化工模拟实训作业(甲醇-水精馏分离过程模拟计算 )

1、吉林化工学院化工过程模拟实训报告 题目： 甲醇-水精馏分离过程模拟计算 教 学 院 石油化工学院 专业班级 化工1204班 学生学号 12110432 学生姓名 常月 指导教师 刘艳杰 2014 年9月28日 1、软件功能简介Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。AspenPlus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”，并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不

2、断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。Aspen Plus是AspenTech工程套装软件(AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。 Aspen Plus包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。比如像电解质模拟，Aspen Plus主要的功能如下:（1） Windows交互性界面 （2） 图形向导 （3） EO模型 （4） ActiveX

3、 (OLE Automation)控件 全面的单元操作：包括气/液，气/液/液，固体系统和用户模型。 （1） ACM Model Export选项 （2） 热力学物性 （3） 收敛分析 （4） Calculator models 计算模式 （5） 灵敏度分析 （6） 案例研究 （7） Design Specification 功能: （8） 数据拟合 （9） 优化功能 （10） 开放的环境2、已知基础数据及分离任务（1）已知基础数据F1：35，101kPa，1000 kg/hr的甲醇(62%w)-水(38%w)。F2：20, 150kpa, 1111kg/hr的甲醇（69%w)-水（31%w）

4、F3：25， 120kpa 1169kg/hr的甲醇（79%w）-水（21%w） 精馏塔进料流量：3000 kg/hr，进料温度55C，压力120kPa。（2）分离任务塔顶产品甲醇含量不低于99.9%(w)， 塔底产品水含量不低于99.9%(w)。甲醇回收率不低于99.1%，水回收率不低于99.5%。3、流程叙述将温度为35 C，压力为101kPa，流量为1220 kg/hr的甲醇(62%w)-水(38%w)。 与温度为20 C，压力为150kPa，流量为1111 kg/hr的甲醇（69%w)-水（31%w）及温度为25 C，压力为120kPa，流量为1169kg/hr的甲醇（79%w）-水（

5、21%w）在混合器M0101中混合。将混合后的物料经分流器S0101分流出3000kg/hr由泵P0101打入换热器E0101，在换热器中将物料加热至55 C后，进入精馏塔T0101进行甲醇-水混合液的精馏分离，经精馏后塔顶得到99.9%的甲醇，塔釜得到99.9%的水。流程图见图1所示。 图1 甲醇-水分离流程图 4、模拟计算过程的简述4.1 模拟的全局设置（1） 启动ASPEN 点击ASPEN桌面快捷方式进入 （2） 单位制的选择 选择米制 General with Metric Units（3） 运行类型的确定 运行类型为Flowsheet （4）组分的输入 组分为水（H2O）和甲醇(CH

6、4O)，依次输入并命名 （5） 热力学方法的选择 选择NRTL方程 4.2混合器的模拟计算（1） 模型 （2） 流股数据的输入 F1的输入：温度35 压力101kpa 流量为1000 kg/hr的甲醇(62%w)-水(38%w) F2的输入：温度为20 C，压力为150kPa，流量为1111 kg/hr的甲醇（69%w)-水（31%w）F3的输入：温度为25 C，压力为120kPa，流量为1169kg/hr的甲醇（79%w）-水（21%w） （3） 进料F1、F2、F3与混合后FM的数据 F1F2F3FMTemperature C 35202527.1Pressure bar 1.011.51

7、.21.01Vapor Frac 0000Mole Flow kmol/hr 49.3443.04242.448134.831Mass Flow kg/hr 1220111111693500Volume Flow cum/hr 1.451.3141.424.188Enthalpy MMkcal/hr -3.098-2.679-2.577-8.355 CH4O 756.4766.59923.512446.5 H2O 463.6344.41245.491053.5 CH4O 0.620.690.790.699 H2O 0.380.310.210.301 CH4O 23.60623.92428.82

8、276.353 H2O 25.73419.11813.62758.478Enthalpy cal/gm -2539.73-2411.27-2204.81-2387.09Heat Cap cal/gm-K 0.8690.8350.8250.845Conductivity kcal-m/hr-sqm0.2090.2030.1910.2Density kg/cum 841.27845.321823.004835.795Viscosity cP 0.5980.7430.6370.653Surface Ten dyne/cm 47.18545.35838.46343.882 4.3分流器的模拟计算（1）

9、模型，将混合后的物料经分流器S0101分流出3000kg/hr （2） 分流器S0101的数据输入：质量流率为3000kg/hr（3） 分流器流股数据结果：FMF4F5Temperature C 27.127.127.1Pressure bar 1.011.011.01Vapor Frac 000Mole Flow kmol/hr 134.83119.262115.569Mass Flow kg/hr 35005003000Volume Flow cum/hr 4.1880.5983.589Enthalpy MMkcal/hr -8.355-1.194-7.161 CH4O 2446.5349

10、.52097 H2O 1053.5150.5903 CH4O 0.6990.6990.699 H2O 0.3010.3010.301 CH4O 76.35310.90865.445 H2O 58.4788.35450.124Enthalpy cal/gm -2387.09-2387.09-2387.09Heat Cap cal/gm-K 0.8450.8450.845Conductivity kcal-m/hr-sqm0.20.20.2Density kg/cum 835.795835.795835.795Viscosity cP 0.6530.6530.653Surface Ten dyne

11、/cm 43.88243.88243.882 4.4泵的模拟计算（1）模型，由分流器S0101分流出3000kg/hr，进入泵 （2）泵的数据输入：入口压力为120kpa （3）经泵后流股数据结果：FMF4F5Temperature C 27.127.127.1Pressure bar 1.011.011.01Vapor Frac 000Mole Flow kmol/hr 134.83119.262115.569Mass Flow kg/hr 35005003000Volume Flow cum/hr 4.1880.5983.589Enthalpy MMkcal/hr -8.355-1.194

12、-7.161 CH4O 2446.5349.52097 H2O 1053.5150.5903 CH4O 0.6990.6990.699 H2O 0.3010.3010.301 CH4O 76.35310.90865.445 H2O 58.4788.35450.124Enthalpy cal/gm -2387.09-2387.09-2387.09Heat Cap cal/gm-K 0.8450.8450.845Conductivity kcal-m/hr-sqm0.20.20.2Density kg/cum 835.795835.795835.795Viscosity cP 0.6530.653

13、0.653Surface Ten dyne/cm 43.88243.88243.882 4.5换热器的模拟计算（1）模型，经泵P0101打入换热器E0101 （2）换热器温度数据的输入：温度为55（3）进入换热器E0101前后流股数据结果：FPFETemperature C 27.255Pressure kg/sqcm 1.2241.224Vapor Frac 00Mole Flow kmol/hr 115.569115.569Mass Flow kg/hr 30003000Volume Flow cum/hr 3.593.732Enthalpy MMkcal/hr -7.161-7.089

14、CH4O 20972097 H2O 903903 CH4O 0.6990.699 H2O 0.3010.301 CH4O 65.44565.445 H2O 50.12450.124Enthalpy kcal/kg -2387.07-2362.89Heat Cap cal/gm-K 0.8450.895Conductivity kcal-m/hr-sqm0.20.193Density gm/cc 0.8360.804Viscosity cP 0.6520.433Surface Ten dyne/cm 43.87940.191 4.6精馏塔的模拟计算4.6.1精馏塔的简捷计算DSTWU（1）模型，

15、由E0101加热后进入精馏塔T0101 （2） DSTWU数据输入：回流比是最小回流比的1.2倍，轻组分为CH4O,重组分为H20塔顶压力为塔底压力为，冷凝器为全凝器 （3）DSTWU 塔T0101的结果：（记录最小回流比、回流比、最少板数、实际板数、理论板数、塔顶产品与进料摩尔流率比） （4）T0101的流股数据： FEDWTemperature C 5564.5102.7Pressure kg/sqcm 1.2241.031.224Vapor Frac 000Mole Flow kmol/hr 115.56965.10750.463Mass Flow kg/hr 30002082.6429

16、17.358Volume Flow cum/hr 3.7322.7981.009Enthalpy MMkcal/hr -7.089-3.646-3.367 CH4O 20972078.12718.873 H2O 9034.515898.485 CH4O 0.6990.9980.021 H2O 0.3010.0020.979 CH4O 65.44564.8560.589 H2O 50.1240.25149.873Enthalpy kcal/kg -2362.89-1750.89-3669.83Heat Cap cal/gm-K 0.8950.8531.077Conductivity kcal-m

17、/hr-sqm0.1930.1630.516Density gm/cc 0.8040.7440.909Viscosity cP 0.4330.3450.271Surface Ten dyne/cm 40.19119.06657.198（5）生成回流比和板数的关系：由下表作图,以理论板数为x轴，以回流比为y轴，点击plot作图 Theoretical stagesReflux ratio121.3324222713100077316150.85619875160.73040606170.67164842180.64064013190.62054424200.606043

18、1210.59490035220.58597872230.57861017240.57242068250.56711647260.56250934270.55846301280.55487594290.55167059300.54878656 4.6.2精馏塔的严格计算（1）模型：将DSTWU塔换位RADFRAC（2）塔的数据输入： 实际板数 进料位置塔顶压力和塔顶塔底压差（3）运行后流股数据结果： 由上表可知纯度不和格，需要进行下一步设计（4）设计部分（Dsign Specs） 确定产品质量纯度为99% 产品为CH4O在塔顶馏出（5） 设计部分（Dsign Specs）确定产品质量纯度为99

19、%产品为H2O在塔釜中馏出（6）变量Vary的设置Vary 1 ：变量为回流比，最小回流比为1.868 Lower bonud 设为0.59 Upper bound 设为 3Vary 2 :变量为塔顶产品与进料摩尔流率比，其值为0.5634，Lower bonud 设为0.5632 Upper bound 设为 0.57（7）运行后的最终流股数据结果为：FEDWTemperature C 5564.5104.7Pressure bar 1.21.011.2Vapor Frac 000Mole Flow kmol/hr 115.56965.53350.036Mass Flow kg/hr 300

20、02098.196901.804Volume Flow cum/hr 3.7322.8190.988Enthalpy MMkcal/hr -7.089-3.669-3.342 CH4O 20972096.0980.902 H2O 9032.098900.902 CH4O 0.6990.9990.001 H2O 0.3010.0010.999 CH4O 65.44565.4170.028 H2O 50.1240.11650.008Enthalpy cal/gm -2362.89-1748.56-3706.21Heat Cap cal/gm-K 0.8950.8521.084Conductivity kcal-m/hr-sqm0.1930.1620.579Density kg/cum 803.785744.221912.982Viscosity cP 0.4330.3450.266Surface Ten dyne/cm 40.19118.97357.267当产品纯度满足要求时，由下图可得出：回流比(Reflux ratio)为：1.2728472