AspenPlus应用基础-塔设备单元

AspenPlus

使用方法ModelsforColumnUnits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，其中RateFrac和BatchFrac需要单独的许可证，其余7种可直接使用：MutiFracSCFracPetroFracDSTWU

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——

连接DSTWU模型的连接图如下：DSTWU—

模型参数DSTWU模型有四组模型设定参数：1、塔设定

(Columnspecifications)（1）塔板数（Numberofstages)（2）

回流比（Refluxratio)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)3、压力

(Pressure)（1）冷凝器（Condenser)（2）

再沸器（Reboiler)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：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)绘制示例（1）的NT~R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)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。Distl——

连接Distl模块的连接图如下：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)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。RadFrac——

连接

RadFrac模型的连接图如下：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）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)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)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)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-再沸器游离水

（Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor）

4、汽-液-任意塔板游离水

（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）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）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：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——

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。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。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。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——

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）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。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。3、流股结果给出进出的所有流股的工艺和物性参数。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)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。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。

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。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。

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。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。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)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。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。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：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）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。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。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”；3）在收敛（Convergence）项目中将“Basic”表里的“algorithm”设置为“Standard”及“maximumiterations”设置为200，将“Advance”表里的第一栏“Absorber”设置为“yes”。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)在吸收示例（1）的基础上求使出塔液体中的CO2浓度达到0.5%所需的吸收剂（甲醇）用量。RadFrac—吸收示例(2)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)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)RadFrac—脱吸计算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。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Extract

连续萃取塔

Extract

模块用逐级计