分离单元化工设计二

SimulationDesignofSeparationProcesses分离单元的仿真设计

(二)CAPD基础

第八讲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塔设备单元模型—分类DSTWUDistlRadFracExtract塔设备(Columns)单元共有9种模块：MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac塔设备单元模型—分类（2）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。DSTWU简捷精馏（2）DSTWU——

连接DSTWU模型的连接图如下：物性模型选择1、塔设定(Columnspecifications)（1）塔板数(Numberofstages)（2）回流比

(Refluxratio)

>0,实际回流比；

<-1,绝对值=实际回流比/最小回流比DSTWU—

模型参数DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU—

模型参数（2）2、关键键组组分分回回收收率率(Keycomponentrecoveries)（1）轻关关键键组组分分在在馏馏出出物物中中的的回回收收率率馏出物中中的轻关关键组分分/进料中的的轻关键键组分（2）重关键组组分在馏馏出物中中的回收收率馏出物中中的重关关键组分分/进料中的的重关键键组分DSTWU——模型参数数（3）DSTWU模型有四四组模型设定定参数：DSTWU——模型参数数（4）3、压力(Pressure)（1）冷冷凝凝器(Condenser)（2）再沸器器(Reboiler)DSTWU——模型参参数（5））DSTWU模型有有四组组模型设设定参参数：DSTWU——模型参参数（6））4、冷凝器器设定定(Condenserspecifications)（1）全全凝凝器(Totalcondenser)（2）带汽相相馏出出物的的部分分冷凝凝器(Partialcondenserwithvapordistillate)（3）带汽、液相相馏出物的的部分冷凝凝器(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)DSTWU—模型参数（7）DSTWU模型有四组组模型设定参参数：DSTWU—模型参数（8）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（塔压0.02MPa）分离，要要求99.8%的乙苯从塔塔顶排出，，99.9%的苯乙烯从从塔底排出出，采用全全凝器。求求：Rmin，NTmin，R=1.5Rmin时的R、NT和NF。DSTWU—应用示例(1)1、生成回流比比——理论板数关关系表(Generatetableofrefluxratiovs.numberoftheoreticalstages)2、计算等板高高度(CalculateHETP)DSTWU—计算选项DSTWU模型有两个个计算选项项：DSTWU—计算选项（2）“生成回流比比——理论板数关关系表”对对选取合理理的理论板板数很有参参考价值。。在实际回回流比对理理论板数栏栏目中输入入我们想分分析的理论论板数的最最小值(Initialnumberofstages)、最大值(Finalnumberofstages)和增量值(Incrementsizefornumberofstages)。计算完成成后的结果果中会包括括回流比剖剖形(Refluxratioprofile),据此可以绘绘制回流比比——理论板数曲曲线。DSTWU—计算选项（3）DSTWU—计算选项（4）DSTWU—计算选项（5）合理的理论论板数应在在曲线斜率率绝对值较较小的区域域内选择。绘制示例（（1）的NT~R关系图，根根据该图选选取合理的的R值，求取相相应的NT、NF、冷凝器和和再沸器的的温度和热热负荷。DSTWU—应用示例(2)DSTWU—应用示例(3)Distl简捷精馏（操作）Distl模块用Edmister方法计算给给定精馏塔塔的操作结结果。Distl——连接Distl模块的连接接图如下：：Distl——模型参数在Specification表单中设定定以下参数数：理论板数Numberofstages加料板位置置Feedstage回流比Refluxratio馏出物/进料摩尔比比Distillatetofeedmole冷凝器类型型Condensertype冷凝器压强强Condenserpressure再沸器压强强ReboilerpressureDistl——模型参数（2）Distl——计计算结果果计算给出以以下模块信信息：冷凝器热负负荷Condenserduty再沸器热负负荷Reboilerduty进料板温度度Feedstagetemperature塔顶温度Topstagetemperature塔底底温温度度Bottomstagetemperature进料料q值FeedqualityDistl————计计算算结结果果（2））含水水30%w、甲甲醇醇70%w的混混合合物物(F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=20C)用精馏塔(塔压0.12MPa)分离，采用全全凝器，22块理论塔板，，加料板在第第15块，摩尔回流流比0.56775，馏出物/加料摩尔比0.641。核算分离效效果，再沸器器功率。Distl———应用示例(1)RadFrac精密分离模块块RadFrac模块同时联解解物料平衡、、能量平衡和和相平衡关系系，用逐板计计算方法求解解给定塔设备备的操作结果果。RadFrac模块用于精确确计算精馏塔塔、吸收塔（（板式塔或填填料塔）的分分离能力和设设备参数。RadFrac精密分离模块块（2）RadFrac——连接RadFrac模块的连接图图如下：RadFrac——模型设定RadFrac模型具有以下下设定表单：：1、配置（Configuration）2、流股（Streams）3、压强（Pressure）4、冷凝器（Condenser）5、再沸器（Reboiler）6、三相相（3-Phase）RadFrac——配置配置表表单包包含以以下项项目：：1、塔板板数（NumberofStages）2、冷凝器器（Condenser）3、再沸器器（Reboiler）4、有效相相态（ValidPhase）5、收敛方方法（Convergence)6、操作设设定（OperationSpecifications)RadFrac——配置（2））RadFrac——配置（冷凝凝器））冷凝器器配置置从四四个选选项中中选择择一种种：1、全凝凝器（Total）2、部分分冷凝凝-汽相馏馏出物物（Partial-Vapor）3、部分分冷凝凝-汽相和和液相相馏出出物（Partial-Vapor-Liquid）4、无冷冷凝器器(None)RadFrac—配置（（冷凝凝器））（2））RadFrac——配置（再沸沸器））再沸器器配置置从三三个选选项中中选择择一种种：1、釜式式再沸沸器（Kettle）2、热虹虹吸式式再沸沸器（Thermosyphon）3、无再再沸器器(None)RadFrac—配置（（再沸沸器））（2））RadFrac——配置（有效相态态）有效相态从从四个选项项中选择一一种：1、汽-液（Vapor-Liquid）2、汽-液-液（Vapor-Liquid-Liquid）3、汽-液-冷凝器游离离水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor）4、汽-液-任意塔板游游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）RadFrac—配置(有效相态)（2）RadFrac—配置（收敛方法法）收敛方法从从六个选项项中选择一一种：1、标准方法法（Standard）2、石油/宽沸程（Petroleum/Wide-Boiling）3、强非理想液液相（StronglyNon-idealLiquid）4、共沸体系系（Azeotropic）5、深度冷冻冻体系（Cryogenic）6、用户定义义（Custom）RadFrac—配置(收敛方法法)(2)RadFrac—配置（操作设设定）1、回流比（RefluxRatio）2、回流速率率（RefluxRate）3、馏出物速速率（DistillateRate)4、塔底物速速率（BottomsRate)5、上升蒸汽汽速率（BoilupRate)操作设定定从十个个选项中中选择：6、上升蒸蒸汽比（BoilupRatio)7、上升蒸蒸汽/进料比（BoiluptoFeedRatio)8、馏出物/进料比（DistillatetoFeedRatio)9、冷凝器器热负荷荷（CondenserDuty)10、再沸器器热负荷荷（ReboilerDuty)RadFrac—配置(操作设定)(2)操作设定从十十个选项中选选择：RadFrac—配置(操作设定)(3)RadFrac——流股1、进料流股（FeedStreams）指定每一股进进料的加料板板位置。2、产品流股（ProductStreams）指定每一股侧侧线产品的出出料板位置及及产量。在流股表单中中设置以下参参数：RadFrac——流股（2）RadFrac——压强从三种方式（View）中选择一种1、塔顶/塔底（Top/Bottom）指定塔顶压力力、冷凝器压压降和塔压降降。2、压力剖型（PressureProfile）指定每一块塔塔板压力。3、塔段压降（SectionPressureDrop）指定每一塔段段的压降。在压强表单中中设置以下参参数：RadFrac——压强（2）RadFrac——冷凝器冷凝器设定有有两组参数：1、冷凝器指标标（CondenserSpecification）仅仅应用于部部分冷凝器。。只需指定冷冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率（VaporFraction）两个参数之一一。RadFrac—冷凝器（2）2、过冷态（Subcooling）1）过冷选项（Subcoolingoption）回流物和馏出出物都过冷(Bothrefluxandliquiddistillatearesubcooled)/仅仅回流物过过冷(Onlyrefluxissubcooled)2）过冷指标（Subcoolingspecification）过冷液温度(Subcooledtemperature)/过冷度(Degreesofsubcooled)RadFrac—冷凝器（3）冷凝器设定定有两组参参数：RadFrac—冷凝器（4）RadFrac——再沸器如选用了热热虹吸再沸沸器，则需需要进行设设置：1、指定再沸沸器流量（Specifyreboilerflowrate）2、指定再沸沸器出口条条件（Specifyreboileroutletcondition）3、同时指定定流量和出出口条件（Specifybothflowandoutletcondition）RadFrac——再沸器RadFrac的计算结果果从三部分分查看：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、回回流比和上上升蒸汽比比等参数，，以及每一一组份在各各出塔物流流中的分配配比率。RadFrac—结果果简简汇汇RadFrac—结果果简简汇汇（2）分布布剖剖形形给出出塔塔内内各各塔塔板板上上的的温温度度、、压压力力、、热热负负荷荷、、相相平平衡衡参参数数，，以以及及每每一一相相态态的的流流量量、、组组成成和和物物性性。。据据此此可可确确定定最最佳佳加加料料板板和和侧侧线线出出料料板板位位置置。。RadFrac—分布布剖剖形形RadFrac—分布布剖剖形形（2））RadFrac—分布布剖剖形形（3））根据据DSTWU示例例（2）的结结果果，选取取R=20、NT=72、NF=42，用RadFrac模块块进进行行精精确确计计算算。。再再根根据据浓浓度度分分布布剖剖形形结结果果选选取取最最佳佳进进料料板板位位置置，，重重新新进进行行校校核核计计算算。。RadFrac—应用用示示例例(1)RadFrac—设计计规规定定RadFrac模型型带带有有内内部部的的设设计计规规定定功功能能，，通通过过设设计计规规定定(DesignSpecs)和变变化化(Vary)两组组对对象象进进行行设设定定。。可以以设设置置多多个个设设计计规规定定对对象象和和多多个个变变化化对对象象，，但但要要注注意意两两者者间间的的依依赖赖关关系系和和自自由由度度必必须须吻吻合合，，否否则则不不能能收收敛敛。。RadFrac—设计计规规定定(2)RadFrac——设计计规定定对对象象设计计规规定定对对象象通通过过以以下下三三张张表表单单设设置置规规定定指指标标1、规规定定(Specification)2、组组分分(Components)3、进料料/产物流流股(Feed/ProductStreams)RadFrac—设计规规定对对象(2)RadFrac—设计规规定对对象(3)在规定定表单单中输输入以以下指指标1、类型型(Type)有36种变量量类型型共选选用2、目标标(Target)设定规规定变变量的的目标标值3、流股类类型(Streamtype)产物(Product)/内部(Internal)/倾析器(Decanter)RadFrac—设计规定定对象(4)RadFrac—设计规定定对象(5)在组分表表单中输输入定义义目标值值的组分分(Components)（分子））和基准准组分(BaseComponents)（分母））。从左左侧可用用组分(Availablecomponents)框中选择择需用组组分到右右侧的选选用组分分(SelectedComponents)框中.RadFrac—设计规定定对象(6)RadFrac—设计规定定对象(7)在进料/产物流股股表单中选选择定义义设计规规定目标标值的流流股名称称.RadFrac—设计规定定对象(8)RadFrac—变化对象在变化对对象的Specification表单中输输入调节节变量及及其调节节范围的的上、下下限值。。RadFrac—变化对象（2）RadFrac—应用示例例(2)如将示例例（1）的塔压压调到0.01MPa，全塔压压降0.005MPa，试求满满足分离离要求所所需的回回流比和和馏出物物流量。。RadFrac———塔板效率率RadFrac模块可以设定定实际塔板的的板效率(Efficiencies)。用户可选用用蒸发效率(VaporizationEfficiencies)或墨弗里效率率(MurphreeEfficiencies)，并选择指定定单块板的效效率，单个