Aspen简捷法精馏塔设计计算

,第,*,页,*,1,5,简捷法精馏塔设计计算,塔设备是化工生产中应用最为广泛的操作设备之一，通常在其中进行蒸馏（精馏）、吸收和萃取单元操作。吸收和蒸馏实际都是气液相平衡的单元操作，只是蒸馏过程的热量平衡相对更为复杂。,对塔设备可分为三大类：简捷法计算的蒸馏塔、严格法计算的蒸馏塔和液,-,液萃取塔三类。,5,塔,Columns,模块,进行,简捷蒸馏,的模型有,DSTWU,Distl,和,SCFrac,进行,严格的多级分离,的模块有,RadFrac,MultiFrac,PetroFrac,RateFrac,用于,液,-,液萃取塔,的严格模型有,Extract,5,塔,Columns,模块,DSTWU(,简捷法精馏设计,),Distl,（简捷法精馏核算）,SCFrac,模块,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,DSTWU(,简捷法精馏设计,),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蒸馏塔，采用,Winn-Underwood-Gilliland,方法进行简捷法蒸馏设计计算。,模型中假设恒定的摩尔流和恒定的相对挥发度，需输入轻、重关键组分的回收率。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,DSTWU(,简捷法精馏设计,),采用,Winn,法估算最小级数，,Underwood,法估算最小回流比，,Gilliland,法规定级数所必需的回流比或规定回流比所必需的级数。,可确定最小回流比、最小级数或实际回流比、实际级数。模型也估算最适宜的进料位置、冷凝器和再沸器负荷。可生成回流比对于级数的表和曲线。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,Distl,（简捷法精馏核算）,Distl,模型可以模拟一个带有一股进料和两种产品的多级多组分的蒸馏塔，塔可带有分凝器或全凝器。模型假定恒摩尔流和恒相对挥发度。用,Edimister,法进行产品组成。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,Distl,（简捷法精馏核算）,Distl,模型必需规定：,理论板数,回流比,塔顶产品流率,其他相关的塔设备参数等,可规定一个部分的或全部冷凝器。,Distl,可估算冷凝器和再沸器的负荷。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,SCFrac,(,简捷法多塔蒸馏,),SCFrac,模型可以对具有一股进料、一股可选的汽提蒸汽流和任何股产品的复杂塔进行简捷法蒸馏的模拟计算，估算理论级数和每个塔段的加热（冷却）负荷。用于模拟炼油塔（原油单元和减压塔）。模型将有,n,个产品的塔分割成,n-1,个塔段并从上而下为这些塔段编号。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,SCFrac,(,简捷法多塔蒸馏,),对每个塔段必需规定产品压力和基于进料流率的产品流率或分率，对所有产品，除馏出物外必须规定蒸汽与产品的比值。,计算中由于进行蒸汽计算，所以水必须被定义为一个组分。所以水都与塔顶产品一起离开。,该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器中完成。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,SCFrac,(,简捷法多塔蒸馏,),SCFrac,估算：,产品组成和流率,每一段的级数,每一段的热或冷负荷,该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器中完成。,5,塔,Columns,模块,-,简捷蒸馏模块,利用精馏方法对附表中进料流股进行分离，其压强为,445830 Pa,，处于饱和液体状态。规定该分离操作的轻、重关键组分分别为,N-Butane,和,I-Pentane,，塔顶产品中轻、重关键组分的回收率（,recovery,）分别为,0.9908,和,0.0112,，并规定操作采用回流比为最小回流比的,1.8,倍。体系热力学性质计算采用“,SRK”,模型方程。,试确定：该条件下的最小回流比、理论板数、最小理论板数及适宜的进料位置。,例,5-1,简捷法精馏设计计算,组分,流量,/,kmol/s,Propane,0.0006,I-Butane,0.0013,N-Butane,0.0038,I-Pentane,0.0025,N-Pentane,0.0019,N-Hexane,0.0025,1,）流程图绘制,在,Columns/DSTWU,中,ICON1,例,5-1,简捷法精馏设计计算,1,）流程图绘制,例,5-1,简捷法精馏设计计算,例,5-1,简捷法精馏设计计算,2,）全局参数设置,进入,setup/specification,进行全局变量（,global,设置。这里,工程单位：自定义,us-1,（以,MET,为基础）,Run Type,：,Flowsheet,报告要求显示流股的摩尔分率。,3,）组分输入,例,5-1,简捷法精馏设计计算,4,）进料流股参数设置,例,5-1,简捷法精馏设计计算,5,）,DSTWU,模型设置,例,5-1,简捷法精馏设计计算,回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于,Rmin,则系统安装,2Rmin,作为回流比进行计算；如大于,Rmin,，就按照实际的值进行计算。,6,）,DSTWU,结果查看,例,5-1,简捷法精馏设计计算,6,）,DSTWU,结果查看,例,5-1,简捷法精馏设计计算,最小回流比为,1.05,实际回流比为,1.8,最小理论板数为,10.5,实际塔板数为,17.5,进料板位置为第,10,块板,再沸器所需的热量为,76551cal/sec,冷凝器所需的冷量量为,308.5cal/sec,例,2,设计一精馏塔。泡点进料，进料组成、塔顶产品要求见表。操作压力为,4.4atm,。要求塔顶采用全凝器，回流比为,1.8,。热力学计算采用物性方法,PENG-ROB,。采用,DSTWU,模块设计满足上述分离要求的精馏塔。,例,5-2,简捷法精馏设计计算,进料,组分,进料流率,/,kmol/h,塔顶流率,要求,/,kmol/h,丙烷,5,异丁烷,10,正丁烷,30,不低于,29.7248,异戊烷,20,不高于,0.2247,正戊烷,15,正己烷,20,1,）流程图绘制,在,Columns/DSTWU,中,ICON1,冷凝器为全凝器；连接流股时注意连接位置，,例,5-2,简捷法精馏设计计算,1,）流程图绘制,例,5-2,简捷法精馏设计计算,例,5-2,简捷法精馏设计计算,2,）全局参数设置,进入,setup/specification,进行全局变量（,global,设置。这里,工程单位：,MET,Run Type,：,Flowsheet,报告要求显示流股的摩尔分率。,3,）组分输入,例,5-2,简捷法精馏设计计算,4,）进料流股参数设置,例,5-2,简捷法精馏设计计算,5,）,DSTWU,模型设置,这里轻关键组分为,NC4,，重关键组分为,I-C5,。,对于轻关键组分,NC4,Recov,=29.7248/30=0.9908,重关键组分为,I-C5,Recov,=0.2247/20=0.01124,例,5-2,简捷法精馏设计计算,5,）,DSTWU,模型设置,例,5-2,简捷法精馏设计计算,回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于,Rmin,则系统安装,2Rmin,作为回流比进行计算；如大于,Rmin,，就按照实际的值进行计算。,6,）,DSTWU,结果查看,例,5-2,简捷法精馏设计计算,6,）,DSTWU,结果查看,例,5-2,简捷法精馏设计计算,最小回流比为,1.32,实际回流比为,1.8,最小理论板数为,12.8,实际塔板数为,23.7,进料板位置为第,12,块板,再沸器所需的热量为,753.31kJ/sec,冷凝器所需的热量为,688.9,5kJ/sec,灵敏度分析,灵敏度分析定义方法：,Data/model analysis Tools(,模型分析工具）,/sensitivity(,灵敏度分析）,灵敏度分析对象管理器,例,5-3,以例,5-2,为基础，由灵敏度分析工具，考察回流比的变化对实际塔板数的影响。,例,5-3,灵敏度分析,灵敏度分析定义方法：,1,）定义目标变量,2,）定义自变量,3,）规定表格,例,5-3,灵敏度分析,1,）定义因变量（,Flowsheet,variable,）,例,5-3,灵敏度分析,1,）定义因变量（,Flowsheet,variable,）,例,5-3,灵敏度分析,2,）定义自变量,(Vary)-,回流比（,RR,）自,1.4-10,，步长为,0.5,变化,例,5-3,灵敏度分析,3,）规定表格,(Tabulate)-,规定需要软件计算的变量列表,例,5-3,灵敏度分析,课堂练习：,分析回流比对于再沸器热负荷和冷凝器的冷量的影响，将计算结果绘图,例,5-3,灵敏度分析,运行计算，,/Model Analysis Tools/Sensitivity/S-1/Results/,，,查看结果,例,5-3,灵敏度分析,5.1,设计一脱乙烷塔分离附表所示物料，要求塔顶采出中丙烷流率不得高于,2,kmol/h,，塔底出料中乙烷流率不得高于,2,kmol/h,。假定操作回流比为最小回流比的,2.5,倍，选择,(,部分,),冷凝器。计算最小回流比、所需的平衡级数及适宜的进料位置。,(,进料流股温度为,305.4K,，压强,2500kPa),简捷法精馏设计计算,-,习题,组分,流量,/,kmol/h,C1,160,C2,370,C3,240,n-C4,25,n-C5,5,简捷法精馏设计计算,-,习题,习题,5.1,脱乙烷塔分离结果,简捷法精馏设计计算,-,习题,习题,5.1,脱乙烷塔分离结果,5.2,设计一精馏塔用于分离附表所示乙苯与二甲苯混合物。流股在,205kPa,下泡点进料。,设计要求塔顶出料中要求塔顶采出中,O-,xylene,流率不得高于,1,kmol/h,，塔底出料中,M-,xylene,流率不得高于,1,kmol/h,。假定操作回流比为最小回流比的,1.1,倍，塔顶操作压强为,170kPa,，塔压降为,70kPa,。,1,）,计算所需的平衡级数、操作回流比及适宜的进料位置。,2,）,估算塔顶馏出液及釜液组成，并与,题中,给定值做比较。,简捷法精馏设计计算,-,习题,组分,流量,/,kmol/h,Ethylbenzene,100,P-,xylene,100,M-,xylene,200,O-,xylene,100,