丙酮填料吸收塔設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——丙酮填料吸收塔設(shè)計(jì)吸收傳質(zhì)過程中，吸收劑用量越大，吸收效果越好，精度越高。但是假設(shè)吸收劑用量過大，就會(huì)造成解析過程中負(fù)擔(dān)過重。所以本案優(yōu)化的目標(biāo)為：用最小的吸收劑用量達(dá)成指定的吸收精度。首先要初步估算一個(gè)吸收劑用量，再確定平衡級數(shù)。這樣就可以用RateFrac模塊確定填料高度；然后做一次靈敏度分析，確定一個(gè)適合的吸收劑用量以及所對應(yīng)的填料高度；然后將其回帶到原計(jì)算過程中，再做一次靈敏度分析，確定出第一次靈敏度分析中所確定的填料高度下所對應(yīng)的塔徑；結(jié)果將填料總高度舉行分段、圓整，再一次回帶到原計(jì)算過程中舉行核算，至此，模擬計(jì)算終止。

AspenPlus；吸收；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)參數(shù)

操作溫度50℃

操作壓力0.12MPa

氣相摩爾流量42kmol/h

摩爾分率H20-0；PH-0.255；ACE-0.169；N2-0.432；O2-0.144

吸收劑H2O

填料種類DN38聚丙烯階梯環(huán)

混合氣出口丙酮含量50ppm

2.初步計(jì)算

AspenPlus軟件中的RateFrac模塊是模擬諸如吸收、氣提和精餾等全體類型的多級汽液分開過程的速率型非平衡級模型。初步計(jì)算主要是為了找到一個(gè)較佳的塔高度和塔直徑。然后進(jìn)一步確定一個(gè)較佳的吸收劑流量，為后面的核算做打定。

2.1定義流程

使用AspenPlus下的RateFrac模塊創(chuàng)造流程圖。如圖2-1所示。

2.2定義組分

設(shè)定單位制為公制（MET），混和氣主要成分為丙酮、苯酚、氮?dú)?、氧氣，吸收劑主要成分為清水?/p>

2.3定義特性計(jì)算方法

定義熱力學(xué)方法為NRTL-RK（如圖2-2所示）?！癗RTL-RK”方程對酮、醇、醚體系具有較高的預(yù)料精度，對于含水系統(tǒng)，“NRTL-RK”方程通常比其他方程擬合的更好。“NRTL-RK”模型是一種計(jì)算多元體系液相活度系數(shù)的特性計(jì)算方法，它的優(yōu)點(diǎn)不但在關(guān)聯(lián)強(qiáng)極性物系時(shí)效果較好，更主要的是可以從二元體系的關(guān)聯(lián)參數(shù)直接計(jì)算多元體系，而不必引入多元體系特有的參數(shù)。其方程如下：

1nγ=+

式中，Gij—溶液的相互作用能。Gij=exp（-αijτij）；

τji—NTRL方程參數(shù)。τji=aij+bij/T+eijlnT+fijT；

aji—溶液的有序特性參數(shù)。aij=cij+dij（T-273.15K）；aji=aij；

αji—溶液的特征函數(shù)。αji值定在0.2～0.47之間

χi—組分i的摩爾分?jǐn)?shù)。

γi—組分i在液相的活度系數(shù)。

2.4定義物流

包括混合氣及吸收劑入塔時(shí)的操作溫度，操作壓力，流量以及各組分的摩爾分率等。如圖2-3所示。

2.5定義單元模型

2.5.1定義填料段數(shù)

按照拇指規(guī)矩（thumbrule），每一個(gè)塔的底部就理應(yīng)算一個(gè)段的高度，然而對比多的段數(shù)可以增加切實(shí)性。段的高度不理應(yīng)小于使用的填料的平均高度。在本案中填料段數(shù)取10。無冷凝器和再沸器。如圖2-4所示。

2.5.2定義填料

填料選擇1.5inch散堆金屬階梯環(huán)填料，從1（表示填料塔的頂部填料段）開頭，終止段的值10。

初步估計(jì)一個(gè)填料高度為1m。如圖2-5所示。

2.5.3定義塔徑

AspenPlus可以根據(jù)塔的液泛因子計(jì)算直徑。液泛氣速取空塔氣速的80%。初步估計(jì)一個(gè)塔徑為1m。如圖2-6所示。

2.5.4定義變量

本案中將要變更塔的填料高度來得志離開塔的氣相中丙酮的摩爾分率要求。定義變量為離開塔的氣體的丙酮摩爾分率。如圖2-7所示。

2.5.5設(shè)定精度值及誤差

設(shè)定混合氣體出口中丙酮的含量值為0.00005；誤差限定值為0.000001。如圖2-8所示。

2.5.6定義處理變量為填料高度。如圖2-9所示。

模擬計(jì)算后我們想要得到的結(jié)果為填料高度，塔徑等。

2.6計(jì)算結(jié)果

初步計(jì)算后得到的填料高度為8.787m。如圖2-10所示。

物料衡算結(jié)果如下。

GAS-IN、GAS-OUT、LIQ-IN、LIQ-OUT對應(yīng)的丙酮摩爾分率分別為0.169、4.98E-05、0、0.012。

從結(jié)果中可以看出，氣相出口和液相出口流股的丙酮含量均接近設(shè)計(jì)方案中夢想達(dá)成的值。

2.7靈敏度分析

在實(shí)際問題中我們對比關(guān)切一個(gè)變量隨另一個(gè)變量變化的趨勢，既所謂的靈敏度分析，這一方法可用來舉行流程的優(yōu)化。本案初步優(yōu)化的目標(biāo)是找到填料高度與吸收劑流量之間的關(guān)系。確定一個(gè)較佳的吸收劑流量與塔高。

（1）定義測量變量為填料高度。同圖2-7所示窗口輸入。

（2）定義操作變量為吸收劑流量。同圖2-9所示窗口輸入。

（3）計(jì)算結(jié)果顯示。

a數(shù)表結(jié)果。

如圖2-11所示。每一個(gè)吸收劑用量對應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的填料高度。

b圖形顯示。

用計(jì)算出來的數(shù)據(jù)作圖，查看H隨L的變化趨勢。如圖2-12所示。

由H-L曲線可以看出隨著吸收劑用量的減小，填料高度逐步增加。當(dāng)達(dá)成吸收劑流量為568Kmol/h，填料高度為8.41m時(shí)，隨著吸收劑流量的減小，填料高度的增加發(fā)生很大的變化，這樣就造成了一次性投資過大。所以選擇一個(gè)較佳的吸收劑流量為568Kmol/h，其所對應(yīng)的填料高度為8.41米。3.初步校核計(jì)算

初步校核計(jì)算即為將初步計(jì)算后得到的填料高度值（H=8.41m）和吸收劑流量（L=568Kmol/h）回帶到原計(jì)算過程中，將原來計(jì)算過程中的填料高度值和吸收劑流量值替換，進(jìn)而為了計(jì)算得到塔徑。

3.1數(shù)值回帶

經(jīng)過初步計(jì)算后我們得到了一個(gè)較佳的填料高度及其相對應(yīng)的吸收劑用量。這時(shí)我們需要將這兩個(gè)值舉行回帶計(jì)算將吸收劑用量回帶到液相進(jìn)料流股。吸收劑流量變成568Kmol/h。同圖2-3所示窗口輸入。

將初步計(jì)算得到的填料高度回帶到填料設(shè)定中，將填料高度改為8.41m，如圖3-1所示。

3.2校核結(jié)果

校核計(jì)算后的物料衡算結(jié)果如下。

GAS-IN、GAS-OUT、LIQ-IN、LIQ-OUT流股對應(yīng)的丙酮摩爾分率分別為0.169、5.03E-05、0、0.012。

從校核計(jì)算結(jié)果來看，氣相出口和液相出口流股的丙酮含量均得志設(shè)計(jì)方案中所夢想達(dá)成的值。所以初步計(jì)算中所選擇的填料高度及其所對應(yīng)的吸收劑用量合理。

3.3靈敏度分析

本次靈敏度分析的目的即為找出塔高于塔徑之間的變化關(guān)系，進(jìn)而得到一個(gè)適合的塔徑。

（1）定義測量變量為填料高度。同圖2-12所示窗口輸入。

（2）定義操作變量為塔徑。同圖2-13所示窗口輸入。

（3）計(jì)算結(jié)果顯示。

a數(shù)表結(jié)果。

如圖3-2所示。每一個(gè)填料高度對應(yīng)一個(gè)塔徑。

b圖形顯示。

用計(jì)算出來的數(shù)據(jù)作圖，查看H隨D的變化趨勢。如圖3-3所示。

由H-D曲線可以看出隨著填料塔直徑的減小，填料高度逐步增加，當(dāng)達(dá)成塔徑為0.8m，填料高度為8.41m時(shí)，隨著D值的減小，曲線的斜率發(fā)生很大變化。即隨著塔徑的減小，填料高度變化發(fā)生很大變化。所以選擇一個(gè)較佳的填料塔直徑為0.8米。對應(yīng)的填料高度為8.41m，對應(yīng)的吸收劑流量為568Kmol/h。

4.核算

核算即為將初步校核計(jì)算后得到的填料高度值（H=8.41m）和吸收劑流量值（L=568Kmol/h）以及塔徑值（D=0.8m）經(jīng)過圓整后（H=9m，L=568Kmol/h，D=0.8m）回帶到原計(jì)算過程中，將原來計(jì)算過程中的填料高度值和吸收劑流量值以及塔徑值替換，然后舉行物料衡算與熱量衡算。并將所得到的值與設(shè)計(jì)方案中所夢想達(dá)成的值舉行比較，看是否達(dá)成目標(biāo)。

4.1數(shù)值回帶

經(jīng)過初步計(jì)算及校核后我們得到了一個(gè)較佳的填料高度及其相對應(yīng)的吸收劑用量（填料高度為9m，吸收劑流量為568Kmol/h）。以及所對應(yīng)的塔徑（塔徑為0.8m）。這時(shí)我們需要將這三個(gè)值舉行回帶核算將吸收劑用量回帶到液相進(jìn)料流股。吸收劑流量變成568Kmol/h。同圖2-3所示窗口輸入填料設(shè)定欄中，將填料高度改為9m，同圖3-1所示窗口輸入。

塔徑設(shè)定欄中，將塔徑改為0.8米，同圖2-6所示窗口輸入。

4.2計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如下：

GAS-IN、GAS-OUT、LIQ-IN、LIQ-OUT流股對應(yīng)的丙酮摩爾分率分別為0.169、4.96E-05、0、0.012。

從核算結(jié)果來看，氣相出口和液相出口流股的丙酮含量均得志設(shè)計(jì)方案中所夢想達(dá)成的值。所以核算中所涉及的填料高度極其所對應(yīng)的塔徑，以及相對應(yīng)的吸收劑用量均合理，并且出于對一次性投資及屢屢投資本金的總和考慮，本設(shè)計(jì)方案合理可行。

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