Aspen简捷法精馏塔设计计算解析

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模块第一页，共44页。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Extract5塔Columns模块第二页，共44页。DSTWU(简捷法精馏设计)Distl（简捷法精馏核算）SCFrac模块5塔Columns模块---简捷蒸馏模块第三页，共44页。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---简捷蒸馏模块第四页，共44页。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---简捷蒸馏模块第五页，共44页。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---简捷蒸馏模块第六页，共44页。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---简捷蒸馏模块第七页，共44页。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---简捷蒸馏模块第八页，共44页。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---简捷蒸馏模块第九页，共44页。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---简捷蒸馏模块第十页，共44页。利用精馏方法对附表中进料流股进行分离，其压强为445830Pa，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/sPropane0.0006I-Butane0.0013N-Butane0.0038I-Pentane0.0025N-Pentane0.0019N-Hexane0.0025第十一页，共44页。1）流程图绘制在Columns/DSTWU中ICON1例5-1简捷法精馏设计计算第十二页，共44页。1）流程图绘制例5-1简捷法精馏设计计算第十三页，共44页。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）RunType：Flowsheet要求显示流股的摩尔分率。第十四页，共44页。3）组分输入例5-1简捷法精馏设计计算第十五页，共44页。4）进料流股参数设置例5-1简捷法精馏设计计算第十六页，共44页。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。第十七页，共44页。6）DSTWU结果查看例5-1简捷法精馏设计计算第十八页，共44页。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第十九页，共44页。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第二十页，共44页。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第二十一页，共44页。1）流程图绘制例5-2简捷法精馏设计计算第二十二页，共44页。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：METRunType：Flowsheet报告要求显示流股的摩尔分率。第二十三页，共44页。3）组分输入例5-2简捷法精馏设计计算第二十四页，共44页。4）进料流股参数设置例5-2简捷法精馏设计计算第二十五页，共44页。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NC4Recov=29.7248/30=0.9908重关键组分为I-C5Recov=0.2247/20=0.01124例5-2简捷法精馏设计计算第二十六页，共44页。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。第二十七页，共44页。6）DSTWU结果查看例5-2简捷法精馏设计计算第二十八页，共44页。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688.95kJ/sec第二十九页，共44页。灵敏度分析灵敏度分析定义方法：Data/modelanalysisTools(模型分析工具）/sensitivity(灵敏度分析）灵敏度分析对象管理器第三十页，共44页。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）规定表格第三十一页，共44页。例5-3灵敏度分析第三十二页，共44页。1）定义因变量（Flowsheetvariable）例5-3灵敏度分析第三十三页，共44页。1）定义因变量（Flowsheetvariable）例5-3灵敏度分析第三十四页，共44页。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灵敏度分析第三十五页，共44页。3）规定表格(Tabulate)---规定需要软件计算的变量列表例5-3灵敏度分析第三十六页，共44页。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灵敏度分析第三十七页，共44页。运行计算，/ModelAnalysisTools/Sensitivity/S-1/Results/，查看结果例5-3灵敏度分析第三十八页，共44页。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2kmol/h，塔底出料中乙烷流率不得高于2kmol/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/hC1160C2370C3240n-C425n-C55第三十九页，共44页。简捷法精馏设计计算---习题习题5.1脱乙烷塔分离结果第四十页，共44页。简捷法精馏设计计算---习题习题5.1脱乙烷塔分离结果第四十一页，共44页。第四十二页，共44页。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1kmol/h，塔底出料中M-xylene流率不得高于1kmol/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/hEthylbenzene100P-xylene100M-xylene200O-xylene100第四十三页，共44页。第四十四页，共44页。