK计算后对比结果。,51,RadFrac吸收计算,吸收计算的设备参数设置:1)冷凝器和再沸器类型选“None”;2)气体进料板设置为“N+1”及“Above-Stage”;3)在收敛(Convergence)项目中将“Basic”表里的“algorithm”设置为“Standard”以及“maximumiterations”设置为200,将“Advance”表里的第一栏“Absorber”设置为“yes”。,52,摩尔组成为CO2(12%)、N2(23%)和H2(65%)的混合气体(F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20C)用甲醇(F=60t/hr、P=2.9MPa、T=-40C)吸收脱除CO2。吸收塔有30块理论板,在2.8MPa下操作。求出塔气体中的CO2浓度。,RadFrac吸收示例(1),53,在吸收示例(1)的基础上求使出塔气体中的CO2浓度达到0.5%所需的吸收剂(甲醇)用量。,RadFrac吸收示例(2),54,在吸收示例(2)的基础上求使出塔气体中的CO2浓度达到0.5%所需的吸收剂(甲醇)用量与理论板数的关系。,RadFrac吸收示例(3),55,选用10块理论板,求使出塔气体中的CO2浓度达到0.5%所需的吸收剂(甲醇)用量以及采用典型塔板和填料时的塔径。,RadFrac吸收示例(4),56,RadFrac脱吸计算,脱吸是吸收的逆过程,脱吸计算与吸收计算的设备参数设置相同,只是物料初始组成不同。,57,将吸收示例(4)所得到的吸收富液减压到0.15MPa进行闪蒸,低压液体再进入脱吸塔在0.12MPa下用氮气进行气提脱吸,要求出塔贫液中的CO2浓度达到0.1%。求合理的理论板数、所需氮气流量、采用不同塔板和填料时的脱吸塔尺寸、压降和负荷情况。,RadFrac脱吸示例,58,Extract连续萃取塔,Extract模块用逐级计算法精确计算给定连续萃取过程的操作结果。可以
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