第四章 多组分平衡级分离过程计算(四)

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（四）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4.3.3精馏塔内件（塔板和填料）的设计与核算板式塔和填料塔进行设计、核算以及执行压降计算的扩展功能：TraySizing（塔板设计）TrayRating（塔板核算）PackSizing（填料设计）PackRating（填料核算）三个塔模型中是可用的：RadFracMultiFracPetroFrac第5页RadFrac—塔板设计(Traysizing)塔板设计(Traysizing):计算：给定板间距下的塔径。可将塔分成多个塔段分别设计合适的塔径。规定：Specification表单，塔段(Trayedsection)的起始塔板(Startingstage)和结束塔板(Endingstage)序号，塔板类型(Traytype)，塔板流型程数(Numberofpasses)，以及板间距(Trayspacing)等几何结构(Geometry)参数。第6页RadFrac—塔板设计(Traysizing)第7页RadFrac—塔板设计(Traysizing)塔板类型提供了五种塔板供选用：1、泡罩塔板（BubbleCap）2、筛板（Sieve）3、浮阀塔板（GlistchBallast）4、弹性浮阀塔板（KochFlexitray）5、条形浮阀塔板（NutterFloatValve)第8页RadFrac—塔板设计(Traysizing)第9页塔板流型程数(Numberofpasses)单通道塔板双通道塔板三通道塔板四通道塔板RadFrac—塔板设计(Traysizing)第10页单通道塔板第11页双通道塔板第12页三通道塔板第13页四通道塔板第14页RadFrac—塔板设计(Traysizing)第15页RadFrac—塔板设计(Traysizing)结果(Results)表单计算结果：塔内径(Columndiameter)对应最大塔内径的塔板序号(Stagewithmaximumdiameter)降液管截面积/塔截面积(Downcomerarea/Columnarea)侧降液管流速(Sidedowncomervelocity)侧堰长(Sideweirlength)第16页RadFrac—塔板设计(Traysizing)第17页RadFrac—塔板设计(Traysizing)剖形(Profiles)表单计算结果：每一块塔板对应的塔内径(Diameter)塔板总面积(Totalarea)塔板有效区面积(Activearea)侧降液管截面积(Sidedowncomerarea)第18页RadFrac—塔板设计(Traysizing)第19页RadFrac—塔板核算（Trayrating）塔板核算（Trayrating）计算：给定结构参数的塔板负荷情况，可供选用的塔板类型与“塔板设计”中相同。与塔板设计配合使用，完成塔板选型和工艺参数的设计规定：“塔板核算”的输入参数除了从“塔板设计”带来的之外，还应补充塔盘厚度(Deckthickness)和溢流堰高度(Weirheights)，多流型塔板应对每一种塔盘都输入堰高。第20页RadFrac—塔板核算（Trayrating）第21页RadFrac—塔板核算（Trayrating）在塔板布置(Layout)表单中输入：浮阀的类型(Valvetype)、材质(Material)、厚度(Thickness)、有效区浮阀数目(Numberofvalvestoactivearea)；筛孔直径(Holediameter)和开孔率(Sieveholeareatoactiveareafraction)。第22页RadFrac—塔板核算（Trayrating）第23页RadFrac—塔板核算（Trayrating）第24页RadFrac—塔板核算（Trayrating）在降液管(Downcomer)表单中输入：降液管底隙(Clearance)；顶部宽度(Widthattop)；底部宽度(Widthatbottom)；直段高度(Straightheight)。第25页RadFrac—塔板核算（Trayrating）第26页RadFrac—塔板核算（Trayrating）塔板核算结果在结果(Results)表单中列出，有三个参数应重点关注：1、最大液泛因子(Maximumfloodingfactor)，应该小于0.8；2、塔段压降(Sectionpressuredrop)；3、最大降液管液位/板间距(Maximumbackup/Trayspacing)，应该在0.25~0.5之间。第27页RadFrac—塔板核算（Trayrating）第28页RadFrac—填料设计(Packsizing)填料设计(Packsizing)计算：选用某种填料时的塔内径。规定：在Specification表单中输入填料类型(Type)、生产厂商(Vendor)、材料(Material)、板材厚度(Sheetthickness)、尺寸(Size)、等板高度(Heightequivalenttoatheoriticalplate)等参数。第29页RadFrac—填料设计(Packsizing)第30页RadFrac—填料设计(Packsizing)填料类型共有53种填料供选用，以下是5种典型的散堆填料：1、拉西环（RASCHIG）2、鲍尔环（PALL）3、阶梯环（CMR）4、矩鞍环（INTX）5、超级环（SUPERRING）第31页RadFrac—填料设计(Packsizing)填料类型共有53种填料供选用，以下是5种典型的规整填料：1、带孔板波填料（MELLAPAK）2、带孔网波填料（CY）3、带缝板波填料（RALU-PAK）4、陶瓷板波填料（KERAPAK）5、格栅规整填料（FLEXIGRID）第32页RadFrac—填料设计(Packsizing)第33页RadFrac—填料设计(Packsizing)结果(Results)表单:塔内径(Columndiameter)最大负荷分率(Maximumfractionalcapacity)最大负荷因子(Maximumcapacityfractor)塔段压降(Sectionpressuredrop)比表面积(Surfacearea)。第34页RadFrac—填料核算（Packrating）填料核算（Packrating）计算给定结构参数的填料的负荷情况，可供选用的填料类型与“填料设计”中相同。“填料设计”与“填料核算”配合使用，可以完成填料选型和工艺参数设计。第35页RadFrac—填料核算（Packrating）第36页塔板和填料的设计与核算——示例（1）例6：根据书P93计算得到的精馏塔若为筛板塔，计算塔径；若为填料塔：填料类型：SulzerCYStandard；HETP：0.2m；液泛因子：0.8；最大压降：10kPa。试计算采用该种填料的填料塔信息。计算塔径为多少，压降，最大持液量。第37页塔板和填料的设计与核算作业3：根据作业2计算得到的精馏塔，对浮阀塔进行核算，浮阀信息如下：Traytype：NutterfloatValveBDHNumberofpasses：2Columndiameter：1.0mTrayspacing：0.5m.Weirheight：0.05mValvedensity：129/sqmDowncomerclearance：0.15mSidedowncomerwidth：0.22mCenterdowncomerwidth：0.18mStraightheight:0.05求最大液泛因子，以及profile中每一级的计算结果。第38页RadFrac—吸收计算RadFrac模块用于吸收计算时，1）在Configuration表单中将冷凝器和再沸器类型选为“None”；2）在Streams表单中将塔底气体进料板位置设为塔板总数加1，并将加料规则(Convention)设为“Above-Stage”；第39页RadFrac—吸收计算第40页RadFrac—吸收计算第41页RadFrac—吸收计算在收敛（Convergence）项目中将1、基本(Basic)表单里的算法(algorithm)设置为“Standard”，并将最大迭代次数(maximumiterations)设置为200;2、将高级(Advance)表单里的第一栏吸收器(Absorber)设置为“yes”。第42页RadFrac—吸收计算第43页RadFrac—吸收计算第44页4.3.4Extract—连续萃取塔Extract模块用逐级计算法精确计算连续逆流萃取过程的操作结果。第45页Extract—连续萃取塔第46页Extract—连接Extract模块的连接图如下：第47页1、塔设定(Specs)表单1)塔板数(Numberofstages)2)热状态选项(Thermaloptions)(1)绝热(Adiabatic)(2)指定温度剖形(Specifytemperature…)(3)指定热负荷剖形(Specifyheatduty…)Extract—模型参数Extract模块有四组基本模型参数：第48页Extract—模型参数第49页2、关键组分(Keycomponents)表单(1)第一液相(1stliquidphase)即比重较大的液相，从塔底出料。(2)第二液相(2ndliquidphase)即比重较小的液相，从塔顶出料。Extract—模型参数第50页Extract—模型参数第51页Extract—模型参数3、物流(Streams)表单塔顶和塔底必须各有一股进料和出料物流。如果还有侧线物流，则在此表单中设置侧线进料物流的加料板位置和侧线出料物流的出料板位置和流量。第52页Extract—模型参数第53页Extract—模型参数4、压强(Pressure)表单设置塔内的压强剖形。至少指定一块板的压强。未指定板的压强通过内插或外推决定。第54页Extract—模型参数第55页Extract—级效率1、选项(Options)表单选择使用通用级效率(Specifystageefficiencies)还是为每一个组分分别指定级效率(Specifyefficienciesforindividualcomponents)。Extract模块采用级效率来处理两液相组成未达到平衡的真实过程，缺省的级效率为1（平衡级）。第56页Extract—级效率第57页Extract—级效率2、级(Stages)表单输入每一块板上的通用板效率。3、组分(Components)表单输入每一个组分在每一块板上的组分板效率。第58页Extract—级效率第59页Extract—物性方法1、选项(Options)表单首先选择下列三类方法之一：1）用给定的物性方法（活度系数法或状态方程法）；2）KLL温度关联式；3）用户子程序。Extract模块提供三类方法求取液—液平衡分配系数。第60页Extract—物性方法第61页Extract—物性方法2、KLL关联式(KLLcorrelation)表单如果选择KLL温度关联式方法，则在此输入各关联式中的系数。第62页Extract—物性方法