分离单元化工设计.ppt

SimulationDesignofSeparationProcesses分离单元的仿真设计 二 CAPD基础第八讲 分离过程模型的分类 AspenPlus中的分离过程模型包含两大类别 简单分离单元模型塔设备单元模型 塔设备单元模型 分类 DSTWUDistlRadFracExtract 塔设备 Columns 单元共有9种模块 MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac 塔设备单元模型 分类 2 DSTWU简捷精馏 设计 DSTWU模块用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最小回流比 最小理论板数 给定回流比下的理论板数和加料板位置 DSTWU简捷精馏 2 DSTWU 连接 DSTWU模型的连接图如下 物性模型选择 1 塔设定 Columnspecifications 1 塔板数 Numberofstages 2 回流比 Refluxratio 0 实际回流比 1 绝对值 实际回流比 最小回流比 DSTWU 模型参数 DSTWU模型有四组模型设定参数 DSTWU 模型参数 2 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 DSTWU 模型参数 3 DSTWU模型有四组模型设定参数 DSTWU 模型参数 4 3 压力 Pressure 1 冷凝器 Condenser 2 再沸器 Reboiler DSTWU 模型参数 5 DSTWU模型有四组模型设定参数 DSTWU 模型参数 6 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 Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate DSTWU 模型参数 7 DSTWU模型有四组模型设定参数 DSTWU 模型参数 8 含乙苯30 w 苯乙烯70 w的混合物 F 1000kg hr P 0 12MPa T 30 C 用精馏塔 塔压0 02MPa 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 1 生成回流比 理论板数关系表 Generatetableofrefluxratiovs numberoftheoreticalstages 2 计算等板高度 CalculateHETP DSTWU 计算选项 DSTWU模型有两个计算选项 DSTWU 计算选项 2 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 和增量值 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 DSTWU 计算选项 3 DSTWU 计算选项 4 DSTWU 计算选项 5 合理的理论板数应在曲线斜率绝对值较小的区域内选择 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 DSTWU 应用示例 3 Distl简捷精馏 操作 Distl模块用Edmister方法计算给定精馏塔的操作结果 Distl 连接 Distl模块的连接图如下 Distl 模型参数 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Reboilerpressure Distl 模型参数 2 Distl 计算结果 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Feedquality Distl 计算结果 2 含水30 w 甲醇70 w的混合物 F 1000kg hr P 0 12MPa T 20 C 用精馏塔 塔压0 12MPa 分离 采用全凝器 22块理论塔板 加料板在第15块 摩尔回流比0 56775 馏出物 加料摩尔比0 641 核算分离效果 再沸器功率 Distl 应用示例 1 RadFrac精密分离模块 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精密分离模块 2 RadFrac 连接 RadFrac模块的连接图如下 RadFrac 模型设定 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 RadFrac 配置 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 RadFrac 配置 2 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 冷凝器 2 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 再沸器 2 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 RadFrac 配置 有效相态 2 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 收敛方法 2 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 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 2 操作设定从十个选项中选择 RadFrac 配置 操作设定 3 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 RadFrac 流股 2 RadFrac 压强 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 RadFrac 压强 2 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 RadFrac 冷凝器 2 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 3 冷凝器设定有两组参数 RadFrac 冷凝器 4 RadFrac 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 RadFrac 再沸器 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 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 RadFrac 结果简汇 2 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 RadFrac 分布剖形 2 RadFrac 分布剖形 3 根据DSTWU示例 2 的结果 选取R 20 NT 72 NF 42 用RadFrac模块进行精确计算 再根据浓度分布剖形结果选取最佳进料板位置 重新进行校核计算 RadFrac 应用示例 1 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 和变化 Vary 两组对象进行设定 可以设置多个设计规定对象和多个变化对象 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 设计规定 2 RadFrac 设计规定对象 设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标1 规定 Specification 2 组分 Components 3 进料 产物流股 Feed ProductStreams RadFrac 设计规定对象 2 RadFrac 设计规定对象 3 在规定表单中输入以下指标1 类型 Type 有36种变量类型共选用2 目标 Target 设定规定变量的目标值3 流股类型 Streamtype 产物 Product 内部 Internal 倾析器 Decanter RadFrac 设计规定对象 4 RadFrac 设计规定对象 5 在组分表单中输入定义目标值的组分 Components 分子 和基准组分 BaseComponents 分母 从左侧可用组分 Availablecomponents 框中选择需用组分到右侧的选用组分 SelectedComponents 框中 RadFrac 设计规定对象 6 RadFrac 设计规定对象 7 在进料 产物流股表单中选择定义设计规定目标值的流股名称 RadFrac 设计规定对象 8 RadFrac 变化对象 在变化对象的Specification表单中输入调节变量及其调节范围的上 下限值 RadFrac 变化对象 2 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 RadFrac模块可以设定实际塔板的板效率 Efficiencies 用户可选用蒸发效率 VaporizationEfficiencies 或墨弗里效率 MurphreeEfficienc