化工设计-ASPEN软件：第六章分离设备-塔

分离设备—塔塔器分类DSTWUDistlRadFracExtractMultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac塔设备(Columns)单元共有9种模块：塔设备单元9种模块简捷蒸馏

DSTWUDistl(使用Edmister简捷法)

SCFrac(石油馏分简捷蒸馏)严格蒸馏

RadFracMultiFrac(严格法多塔)PetroFracRateFrac(基于不平衡计算)液-液萃取

Extract间歇精馏

BatchFrac塔设备单元9种模块DSTWU--简捷法精馏设计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--简捷法精馏设计

DSTWU的流程连接DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）4组规定DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）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--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）DSTWU--简捷法精馏设计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(塔顶)的重关键组分/进料中的重关键组分DSTWU的输入规定（InputSpecifications）DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）指塔顶的馏出率DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）3、压力

(Pressure)（1）冷凝器

(Condenser)（2）

再沸器

(Reboiler)DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）4、冷凝器设定

(Condenserspecifications)（1）全凝器

(Totalcondenser)（2）

带（整体）汽相馏出物的部分冷凝器

(Partialcondenserwithallvapordistillate)（3）带汽、液相馏出物的部分冷凝器

(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU的输入规定（InputSpecifications）DSTWU--简捷法精馏设计1、生成回流比——理论板数关系表

(Refluxratiovs.Numberoftheoreticalstages)2、计算等板高度

(CalculateHETP)DSTWU模型计算选项(CalculationOptions)DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU模型计算选项DSTWU--简捷法精馏设计1、生成回流比——理论板数关系表在实际回流比对理论板数栏目中输入我们想分析的理论板数的最小值(Initialnumberofstages)、最大值(Finalnumberofstages)和增量值(Incrementsizefornumberofstages)或不同理论板值的个数(NumberofValuesintable)，计算完成后的结果中会包括回流比剖形(Refluxratioprofile),据此可以绘制回流比——理论板数曲线。对选取合理的理论板数很有参考价值!DSTWU模型计算选项DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU模型计算选项默认值为1DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU模型计算结果—回流比与理论板曲线DSTWU--简捷法精馏设计绘制理论板与回流比曲线1点击回流比数据栏2点击菜单的绘图(Plot)中的Y轴变量(Y-Axisvarible)DSTWU--简捷法精馏设计3点击理论板数据栏4点击菜单的绘图(Plot)中的X轴变量(X-Axisvarible)绘制理论板与回流比曲线DSTWU--简捷法精馏设计5点击菜单的绘图(Plot)中的显示图线(DisplayPlot)绘制理论板与回流比曲线DSTWU--简捷法精馏设计回流比与理论板数关系曲线回流比理论板数绘制理论板与回流比曲线DSTWU--简捷法精馏设计DSTWU模型计算结果合理的回流比DSTWU—

应用示例(1)含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30

C）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(进料板位置)

。DSTWU—

应用示例(2)

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。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。Distl

简捷精馏（操作）Distl流程连接Distl简捷精馏—模型参数Distl输入表单在Specification表单中设定以下参数：理论板数

Numberofstages

加料板位置

Feedstage

回流比

Refluxratio

馏出物/进料摩尔比

Distillatetofeedmoleratio

冷凝器类型

Condensertype

冷凝器压强

Condenserpressure

再沸器压强

ReboilerpressureDistl简捷精馏—模型参数Distl输入表单计算结果给出以下模块信息Distl简捷精馏—计算结果冷凝器热负荷再沸器热负荷进料板温度塔顶温度塔釜温度进料热状态q值Distl——

应用示例(1)含水30%w、甲醇70%w的混合物(F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=20

C)用精馏塔(塔压0.12MPa)分离，采用全凝器，22块理论塔板，加料板在第15块，摩尔回流比0.56775，馏出物/加料摩尔比0.641。核算分离效果，再沸器热负荷。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

精密分离模块RadFrac流程连接RadFrac——模型设定RadFrac

模型具有以下设定表单：

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（3-Phase）RadFrac——模型设定RadFrac

模型具有以下设定表单：RadFrac——模型设定配置表单（Configuration）设定计算类型Equlibrium/rate-based塔板数冷凝器设定再沸器设定操作规定蒸出速率回流比有效相态收敛方法RadFrac——模型设定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)配置表单（Configuration）设定RadFrac——模型设定冷凝器配置RadFrac——模型设定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)配置表单（Configuration）设定RadFrac——模型设定再沸器配置RadFrac——模型设定有效相态设定2006版新增RadFrac——模型设定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）收敛方法(convergence)RadFrac——模型设定收敛方法(convergence)RadFrac——模型设定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)操作条件规定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型设定6、上升蒸汽比（BoilupRatio)

(Boiluprate/bottomrate)7、上升蒸汽/进料比（BoiluptoFeedRatio)8、馏出物/进料比（DistillatetoFeedRatio)

注意：当有多股出料时，上述值指塔顶馏出料/进料比9、冷凝器热负荷（CondenserDuty)10、再沸器热负荷（ReboilerDuty)操作条件规定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型设定操作条件规定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型设定操作条件规定(OperatingSpecifacation)RadFrac——模型设定流股表单设定指定每股加料的位置指定每股产品的出料位置及产量RadFrac——模型设定加料板位置规定—板上(OnStage)或板上方(AboveStage)RadFrac——模型设定板上方(Above-Stage)进料时，Radfrac在相邻的板间引入一股物流，液体部分流到规定的板，气体部分流到上一块板。板上(On-Stage)进料时，进料的汽相、液体都流到规定的板上。RadFrac——模型设定压力表单设定RadFrac——模型设定压力表单设定压力表单有三种方式(View)设置1、塔顶/塔底（Top/Bottom）

指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。2、压力变化曲线（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——模型设定压力表单设定View的三种选择RadFrac——模型设定冷凝器表单设置部分冷凝器设定：1温度2汽相分率全凝器设定：过冷度1回流与蒸出都过冷2仅回流过冷2006版新增，公用工程规定RadFrac——模型设定再沸器表单设置热虹吸式再沸器1再沸器流量2再沸器出口条件3流量和出口条件RadFrac—结果查看RadFrac的计算结果从三部分查看：1、结果简汇（Resultssummary）2、分布曲线（Profiles）3、流股结果（Streamresults）RadFrac—结果查看结果简汇（Resultssummary）RadFrac—结果查看分布曲线（Profiles）

分布曲线（Profiles）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—结果查看分布曲线（Profiles）板上组成相平衡常数RadFrac—

应用示例(1)根据DSTWU示例（2）的结果，选取R=25、NT=61、NF=36，用RadFrac模块进行精确计算。再根据浓度分布剖形结果选取最佳进料板位置，重新进行校核计算。RadFrac—

设计规定RadFrac

模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定(DesignSpecs)和变量(Vary)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，但要注意两者间的依赖关系和自由度必须吻合，否则不能收敛。RadFrac—

设计规定Radfrac—设计规定点击NEW，产生一个设计规定表单RadFrac—

设计规定设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标1、规定(Specification)2、组分(Components)3、进料/产物流股(Feed/ProductStreams)RadFrac—

设计规定设计规定的三张表单设置规定变量目标值选择规定变量类型流股类型产品内部倾析器RadFrac—

设计规定规定Specification设置36种类型变量供选择RadFrac—

设计规定在组分表单中输入定义目标值的组分(Components)（分子）和基准组分(BaseComponents)（分母）。从左侧可用组分(Availablecomponents)框中选择需用组分到右侧的选用组分(SelectedComponents)

框中.RadFrac—

设计规定组分Components表单设置从可用组分框中选取组分（作分子项）从可用基础组分框中选取组分（作分母项）RadFrac—

设计规定在进料(Feed)/产物流股(ProductStreams)表单中选择定义设计规定目标值的流股名称.RadFrac—

设计规定进料/产物流股表单设置从有效产品流股中选取目标流股RadFrac—

设计规定在调节变量(Vary)对象的Specification表单中输入调节变量及其调节范围的上、下限值。

RadFrac—

设计规定调节变量表单设置调节变量的类型调节变量的上下限值最大步长（有默认值）RadFrac—

应用示例(2)如将示例（1）的塔压调到0.01MPa，全塔压降0.005MPa，试求满足塔顶乙苯产品纯度99%(wt)分离要求所需的回流比。RadFrac——塔板效率RadFrac

模块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——塔板效率效率类型蒸发效率墨弗利效率单板效率单个组分效率塔段效率塔板效率设定RadFrac——塔板效率塔板效率设定板效率的设定值RadFrac——塔板效率VaporizationEfficiencies

定义如下蒸发效率下标i代表组分，j代表塔板编号。RadFrac——塔板效率MurphreeEfficiencies定义如下墨弗利效率下标i代表组分，j代表塔板编号。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，试观察塔顶及塔釜的产品纯度变化。

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。另外分布曲线选项（Profileoptions）里包括哪些塔板（Stagestobeincludedinreport）也很有用。RadFrac—报告选项水力学参数RadFrac—报告选项2006版新增RadFrac—报告选项水力学计算结果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。可将塔分成多个塔段分别设计合适的塔板。在Specification表单中输入该塔段(Trayedsection)的起始塔板(Startingstage)和结束塔板(Endingstage)序号，塔板类型(Traytype)，塔板流型程数(Numberofpasses)，以及板间距(Trayspacing)等几何结构(Geometry)参数。RadFrac—塔板设计塔板设计规定Specifications表单塔板段塔板类型流程数板间距RadFrac—塔板设计塔板设计规定Specifications表单--板类型泡罩塔筛板塔浮阀塔弹性浮阀塔条型浮阀塔RadFrac—塔板设计达到液泛分率降液管面积比有默认值塔板设计Design表单RadFrac—塔板设计塔板设计结果Results显示表单最大直径板号最大直径值降液管面积/塔截面积侧降液管内流速侧堰长度RadFrac—塔板设计数据分布

(Profiles)

表单中给出每一块塔板对应的塔内径(Diameter)、塔板总面积(Totalarea)、塔板有效区面积

(Activearea)、侧降液管截面积(Sidedowncomerarea)。RadFrac—塔板设计塔板设计结果工艺数据分布Profiles显示表单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—塔板核算“塔板核算”的输入参数除了从“塔板设计”带来的之外，还应补充塔盘厚度(Deckthickness)和溢流堰高度(Weirheights)，多流型塔板应对每一种塔盘都输入堰高。RadFrac—塔板核算多流程塔板的各板堰高板间距塔板核算--Specifications表单设置厚度、口径RadFrac—塔板核算塔板核算—布置Layout表单设置有效面积中的阀数RadFrac—塔板核算在降液管(Downcomer)表单中输入：降液管底隙(Clearance)；顶部宽度(Widthattop)；底部宽度(Widthatbottom)；直段高度(Straightheight)。RadFrac—塔板核算塔板核算—降液管Downcomes表单输入RadFrac—塔板核算塔板核算—结果Results表单降液管液位RadFrac—塔板核算塔板核算结果有三个参数应重点关注：1、最大液泛因子(Maximumfloodingfactor)，应该小于0.8；2、塔段压降(Sectionpressuredrop)；3、最大降液管液位/板间距(Maximumbackup/Trayspacing)，应该在

0.25~0.5之间。RadFrac—塔板核算塔板核算—结果分布Profiles表单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。塔板设计与核算RadFrac—填料设计填料设计(Packsizing)计算选用某种填料时的塔内径。在Specification表单中输入填料类型(Type)、生产厂商(Vendor)、材料(Material)、板材厚度(Sheetthickness)、尺寸(Size)、等板高度(Heightequivalenttoatheoriticalplate)

等参数。RadFrac—填料设计填料塔设计—规定Specifications表单填料段特征参数尺寸填料高度RadFrac—填料设计计算持液量方法—Stichlmai，也可用于计算逆流状况下的压降默认值Aspen可从数据库中查寻空隙率RadFrac—填料设计结果空塔液速填料塔设计结果表单最大负荷因子最大负荷分率RadFrac—填料设计结果最大负荷因子CS定义:Vs空塔汽相线速（m/s）v汽相密度

L液相密度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—填料核算填料核算Specifications规定表单RadFrac—填料核算填料核算结果Results表单RadFrac—填料核算填料塔核算结果分布Profiles表单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MELLAPAK(孔板波纹填料)和RALU-PAK(缝板波纹填料)计算后对比结果。RadFrac—吸收计算RadFrac

模块用于吸收计算时，1）在Configuration表单中将冷凝器和再沸器类型选为“None”；2）在Streams表单中将塔底气体进料板位置设为塔板总数加1，并将加料规则(Convention)设为

“Above-Stage”；RadFrac—吸收计算吸收计算Configuration表单设置RadFrac—吸收计算吸收计算Streams表单设置RadFrac—吸收计算在收敛（Convergence）项目中将1、基本(Basic)

表单里的算法(algorithm)设置为“Standard”，并将最大迭代次数(maximumiterations)设置为100;2、将高级(Advance)

表单里的第一栏吸收器(Absorber)

设置为“yes”。RadFrac—吸收计算吸收计算收敛项的Basic表单设置RadFrac—吸收计算吸收计算收敛项的Advanced表单设置RadFrac—吸收计算结果吸收计算结果—分布数据显示RadFrac—吸收示例(1)摩尔组成为CO2(

12%)、N2(

23%)和H2(

65%)的混合气体（F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20

C）用甲醇（F=60t/hr、P=2.9MPa、T=-40

C）吸收脱除CO2。吸收塔有30块理论板，在2.8

MPa

下操作。求出塔气体中的CO2浓度。Extract—萃取计算

Extract

模块用逐级计算法精确计算连续逆流萃取过程的操作结果。Extract—萃取计算Extract—萃取计算

Extract模块的连接图如下：Extract—萃取计算1、塔设定(Specs)表单1)塔板数(Numberofstages)

2)

热状态选项(Thermaloptions)