Aspen簡捷法精餾塔設(shè)計計算

1、 第1頁15 簡捷法精餾塔設(shè)計計算簡捷法精餾塔設(shè)計計算 第2頁塔設(shè)備是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的操作設(shè)備塔設(shè)備是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的操作設(shè)備之一，通常在其中進行蒸餾（精餾）、吸收和之一，通常在其中進行蒸餾（精餾）、吸收和萃取單元操作。吸收和蒸餾實際都是氣液相平萃取單元操作。吸收和蒸餾實際都是氣液相平衡的單元操作，只是蒸餾過程的熱量平衡相對衡的單元操作，只是蒸餾過程的熱量平衡相對更為復(fù)雜。更為復(fù)雜。對塔設(shè)備可分為三大類：簡捷法計算的蒸餾塔對塔設(shè)備可分為三大類：簡捷法計算的蒸餾塔、嚴格法計算的蒸餾塔和液、嚴格法計算的蒸餾塔和液- -液萃取塔三類。液萃取塔三類。5 塔塔Columns模塊模塊 第3

2、頁進行進行簡捷蒸餾簡捷蒸餾的模型有的模型有DSTWU, Distl和和 SCFrac進行進行嚴格的多級分離嚴格的多級分離的模塊有的模塊有RadFrac, MultiFrac, PetroFrac, RateFrac用于用于液液-液萃取塔液萃取塔的嚴格模型有的嚴格模型有Extract5 塔塔Columns模塊模塊 第4頁DSTWU(簡捷法精餾設(shè)計簡捷法精餾設(shè)計) Distl（簡捷法精餾核算）（簡捷法精餾核算） SCFrac模塊模塊5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第5頁DSTWU(簡捷法精餾設(shè)計簡捷法精餾設(shè)計) 模型可針對一個帶有分凝器或全凝器、一股進模型可針對一個帶有分

3、凝器或全凝器、一股進料和兩種產(chǎn)品的蒸餾塔，采用料和兩種產(chǎn)品的蒸餾塔，采用Winn-Underwood-Gilliland方法進行簡捷法蒸餾設(shè)計計算。方法進行簡捷法蒸餾設(shè)計計算。模型中假設(shè)恒定的摩爾流和恒定的相對揮發(fā)度模型中假設(shè)恒定的摩爾流和恒定的相對揮發(fā)度，需輸入輕、重關(guān)鍵組分的回收率。，需輸入輕、重關(guān)鍵組分的回收率。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第6頁DSTWU(簡捷法精餾設(shè)計簡捷法精餾設(shè)計) 采用采用Winn法估算最小級數(shù)，法估算最小級數(shù)，Underwood法估算法估算最小回流比，最小回流比，Gilliland法規(guī)定級數(shù)所必需的回法規(guī)定級數(shù)所必需的回流比或規(guī)定回

4、流比所必需的級數(shù)。流比或規(guī)定回流比所必需的級數(shù)?？纱_定最小回流比、最小級數(shù)或?qū)嶋H回流比、可確定最小回流比、最小級數(shù)或?qū)嶋H回流比、實際級數(shù)。模型也估算最適宜的進料位置、冷實際級數(shù)。模型也估算最適宜的進料位置、冷凝器和再沸器負荷。可生成回流比對于級數(shù)的凝器和再沸器負荷?？缮苫亓鞅葘τ诩墧?shù)的表和曲線。表和曲線。 5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第7頁Distl（簡捷法精餾核算）（簡捷法精餾核算） Distl模型可以模擬一個帶有一股進料和兩種模型可以模擬一個帶有一股進料和兩種產(chǎn)品的多級多組分的蒸餾塔，塔可帶有分凝產(chǎn)品的多級多組分的蒸餾塔，塔可帶有分凝器或全凝器。模型假定恒摩

5、爾流和恒相對揮器或全凝器。模型假定恒摩爾流和恒相對揮發(fā)度。用發(fā)度。用Edimister法進行產(chǎn)品組成。法進行產(chǎn)品組成。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第8頁Distl（簡捷法精餾核算）（簡捷法精餾核算） Distl模型必需規(guī)定：模型必需規(guī)定：理論板數(shù)理論板數(shù)回流比回流比塔頂產(chǎn)品流率塔頂產(chǎn)品流率其他相關(guān)的塔設(shè)備參數(shù)等其他相關(guān)的塔設(shè)備參數(shù)等可規(guī)定一個部分的或全部冷凝器?？梢?guī)定一個部分的或全部冷凝器。Distl可估算冷凝器和再沸器的負荷?？晒浪憷淠骱驮俜衅鞯呢摵伞? 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第9頁SCFrac (簡捷法多塔蒸餾簡捷法多塔蒸餾)

6、 SCFrac模型可以對具有一股進料、一股可選的模型可以對具有一股進料、一股可選的汽提蒸汽流和任何股產(chǎn)品的復(fù)雜塔進行簡捷法汽提蒸汽流和任何股產(chǎn)品的復(fù)雜塔進行簡捷法蒸餾的模擬計算，估算理論級數(shù)和每個塔段的蒸餾的模擬計算，估算理論級數(shù)和每個塔段的加熱（冷卻）負荷。用于模擬煉油塔（原油單加熱（冷卻）負荷。用于模擬煉油塔（原油單元和減壓塔）。模型將有元和減壓塔）。模型將有n個產(chǎn)品的塔分割成個產(chǎn)品的塔分割成n-1個塔段并從上而下為這些塔段編號。個塔段并從上而下為這些塔段編號。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第10頁SCFrac (簡捷法多塔蒸餾簡捷法多塔蒸餾) 對每個塔段必需規(guī)

7、定產(chǎn)品壓力和基于進料流率對每個塔段必需規(guī)定產(chǎn)品壓力和基于進料流率的產(chǎn)品流率或分率，對所有產(chǎn)品，除餾出物外的產(chǎn)品流率或分率，對所有產(chǎn)品，除餾出物外必須規(guī)定蒸汽與產(chǎn)品的比值。必須規(guī)定蒸汽與產(chǎn)品的比值。計算中由于進行蒸汽計算，所以水必須被定義計算中由于進行蒸汽計算，所以水必須被定義為一個組分。所以水都與塔頂產(chǎn)品一起離開。為一個組分。所以水都與塔頂產(chǎn)品一起離開。該模型不能處理固體，游離水計算可在冷凝器該模型不能處理固體，游離水計算可在冷凝器中完成。中完成。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第11頁SCFrac (簡捷法多塔蒸餾簡捷法多塔蒸餾) SCFrac估算：估算：產(chǎn)品組成和

8、流率產(chǎn)品組成和流率每一段的級數(shù)每一段的級數(shù)每一段的熱或冷負荷每一段的熱或冷負荷該模型不能處理固體，游離水計算可在冷凝器該模型不能處理固體，游離水計算可在冷凝器中完成。中完成。5 塔塔Columns模塊模塊-簡捷蒸餾模塊簡捷蒸餾模塊 第12頁 利用精餾方法對附表中進料流利用精餾方法對附表中進料流股進行分離，其壓強為股進行分離，其壓強為445830 Pa， 處于飽和液體狀態(tài)。規(guī)定處于飽和液體狀態(tài)。規(guī)定該分離操作的輕、重關(guān)鍵組分該分離操作的輕、重關(guān)鍵組分分別為分別為N-Butane和和I-Pentane，塔頂產(chǎn)品中輕、重關(guān)鍵組分的塔頂產(chǎn)品中輕、重關(guān)鍵組分的回收率（回收率（recovery）分別為）分

9、別為0.9908和和0.0112，并規(guī)定操作采用回，并規(guī)定操作采用回流比為最小回流比的流比為最小回流比的1.8倍。體倍。體系熱力學(xué)性質(zhì)計算采用系熱力學(xué)性質(zhì)計算采用“SRK”模型方程。模型方程。 試確定：該條件下的最小回流試確定：該條件下的最小回流比、理論板數(shù)、最小理論板數(shù)比、理論板數(shù)、最小理論板數(shù)及適宜的進料位置。及適宜的進料位置。 例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算組分組分流量流量 / kmol/sPropane0.0006I-Butane0.0013N-Butane0.0038I-Pentane0.0025N-Pentane0.0019N-Hexane0.0025 第13頁1

10、） 流程圖繪制流程圖繪制 在在Columns/DSTWU中中ICON1例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第14頁1 ）流程圖繪制）流程圖繪制例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第15頁例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算2）全局參數(shù)設(shè)置）全局參數(shù)設(shè)置進入進入setup/specification進行全局變量（進行全局變量（global設(shè)置。這里設(shè)置。這里 工程單位：自定義工程單位：自定義 us-1（以（以MET為基礎(chǔ)）為基礎(chǔ)）Run Type： Flowsheet報告要求顯示流股的摩爾分率。報告要求顯示流股的摩爾分率。 第16頁3） 組分輸入組分輸入例

11、例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第17頁4 4） 進料流股參數(shù)設(shè)置進料流股參數(shù)設(shè)置例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第18頁5） DSTWU模型設(shè)置模型設(shè)置例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于Rmin,則系統(tǒng)安裝則系統(tǒng)安裝2Rmin作為作為回流比進行計算；如大于回流比進行計算；如大于Rmin，就按照實際的值進行計算。，就按照實際的值進行計算。 第19頁6 ） DSTWU結(jié)果查看結(jié)果查看例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第20頁6） DSTWU結(jié)果查看結(jié)

12、果查看例例5-1 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 最小回流比為最小回流比為1.05 實際回流比為實際回流比為1.8 最小理論板數(shù)為最小理論板數(shù)為10.5 實際塔板數(shù)為實際塔板數(shù)為17.5 進料板位置為第進料板位置為第10塊板塊板 再沸器所需的熱量為再沸器所需的熱量為76551cal/sec 冷凝器所需的冷量量為冷凝器所需的冷量量為308.5cal/sec 第21頁例例2 設(shè)計一精餾塔。泡點設(shè)計一精餾塔。泡點進料，進料組成、塔頂進料，進料組成、塔頂產(chǎn)品要求見表。操作壓產(chǎn)品要求見表。操作壓力為力為4.4atm。要求塔頂。要求塔頂采用全凝器，回流比為采用全凝器，回流比為1.8。熱力學(xué)計算采用物

13、。熱力學(xué)計算采用物性方法性方法PENG-ROB。采。采用用DSTWU模塊設(shè)計滿模塊設(shè)計滿足上述分離要求的精餾足上述分離要求的精餾塔。塔。例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算進料進料組分組分進料流進料流率率/ kmol/h塔頂流率塔頂流率要求要求/kmol/h丙烷丙烷5異丁烷異丁烷10正丁烷正丁烷30不低于不低于29.7248異戊烷異戊烷20不高于不高于0.2247正戊烷正戊烷15正己烷正己烷20 第22頁1） 流程圖繪制流程圖繪制 在在Columns/DSTWU中中ICON1 冷凝器為全凝器；連接流股時注意連接位置，冷凝器為全凝器；連接流股時注意連接位置，例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計

14、計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第23頁1） 流程圖繪制流程圖繪制例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第24頁例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算2）全局參數(shù)設(shè)置）全局參數(shù)設(shè)置進入進入setup/specification進行全局變量（進行全局變量（global設(shè)置。這里設(shè)置。這里 工程單位：工程單位：METRun Type： Flowsheet報告要求顯示流股的摩爾分率。報告要求顯示流股的摩爾分率。 第25頁3） 組分輸入組分輸入例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第26頁4 4）進料流股參數(shù)設(shè)置）進料流股參數(shù)設(shè)置例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計

15、算 第27頁5）DSTWU模型設(shè)置模型設(shè)置這里輕關(guān)鍵組分為這里輕關(guān)鍵組分為NC4， 重關(guān)鍵組分為重關(guān)鍵組分為I-C5。對于輕關(guān)鍵組分對于輕關(guān)鍵組分NC4 Recov=29.7248/30=0.9908重關(guān)鍵組分為重關(guān)鍵組分為I-C5Recov=0.2247/20=0.01124例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第28頁5） DSTWU模型設(shè)置模型設(shè)置例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于回流比的輸入可隨便輸入一個值，該值如果小于Rmin,則系統(tǒng)安裝則系統(tǒng)安裝2Rmin作為回流比進行計算；如大于作為回流比進行計算；如大于Rmin

16、，就按照實際的值進行計，就按照實際的值進行計算。算。 第29頁6） DSTWU結(jié)果查看結(jié)果查看例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 第30頁6） DSTWU結(jié)果查看結(jié)果查看例例5-2 簡捷法精餾設(shè)計計算簡捷法精餾設(shè)計計算 最小回流比為最小回流比為1.32 實際回流比為實際回流比為1.8 最小理論板數(shù)為最小理論板數(shù)為12.8 實際塔板數(shù)為實際塔板數(shù)為23.7 進料板位置為第進料板位置為第12塊板塊板 再沸器所需的熱量為再沸器所需的熱量為753.31kJ/sec 冷凝器所需的熱量為冷凝器所需的熱量為688.95kJ/sec 第31頁靈敏度分析靈敏度分析 靈敏度分析定義方法：靈敏度分析定

17、義方法：Data/ model analysis Tools(模型分析工具模型分析工具）/sensitivity(靈敏度分析）靈敏度分析）靈敏度分析對象管理器靈敏度分析對象管理器 第32頁例例5-3 以例以例5-2為基礎(chǔ)，由靈敏度分析工具，考為基礎(chǔ)，由靈敏度分析工具，考察回流比的變化對實際塔板數(shù)的影響。察回流比的變化對實際塔板數(shù)的影響。例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析靈敏度分析定義方法：靈敏度分析定義方法：1）定義目標變量）定義目標變量2）定義自變量）定義自變量3）規(guī)定表格）規(guī)定表格 第33頁例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第34頁1）定義因變量（）定義因變量（Flowsheet varia

18、ble）例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第35頁1）定義因變量（）定義因變量（Flowsheet variable）例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第36頁2）定義自變量）定義自變量(Vary)-回流比（回流比（RR）自）自1.4-10，步長為，步長為0.5變化變化例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第37頁3）規(guī)定表格）規(guī)定表格(Tabulate)-規(guī)定需要軟件計算的變量列表規(guī)定需要軟件計算的變量列表例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第38頁課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：分析回流比對于再沸器熱負荷和冷凝器分析回流比對于再沸器熱負荷和冷凝器的冷量的影響，將計算結(jié)果繪圖的冷量的影響，將計算結(jié)果繪圖例例5

19、-3 靈敏度分析靈敏度分析 第39頁運行計算，運行計算，/Model Analysis Tools/Sensitivity/S-1/Results/，查看結(jié)果查看結(jié)果例例5-3 靈敏度分析靈敏度分析 第40頁5.1 設(shè)計一脫乙烷塔分離附表所設(shè)計一脫乙烷塔分離附表所示物料，要求塔頂采出中丙烷流示物料，要求塔頂采出中丙烷流率不得高于率不得高于2 kmol/h，塔底出料，塔底出料中乙烷流率不得高于中乙烷流率不得高于2 kmol/h。假定操作回流比為最小回流比的假定操作回流比為最小回流比的2.5倍，選擇倍，選擇(部分部分)冷凝器。冷凝器。 計計算最小回流比、所需的平衡級數(shù)算最小回流比、所需的平衡級數(shù)及適宜的進料位置。及適宜的進料位置。(進料流股溫進料流股溫度為度為305.4K