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Aspen-plus模拟精馏塔说明书

Aspen plus模拟精馏塔说明书
一、 设计题目
根据以下条件设计一座分离甲醇、水、正丙醇混合物的连续操作常压精馏塔：
生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70%w，水 28.5%w，丙醇1.5%w；产品组成：甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w；进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。
二、 设计要求
对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并利用AutoCAD绘制塔设备图，并写出设计说明。
(1).进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；
(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置NF；最佳侧线出料位置NP；
(3).回流比R；
(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；
(5).塔内构件塔板或填料的设计。
三、分析及模拟流程
1.物料衡算（手算）
目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。
内容:
(1)生产能力:一年按8000 hr计算，进料流量为
100000/(8000*0.7)=17.86 t/hr。
(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：
原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；
产品:甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w。
(3).温度及压降：
进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；
所有塔板Murphree 效率0.35。
2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算
目的:对精馏塔进行简捷计算，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、理论板数和加料板位置。
3.灵敏度分析
目的:研究回流比与塔径的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数；研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。
方法:作回流比与塔径的关系曲线（NT-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。
4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算
目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。
方法:用RadFrac模块进行精确计算，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定，检验计算数据是否收敛，计算出塔径等主要尺寸。
5. 塔板设计
目的：通过塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。
方法：在Specification表单中输入该塔段(Trayed section)的起始塔板(Starting stage)和结束塔板(Ending stage)、塔板类型(Tray type)、塔板流型程数(Number of passes)、以及板间距(Tray spacing) 等几何结构参数。
6.塔板核算
目的:计算塔板的热负荷。
方法：对第5步的计算结果（塔径）按设计规范要求进行必要的圆整，用 RadFrac模块的Tray Rating，对塔进行设计核算。
7.设计结果汇总

进料
塔顶
塔底
侧线
流量/ lbmol/h
1492
717
764
275
温度/℃
50
58.8
101
72
操作压力/atm
1
回流比
0.18
塔板形式
筛板式
塔径/m
塔板间距/m
2.2
0.5
塔板数
总塔板数N
最佳加料板位置NF
最佳侧线
出料位置NP
51
48
42
一. 用简捷模块（DSTWU）进行初步模拟
1.连接流股

图1-1
2. 设定全局特性

图1-2
3. 输入化学组分信息

图1-3
4. 选择计算方法和模型

图1-4
5. 输入外部流股信息

图1-5
6. 输入单元模块参数

图1-6
7. 运行程序

图1-7
8.查看结果

图1-8
a.流股信息

图1-9
b.最小回流比：0.46 ；实际回流比：0.7049 ；最小理论板数：10 ；
理论板数：18 ；加料板位置：12。（如图1-10）

图1-10

图1-11
二、灵敏度分析

图2-1
绘NT-R图

图2-2
三、 用详细计算模块（RadFrac）进行计算
1.将DSTWU模型换成RadFrac模型

图3-1
2.设定配置

图3-2
3.设定流股

图3-3
4.设定压强

图3-4
5.运行程序

图3-5
6.查看结果

图3-6
7.连接侧线出料并计算

图3-7

图3-8

图3-9
8.加入Murphree 效率并计算

图3-10

图3-11

图3-12

图3-13
9.运行程序

图3-14
10.查看结果

图3-15
11.反复计算，直到进料板的甲醇含量接近0.7

图3-16

图3-17

图3-18
第48块板的进料接近0.7，将进料板位置设为48，重新计算。

图3-19

图3-20
第48快板的甲醇含量为0.7，满足设计要求，计算完毕。
12. 设定设计规定(Design Specs)和变化(Vary)

图3-21

图3-22

图3-23

图3-24

图3-25

图3-26
进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量

图3-27
冷凝器参数

图3-28
再沸器参数

图3-29
四、 塔板设计
塔板类型选为筛板塔；板间距(Tray spacing)选为0.5 m。
图4-1

图4-2

图4-3
塔内径：2.18 m，圆整为2.2 m；降液管截面积：0.1 ；
侧降液管流速：0.01m/s ；侧堰长：1584，查文献圆整1598。

图4-4

五、塔板核算

图5-1

图5-2

图5-3
最大液泛因子：0.783，小于0.8；最大降液管液位/板间距：0.307，在0.25--0.5之间，塔径核算成功。
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