分离单元化工设计(二)

SimulationDesignofSeparationProcesses分离单元的仿真设计(二)CAPD基础第八讲分离过程模型的分类AspenPlus中的分离过程模型包含两大类别：•简单分离单元模型•塔设备单元模型塔设备单元模型—分类1.DSTWU2.Distl3.RadFrac4.Extract塔设备(Columns)单元共有9种模块：5.MultiFrac6.SCFrac7.PetroFrac8.RateFrac9.BatchFrac塔设备单元模型—分类（2）DSTWU简捷精馏（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简捷精馏（2）DSTWU——连接DSTWU模型的连接图如下：物性模型选择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—模型参数DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU—模型参数（2）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的重关键组分/进料中的重关键组分DSTWU—模型参数（3）DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU—模型参数（4）3、压力(Pressure)（1）冷凝器(Condenser)（2）再沸器(Reboiler)DSTWU—模型参数（5）DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU—模型参数（6）4、冷凝器设定(Condenserspecifications)（1）全凝器(Totalcondenser)（2）带汽相馏出物的部分冷凝器(Partialcondenserwithvapordistillate)（3）带汽、液相馏出物的部分冷凝器(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)DSTWU—模型参数（7）DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU—模型参数（8）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。DSTWU—应用示例(1)1、生成回流比——理论板数关系表(Generatetableofrefluxratiovs.numberoftheoreticalstages)2、计算等板高度(CalculateHETP)DSTWU—计算选项DSTWU模型有两个计算选项：DSTWU—计算选项（2）“生成回流比——理论板数关系表”对选取合理的理论板数很有参考价值。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)。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。DSTWU—计算选项（3）DSTWU—计算选项（4）DSTWU—计算选项（5）合理的理论板数应在曲线斜率绝对值较小的区域内选择。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。DSTWU—应用示例(2)DSTWU—应用示例(3)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——连接Distl模块的连接图如下：Distl——模型参数在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Distillatetofeedmole冷凝器类型Condensertype冷凝器压强Condenserpressure再沸器压强ReboilerpressureDistl——模型参数（2）Distl——计算结果计算给出以下模块信息：冷凝器热负荷Condenserduty再沸器热负荷Reboilerduty进料板温度Feedstagetemperature塔顶温度Topstagetemperature塔底温度Bottomstagetemperature进料q值FeedqualityDistl——计算结果（2）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，再沸器功率。Distl——应用示例(1)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（2）RadFrac——连接RadFrac模块的连接图如下：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——配置配置表单包含以下项目：1、塔板数（NumberofStages）2、冷凝器（Condenser）3、再沸器（Reboiler）4、有效相态（ValidPhase）5、收敛方法（Convergence)6、操作设定（OperationSpecifications)RadFrac——配置（2）RadFrac—配置（冷凝器）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)RadFrac—配置（冷凝器）（2）RadFrac—配置（再沸器）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)RadFrac—配置（再沸器）（2）RadFrac—配置（有效相态）有效相态从四个选项中选择一种：1、汽-液（Vapor-Liquid）2、汽-液-液（Vapor-Liquid-Liquid）3、汽-液-冷凝器游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor）4、汽-液-任意塔板游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）RadFrac—配置(有效相态)（2）RadFrac—配置（收敛方法）收敛方法从六个选项中选择一种：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）RadFrac—配置(收敛方法)(2)RadFrac—配置（操作设定）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)操作设定从十个选项中选择：6、上升蒸汽比（BoilupRatio)7、上升蒸汽/进料比（BoiluptoFeedRatio)8、馏出物/进料比（DistillatetoFeedRatio)9、冷凝器热负荷（CondenserDuty)10、再沸器热负荷（ReboilerDuty)RadFrac—配置(操作设定)(2)操作设定从十个选项中选择：RadFrac—配置(操作设定)(3)RadFrac——流股1、进料流股（FeedStreams）指定每一股进料的加料板位置。2、产品流股（ProductStreams）指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。在流股表单中设置以下参数：RadFrac——流股（2）RadFrac——压强从三种方式（View）中选择一种1、塔顶/塔底（Top/Bottom）指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。2、压力剖型（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。在压强表单中设置以下参数：RadFrac——压强（2）RadFrac——冷凝器冷凝器设定有两组参数：1、冷凝器指标（CondenserSpecification）仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率（VaporFraction）两个参数之一。RadFrac—冷凝器（2）2、过冷态（Subcooling）1）过冷选项（Subcoolingoption）回流物和馏出物都过冷(Bothrefluxandliquiddistillatearesubcooled)/仅仅回流物过冷(Onlyrefluxissubcooled)2）过冷指标（Subcoolingspecification）过冷液温度(Subcooledtemperature)/过冷度(Degreesofsubcooled)RadFrac—冷凝器（3）冷凝器设定有两组参数：RadFrac—冷凝器（4）RadFrac——再沸器如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置：1、指定再沸器流量（Specifyreboilerflowrate）2、指定再沸器出口条件（Specifyreboileroutletcondition）3、同时指定流量和出口条件（Specifybothflowandoutletcondition）RadFrac——再沸器RadFrac的计算结果从三部分查看：1、结果简汇（Resultssummary）2、分布剖形（Profiles）3、流股结果（Streamresults）RadFrac—结果查看结果简汇给出塔顶（冷凝器）和塔底（再沸器）的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。RadFrac—结果简汇RadFrac—结果简汇（2）分布剖形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—分布剖形RadFrac—分布剖形（2）RadFrac—分布剖形（3）根据DSTWU示例（2）的结果，选取R=20、NT=72、NF=42，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—应用示例(1)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)和变化(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(2)RadFrac—设计规定对象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—设计规定对象(2)RadFrac—设计规定对象(3)在规定表单中输入以下指标1、类型(Type)有36种变量类型共选用2、目标(Target)设定