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化工设计Xi’anUniversityofScience&Technology1汪广恒化学与化工学院二〇一五年四月第四章设备工艺设计（二）ASPENPlus设计精馏塔化工设计一、Aspen塔设备单元模型—分类1.DSTWU2.Distl3.RadFrac4.ExtractAspen塔设备(Columns)单元共有9种模块：5.MultiFrac6.SCFrac7.PetroFrac8.RateFrac9.BatchFrac2化工设计用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：功能：（Winn，Fenske）Nmin（Underwood）Rmin（Gilliland）R+N（操作）1DSTWU——简捷精馏（功能）3化工设计4Heat(Optional)Heat(Optional)DistillateWater(Optional)FeedNHeat(Optional)Heat(Optional)Bottoms12N-11DSTWU——简捷精馏（连接）化工设计5例1简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，进料量为12500kg/hr，温度45℃，压力101.325kPa，质量组成为乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油0.0007（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器，回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用PENG-ROB物性方法。求:Rmin、NTmin、R、N、NF以及FD/FF(塔顶产品与进料摩尔流率比），NT--R(生成回流比随理论板数变化表并作图）。应用示例(1)化工设计6基本参数输入化工设计1.1塔设定（Columnspecifications）1.2关键组分回收率（Keycomponentrecoveries）1.3压力（Pressure）1.4冷凝器设定（Condenserspecifications）DSTWU模型有四组模型设定参数：71DSTWU——简捷精馏（参数1）化工设计81DSTWU——简捷精馏（参数2）化工设计91DSTWU——简捷精馏（结果1）DSTWU模块的模拟结果最小回流比实际回流比最小理论板数实际理论板数进料位置进料位置以上实际塔板数冷凝器负荷再沸器负荷流出物温度塔釜温度流出物/进料的比值等板高度求:Rmin、R、NTmin、N、NF以及FD/FF、NT--R。化工设计101DSTWU——简捷精馏（结果2）求:Rmin、R、NT、N、NF以及FD/FF、NT--R。化工设计111DSTWU——简捷精馏（计算选项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模型有两个计算选项：化工设计“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)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。121DSTWU——简捷精馏（计算选项2）化工设计131DSTWU——简捷精馏（计算选项3）化工设计141DSTWU——简捷精馏（结果4）合理的理论板数应在曲线斜率绝对值较小的区域内选择。求:NT--R。化工设计Distl模块用Edmister方法计算给定精馏塔的操作结果。152Distl——精馏简捷校核计算（操作）化工设计16Heat(Optional)Heat(Optional)DistillateWater(Optional)FeedNHeat(Optional)Heat(Optional)Bottoms12N-12Distl——连接化工设计简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器（全凝）压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，实际回流比为5.11，理论板数为65（包括全凝器和再沸器），进料位置为25，塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillatetofeedmoleratio）为0.5853，用PENG-ROB物性方法。回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用PENG-ROB物性方法。求:求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯度。应用示例(2)17化工设计在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Reboilerpressure182Distl——模型参数（1）化工设计192Distl——模型参数（2）化工设计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Feedquality202Distl——计算结果（1）化工设计212Distl——计算结果（2）化工设计222Distl——计算结果（3）化工设计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。233RadFrac——精密分离模块（1）化工设计243RadFrac——精密分离模块（2）化工设计RadFrac模块的连接图如下：253RadFrac——连接化工设计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）263RadFrac——模型设定化工设计在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格校核和设计计算。进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要求与例7.1相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。求:（1）根据例7.1的设计结果，利用RadFrac模块计算塔顶及塔底产品的质量纯度；（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷；（3）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线；（4）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响；应用示例(3)27化工设计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)283RadFrac——配置（1）化工设计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)293RadFrac——配置（2冷凝器）化工设计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)303RadFrac——配置（3再沸器）化工设计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）313RadFrac——配置（4有效相态）化工设计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）323RadFrac——配置（4收敛方法）化工设计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：333RadFrac——配置（5操作设定1）化工设计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)操作设定从十个选项中选择：343RadFrac——配置（5操作设定2）化工设计353RadFrac——配置（6）化工设计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：363RadFrac——流股（1）化工设计373RadFrac——流股（2）化工设计从三种方式（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：383RadFrac——压强（1）化工设计393RadFrac——压强（2）冷凝器压力PN2塔顶压力全塔压降=塔底-塔顶化工设计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。403RadFrac——冷凝器（1）化工设计413RadFrac——冷凝器（2）化工设计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）423RadFrac——再沸器（1）化工设计433RadFrac——再沸器（2）化工设计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）443RadFrac——结果（1）化工设计结果简汇给出塔顶（冷凝器）温度、热负荷、流量塔底（再沸器）温度、热负荷、流量回流比上升蒸汽比组份在各出塔物流中的分配比率453RadFrac——结果（2Summary1）化工设计463RadFrac——结果（3Summary2）化工设计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，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。473RadFrac——结果（4Profile1）化工设计483RadF