第7章 分离单元模拟PartB

1、第第7章章 分离单元模拟分离单元模拟Part B作者：武佳作者：武佳 孙兰义孙兰义第第7章章 分离单元模拟分离单元模拟Part Bn7.1 概述概述n7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUn7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块Distln7.4 精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与校核n7.6 连续萃取模块连续萃取模块Extractn7.7 吸收示例吸收示例7.1 概述概述模块模块说明说明功能功能适用对象适用对象DSTWU使用使用Winn-Underwood-Gilliland方法的多组分精馏的

2、简捷设计模方法的多组分精馏的简捷设计模块块确定最小回流比、最小理论板数以确定最小回流比、最小理论板数以及实际回流比、实际理论板数等及实际回流比、实际理论板数等仅有一股进料和两股产品的简仅有一股进料和两股产品的简单精馏塔单精馏塔Distl使用使用Edmister方法的多组分精馏方法的多组分精馏的简捷校核模块的简捷校核模块计算产品组成计算产品组成仅有一股进料和两股产品的简仅有一股进料和两股产品的简单精馏塔单精馏塔RadFrac单个塔的两相或三相严格计算模单个塔的两相或三相严格计算模块块精馏塔的严格核算和设计计算精馏塔的严格核算和设计计算普通精馏、吸收、汽提、萃取普通精馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸

3、精馏、三相精馏、精馏、共沸精馏、三相精馏、反应精馏等反应精馏等Extract液液-液萃取严格计算模块液萃取严格计算模块液液-液萃取严格计算液萃取严格计算萃取塔萃取塔MultiFrac 严格法多塔蒸馏模块严格法多塔蒸馏模块对一些复杂的多塔进行严格核算和对一些复杂的多塔进行严格核算和设计计算设计计算原油常减压蒸馏塔、吸收原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提汽提塔组合等塔组合等SCFrac简捷法多塔蒸馏模块简捷法多塔蒸馏模块确定产品组成和流率、估算每个塔确定产品组成和流率、估算每个塔段理论板数和热负荷等段理论板数和热负荷等原油常减压蒸馏塔等原油常减压蒸馏塔等PetroFrac石油蒸馏模块石油蒸馏模块对石油炼

4、制工业中的复杂塔进行严对石油炼制工业中的复杂塔进行严格核算和设计计算格核算和设计计算预闪蒸塔、原油常减压蒸馏预闪蒸塔、原油常减压蒸馏塔、催化裂化主分馏塔、乙烯塔、催化裂化主分馏塔、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合等装置初馏塔和急冷塔组合等RateFrac非平衡级速率模块非平衡级速率模块精馏塔的严格核算和设计计算精馏塔的严格核算和设计计算蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共沸精馏、反应精馏等沸精馏、反应精馏等DSTWU是多组分精馏的简捷设计模块，针对相对挥是多组分精馏的简捷设计模块，针对相对挥发度近似恒定的物系开发，用于计算仅有一股进料和发度近似恒定的物系开发，用于计算仅有一股进料和两

5、股产品的简单精馏塔。两股产品的简单精馏塔。DSTWU模块用模块用Winn-Underwood-Gilliland方法方法进行精馏塔的简捷设计计算。进行精馏塔的简捷设计计算。7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUDSTWU模块计算精度不高，常用于初步设计，当模块计算精度不高，常用于初步设计，当存在共沸物时，计算结果可能会出现错误，存在共沸物时，计算结果可能会出现错误，DSTWU模块的计算结果可以为严格精馏计算提供模块的计算结果可以为严格精馏计算提供合适的初值。合适的初值。通过通过Winn方程（之后方程（之后Fenske

6、对对Winn方程进行了方程进行了完善）计算最小理论板数，使用完善）计算最小理论板数，使用Underwood方程方程计算最小回流比，根据计算最小回流比，根据Gilliland关联图来确定操关联图来确定操作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的回流比。回流比。7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUn芬斯克（芬斯克（Fenske）方程）方程取平均相对挥发度取平均相对挥发度: : NNm21mWABDBAxxxxNloglogmin芬斯克方程芬斯克方程N Nminmin（包括再沸器）包括再沸器）7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷

7、设计模块DSTWUn恩德伍德（恩德伍德（Underwood）方程）方程qxijFiij1,1min,RxijDiij式中：式中： ij 相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值 第一式的根，第一式的根，其值介于轻、重关键组分的相对挥其值介于轻、重关键组分的相对挥发度之间发度之间 7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUn吉利兰（吉利兰（Gilliland）关联图）关联图吉利兰图吉利兰图1minRRR2minNNN N 、Nmin在在R、全回流全回流下所需理论板数，均不包括下所需理论板数，均不包括再沸器再沸器 吉利兰图不能应用于非理吉利兰图不能应用于非理

8、想溶液的精馏计算想溶液的精馏计算 用用8个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUn吉利兰关联式吉利兰关联式)1)(2 .117114 .541exp(15 . 0XXXXY1minRRRX2minNNNY7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUDSTWU 模型的连接图如下模型的连接图如下nDSTWU模块有四组模块设定参数模块有四组模块设定参数1 塔设定（塔设定（Column specifications）2 关键组分回收率（关键组分回收率（Key component recoveries

9、）3 压力（压力（Pressure ）4 冷凝器设定（冷凝器设定（Condenser specifications）7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU（1）塔板数）塔板数 ( Number of stages)（2）回流比）回流比 ( Reflux ratio) 回流比与理论板数仅允许规定一个回流比与理论板数仅允许规定一个 选择规定回流比时选择规定回流比时 输入值输入值0，表示实际回流比，表示实际回流比 输入值输入值-1，其绝对值表示实际回流比与最小，其绝对值表示实际回流比与最小 回流比的比值回流比的比值nSpecifications塔设定塔设定 （Column spe

10、cifications） 7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUnSpecifications关键组分回收率关键组分回收率 （Key component recoveries）7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU（1）轻关键组分（）轻关键组分（Light key）在塔顶产品中的摩尔回）在塔顶产品中的摩尔回收率收率塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率/进料中的轻关键组分摩尔流率进料中的轻关键组分摩尔流率（2）重关键组分（）重关键组分（Heavy key）在塔顶产品中的摩尔回）在塔顶产品中的摩尔回收率收率塔顶产品中的重关键组分摩尔流

11、率塔顶产品中的重关键组分摩尔流率/进料中的重关键组分摩尔流率进料中的重关键组分摩尔流率nSpecifications压力（压力（Pressure）7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU冷凝器压力冷凝器压力（Condenser）再沸器压力再沸器压力（Reboiler）nSpecifications冷凝器设定冷凝器设定 （Condenser specifications）7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU全凝器（全凝器（Total condenser）带气相塔顶产品的部分冷凝器（带气相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with a

12、ll vapor distillate）带气、液相塔顶产品的部分冷凝器（带气、液相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with vapor and liquid distillate）nDSTWU模块的模拟结果可给出模块的模拟结果可给出7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU最小回流比（最小回流比（Mimimum reflux ratio）最小理论板数（最小理论板数（Mimimum number of stages）实际回流比（实际回流比（Actual reflux ratio）实际理论板数（实际理论板数（Number of actual stages）

13、进料位置（进料位置（ Feed stage）冷凝器负荷（冷凝器负荷（Condenser cooling required）再沸器负荷（再沸器负荷（Reboiler heating required）等参数等参数nDSTWU模块有两个计算选项模块有两个计算选项7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU生成回流比随理论板数变化表生成回流比随理论板数变化表（BlocksDSTWUInputCalculation Options下的下的Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages选项）选项）计算等板高度计算

14、等板高度（BlocksDSTWUInputCalculation Options下的下的Calculate HETP选项）选项）7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWUnDSTWU模块有两个计算选项模块有两个计算选项7.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU回流比随理论板数变化表对选取合理的理论板数很有参考价回流比随理论板数变化表对选取合理的理论板数很有参考价值。在实际回流比对理论板数（值。在实际回流比对理论板数（Table of actual reflux ratio vs number of theoretical stages）一栏中输入要分）一栏中输入

15、要分析的理论板数的初始值（析的理论板数的初始值（Initial number of stages）、终）、终止值（止值（Final number of stages），并输入理论板数变化量），并输入理论板数变化量（Increment size for number of stages）或者要分析的）或者要分析的理论板数个数（理论板数个数（Number of values in table），据此可以），据此可以计算出不同理论板数下的回流比（计算出不同理论板数下的回流比（Reflux ratio profile），），并可以绘制回流比并可以绘制回流比理论板数关系曲线。理论板数关系曲线。n例例7.

16、17.2 精馏塔的简捷设计模块精馏塔的简捷设计模块DSTWU简捷法设计乙苯简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为6kPa，再沸，再沸器压力为器压力为14kPa，进料量为，进料量为12500kg/hr，温度，温度45，压力，压力101.325kPa，质量组成为乙苯，质量组成为乙苯0.5843，苯乙烯，苯乙烯0.415，焦，焦油油0.0007（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器，（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器，回流比为最小回流比的回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不倍，要求塔顶产品中乙苯含量不低于低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含

17、量不低于），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用），用PENG-ROB物性方法。物性方法。求最小回流比、最小理论板数、实际回流比、实际理论板数、求最小回流比、最小理论板数、实际回流比、实际理论板数、进料位置以及塔顶产品与进料摩尔流率比，生成回流比随理进料位置以及塔顶产品与进料摩尔流率比，生成回流比随理论板数变化表并作图。论板数变化表并作图。7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块DistlDistl模块可对带有一股进料和两股产品的简单精馏塔进行简模块可对带有一股进料和两股产品的简单精馏塔进行简捷校核计算，此模块用捷校核计算，此模块用Edmister方法计算精馏塔的产品组方法计

18、算精馏塔的产品组成成nDistl模块的连接图如图所示模块的连接图如图所示7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块DistlnDistl模块模块Specifications页面有两组模块设页面有两组模块设定参数定参数7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块DistlnDistl模块模块Specifications页面有两组模块设页面有两组模块设定参数定参数7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块Distl1. 塔设定（塔设定（Column specifications），包括理论板数），包括理论板数（Number of stages）、进料位置（）、进料位置（Feed s

19、tage）、回）、回流比（流比（Reflux ratio）、塔顶产品与进料的摩尔流率比）、塔顶产品与进料的摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）、冷凝器形式）、冷凝器形式（Condenser type）2. 压力设定（压力设定（Pressure specifications），包括冷凝器），包括冷凝器压力、再沸器压力压力、再沸器压力7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块DistlnDistl模块模块Results页面给出页面给出7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块DistlnDistl模块模块Results页面给出页面给出冷凝器热负荷（冷

20、凝器热负荷（Condenser duty）再沸器热负荷（再沸器热负荷（Reboiler duty）进料板温度（进料板温度（Feed stage temperature）塔顶温度（塔顶温度（Top stage temperature）塔底温度（塔底温度（Bottom stage temperature）等）等n例例7.2 7.3 精馏塔的简捷校核模块精馏塔的简捷校核模块Distl用简捷法校核乙苯用简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔，进料条件与例苯乙烯精馏塔，进料条件与例7.1相同，相同，冷凝器（全凝）压力为冷凝器（全凝）压力为6kPa，再沸器压力为，再沸器压力为14kPa，实际，实际回流比为回流比为5

21、.11，理论板数为，理论板数为65（包括全凝器和再沸器），（包括全凝器和再沸器），进料位置为进料位置为25，塔顶产品与进料摩尔流率比（，塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）为）为0.5853，用，用PENG-ROB物性方法。物性方法。求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯度。度。7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracRadFrac模块可对下述过程做严格模拟计算：普通精模块可对下述过程做严格模拟计算：普通精馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏馏、吸收、

22、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏（包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化（包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽-液液-液）液）精馏。精馏。RadFrac适用于两相体系、三相体系、窄沸点适用于两相体系、三相体系、窄沸点和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracnRadFrac的连接图如图所示的连接图如图所示nRadFrac 模型具有以下设定表单模

23、型具有以下设定表单7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac1、配置（、配置（Configuration）2、流股（、流股（Streams）3、压力（、压力（Pressure）4、冷凝器（、冷凝器（Condenser）5、热虹吸再沸器设置、热虹吸再沸器设置（Thermosiphon Config）6、再沸器（、再沸器（Reboiler）7、三相（、三相（3-Phase）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn1、配置（、配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）n1、配置（、配置（Configuration） 设

24、置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（1）计算类型（）计算类型（Calculation type） 平衡级模型（平衡级模型（Equilibrium）和非平衡级模型（）和非平衡级模型（Rate-Based）n1、配置（、配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（2）板数（）板数（Number of stages） 可以是理论板数也可以是实际塔板数可以是理论板数也可以是实际塔板数n1、配置（、配置（Configuration）

25、 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（3）冷凝器（）冷凝器（Condenser） 全凝器（全凝器（Total） 部分冷凝器部分冷凝器气相塔顶产品（气相塔顶产品（Partial-Vapor） 部分冷凝器部分冷凝器气相和液相塔顶产品（气相和液相塔顶产品（Partial-Vapor-Liquid） 无冷凝器（无冷凝器（None）n1、配置（、配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（4）再沸器（）再沸器（Reboiler）

26、釜式再沸器（釜式再沸器（Kettle）、热虹吸式再沸器（）、热虹吸式再沸器（Thermosiphon）、）、 无再沸器（无再沸器（None）n1、配置（、配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（5）有效相态（）有效相态（Valid phases） 汽汽-液（液（Vapor-Liquid） 汽汽-液液-液（液（Vapor-Liquid-Liquid） 汽汽-液液-冷凝器游离水（冷凝器游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondenser） 汽汽-液液-任意塔板游离水（任意塔板

27、游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage） 汽汽-液液-冷凝器富水相（冷凝器富水相（Vapor-Liquid-DirtyWaterCondenser） 汽汽-液液-任意塔板富水相（任意塔板富水相（Vapor-Liquid-DirtyWaterAnyStage）n1、配置（、配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn1 1、配置（配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptio

28、ns）（6）收敛方法）收敛方法 标准方法（标准方法（Standard） 石油石油/宽沸程物系（宽沸程物系（Petroleum/Wide-boiling） 强非理想液体（强非理想液体（Strongly non-ideal liquid） 共沸物系（共沸物系（Azeotropic） 深冷体系（深冷体系（Cryogenic） 用户自定义（用户自定义（Custom）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn1 1、配置（配置（Configuration） 设置选项（设置选项（Setup 0ptions）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn1、配置（、配置（

29、Configuration） 操作规定（操作规定（Operating specifications） n1、配置（、配置（Configuration） 操作规定（操作规定（Operating specifications） 7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac操作规定（操作规定（Operating specifications）回流比（回流比（Reflux ratio）再沸器负荷（再沸器负荷（Reboiler duty）回流量（回流量（Reflux rate）塔顶产品流率（塔顶产品流率（Distillate rate）再沸量（再沸量（Boilup rate）塔底产品流率

30、（塔底产品流率（Bottoms rate）再沸比（再沸比（Boilup ratio）塔顶产品与进料流率比塔顶产品与进料流率比（Distillate to feed ratio）冷凝器负荷冷凝器负荷( (Condenser duty) )塔底产品与进料流率比塔底产品与进料流率比（Bottoms to feed ratio）n2、流股（、流股（Streams）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn2、流股（、流股（Streams）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（1 1）进料流股）进料流股（Feed Streams） 指定每一股进料的加料板位置指

31、定每一股进料的加料板位置在级上方进料（在级上方进料（Above-Stage）在级上进料（在级上进料（On-Stage）气相进料在级上（气相进料在级上（Vapor）液相进料在级上（液相进料在级上（Liquid）进料进入到分相器中（进料进入到分相器中（Decanter）（2 2）产品流股）产品流股（Product Streams） 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量指定每一股侧线产品的出料板位置及产量n3 3、压力、压力（Pressure）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn3 3、压力、压力（Pressure）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFra

32、c 塔顶塔顶/塔底（塔底（Top/Bottom），用户可以仅指定第一块板压），用户可以仅指定第一块板压力，此时代表全塔无压降；当塔内存在压降时，用户需指定第力，此时代表全塔无压降；当塔内存在压降时，用户需指定第二块板压力或冷凝器压降，同时还可以指定单板压降或是全塔二块板压力或冷凝器压降，同时还可以指定单板压降或是全塔压降压降 塔内压力分布（塔内压力分布（Pressure profile），指定某些塔板压力），指定某些塔板压力 塔段压降（塔段压降（Section pressure drop），指定每一塔段的），指定每一塔段的压降压降n4 4、冷凝器、冷凝器（Condenser）7.4精馏塔的严格

33、计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（1）冷凝器设置冷凝器设置（Condenser specification） 仅仅应用于部分冷凝器仅仅应用于部分冷凝器 只需指定冷凝温度（只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率）和蒸汽分率（Distillate vapor Fraction）两个参数之一）两个参数之一n4 4、冷凝器、冷凝器（Condenser）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn4 4、冷凝器、冷凝器（Condenser）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（2）过冷设置（）过冷设置（Subcooling specifi

34、cation ） 过冷液温度过冷液温度 (Subcooled temperature) 或过冷度或过冷度 (Degrees of subcooled) 回流物和馏出物都过冷回流物和馏出物都过冷 (Both reflux and liquid distillate are subcooled) 或仅仅回流物过冷或仅仅回流物过冷 (Only reflux is subcooled) n4、冷凝器（、冷凝器（Condenser）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn5、热虹吸再沸器设置、热虹吸再沸器设置(Thermosiphon Config)7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔

35、的严格计算模块RadFrac热虹吸式再沸器被模拟为一个带加热器的进出底部级的中段回流，如热虹吸式再沸器被模拟为一个带加热器的进出底部级的中段回流，如图图所示。在默认情况下所示。在默认情况下RadFrac使用使用On-Stage进料方式使再沸器的进料方式使再沸器的出口返回到最后一级上出口返回到最后一级上7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn5、热虹吸再沸器设置、热虹吸再沸器设置(Thermosiphon Config)关于热虹吸式再沸器理论板数的确定，可参照下图关于热虹吸式再沸器理论板数的确定，可参照下图n6、再沸器（、再沸器（Reboiler）7.4精馏塔的严格计算模块

36、精馏塔的严格计算模块RadFracn6、再沸器（、再沸器（Reboiler）7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac釜式再沸器（釜式再沸器（Kettle）热虹吸式再沸器（热虹吸式再沸器（Thermosiphon）无再沸器（无再沸器（None）如选用了热虹吸再沸器，则需要指定以下参数如选用了热虹吸再沸器，则需要指定以下参数(1)指定再沸器流量指定再沸器流量 （Specify reboiler flow rate）(2)指定再沸器出口条件指定再沸器出口条件 （ Specify reboiler outlet condition）(3)同时指定流量和出口条件同时指定流量和出口条件

37、 （Specify both flow and outlet condition ）nRadFrac 的计算结果从三部分查看的计算结果从三部分查看7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac 1、结果简汇、结果简汇（Results summary）结果简汇给出塔顶（冷凝器）和塔底（再沸器）的温度、热负结果简汇给出塔顶（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塔物流中的分配比率 2、分布、分布（Profiles）分布剖形给出塔内各塔板上的温度、压力、热负荷、相

38、平衡参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板和侧线出料板位置 3、流股结果、流股结果（Stream results）n例例7.37.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在例在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要求与例求与例7.1相

39、同，塔顶压力相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用采用PENG-ROB。（1）根据例）根据例7.1的设计结果，利用的设计结果，利用RadFrac模块计算模块计算塔顶及塔底产品的质量纯度；塔顶及塔底产品的质量纯度；（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（3）在满足产品纯度的基）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（4）在满）在满足产品纯

40、度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响；（的影响；（5）求达到分离要求的最小回流比；（）求达到分离要求的最小回流比；（6）求达到分离要求的）求达到分离要求的最小理论板数。最小理论板数。7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracRadFrac模块不仅可以进行校核计算，也可以进行设计计算。模块不仅可以进行校核计算，也可以进行设计计算。RadFrac 模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定(Design Specs)和变化和变化(Vary)两组对象进行设定。

41、两组对象进行设定。可以设置多个设计规定对象和多个变化对象，但要注意两者可以设置多个设计规定对象和多个变化对象，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。间的依赖关系和自由度必须吻合，否则不能收敛。7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在在BlocksRADFRACDesign Specs Object Manager页面页面做设计规定做设计规定设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标 1、规定、规定 (Specifications) 2、组分、组分 (Components) 3、进料、进料/产物流股产物流股 (Feed

42、/Product Streams) 7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在在BlocksRADFRACVary1Specifications页面页面设置操纵变量设置操纵变量7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn在进行精馏塔的设计规定时，可考虑以下几在进行精馏塔的设计规定时，可考虑以下几点点7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（1）与规定热负荷相比，优先考虑规定流率，尤其是对于）与规定热负荷相比，优先考虑规定流率，尤其是对于宽沸程物系宽沸程物系（2）规定塔顶产品或塔底产品与进料的流率比（）规定塔顶产品或塔底产品与进料的流率比

43、（Distillate（or Bottoms）to feed ratio）是一种很有效的方法，特）是一种很有效的方法，特别是在进料流率不明确的情况下。与规定产品流率相比，塔别是在进料流率不明确的情况下。与规定产品流率相比，塔顶产品与进料流率比（顶产品与进料流率比（Distillate to feed ratio）或塔底产）或塔底产品与进料的流率比（品与进料的流率比（Bottoms to feed ratio）的值和边界）的值和边界条件更容易估计。规定塔顶产品或塔底产品与进料的流率比条件更容易估计。规定塔顶产品或塔底产品与进料的流率比适合进行流率灵敏度分析的场合适合进行流率灵敏度分析的场合n在进

44、行精馏塔的设计规定时，可考虑以下几在进行精馏塔的设计规定时，可考虑以下几点点7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac（3）当两个规定等价时，优先考虑数值较小者。如果没）当两个规定等价时，优先考虑数值较小者。如果没有侧线抽出，塔顶采出与塔底采出等价，应优先设定数值有侧线抽出，塔顶采出与塔底采出等价，应优先设定数值较小者。一般情况下，设定下面参数中数值较小者：回流较小者。一般情况下，设定下面参数中数值较小者：回流量（量（Reflux rate）或再沸量（）或再沸量（Boilup rate）；回流比）；回流比（Reflux ratio）或再沸比（）或再沸比（Boilup rati

45、o）；塔顶产品）；塔顶产品流率（流率（Distillate rate）或塔底产品流率（）或塔底产品流率（Bottoms rate）；塔顶产品与进料流率比（）；塔顶产品与进料流率比（Distillate to feed ratio）或塔底产品与进料流率比（）或塔底产品与进料流率比（Bottoms to feed ratio）n例例7.37.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在例在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要计算，进料条件、冷

46、凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要求与例求与例7.1相同，塔顶压力相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用采用PENG-ROB。（。（1）根据例）根据例7.1的设计结果，利用的设计结果，利用RadFrac模块计算模块计算塔顶及塔底产品的质量纯度；塔顶及塔底产品的质量纯度；（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（3）在满足产品纯度的基）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（础上，绘制塔

47、内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（4）在满）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响；（的影响；（5）求达到分离要求的最小回流比；（）求达到分离要求的最小回流比；（6）求达到分离要求的）求达到分离要求的最小理论板数。最小理论板数。n可利用绘图向导（可利用绘图向导（Plot Wizard）生成塔内）生成塔内温度分布曲线和组成分布曲线温度分布曲线和组成分布曲线7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracAspen Plu

48、s可生成的可生成的12种图形，分别为温度（种图形，分别为温度（Temp）、）、组成（组成（Comp）、流率（）、流率（Flow Rate）、压力（）、压力（Pressure）、K值（值（K-Values）、相对挥发度（）、相对挥发度（Rel Vol）、分离因子）、分离因子 （Sep Factor）、流率比（）、流率比（Flow Ratio）、）、T-H（CGCC （T-H）总组合曲线、）总组合曲线、S-H（CGCC（S-H）总组合曲线）总组合曲线、水力学分析（、水力学分析（Hydraulics）、）、有效能损失曲线（有效能损失曲线（Exergy）（后四种图用于精馏塔的热力学（后四种图用于精馏塔

49、的热力学分析和水力学分析）分析和水力学分析）n例例7.37.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在例在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要求与例求与例7.1相同，塔顶压力相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用采用PENG-ROB。（。（1）根据例）根据例7.1的设计结果，利用的设计结果，利用RadFrac模块计算模块

50、计算塔顶及塔底产品的质量纯度；（塔顶及塔底产品的质量纯度；（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（3）在满足产品纯度的基）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（4）在满）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响；（的影响；（5）求达到分离要求的最小回流比；（）求达到分离要求的最小回流比；（6）求达到分

51、离要求的）求达到分离要求的最小理论板数。最小理论板数。n例例7.37.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在例在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要求与例求与例7.1相同，塔顶压力相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用采用PENG-ROB。（。（1）根据例）根据例7.1的设计结果，利用的设计结果，利用RadFrac模

52、块计算模块计算塔顶及塔底产品的质量纯度；（塔顶及塔底产品的质量纯度；（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（3）在满足产品纯度的基）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（4）在满）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响；的影响；（5）求达到分离要求的最小回流比；（）求达到分离要求的最小回流比；（6

53、）求达到分离要求的）求达到分离要求的最小理论板数。最小理论板数。7.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFracn例例7.37.4精馏塔的严格计算模块精馏塔的严格计算模块RadFrac在例在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要求与例求与例7.1相同，塔顶压力相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用采用PENG-ROB。（。（1

54、）根据例）根据例7.1的设计结果，利用的设计结果，利用RadFrac模块计算模块计算塔顶及塔底产品的质量纯度；（塔顶及塔底产品的质量纯度；（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（3）在满足产品纯度的基）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（4）在满）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响；的影响

55、；（5）求达到分离要求的最小回流比；（）求达到分离要求的最小回流比；（6）求达到分离要求的）求达到分离要求的最小理论板数。最小理论板数。nAspen Plus中板式塔的效率有中板式塔的效率有3种种7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与校核（1）全塔效率）全塔效率（Overall section efficiency）为完成一定分离任务所需的理论板数和实际板数之比称为全塔效率。为完成一定分离任务所需的理论板数和实际板数之比称为全塔效率。在在BlocksRADFRACTray Rating1SetupDesign/Pdrop页面设置页面设置7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与

56、校核（2）汽化效率）汽化效率（Vaporization efficiencies）指气相经过一层实际塔板后的组成与设想该板为理论板的组成的比值，在指气相经过一层实际塔板后的组成与设想该板为理论板的组成的比值，在BlocksRADFRACEfficiencies页面设置页面设置（3）默弗里效率）默弗里效率（Murphree efficiencies）严格说指的是气相默弗里板效率，即气相经过一层实际塔板前后的组成变化与设想严格说指的是气相默弗里板效率，即气相经过一层实际塔板前后的组成变化与设想该板为理论板前后的组成变化的比值，该板为理论板前后的组成变化的比值，在在BlocksRADFRACEffi

57、ciencies页面页面设置设置n塔板设计塔板设计7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与校核塔板设计塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。可将塔分计算给定板间距下的塔径。可将塔分成多个塔段分别设计合适的塔板。在成多个塔段分别设计合适的塔板。在Specification表单中输表单中输入该塔段入该塔段(Trayed section)的起始塔板的起始塔板(Starting stage)和和结束塔板结束塔板(Ending stage)序号，塔板类型序号，塔板类型(Tray type)，塔板，塔板流型程数流型程数(Number of passes)，以及板间距，以及板间距

58、(Tray spacing)等几何结构等几何结构(Geometry)参数参数n塔板设计塔板设计结果结果 (Results) 中给出计算得到的塔内径中给出计算得到的塔内径 (Column diameter)、对应最大塔内径的塔板序号、对应最大塔内径的塔板序号(Stage with maximum diameter)、降液管截面积、降液管截面积/塔截面积塔截面积 (Downcomer area / Column area)、侧降液管流速、侧降液管流速 (Side downcomer velocity)、侧堰长、侧堰长 (Side weir length)7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设

59、计与校核n塔板校核塔板校核塔板核算（塔板核算（Tray rating）计算给定结构参数的塔板的负）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荷情况，可供选用的塔板类型与“塔板设计塔板设计”中相同。输中相同。输入参数除了从入参数除了从“塔板设计塔板设计” 得到的之外，还应补充塔盘得到的之外，还应补充塔盘厚度厚度(Deck thickness)和溢流堰高度和溢流堰高度(Weir heights)，多流型塔板应对每一种塔盘都输入堰高多流型塔板应对每一种塔盘都输入堰高 “塔板设计塔板设计”与与“塔板核算塔板核算”配合使用，可以完成塔板配合使用，可以完成塔板选型和工艺参数设计选型和工艺参数设

60、计7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与校核n塔板核算塔板核算有三个参数应重点关注有三个参数应重点关注1、最大液泛因子、最大液泛因子(Maximum flooding factor) ,应该小于应该小于0.8 ；2、塔段压降、塔段压降(Section pressure drop)；3、最大降液管液位、最大降液管液位/板间距板间距(Maximum backup/Tray spacing)，应该在，应该在0.25 0.5之间。之间。7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与校核n塔板类型提供了五种塔板供选用塔板类型提供了五种塔板供选用7.5 塔板和填料的设计与校核塔板和填料的设计与