Aspen-模拟塔设计

aspen模拟塔设计一、板式塔工艺设计首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步骤。（参考）其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。记住：你是工艺设计者，没有aspen你必须知道计算过程及方法，能将塔设计出来，这是你经过课程学习应该具有的能力，理论上讲也是进入毕业设计的前提。只是设计过程中将复杂的计算过程交给aspen完成，aspen只替你计算，不能替你完成你的设计。做不到这一点说明工艺设计部份还不合格，毕业答辩就可能要出问题，实际的这是开题时要做的事的一部份，开题答辩就是要考察这个方面的问题。设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的结构和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进行。板式塔工艺计算步骤1.物料衡算（手算）目的：求解aspen简捷设计模拟的输入条件。内容：(1)组份分割，确定是否为清晰分割；(2)估计塔顶与塔底的组成。得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率参考：《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的内容。2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce所需要的所有数据。3.灵敏度分析目的：1.研究回流比与塔径的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数。2.研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。方法：可以作回流比与塔径的关系曲线（NT-R），从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。4.用DSTWU再次计算目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。方法：依据步骤3得到的结果，进行简捷计算。得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce所需要的所有数据。5.用详细计算模块（RadFrace）进行初步设计计算目的：得出结构初步设计数据。方法：用RadFrace模块的TraySizing（填料塔用PAkingSizing），利用第4步（DSTWU）得出的数据进行精确设计计算。主要结果：塔径。6.核算目的：确定工艺计算的最后结果。方法：对第5步的计算结果（如：塔径等）按设计规范要求进行必要的圆整，用RateFrace或RateFrace模块的TrayRating（填料塔用PAkingSizing），对塔进行设计核算。结果：塔工艺设计的所有需要的结果。如果仅是完成设计，至此，工艺计算全部完成。工艺计算说明书内容要求1.给出aspen每步输入参数（除给定的设计条件外）和选项的依据。2.给出输入的结果画面。注意：不要每一步的输入方法，且记你在写设计报告，而不是软件的使用教程。3.给出运算结果（表格）注意：(1)不是生成的计算结果画面，而是生成的表格，最好是Excel的，然后插入说明中时要对其进行必要的编辑，比如，分子式的角标的写法等。(2)插入说明书中的单位必须是法定计量单位。二、填料塔工艺设计填料塔吸收塔设计比板式塔复杂，具有一点挑战性，原因是由于填料塔设计本身的复杂性，设计软件无法依据给定的设计参数，按照某一个不变的设计路线作出最后的设计结果，需要设计者利用各模块的功能，自己设计一个计算路线，完成给定的设计任务。因此，需要设计者有一定的独立思考和解决问题的能力。下面的给出利用RatdFrace做吸收塔设计的3种的计算路线，仅供设计参考，当然你可能有更好的设计方法。填料吸收塔工艺计算步骤方案一：用RadFrace计算1.吸收剂用量的初步估算（手算）目的：为RateFrace计算填料高度准备数据。2.确定理论板数（手算）目的：为RadFrace详细设计计算准备数据（RadFrace模型需要理论平衡级数）。3.用RateFrace模块确定填料高度目的：为RadFrace详细设计计算提供数据。4.用RadFrace模块详细设计计算5.核算该方案手算内容较多。方案二：用RateFrace计算1.吸收剂用量的初步估算（手算）目的：为RateFrace计算填料高度准备数据。2.初步计算填料高度估算一塔径，用RateFrace模块的设计规定，初步计算填料高度。3.确定塔径与填料高度用灵敏度分析，研究填料高度与塔径的关系，选择合适的塔径及对应的填料高度，4.核算对确定的塔径和填料高度的塔进行最后核算，得出最后结果。rate给出的计算结果不够充分。方案三：用RateFrace和RadFrace结合计算1.吸收剂用量的初步估算（手算）2.确定平衡级数用RateFrace模块的设计规定，计算填料高度H和等板高度HEPT。进而得到理论板数NT=H/HEPT。3.用RadFrace进行初步设计4.用RadFrace进行最后核算1.如用何用DSTUW和RadFRac进行精馏塔模拟计算经过简单的训练，初学都便能够用DSTUW和RadFRac进行塔模拟计算，似乎会用aspen做塔的设计和操作模拟了。但计算思路是不是很清楚就不一定了。如可用DSTUW和RadFRac完成一个塔的设计，或对一个已知的塔进行模拟，需要有清晰的过程思路，这样才能用好模拟软件。使用DSTUW和RadFRac塔单元模块，首先我们应该知道模块能做什么？然后知道如何用它做我们想做的事？需要输入那些参数？在有aspen之前你首先回答不用aspen你能不能做塔设计？如果答案是肯定的，那就可以往下用aspen了，否则先进搞清楚精馏塔的设计原理与方法，再来研究如何用aspen做精馏模拟。DSTUW能做什么？DSTUW是塔的简捷计算模块，它能够对进行设计计算和操作计算（也就是核算）。如何用DSTUW进行设计和操作模拟？这两种功能通过选择输入回流比和理论板数来实现。设计计算：输入参数：回流比（或最小回流比倍数）和其它设计必须的工艺参数，但不需要结构尺寸数据。计算结果：实际回流比、实际塔板数、进料板位置、蒸出率（D/F）和传热面积及其它的工艺数据等。为精确设计计算提供必要的设计参数。操作模拟：输入参数：塔板数、进料板位置等必要的操作参数。计算结果：为回流比、塔顶组成等。当然很多输入参数是可以选择的，但一定要保证设计或操作必须的自由度数。也就是条件必须足够，且不能有多余。RadFRac能做什么？RadFRac能对板式塔、填料塔等进行严格模拟计算。功能主要有基本设计计算、结构设计计算、操作（设计）核算三个方面。（1）基本设计计算：不区别填料和板式塔等类型，当然不需要塔盘或填料的结构尺寸，也不能给出详细的结构尺寸。但它和用DSTUW模拟不同，结果也会略有差别。（2）结构设计计算：需要要给定塔盘等或填料的详细结构，计算必要的结构尺寸。板式塔通过对TraySizing设置实现，填料通过对PackingSizing设置实现。这两种类型的塔可以在一个流程中进行不同的设置完成，十分方便。（3）操作（设计）核算：对于设计计算，（2）只得到的结果可能需要做一些圆整（比如塔径要圆整到系列尺寸）。圆整后其它参数也会发生改变，需要对已知结构参数的塔进行核算，得到最后的设计结果。同样操作计算是对已存在的塔进行模拟。综上内容，我们知道完成一个塔的设计计算，可以按下面步骤进行（1）简捷计算（DSTUW）（2）详细计算（RadFRac），将计算结果与DSTUW对比，相差不是很大。（3）结构计算（RadFRacTrayRsting或RadFRacPackingRating）输入塔盘或填料必要的参数。（4）核算（RadFRacTraySizing或RadFRacPackingSizing）上面计算圆整后做最后的计算。2.如何用Aspen的RateRac做吸收塔设计计算填料吸收塔与精馏比具有一定的挑战性，因为它没有太固定的计算模式。和RadFrace一样，RateRac允许进行设计模式和核算模式操作。首先我们要知道如何用RateFrac进行设计计算？RateRac用于吸收塔设计模式可以用BlockDsignSpes规定设计参数（例如纯度或回收率）；用PackingSpecification定义填料结构。做吸收塔设计想得到什么结果？每一个设计者都知道，吸收塔工艺设计计算是依据分离精度要求，即出塔气相和液相中的组分指标，得到填料高度、塔径、吸收剂用量等参数。问题是：在RateRac吸收设计模式中，填料高度、吸收剂量是必须输入的参数。那么我们就会问：设计还没开始，那来的填料高度、吸收剂量、塔径？对上面问题的回答是：（1）填料高度：想要RateFRac模块运行就必须给定足够的设计变量，其中填料高度是必给的参数之一。如果只给定设计，则RateFRac就会按给定的填料高度进行计算。但如果将填料高度做为设计规定的操作变量，RateFrace会按设计规定搜索填料高度，计算结束后，用计算得到的填料高度值改写初值。设计者如能提供较为接近实际值的初值，可以减少迭代计算次数。（2）吸收剂量：至于吸收剂量，我们可以将它作为与设计规定相对应的可控制操作变量，给出它的调整范围，RateFrac就会给出满足设计规定的吸收剂用量。（3）塔径是必须输入的参数之一，但如果定义填料高度为设计规定的操作变量，输入的这个塔径成为了初值，运行中要对其进行改写，与填料高度匹配。顺便说一句，aspen的RateFrace模块要求给出的塔板数不是理论板数，是计算将填料塔分成的份数，份数越多计算越精确。进行吸收塔设计的步骤是什么？知道了上面的方法，我们如着手进行设计模拟呢？Aspen用于吸收模拟有两个模块：核算模块（PackingRating）、设计模块（PackingSizing）。如果对已有塔进行核算（操作）模拟，只用核算模块就够了。如果做设计计算要两个模块同时交替使用。下面给出的吸收塔设计计算的过程可供参考。（1）初步估算吸收剂用量。吸收是一个具有的化学反应的过程，我们须先依据反应用量，计算出吸收剂用量，确定一个大至的范围。（2）PackingSizing模块进行设计计算，在这里除了要定义填料的类型与尺寸以外，还要定义填料段数、填料高度。段数（PackingSegment）：将填料划为几段计算，它即不是平衡级数，也不是实际段数。这个段数的多少并无实际意义，只影响计算精义。填料高度：这个填料高度是有实际意义的，如不使用设计规定改变它，rate模块就按这个高度给出计算结果。我们可以估算一个初值。然后用设计规定去改变它。（3）用设计规定确定填料高度，就是将填料设计作为某一设计规定的操作变量，并给出估计范围，rate运行后将在给定的范围内搜索满足设计规定的填料高度。（4）用灵敏度分析得出填料高度与塔径的关系，确定合适的塔径和和填料高度。（5）前面得到的塔径、填料设计可能需要圆整，圆整后用PackingRating进行核算。此时可以将吸收剂用量作为某一设计规定的操作变量，求其最佳用量。当然，你可能有更好的设计方案，比如将rad和rate结合起来完成设计。总之aspen给设计者很大的灵活性。