第四章 ASPEN PLUS多组分平衡级分离过程计算(三)

ASPENPLUS在化工过程设计中的应用第四章多组分平衡级分离过程计算（三）第2页第四章多组分平衡级分离过程计算4.1多组分单级分离过程4.2多组分多级分离塔的简捷计算4.3多组分多级分离塔的严格计算核算型（精馏塔参数——〉分离性能？）设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）第3页ASPENPLUS设计精馏塔的步骤1、确定分离过程的关键组分；2、采用DSTWU模型确定精馏塔的理论板数、回流比和进料位置等基本参数；3、采用RADFRAC模型进行严格核算；4、进行设计规定的计算；5、进行填料塔或板式塔的设计计算，确定塔径和塔高等参数；6、进行填料塔或板式塔的核算，确定塔的操作性能。第4页4.3多组分多级分离塔的严格计算4.3.1平衡级的理论模型第5页理论模型-简单回顾MESH方程组分物料衡算（M，N×c个方程）相平衡关系（E，N×c个方程）各相的摩尔分数加和式（S，2N个方程）热量衡算（H，N个方程）C组分N级的变量数（3c+9）N+1规定变量数（c+6）N+1第6页ASPENPLUS的严格蒸馏模型模型描述目的用于RadFrac严格分馏执行各塔严格核算和设计计算普通蒸馏、吸收塔、汽提塔、萃取和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏MultiFrac严格法多塔精馏对一些复杂的多塔执行严格核算和设计计算热整合塔、空气分离塔、吸收/汽提塔组合、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合、石油炼制应用PetroFrac石油炼制分馏对石油炼制应用中的复杂塔执行严格核算和设计计算预闪蒸塔、常压原油单元、减压单元、催化裂化主分馏器、延迟焦化主分馏器、减压润滑油分馏器、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合RateFrac基于流率的蒸馏对各塔和多塔执行严格核算与设计。基于非平衡级计算，不需要效率和HETPs。蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、反应系统、热整合单元、石油应用例如原油和减压单元、吸收/汽提塔组合Extract严格液-液萃取使用一个溶剂模拟一个液体物流的逆流抽提液-液抽提塔第7页4.3.2严格法精馏塔计算模型—RadFrac一般精馏（Ordinarydistillation）吸收（Absorption）再沸吸收（Reboiledabsorption）汽提（Stripping）再沸汽提（Reboiledstripping）萃取蒸馏（Extractivedistillation）共沸蒸馏（Azeotropicdistillation）反应蒸馏（Reactivedistillation）第8页RadFrac适用的体系两相蒸馏体系（Two-phasesystems）三相蒸馏体系（Three-phasesystems）窄沸程和宽沸程体系（Narrowandwide-boilingsystems）液相具有非理想性强的体系（Systemsexhibitingstrongliquidphasenonideality）游离水相或其它第二液相（Free-waterphaseorothersecondliquidphase)第9页RadFrac—连接（Connectivity）RadFrac模块的连接图如下：第10页RadFrac严格计算模块第11页RadFrac—模型设定(核算模式)RadFrac模型具有以下设定参数：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）第12页RadFrac—配置（Configuration）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)默认:Distillaterateandrefluxratio第13页RadFrac—配置（Configuration）第14页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)第15页RadFrac—配置（冷凝器）第16页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)选用原则：塔底液相产品与返塔的气相成相平衡，选Kettle，反之Thermosyphon；如果塔底产品与进入再沸器的液体条件完全一致，选Thermosyphon。第17页RadFrac—配置(再沸器)第18页RadFrac—再沸器（热虹吸再沸器）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）第19页RadFrac—再沸器（热虹吸再沸器）第20页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）第21页RadFrac—配置(有效相态)第22页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）第23页收敛（Convergence）RadFrac提供了一系列收敛技术，均包括收敛算法（convergencealgorithm）和初始化方法（initializationmethod）MethodAlgorithmInitializationStandard(default)：标准StandardStandardPetroleum/Wide-boiling：石油Sum-RatesStandardStronglynon-idealliquidNonidealStandardAzeotropic：共沸NewtonAzeotropicCryogenic：深度冷冻StandardCryogenicCustom：用户自定义SelectAnySelectAny第24页RadFrac—配置(收敛方法)第25页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：第26页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)操作设定从十个选项中选择：第27页RadFrac—配置(操作设定)第28页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：第29页进料物流位置和规则：ABOVE-STAGE:从进料物流来的气体进入进料板上一层塔板，液体进入进料板位置；ON-STAGE:来自进料的气体和液体都进入进料板位置。RadFrac—流股第30页RadFrac—流股第31页RadFrac—压强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：第32页RadFrac—压强第33页RadFrac—压强第34页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（有气相-液相溜出物）。只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率（VaporFraction）两个参数之一。第35页RadFrac—冷凝器（2）第36页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—冷凝器第37页RadFrac—冷凝器第38页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—结果查看第39页结果简汇给出塔顶（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—结果简汇第40页RadFrac—结果简汇第41页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—分布剖形第42页RadFrac—分布剖形第43页RadFrac—分布剖形第44页绘图向导（PlotWizard）用绘图向导(在Plot菜单上PlotWizard)能立即生成模拟结果的曲线图，你能用绘图向导显示如下操作的结果:所有分离模型RadFrac、MultiFrac、PetroFrac和RateFrac的数据分布物性分析数据回归分析点击数据窗口中的对象生成该对象的曲线图向导（plotWizard）引导你执行生成图表的基本操作在Next按钮上点击继续点击Finish按钮按缺省设置生成图第45页第46页段间加热器和冷却器中段循环倾析器第47页例1：书（P93）用书P79，例4简捷算法DSTWU模型计算得到的塔板数、回流比等采用RadFrac模型进行校核和确定（1）简捷算法DSTWU模型计算得到的塔板数、回流比等是否能达到分离要求，如果不能达到，如何解决（2）绘制曲线①绘制轻关键组分和重关键组分沿塔板液相组成变化趋势图；②绘制每块踏板的气体流率和液体流率变化趋势图。ASPENPLUS的简捷法精馏塔设计——示例第48页第49页第50页第51页第52页第53页第54页第55页第56页第57页第58页第59页第60页第61页第62页ASPENPLUS设计精馏塔的步骤1、确定分离过程的关键组分；2、采用DSTWU模型确定精馏塔的理论板数、回流比和进料位置等基本参数；3、采用RADFRAC模型进行严格核算；4、进行设计规定的计算；5、进行填料塔或板式塔的设计计算，确定塔径和塔高等参数；6、进行填料塔或板式塔的核算，确定塔的操作性能。第63页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)和变量(V