精餾過(guò)程模擬

5精餾過(guò)程模擬5.1單元操作模型--塔-簡(jiǎn)捷塔5.1單元操作模型--塔-嚴(yán)格塔*Requiresseparatelicense5.2RadFrac---嚴(yán)格多級(jí)分離模塊可對(duì)下述過(guò)程做兩相或三相模擬:普通蒸餾吸收,再沸吸收汽提,再沸汽提恒沸蒸餾反應(yīng)蒸餾5.2RadFrac---嚴(yán)格多級(jí)分離模塊結(jié)構(gòu)選項(xiàng):任何數(shù)量的進(jìn)料任何數(shù)量的側(cè)線采出總液體采出和循環(huán)回流任何數(shù)量的換熱器任何數(shù)量的傾析器5.2RadFrac---拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)氣體蒸餾物(DV)1頂級(jí)或冷凝器熱負(fù)荷熱(可選)(Q1)液體蒸餾物(DL)水(DW)(可選)D=DL+DVDV:D=DV/D物料回流RR=L1/DRW=LW/DW（任何數(shù)量)L1+LW產(chǎn)品(任何數(shù)量)熱循環(huán)回流傾析器熱產(chǎn)品熱返回(任何數(shù)量)上升蒸汽(VN)N級(jí)底級(jí)或再沸器熱負(fù)荷熱(可選)(QN)塔底(B)BR=VN/B5.3RadFrac---結(jié)構(gòu)設(shè)置規(guī)定:理論板數(shù)冷卻器和再沸器結(jié)構(gòu)有效相態(tài)收斂?jī)蓚€(gè)操作規(guī)定5.4RadFrac---流股設(shè)置規(guī)定:進(jìn)料板位置進(jìn)料物流規(guī)則(見幫助) ABOVE-STAGE:

從進(jìn)料物流來(lái)的氣體進(jìn)入進(jìn)料板上一層塔板,液體進(jìn)入進(jìn)料板位置

ON-STAGE:

來(lái)自進(jìn)料的氣體和液體都進(jìn)入進(jìn)料板位置5.5RadFrac---壓力設(shè)置規(guī)定下列項(xiàng)之一:塔壓力分布塔頂/塔底壓力塔段壓降【例5.1】采用Radfrac模塊，對(duì)于丙烷、異丁烷的分離過(guò)程進(jìn)行模擬。進(jìn)料中丙烷的摩爾含量為40%。分離要求塔頂流出物中異丁烷的含量為2%，塔底產(chǎn)品中丙烷的含量為1%。流程圖如下圖所示。進(jìn)料溫度為322K,精餾塔操作壓力為14atm，塔板數(shù)32，第16塊板處進(jìn)料?；亓鞅葹?。冷凝器為全凝器。泵的壓力提升為6atm,閥的壓力降為3atm。熱力學(xué)方法為chao-sea.例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬流程圖例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬1）新建模擬文件2）建立模擬流程圖（分別選擇RADFRAC、Valve、Pump模塊）重命名各流股和單元操作泵和控制閥的命名以易于與精餾塔C1關(guān)聯(lián)為宗旨例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬選擇液相餾出物3）設(shè)定全局特性工程概述、工程單位、報(bào)告輸出形式等例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬4）指定化學(xué)組分并重命名例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬5）選擇物性計(jì)算模型例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬6）輸入流股信息例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬7）輸入設(shè)備參數(shù)-C1-Configuration例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬7）輸入設(shè)備參數(shù)-C1-Streams例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬7）輸入設(shè)備參數(shù)-C1-Pressure例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬7）輸入設(shè)備參數(shù)-P11&P12例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬8）運(yùn)行模擬計(jì)算例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬9）查看計(jì)算結(jié)果分離要求：xD,IC4≤2mol%

xB,C3≤1mol%可通過(guò)增加回流比或增加塔的理論板數(shù)提高分離效果例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬10）增大回流比為3分離要求：xD,IC4≤2mol%

xB,C3≤1mol%例5.1丙烷、異丁烷的分離過(guò)程模擬例5.2甲醇水分離COLUMNFEEDOVHDBTMS用NRTL-RK物性方法部分A:用如下數(shù)據(jù)完成甲醇塔核算:塔進(jìn)料: 63.2wt%水 36.8wt%甲醇

總流量120,000lb/hr

壓力20psia,飽和液體塔規(guī)定: 38塊塔板(40塊理論級(jí))

進(jìn)料板=23(第24理論級(jí))

全凝器

頂部壓力=16.1psia(絕對(duì)壓力）

每理論級(jí)壓力降=0.1psiDistillateflowrate

蒸餾流率=1245lbmol/hr

摩爾回流比=1.3用NRTL-RK物性方法

例5.2甲醇水分離1）塔溫度剖面的繪制2）塔板液相組成剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖例5.3使用“plotwizard”功能繪圖1）塔溫度剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖1）塔溫度剖面的繪制1）塔溫度剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖2）塔板液相組成剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖通過(guò)前面的例題，明確了達(dá)到預(yù)期產(chǎn)品指標(biāo)所需的操作條件（操作溫度、壓力、操作回流比，采出量等）。本節(jié)將尋找最佳進(jìn)料位置，最小回流比和最小理論板數(shù)，為精餾過(guò)程經(jīng)濟(jì)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。例5.4最佳進(jìn)料位置及最小條件的確定課堂練習(xí)：利用5.1中工程文件，保持其它條件不變，改變進(jìn)料板位置（12~16），記錄進(jìn)料板位置變化對(duì)再沸器熱負(fù)荷的影響。*最優(yōu)值**以上數(shù)值僅供參考1）最佳進(jìn)料位置的確定例5.4最佳進(jìn)料位置及最小條件的確定課堂練習(xí)：利用5.1中工程文件，保持其它條件不變，增加理論板數(shù)（32，48，64，96），并保證進(jìn)料位置與總理論板數(shù)維持固定比例值，分析操作回流比的變化。2）最小回流比的確定例5.4最佳進(jìn)料位置及最小條件的確定課堂練習(xí)：利用5.1中工程文件，保持其它條件不變，減小理論板數(shù)（32，22，20，18，17，16，15），并保證進(jìn)料位置與總理論板數(shù)維持固定比例值，分析操作回流比的變化。3）最小理論板數(shù)的確定例5.4最佳進(jìn)料位置及最小條件的確定若已知精餾塔的級(jí)數(shù)則計(jì)算其塔高非常容易。塔盤之間的間距一般取2英尺(0.61m)。若塔的級(jí)數(shù)為NT，則塔盤的數(shù)目為NT-2(一級(jí)是塔頂回流罐，另一級(jí)是塔釜再沸器)。除塔盤外，塔頂要為回流管進(jìn)塔和塔進(jìn)料部分的進(jìn)料分布器留出空間。更重要的是，在塔底部還要留出足夠的空間，以滿足下列的兩個(gè)要求：(1)提供緩沖所用的持液量；(2)塔底液位高度必須比塔底泵高出足夠的高度，以提供泵所需的汽蝕余量。因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中塔的高度一般會(huì)按塔盤間距所要求的高度再給出20%的裕量。所以塔器的高度可以按下式估算：L=1.2(0.61)(NT-2）1）塔高例5.5精餾塔尺寸的估算精餾塔的塔徑由氣相最大流速?zèng)Q定。若該流速值超高，則塔的液相和氣相水力條件就會(huì)失效，塔也會(huì)發(fā)生液泛?？梢酝ㄟ^(guò)可靠的關(guān)聯(lián)式來(lái)確定氣相的最大流速。對(duì)于非恒摩爾流體系，各層塔盤的氣相流量均不相同，氣相流量最大的塔盤將會(huì)確定塔的直徑。假如已知?dú)庀嗟馁|(zhì)量流量及氣相密度，則可以計(jì)算出氣相的體積流量。而后，假如已知最大許用速度，則可以計(jì)算出塔的截面面積，從而確定塔徑2）塔徑例5.5精餾塔尺寸的估算例5.5精餾塔尺寸的估算2）塔徑—traysizing例5.5精餾塔尺寸的估算2）塔徑改變流程數(shù)為2，重新計(jì)算3）塔的水力學(xué)參數(shù)例5.5精餾塔尺寸的估算例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能分離要求：xD,IC4≤2mol%

xB,C3≤1mol%例題5.6在例題5.1的基礎(chǔ)上，尋找合適的塔頂餾出物流量和回流比，使得塔頂餾出物中異丁烷含量為2mol%，而塔釜餾出物中丙烷含量為1mol%為了保證模擬計(jì)算能夠得到合理、正確的技術(shù)結(jié)果，在運(yùn)用“DESIGNSPEC-VARY”功能時(shí)，較好的做法是使程序一次只對(duì)一個(gè)變量收斂，而不是同時(shí)求解數(shù)個(gè)變量。“DESIGNSPEC-VARY”功能：指定某些“控制”變量（DESIGNSPEC），同時(shí)指定“調(diào)整變量”（VARY）。程序會(huì)通過(guò)操控調(diào)整變量從而使控制變量達(dá)到指定值。本例中：1）調(diào)整塔頂餾出物流量使得塔頂產(chǎn)品合格；2）調(diào)整回流比使得塔底產(chǎn)品合格（餾出物指標(biāo)仍然起作用）例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能1）指定第一控制變量---Specifications第一控制變量為塔頂中c4的濃度值為0.02例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能1）指定第一控制變量---Components例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能1）指定第一控制變量---Feed/ProductSreams2）指定第一調(diào)整變量---Specifications調(diào)整distillaterate在0.2-0.6kmol/sec之間變化例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能3)運(yùn)行模擬---ControlPannel例5.2使用“DESIGNSPEC-VARY”功能4)查看結(jié)果例5.2使用“DESIGNSPEC-VARY”功能例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能5）指定第二控制變量---Specifications第二控制變量為塔底中c3的濃度值為0.01例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能5）指定第二控制變量---Components例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能5）指定第二控制變量---Feed/ProductSreams例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能6）指定第二調(diào)整變量---SpecificationsRefluxRatio在1-5之間調(diào)整7）再次運(yùn)行模擬---ControlPannel例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能8）查看結(jié)果查看結(jié)果---操作回流比例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能為了可以使用冷卻水作為塔頂冷凝器冷源(塔頂操作溫度約52℃)，增加塔頂壓力至16.8atm，再次運(yùn)行模擬。例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能增加塔頂壓力16.8atm

，再次運(yùn)行模擬---查看結(jié)果例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能若設(shè)置一個(gè)不帶冷凝器或再沸器的吸收塔,則在RadFracSetupConfiguration頁(yè)面上設(shè)置冷凝器和再沸器為none在RadFracEfficiencies

表頁(yè)上能夠規(guī)定按一個(gè)理論級(jí)基準(zhǔn)或組分基準(zhǔn)的汽化效率或Murphree效率.能夠進(jìn)行板式塔或填料塔的設(shè)計(jì)和核算.如果用戶選擇汽-液-液作為有效相，也可以模擬第二液相.能夠生成再沸器和冷凝器的熱曲線5RadFrac例題小結(jié)用繪圖向?qū)?在Plot菜單上)能立即生成模擬結(jié)果的曲線圖，你能用繪圖向?qū)э@示如下操作的結(jié)果:物性分析數(shù)據(jù)回歸分析所有分離模型RadFrac、MultiFrac、PetroFrac和RateFrac的數(shù)據(jù)分布點(diǎn)擊數(shù)據(jù)窗口中的對(duì)象生成該對(duì)象的曲線圖.向?qū)б龑?dǎo)你執(zhí)行生成圖表的基本操作.在Next按鈕上點(diǎn)擊繼續(xù).點(diǎn)擊Finish按鈕按缺省設(shè)置生成圖.5RadFrac例題小結(jié)用DesignSpecs

和Vary

表頁(yè)可以在RadFrac模型內(nèi)部規(guī)定并執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)定?？梢哉{(diào)整一個(gè)或多個(gè)RadFrac輸入，來(lái)滿足對(duì)一個(gè)或多個(gè)RadFrac性能參數(shù)的規(guī)定要求。一般情況下，“規(guī)定”的個(gè)數(shù)應(yīng)與“變化”的個(gè)數(shù)相等.RadFrac中的“設(shè)計(jì)規(guī)定”和“改變”是在“中間回路”中求解的，如果你得到一個(gè)中間回路沒收斂的錯(cuò)誤信息，檢查你輸入的“設(shè)計(jì)規(guī)定”和“改變”5RadFrac例題小結(jié)如果RadFrac沒收斂,做以下工作會(huì)有幫助:

1）檢查正確地規(guī)定了有關(guān)物性方面的問題(物性方法的選擇、參數(shù)可用性)。2）確保塔操作條件是可行的。3)如果塔的err/tol是一直減少的,在RadFracConvergenceBasic

頁(yè)上增加最大迭代次數(shù)。5RadFrac例題小結(jié)如果RadFrac沒收斂,做以下工作會(huì)有幫助:4）在RadFracEstimatesTemperature頁(yè)上提供塔中一些塔板的溫度估值(對(duì)吸收塔來(lái)說(shuō)是有用的).5）在RadFracEstimatesLiquidCompositionandVaporComposition頁(yè)上提供塔中一些塔板的組成估值(對(duì)于高度非理想系統(tǒng)是有用的).6）在RadFracSetupConfiguration頁(yè)上嘗試不同的收斂方法。> 當(dāng)一個(gè)塔不收斂時(shí),做了改變后重新初始化通常是有好處的。5RadFrac例題小結(jié)例5.7甲醇水分離用NRTL-RK物性方法COLUMNFEEDOVHDBTMS部分A:用如下數(shù)據(jù)完成甲醇塔核算:塔進(jìn)料: 63.2wt%水 36.8wt%甲醇

總流量120,000lb/hr

壓力20psia,飽和液體塔規(guī)定: 38塊塔板(40塊理論級(jí))

進(jìn)料板=23(第24理論級(jí))

全凝器

頂部壓力=16.1psia(絕對(duì)壓力）

每理論級(jí)壓力降=0.1psiDistillateflowrate

蒸餾流率=1245lbmol/hr

摩爾回流比=1.3用NRTL-RK物性方法

例5.7-A甲醇水分離部分B:建立塔內(nèi)的設(shè)計(jì)規(guī)定達(dá)到如下兩個(gè)目標(biāo):塔頂餾出物中甲醇含量99.95wt%塔底水含量99.90wt%要達(dá)到這些規(guī)定,你可以改變塔頂餾出物流率(800-1700lbmol/hr)和回流比(0.8-2).在運(yùn)行該題之前確保物流組成是按質(zhì)量分率報(bào)告。記錄冷凝器和再沸器的負(fù)荷:

冷凝器負(fù)荷 :_________

再沸器負(fù)荷 :_________例5.7-B甲醇水分離部分C:規(guī)定每塊板效率為65%Murphree效率后執(zhí)行同一個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算。假設(shè)冷凝器和再沸器的板效率為90%。這些效率是如何影響塔的冷凝器和再沸器負(fù)荷的?例5.7-C甲醇水分離部分D:完成整個(gè)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，假定使用泡罩塔盤塔

例5.7-D甲醇水分離

例5.8環(huán)己烷生產(chǎn)過(guò)程模擬例5.8創(chuàng)建一個(gè)流程來(lái)模擬環(huán)己烷生產(chǎn)過(guò)程環(huán)己烷可以用苯加氫反應(yīng)得到，反應(yīng)如下:C6H6 + 3H2 =C6H12

苯 氫氣 環(huán)己烷在進(jìn)入固定床反應(yīng)器前，苯和氫氣進(jìn)料與循環(huán)氫氣和環(huán)己烷混合。假設(shè)苯轉(zhuǎn)化率為99.8%。反應(yīng)器出料被冷卻，輕氣體從產(chǎn)品物流中分離出去。部分輕氣體作為循環(huán)氫氣返回反應(yīng)器。從分離器出來(lái)的液體產(chǎn)品物流進(jìn)入蒸餾塔進(jìn)一步脫除溶解的輕氣體，使最終產(chǎn)品穩(wěn)定。部分環(huán)己烷產(chǎn)品循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器，輔助控制溫度。例5.8-環(huán)己烷生產(chǎn)—模擬流程圖

C6H6+3H2=C6H12苯氫氣環(huán)己烷用RK-SOAVE物性方法完成后另存為：文件名:CYCLOHEX.BKPBottomsrate=99kmol/hrP=25barT=50CMolef