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化工模拟软件aspen plus 第7章 分离单元模拟PartB


第7章 分离单元模拟Part B
作者:武佳 孙兰义

第7章 分离单元模拟Part B
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7.1 概述 7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU 7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl 7.4 精馏塔的严格计算模块RadFrac 7.5 塔板和填料的设计与校核 7.6 连续萃取模块Extract 7.7 吸收示例

7.1 概述
模块 DSTWU Distl RadFrac 说明 功能 适用对象 使用Winn-Underwood-Gilliland 确定最小回流比、最小理论板数以 仅有一股进料和两股产品的简 方法的多组分精馏的简捷设计模 及实际回流比、实际理论板数等 单精馏塔 块 使用Edmister方法的多组分精馏 仅有一股进料和两股产品的简 计算产品组成 的简捷校核模块 单精馏塔 单个塔的两相或三相严格计算模 精馏塔的严格核算和设计计算 块 普通精馏、吸收、汽提、萃取 精馏、共沸精馏、三相精馏、 反应精馏等

Extract

液-液萃取严格计算模块

液-液萃取严格计算

萃取塔

MultiFrac 严格法多塔蒸馏模块 SCFrac 简捷法多塔蒸馏模块

对一些复杂的多塔进行严格核算和 原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提 设计计算 塔组合等

确定产品组成和流率、估算每个塔 原油常减压蒸馏塔等 段理论板数和热负荷等
预闪蒸塔、原油常减压蒸馏 对石油炼制工业中的复杂塔进行严 塔、催化裂化主分馏塔、乙烯 格核算和设计计算 装置初馏塔和急冷塔组合等 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共 沸精馏、反应精馏等

PetroFrac 石油蒸馏模块

RateFrac

非平衡级速率模块

精馏塔的严格核算和设计计算

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU是多组分精馏的简捷设计模块,针对相对挥

发度近似恒定的物系开发,用于计算仅有一股进料和
两股产品的简单精馏塔。 DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland方法 进行精馏塔的简捷设计计算。

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
通过Winn方程(之后Fenske对Winn方程进行了 完善)计算最小理论板数,使用Underwood方程 计算最小回流比,根据Gilliland关联图来确定操 作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的 回流比。 DSTWU模块计算精度不高,常用于初步设计,当 存在共沸物时,计算结果可能会出现错误, DSTWU模块的计算结果可以为严格精馏计算提供 合适的初值。

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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芬斯克(Fenske)方程
Nmin(包括再沸器)

取平均相对挥发度:
? m ? N ?1? 2 ?? N
?? x A ? ? xB ? ? log ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? xB ? D ? x A ?W ? ? ? ? log ? m

N min

芬斯克方程

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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恩德伍德(Underwood)方程
? ij xi ,F ?? ? ? ? 1 ? q ij

? ij xi , D ? ? ? ? ? Rm in ? 1 ij
式中:?ij — 相对挥发度,取塔顶和塔釜的平均值 ? —第一式的根,其值介于轻、重关键组分的相对挥 发度之间

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
?

吉利兰(Gilliland)关联图
用8个物系,由逐板计算得出的结果绘制而成

N ? N min N ?2

? N 、Nmin─在R、全回流

下所需理论板数,均不包括 再沸器 ? 吉利兰图不能应用于非理 想溶液的精馏计算
吉利兰图

R ? Rmin R ?1

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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吉利兰关联式
X? R ? Rmin R ?1
1 ? 54.4 X X ?1 )( 0.5 )] 11 ? 117 .2 X X

Y ? 1 ? exp[(

Y?

N ? N min N ?2

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU DSTWU 模型的连接图如下

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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DSTWU模块有四组模块设定参数

1. 塔设定(Column specifications)

2. 关键组分回收率(Key component recoveries)
3. 压力(Pressure ) 4. 冷凝器设定(Condenser specifications)

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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Specifications——塔设定 (Column specifications)

(1)塔板数 ( Number of stages) (2)回流比 ( Reflux ratio) 回流比与理论板数仅允许规定一个 选择规定回流比时 输入值>0,表示实际回流比 输入值<-1,其绝对值表示实际回流比与最小 回流比的比值

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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Specifications——关键组分回收率 (Key component recoveries)

(1)轻关键组分(Light key)在塔顶产品中的摩尔回 收率
塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率/进料中的轻关键组分摩尔流率

(2)重关键组分(Heavy key)在塔顶产品中的摩尔回 收率
塔顶产品中的重关键组分摩尔流率/进料中的重关键组分摩尔流率

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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Specifications——压力(Pressure)

冷凝器压力 (Condenser) 再沸器压力 (Reboiler)

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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Specifications——冷凝器设定 (Condenser specifications)

全凝器(Total condenser)
带气相塔顶产品的部分冷凝器(Partial condenser with all vapor distillate) 带气、液相塔顶产品的部分冷凝器(Partial condenser with vapor and liquid distillate)

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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DSTWU模块的模拟结果可给出

最小回流比(Mimimum reflux ratio) 最小理论板数(Mimimum number of stages) 实际回流比(Actual reflux ratio) 实际理论板数(Number of actual stages) 进料位置( Feed stage) 冷凝器负荷(Condenser cooling required) 再沸器负荷(Reboiler heating required) 等参数

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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DSTWU模块有两个计算选项

生成回流比随理论板数变化表
(Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的 Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages选项)

计算等板高度
(Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的 Calculate HETP选项)

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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DSTWU模块有两个计算选项

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
回流比随理论板数变化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(Table of actual reflux
ratio vs number of theoretical stages)一栏中输入要 分析的理论板数的初始值(Initial number of stages)、

终止值(Final number of stages),并输入理论板数变化
量(Increment size for number of stages)或者要分析 的理论板数个数(Number of values in table),据此可 以计算出不同理论板数下的回流比(Reflux ratio profile), 并可以绘制回流比——理论板数关系曲线。

7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
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例7.1

简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为6kPa,再沸 器压力为14kPa,进料量为12500kg/hr,温度45℃,压力 101.325kPa,质量组成为乙苯0.5843,苯乙烯0.415,焦 油0.0007(本题采用正十七烷表示焦油),塔顶为全凝器, 回流比为最小回流比的1.2倍,要求塔顶产品中乙苯含量不 低于99%(w),塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7% (w),用PENG-ROB物性方法。

求最小回流比、最小理论板数、实际回流比、实际理论板数、 进料位置以及塔顶产品与进料摩尔流率比,生成回流比随理 论板数变化表并作图。

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块可对带有一股进料和两股产品的简单精馏塔进行简

捷校核计算,此模块用Edmister方法计算精馏塔的产品组成

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
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Distl模块的连接图如图所示

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
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Distl模块Specifications页面有两组模块设 定参数

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
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Distl模块Specifications页面有两组模块设 定参数
1. 塔设定(Column specifications),包括理论板数 (Number of stages)、进料位置(Feed stage)、回

流比(Reflux ratio)、塔顶产品与进料的摩尔流率比
(Distillate to feed mole ratio)、冷凝器形式 (Condenser type) 2. 压力设定(Pressure specifications),包括冷凝器 压力、再沸器压力

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
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Distl模块Results页面给出

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
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Distl模块Results页面给出
冷凝器热负荷(Condenser duty) 再沸器热负荷(Reboiler duty) 进料板温度(Feed stage temperature) 塔顶温度(Top stage temperature) 塔底温度(Bottom stage temperature)等

7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
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例7.2

用简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔,进料条件与例7.1相同,

冷凝器(全凝)压力为6kPa,再沸器压力为14kPa,实际
回流比为5.11,理论板数为65(包括全凝器和再沸器), 进料位置为25,塔顶产品与进料摩尔流率比(Distillate to feed mole ratio)为0.5853,用PENG-ROB物性方法。 求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯

度。

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac模块可对下述过程做严格模拟计算:普通精
馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏

(包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化
率反应精馏和电解质反应精馏)、三相(汽-液-液)

精馏。RadFrac适用于两相体系、三相体系、窄沸点
和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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RadFrac的连接图如图所示

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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RadFrac 模型具有以下设定表单

1、配置(Configuration) 2、流股(Streams) 3、压力(Pressure) 4、冷凝器(Condenser) 5、热虹吸再沸器设置 (Thermosiphon Config) 6、再沸器(Reboiler) 7、三相(3-Phase)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)

(1)计算类型(Calculation type) 平衡级模型(Equilibrium)和非平衡级模型(Rate-Based)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
?

1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)
(2)板数(Number of stages) 可以是理论板数也可以是实际塔板数

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)
(3)冷凝器(Condenser) 全凝器(Total) 部分冷凝器—气相塔顶产品(Partial-Vapor) 部分冷凝器—气相和液相塔顶产品(Partial-Vapor-Liquid) 无冷凝器(None)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)

(4)再沸器(Reboiler) 釜式再沸器(Kettle)、热虹吸式再沸器(Thermosiphon)、 无再沸器(None)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)
(5)有效相态(Valid phases)
① 汽-液(Vapor-Liquid) ② 汽-液-液(Vapor-Liquid-Liquid)

③ 汽-液-冷凝器游离水(Vapor-Liquid-FreeWaterCondenser)
④ 汽-液-任意塔板游离水(Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage) ⑤ 汽-液-冷凝器富水相(Vapor-Liquid-DirtyWaterCondenser) ⑥ 汽-液-任意塔板富水相(Vapor-Liquid-DirtyWaterAnyStage)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)
(6)收敛方法 ① 标准方法(Standard) ② 石油/宽沸程物系(Petroleum/Wide-boiling) ③ 强非理想液体(Strongly non-ideal liquid) ④ 共沸物系(Azeotropic) ⑤ 深冷体系(Cryogenic) ⑥ 用户自定义(Custom)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration) —设置选项(Setup 0ptions)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration)

—操作规定(Operating specifications)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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1、配置(Configuration)

—操作规定(Operating specifications)
操作规定(Operating specifications)
回流比(Reflux ratio) 回流量(Reflux rate) 再沸器负荷(Reboiler duty) 塔顶产品流率(Distillate rate)

再沸量(Boilup rate)
再沸比(Boilup ratio)

塔底产品流率(Bottoms rate)
塔顶产品与进料流率比 (Distillate to feed ratio)

冷凝器负荷 (Condenser duty)

塔底产品与进料流率比 (Bottoms to feed ratio)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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2、流股(Streams)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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2、流股(Streams)
(1)进料流股(Feed Streams)
指定每一股进料的加料板位置 在级上方进料(Above-Stage) 在级上进料(On-Stage) 气相进料在级上(Vapor) 液相进料在级上(Liquid) 进料进入到分相器中(Decanter)

(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

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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3、压力(Pressure)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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3、压力(Pressure)

① 塔顶/塔底(Top/Bottom),用户可以仅指定第一块板压

力,此时代表全塔无压降;当塔内存在压降时,用户需指定第
二块板压力或冷凝器压降,同时还可以指定单板压降或是全塔 压降 ② 塔内压力分布(Pressure profile),指定某些塔板压力 ③ 塔段压降(Section pressure drop),指定每一塔段的

压降

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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4、冷凝器(Condenser)

(1)冷凝器设置(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
(Distillate vapor Fraction)两个参数之一

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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4、冷凝器(Condenser)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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4、冷凝器(Condenser)

(2)过冷设置(Subcooling specification )
过冷液温度 (Subcooled temperature) 或过冷度 (Degrees of subcooled)
回流物和馏出物都过冷 (Both reflux and liquid distillate are subcooled) 或仅仅回流物过冷 (Only reflux is subcooled)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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4、冷凝器(Condenser)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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5、热虹吸再沸器设置(Thermosiphon Config)
热虹吸式再沸器被模拟为一个带加热器的进出底部级的中段回流,如
图所示。在默认情况下RadFrac使用On-Stage进料方式使再沸器的 出口返回到最后一级上

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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5、热虹吸再沸器设置(Thermosiphon Config)
关于热虹吸式再沸器理论板数的确定,可参照下图

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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6、再沸器(Reboiler)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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6、再沸器(Reboiler)
釜式再沸器(Kettle) 热虹吸式再沸器(Thermosiphon) 无再沸器(None) 如选用了热虹吸再沸器,则需要指定以下参数 (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 )

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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RadFrac 的计算结果从三部分查看
1、结果简汇(Results summary)

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(Profiles)
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(Stream results)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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例7.3

在例7.1简捷设计的基础上,对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计 计算,进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要 求与例7.1相同,塔顶压力6.7kPa,再沸器采用釜式再沸器,物性方法 采用PENG-ROB。(1)根据例7.1的设计结果,利用RadFrac模块计算 塔顶及塔底产品的质量纯度;(2)求满足产品纯度要求所需的回流比和 塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷;(3)在满足产品纯度的基 础上,绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线;(4)在满 足产品纯度的基础上,分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷 的影响;(5)求达到分离要求的最小回流比;(6)求达到分离要求的 最小理论板数。

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac

RadFrac模块不仅可以进行校核计算,也可以进行设计计算。
RadFrac 模型带有内部的设计规定功能,通过设计规定 (Design Specs)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。

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
在Blocks︱RADFRAC︱Design Specs ︱ Object Manager页面做设计规定

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标 1、规定 (Specifications) 2、组分 (Components) 3、进料/产物流股 (Feed/Product Streams)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
在Blocks︱RADFRAC︱Vary︱1︱Specifications页面 设置操纵变量

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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在进行精馏塔的设计规定时,可考虑以下几 点

(1)与规定热负荷相比,优先考虑规定流率,尤其是对于 宽沸程物系 (2)规定塔顶产品或塔底产品与进料的流率比(Distillate (or Bottoms)to feed ratio)是一种很有效的方法,特 别是在进料流率不明确的情况下。与规定产品流率相比,塔 顶产品与进料流率比(Distillate to feed ratio)或塔底产 品与进料的流率比(Bottoms to feed ratio)的值和边界 条件更容易估计。规定塔顶产品或塔底产品与进料的流率比 适合进行流率灵敏度分析的场合

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
?

在进行精馏塔的设计规定时,可考虑以下几 点
(3)当两个规定等价时,优先考虑数值较小者。如果没 有侧线抽出,塔顶采出与塔底采出等价,应优先设定数值 较小者。一般情况下,设定下面参数中数值较小者:回流 量(Reflux rate)或再沸量(Boilup rate);回流比 (Reflux ratio)或再沸比(Boilup ratio);塔顶产品 流率(Distillate rate)或塔底产品流率(Bottoms rate);塔顶产品与进料流率比(Distillate to feed ratio)或塔底产品与进料流率比(Bottoms to feed ratio)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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例7.3

在例7.1简捷设计的基础上,对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计 计算,进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要 求与例7.1相同,塔顶压力6.7kPa,再沸器采用釜式再沸器,物性方法 采用PENG-ROB。(1)根据例7.1的设计结果,利用RadFrac模块计算 塔顶及塔底产品的质量纯度;(2)求满足产品纯度要求所需的回流比和 塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷;(3)在满足产品纯度的基 础上,绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线;(4)在满 足产品纯度的基础上,分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷 的影响;(5)求达到分离要求的最小回流比;(6)求达到分离要求的 最小理论板数。

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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可利用绘图向导(Plot Wizard)生成塔内 温度分布曲线和组成分布曲线

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
Aspen Plus可生成的12种图形,分别为温度(Temp)、 组成(Comp)、流率(Flow Rate)、压力(Pressure) 、K值(K-Values)、相对挥发度(Rel Vol)、分离因子 (Sep Factor)、流率比(Flow Ratio)、T-H(CGCC (T-H))总组合曲线、S-H(CGCC(S-H))总组合曲线 、水力学分析(Hydraulics)、 有效能损失曲线(Exergy) (后四种图用于精馏塔的热力学 分析和水力学分析)

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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例7.3

在例7.1简捷设计的基础上,对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计 计算,进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要 求与例7.1相同,塔顶压力6.7kPa,再沸器采用釜式再沸器,物性方法 采用PENG-ROB。(1)根据例7.1的设计结果,利用RadFrac模块计算 塔顶及塔底产品的质量纯度;(2)求满足产品纯度要求所需的回流比和 塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷;(3)在满足产品纯度的基 础上,绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线;(4)在满 足产品纯度的基础上,分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷 的影响;(5)求达到分离要求的最小回流比;(6)求达到分离要求的 最小理论板数。

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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例7.3

在例7.1简捷设计的基础上,对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计 计算,进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要 求与例7.1相同,塔顶压力6.7kPa,再沸器采用釜式再沸器,物性方法 采用PENG-ROB。(1)根据例7.1的设计结果,利用RadFrac模块计算 塔顶及塔底产品的质量纯度;(2)求满足产品纯度要求所需的回流比和 塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷;(3)在满足产品纯度的基 础上,绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线;(4)在满 足产品纯度的基础上,分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷 的影响;(5)求达到分离要求的最小回流比;(6)求达到分离要求的 最小理论板数。

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac

7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
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例7.3

在例7.1简捷设计的基础上,对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计 计算,进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、产品纯度要 求与例7.1相同,塔顶压力6.7kPa,再沸器采用釜式再沸器,物性方法 采用PENG-ROB。(1)根据例7.1的设计结果,利用RadFrac模块计算 塔顶及塔底产品的质量纯度;(2)求满足产品纯度要求所需的回流比和 塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷;(3)在满足产品纯度的基 础上,绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线;(4)在满 足产品纯度的基础上,分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷 的影响;(5)求达到分离要求的最小回流比;(6)求达到分离要求的 最小理论板数。

7.5 塔板和填料的设计与校核
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Aspen Plus中板式塔的效率有3种

(1)全塔效率(Overall section efficiency)
为完成一定分离任务所需的理论板数和实际板数之比称为全塔效率。在Blocks︱ RADFRAC︱Tray Rating︱1︱Setup︱Design/Pdrop页面设置

7.5 塔板和填料的设计与校核
(2)汽化效率(Vaporization efficiencies)
指气相经过一层实际塔板后的组成与设想该板为理论板的组成的比值,在Blocks ︱RADFRAC︱Efficiencies页面设置

(3)默弗里效率(Murphree efficiencies)
严格说指的是气相默弗里板效率,即气相经过一层实际塔板前后的组成变化与设想 该板为理论板前后的组成变化的比值,在Blocks︱RADFRAC︱Efficiencies页面

设置

7.5 塔板和填料的设计与校核
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塔板设计

塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。可将塔分 成多个塔段分别设计合适的塔板。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)序号,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(Geometry)参数

7.5 塔板和填料的设计与校核
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塔板设计

结果 (Results) 中给出计算得到的塔内径 (Column diameter)、对应最大塔内径的塔板序号(Stage with

maximum diameter)、降液管截面积/塔截面积
(Downcomer area / Column area)、侧降液管流速 (Side downcomer velocity)、侧堰长 (Side weir length)

7.5 塔板和填料的设计与校核
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塔板校核

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。输 入参数除了从“塔板设计” 得到的之外,还应补充塔盘 厚度(Deck thickness)和溢流堰高度(Weir heights), 多流型塔板应对每一种塔盘都输入堰高

“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

7.5 塔板和填料的设计与校核
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塔板核算

有三个参数应重点关注 1、最大液泛因子(Maximum flooding factor) ,应该小于 0.8 ; 2、塔段压降(Section pressure drop);

3 、 最 大 降 液 管 液 位 / 板 间 距 (Maximum backup/Tray
spacing),应该在0.25 ~0.5之间。

7.5 塔板和填料的设计与校核
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塔板类型提供了五种塔板供选用
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)

7.5 塔板和填料的设计与校核

7.5 塔板和填料的设计与校核

Valve type T

Valve type A

Valve type TO

Valve type BDH

7.5 塔板和填料的设计与校核
?

填料设计

填料设计(Pack sizing)计算选用某种填料时的塔内径。在 Specification表单中输入填料类型 (Type)、生产厂商 (Vendor)、材料 (Material)、板材厚度(Sheet thickness)、尺寸 (Size)、等板高度 (Height equivalent

to a theoritical plate) 等参数

7.5 塔板和填料的设计与校核
?

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

7.5 塔板和填料的设计与校核
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以下是 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)

拉西环 环矩鞍 矩鞍环 阶梯环 鲍尔环

7.5 塔板和填料的设计与校核
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以下是 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)

MELLAPAK

BX or CY

mellagrid

7.5 塔板和填料的设计与校核
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例7.4

对7.4节的例7.3中的乙苯-苯乙烯精馏塔,进行塔 板的校核和填料的设计。

(1)初步设计的板式塔结构为塔径4.6m,板间
距600mm,塔板类型为浮阀,双溢流,溢流堰

高50mm,校核塔板的水力学性质;
(2)采用诺顿公司的Dg50的金属英特洛克斯

(IMTP)填料,确定塔径。

7.6连续萃取模块Extract
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Extract模块的连接图如下

7.6 连续萃取模块Extract
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Extract 模块有四组基本模型参数

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)即从塔顶流向塔底的液相 (2) 第二液相( 2nd liquid phase)即从塔底流向塔顶的液相

7.6 连续萃取模块Extract
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Extract 模块有四组基本模型参数

3、物流 ( Streams ) 塔顶和塔底必须各有一股进料和出料物流。如果还有侧 线物流,则在此表单中设置侧线进料物流的加料板位置和侧 线出料物流的出料板位置和流量 4、压力 ( Pressure ) 设置塔内的压强剖形。至少指定一块板的压强。未指定 板的压强通过内插或外推决定

7.6 连续萃取模块Extract
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Extract模块提供三类方法求取液—液平衡 分配系数
选择的物性方法(Property method) KLL温度关联式(KLL correlation) 用户子程序(User KLL subroutine)

7.6 连续萃取模块Extract
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例7.5

用水(30℃,110kPa)从含异丙醇50%(w)的
苯溶液中萃取回收异丙醇,处理量为500kg/hr (30℃,110kPa),采用逆流连续萃取塔,在

101.325kPa下操作,取4块理论板,塔底压力为
108kPa,使用NRTL物性方法。求回收96%(w)

的异丙醇所需水的量。

7.7 吸收示例
吸收塔采用模块库中的Columns︱RadFrac模块
在Blocks︱ABSORBER︱Setup︱Configuration页面, 冷凝器和再沸器都选无(None)

7.7 吸收示例
在模拟吸收过程中,为了使计算过程更容易收敛,一般将 Blocks︱ABSORBER︱Convergence︱Basic页面中的 Maximum iterations设置为200,将Blocks︱ABSORBER ︱Convergence︱Advanced页面中的左列上数第一个选项 Absorber的No改为Yes

7.7 吸收示例
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例7.6
用水(20℃,101.325kPa)吸收空气中的丙酮,已知 含丙酮2.6%(mol)的空气(20℃,101.325kPa)

流率为14kmol/hr,吸收塔常压操作,理论板数为10,
用NRTL物性方法。要求净化后的空气中丙酮浓度为 0.5%(mol),求所需水的用量。


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