精馏单元操作.

严格法多塔精馏第三章精馏单元简捷法精馏设计简捷法多塔蒸馏严格法精馏简捷法精馏核算基于速率的蒸馏液叶萃取塔主要学习分离模块•DSTWU简捷法精馏设计•RadFrac精密分离模块•RadFrac精密分离模块计算结果查询•RadFrac精密分离模块应用举例1•RadFrac精密分离模块应用举例2第一节DSTWU简捷法精馏DSTWU模型可针对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的精馏塔，采用Winn-Underwood-Gilliland方法进行捷算法蒸馏设计计算，其目的是确定最小回流比、最小级数或实际回流比、实际级数。DSTWU—模型参数DSTWU模型有四组模型设定参数：1、塔设定(Columnspecifications)（1）实际塔板数（Numberofstages)，若输入塔板数，则为操作型计算。（2）回流比（Refluxratio)，若输入此值，则为设计型问题。直接输入数值，表示实际回流比；输入负的数值，表示回流比与最小回流比的比值。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。3、压力(Pressure):（1）冷凝器（Condenser),（2）再沸器（Reboiler)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（Partialcondenserwithvaporandliquidistillate)1、生成回流比——理论板数关系表(Refluxratiovs.Numberoftheoreticalstages)2、计算等板高度(CalculateHETP)（针对填料塔计算）DSTWU—计算选项DSTWU模型有两个计算选项：含乙苯（ethylbenzene）30%w、苯乙烯（styrene）70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.025MPa、T=30C）用精馏塔（塔顶压0.02MPa、塔底压0.03MPa）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)塔计算结果•Minimumrefluxratio（最小回流比）•Actualrefluxratio（实际回流比）•Minimumnumberofstages（最小塔板数）•Numberofactualstages（实际塔板数）•Feedstage（进料位置）•Numberofactualstagesabovefeed（进料位置以上实际塔板数）•Reboilerheatingrequired（加热器热负荷）•Condensercoolingrequired（冷凝器热负荷）•Distillatetemperature（馏出物温度）•Bottomtemperature（塔釜温度）•Distillatetofeedfraction（馏出物占进料物料分率）物料计算结果绘制示例（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)•生成实际回流比——理论板数关系表(Refluxratiovs.Numberoftheoreticalstages)，前面计算最小理论塔板数25.28查询计算结果：回流比与理论塔板数的关系表创建NT~R关系图•首先如图选择回流比列•将其设为x轴•依次将理论塔板数设为y轴•Displayplot然后显示曲线BlockB1(DSTWU)RefluxRatioProfileRefluxratio510152025303540455055606570758085909510010511011512012513013514014515015516016517017518018519019520020521021522022523023530405060708090100Theoreticalstages作业Ⅰ第二节RadFrac精密分离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——连接RadFrac模型的连接图如下：RadFrac——模型设定RadFrac模型具有以下设定表：1、配置（Configuration）2、流股（Streams）3、压力（Pressure）4、冷凝器（Condenser）5、再沸器（Reboiler）6、三相（3-Phase）RadFrac——配置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（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（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（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-再沸器游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor）4、汽-液-任意塔板游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）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（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)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：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。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。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。2、过冷态（Subcooling）1）过冷选项（Subcoolingoption）二选一：回流物和馏出物都过冷/仅仅回流物过冷。2）过冷指标（Subcoolingspecification）二选一：过冷物温度/过冷度RadFrac——再沸器热虹吸再沸器需要进行设定：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）计算结果从三部分查看：1、结果汇总（Resultssummary）2、分布剖形（Profiles）3、流股结果（Streamresults）RadFrac—结果查看•结果汇总给出塔顶（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。•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。•流股结果给出进出的所有流股的工艺和物性参数。RadFrac—应用示例(1)通过精馏塔来分离甲醇和水的混合物。进料组成为水63.2％（质量分数），甲醇36.8％（质量分数），流率为120001b/hr，压力为19psi（1psi=6894.76Pa），饱和液体进料（进料的气相分率为0），精馏塔有38块塔板，进料在第23块板上（注意，根据AspenPlus的定义，冷凝器为1＃板，所以进料板应该是第24块）。塔顶压力为16.1psi，每板的压力降为0.1psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为398851b/hr，回流比为1.3。选用NRTL-RK物性方法。确定再沸器和冷凝器的热负荷•默认二元交互作用参数RadFrac—应用示例(2)通过精馏塔来分离甲醇和水的混合物。进料组成为水63.2％（质量分数），甲醇36.8％（质量分数），流率为120001b/hr，压力为19psi（1psi=6894.76Pa），饱和液体进料（进料的气相分率为0），精馏塔有38块塔板，进料在第23块板上（注意，根据AspenPlus的定义，冷凝器为1＃板，所以进料板应该是第24块）。塔顶压力为16.1psi，每板的压力降为0.1psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为398851b/hr，回流比为1.3。选用NRTL-RK物性方法。做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线首先采用数据浏览器查看模型计算结果做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线然后如下进行：做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线BlockB1:LiquidCompositionProfilesStageX(massfrac)123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839400.20.40.60.81H2OMETHA-01BlockB1:VaporCompositionProfilesStageY(massfrac)123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839400.20.40.60.81H2OMETHA-01RadFrac—应用示例(3)设计规定：designspec(designspecification)Type指定限定条件（该例为质量分数）Target指定限定条件（该例质量分数为0.9995）Streamtype物流类型按取消按钮：继续前面的操作按取消按钮，继续做RadFrac—设计指标RadFrac模型带有内部的设计指标功能，通过DesignSpecs和Vary两组参数进行设定。可以设定多个指标参数和多个变化参数，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—应用示例(2)如将示例（1）的塔压调到0.01MPa，全塔压降0.005MPa，试求满足分离要求所需的回流比和馏出物流量。RadFrac—塔板效率