AspenPlus应用基础-塔设备单元.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,AspenPlus应用基础-塔设备单元,塔设备单元模型 分类,DSTWU,Distl,RadFrac,Extract,塔设备,(Columns),单元共有,9,种模块，其中,RateFrac,和,BatchFrac,需要单独的许可证，其余7种可直接使用,：,MutiFrac,SCFrac,PetroFrac,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,连接,DSTWU,模型的连接图如下：,2、,关键组分回收率,(Key component recoveries),（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,DSTWU,模型有四组,模型设定参数,：,1、,塔设定(Column specifications),（1）塔板数（Number of stages),（2）,回流比,（,Reflux ratio),3、,压力,(Pressure),（1）冷凝器,（Condenser),（2再沸器,（,Reboiler),4、,冷凝器设定,(Condenser specifications),（1）全凝器,（Total condenser),（2）,带汽相馏出物的部分冷凝器,（,Partial condenser with vapor distillate),（3）带汽、液相馏出物的,部分冷凝器,（,Partial condenser with vapor and,liquid distillate),1、,生成回流比理论板数关系表,(Reflux ratio vs.Number of theoretical stages),2、,计算等板高度,(Calculate HETP),DSTWU,计算选项,DSTWU,模型有两个计算选项：,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：,R,min,，N,Tmin,，R=1.5 R,min,时的R、N,T,和N,F,。,DSTWU,应用示例,(1),绘制示例（1）的N,T,R关系图，根据该图选取合理的R值，求取相应的,N,T,、N,F,、冷凝器和再沸器的温度和热负荷。,DSTWU,应用示例,(2),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。,设定：,理论板数，加料板位置，回流比，D/F，冷凝器类型。,计算：,D和W组成，再沸器和冷凝器热负荷，塔顶、塔底和加料板温度。,Distl,连接,Distl,模块的连接图如下：,根据DSTWU示例（2）的结果，选取R=25、N,T,=61、N,F,=36,用Distl 进行核算。再选取N,F,=20进行核算。,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,连接,RadFrac,模型的连接图如下：,RadFrac,模型设定,RadFrac,模型具有以下设定表：,1、,配置,（Configuration）,2、,流股,（Streams）,3、,压力,（Pressure）,4、,冷凝器,（Condenser）,5、,再沸器,（Reboiler）,6、三相,（3-Phase）,RadFrac,配置,1、塔板数,（Number of Stages）,2、,冷凝器,（Condenser）,3、,再沸器,（Reboiler）,4、,有效相态,（Valid Phase）,5、,收敛方法,（Convergence),6、,操作设定,（Operation Specifications),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,（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,（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-再沸器游离水,（Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor）,4、,汽-液-任意塔板游离水,（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）,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,（,Strongly Non-ideal Liquid,）,4、,共沸体系,（,Azeotropic,）,5、,深度冷冻体系,（,Cryogenic,）,6、,用户定义,（,Custom,）,RadFrac,配置,（操作设定）,1、,回流比,（Reflux Ratio）,2、,回流速率,（Reflux Rate）,3,、馏出物速率,（Distillate Rate),4、,塔底物速率,（Bottoms Rate),5、,上升蒸汽速率,（Boilup Rate),操作设定从十个选项中选择：,6、,上升蒸汽比,（,Boilup Ratio,),7、,上升蒸汽/进料比,（Boilup to Feed Ratio),8,、馏出物/进料比,（,Distillate to Feed Ratio,),9、,冷凝器热负荷,（,Condenser Duty,),10、,再沸器热负荷,（,Reboiler Duty,),RadFrac,流股,1、,进料流股,（,Feed Streams,）,指定每一股进料的加料板位置。,2、,产品流股,（,Product Streams,）,指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。,RadFrac,压力,塔内压力设定有三种方式,（,View,）,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,（,Pressure Profile,）,指定每一块塔板压力。,3、,塔段压降,（Section Pressure Drop）,指定每一塔段的压降。,RadFrac,冷凝器,冷凝器设定有两组参数,：,1、,冷凝器指标,（,Condenser Specification,）,仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度,（Temperature）,和蒸汽分率,（Vapor Fraction）,两个参数之一。,2、,过冷态,（,Subcooling,）,1）过冷选项,（Subcooling option）,二选一：回流物和馏出物都过冷/仅仅回流物过冷。,2）过冷指标,（Subcooling specification）,二选一：过冷物温度/过冷度,RadFrac,再沸器,热虹吸再沸器需要进行设定,：,1、指定,再沸器流量,（,Specify reboiler flow rate,）,2、指定,再沸器出口条件,（,Specify reboiler outlet condition,）,3、同时指定,流量和出口条件,（,Specify both flow and outlet condition,）,计算结果从三部分查看：,1、结果简汇,（,Results summary,）,2、分布剖形,（,Profiles,）,3、流股结果,（Stream results）,RadFrac,结果查看,1、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。,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。,3,、流股结果,给出进出的所有流股的工艺和物性参数。,根据DSTWU示例（2）的结果，选取R=25、N,T,=61、N,F,=36,，,用RadFrac 进行核算。再选取最佳进料板位置进行核算。,RadFrac,应用示例,(1),RadFrac,设计指标,RadFrac,模型带有内部的设计指标功能，通过Design Specs和Vary两组参数进行设定。,可以设定多个指标参数和多个变化参数，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,应用示例,(2),如将示例（1）的塔压调到0.01 MPa，全塔压降0.005 MPa，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,模型可以设定实际塔板的板效率(,Efficiencies,)。用户可选用蒸发效率(,Vaporization Efficiencies,)或墨弗里效率(,Murphree Efficiencies,)，并选择指定单块板的效率，单个组分的效率，或者塔段的效率。,RadFrac,应用示例,(3),如果示例（2）中的精馏段的墨弗里效率为0.45，提馏段的墨弗里效率为0.55，试求满足分离要求所需的塔板数和加料板位置。,RadFrac,报告选项,报告,（,Report,）,中有一项对塔板设计非常重要，即性质选项,（,Property options,）,里的包括水力学参数,（,Include hydraulic parameters,）,选项。另外剖形选项,（,Profile options,）,里包括哪些塔板,（,Stages to be included in report,）,也很有用。,RadFrac,应用示例,(4),在示例（3）的基础上选定性质选项中的包括水力学参数，计算后查看结果。,RadFrac,塔板设计,塔板设计,（Tray sizing）,计算给定板间距下的塔径，共有五种塔板供选用：,1、泡罩塔板,（Bubble Cap）,2、筛板,（Sieve）,3、浮阀塔板,（Glistch Ballast）,4、弹性浮阀塔板,（Koch Flexitray）,5、条形浮阀塔板,（Nutter Float Valve),RadFrac,塔板核算,塔板核算,（Tray rating）,计算给定结构参数的塔板的负荷情况，可供选用的塔板类型与“塔板设计”中相同。,“塔板设计”与“塔板核算”配合使用，可以完成塔板选型和工艺参数设计。,RadFrac,应用示例,(5),在示例（4）的基础上进行塔板设计和塔板核算，分别选用浮阀塔板和弹性浮阀塔板计算后对比结果。,RadFrac,填料设计,填料设计,（Pack sizing）,计算选用某种填料时的塔径，共有,40,种填料供选用，在此仅介绍,5,种典型的散堆填料和,5,种典型的规整填料：,5 种典型的散堆填料：,1、,拉西环,（RASCHIG）,2、,鲍尔环,（PALL）,3、,阶梯环,（CMR）,4、,矩鞍环,（INTX）,5、,超级环,（SUPER RING）,5 种典型的规整填料：,1、带孔,板波填料,（MELLAPAK）,2、带孔,网波填料,（CY）,3、带缝,板波填料,（RALU-PAK）,4、陶瓷,板波填料,（KERAPAK）,5、,格栅规整填料,（FLEXIGRID）,RadFrac,填料核算,填料核算,（Pack rating）,计算给定结构参数的填料的负荷情况，可供选用的填料类型与“填料设计”中相同。,“填料设计”与“填料核算”配合使用，可以完成填料选型和工艺参数设计。,RadFrac,应用示例,(6),在示例,（2）,的基础上进行填料设计和填料核算，分别选用,MELLPAK,和,RALU-PAK,计算后对比结果。,RadFrac,吸收计算,吸收计算的设备参数设置：,1）冷凝器和再沸器类型选“None”；,2）气体进料板设置为“N+1”；,3）在收敛（Convergence）项目中将“Basic”表里的“algorithm”设置为“Standard”及“maximum iterations”设置为200，将“Advance”表里的第一栏“Absorber”设置为“yes”。,摩尔组成为CO,2,(,12%)、N,2,(,23%)和H,2,(,65%)的混合气体（F=1000kg/hr、P=2.9 MPa、T=20,C）用甲醇（F=60 t/hr、P=2.9MPa、T=,-,40,C）吸收脱除CO,2,。吸收塔有30块理论板，在2.8 MPa 下操作。求出塔气体中的CO,2,浓度。,RadFrac,吸收,示例,(1),在吸收示例（1）的基础上求使出塔气体中的CO,2,浓度达到0.5%所需的吸收剂（甲醇）用量。,RadFrac,吸收,示例,(2),在吸收示例（2）的基础上求使出塔气体中的CO,2,浓度达到0.5%所需的吸收剂（甲醇）用量与理论板数的关系。,RadFrac,吸收,示例,(3),选用10块理论板，求使出塔气体中的CO,2,浓度达到0.5%所需的吸收剂（甲醇）用量以及采用典型塔板和填料时的塔径。,RadFrac,吸收,示例,(4),RadFrac,脱吸计算,脱吸计算与吸收计算的设备参数设置相同，只是物料初始组成不同。,将吸收示例（4）所得到的吸收富液减压到,0.15 MPa,进行闪蒸，低压液体再进入脱吸塔在,0.12 MPa,下用氮气进行气提脱吸，要求出塔贫液中的,CO,2,浓度达到,0.1%,。求合理的理论板数、所需氮气流量、采用不同塔板和填料时的脱吸塔尺寸、压降和负荷情况。,RadFrac,脱吸,示例,Extract,连续萃取塔,Extract,模块用逐级计算法精确计算给定连续萃取过程的操作结果。可以采用三种方法求取液液平衡分配系数：,1、用给定的物性方法（活度系数法或状,态方程法）；,2、,K,LL,温度关联式；,3、用户子程序。,Extract,连接,Extract,模块的连接图如下：,1、,塔设定,(Specs),1),塔板数,(Number of stages),2),热状态选项,(Thermal options),(1),绝热,(Adiabatic),(2),指定温度剖形,(Specify temperature),(3)指定热负荷剖形,(Specify heat duty),2、,关键组分,(Key components),(1),第一液相,(1st liquid phase),即比重较大的液相，从塔底出料。,(2),第二液相,(2nd liquid phase),即比重较小的液相，从塔顶出料。,Extract,模型参数,Extract,模块有四组基本模型参数,：,3、,物流,(Streams),设置各股侧线物流的加料板和出料板位置。,4、,压力,(Pressure),设置塔内的压力剖形。至少指定一块板。未指定板的压力通过内插或外推决定。,用甲基异丁基甲酮,(CH,3,COC,4,H,9,),从含丙酮,45%w,的水溶液中萃取回收丙酮，,处理量,500 kg/hr,。采用逆流连续萃取塔，在,0.12 MPa,下操作。求萃取塔理论板数和萃取剂用量对萃余相中丙酮浓度的影响。,Extract,萃取,示例,(1),