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aspen 精馏模拟详细过程及探讨疑问


精馏塔设计初步介绍 1. 设计计算 输入参数: 利用 DSTWU 模型,进行设计计算 此时输入参数为:塔板数(或回流比以及最小回流比的倍数) 冷凝器与再沸器的 、 工作压强、轻组分与重组分的回收率(可以从产品组成估计) 、冷凝器的形式 输出参数(得到用于详细计算的数据) : 实际回流比 实际塔板数(实际回流比和实际塔板数可以从 Reflux Ratio Profile 中做图得到

) 加料板位置(当加料浓度和此时塔板上液体浓度相当时的塔板) 蒸馏液(馏分)的流量 其他 注: 以上数据全部是估计得初值,需要按一定的要求进行优化(包括灵敏度以及 设计规定的运用) ,优化主要在 RadFrac 模型中进行。 详细计算 输入参数: 输入参数主要来自 DSTWU 中理论计算的数据 输出参数: 输出的主要是设计板式塔所需要的水力学数据, 尺寸数据等其他数据 (主要是通过 灵敏度分析以及设计规定来实现) 疑问 在简捷计算中: 回收率有时是估计值, 它对得到详细计算所需的数据可靠性的影响 是不是很大? 在简捷计算中:有多少个变量,又有多少个约束条件? 在简捷计算中:为什么回流比和塔板数有一定的关系?

2.

3.

简捷计算(对塔) 简捷计算(对塔) 1. 输入数据: . 输入数据: Reflux ratio :-1.5(估计值,一般实际回流比是最小回流比的 1.2—2 倍) (估计值, — 冷凝器与再沸器的压强: 冷凝器与再沸器的压强:1.013 ,1.123 (压降为 0.11bar) ) 冷凝器的形式:全冷凝(题目要求) 冷凝器的形式:全冷凝(题目要求) 、 轻重组分的回收率(塔顶馏出液) :0.997 ,0.002 (如果没有给出,可以根据 如果没有给出, 轻重组分的回收率(塔顶馏出液) : 产品组成估计) 产品组成估计) 分析时, 中的设置, 分析时,注意 Calculation Option 中的设置,来确定最佳回流比以及加料板位 置 2. 输出数据: . 输出数据: Reflux Ratio Profile 中得到最佳的回流比与塔板数为:塔板数在 45—50 中选择, 回流比在:0.547 —0.542 选定塔板数为:48 ,回流比为:0.544 把所选的塔板数回代计算,得到下列用于 RadFrac 模型计算的数据(见下图) :

从图中可得: 实际回流比为:0.545(摩尔比); 实际塔板数为:48; 加料板位置:33; Distillate to feed fraction :0.578(自己认为是摩尔比 疑问??); 馏出液的流量:11673.5kg/h

,有

疑问:进料的流量是怎么确定的, 疑问:进料的流量是怎么确定的,肯定是大于 11574kg/h,通过设计规定得到甲醇产量 ,通过设计规定得到甲醇产量 ,求出流量为 为:11574kg/h(分离要求) 求出流量为:16584.0378kg/h。不知道合理否。 (分离要求) 求出流量为: , 。不知道合理否。 通过灵敏度分析得到,进料流量以及压强对计算的实际塔板数没有影响。 以及压强对计算的实际塔板数没有影响 通过灵敏度分析得到,进料流量以及压强对计算的实际塔板数没有影响。 通过检验也再次印证:进料流量对详细计算所需的数据没有影响。 通过检验也再次印证:进料流量对详细计算所需的数据没有影响。

详细计算(对塔,无侧线出料, 加热) 一、 详细计算(对塔,无侧线出料,kettle 加热)
1. 输入数据(此时没有侧线出料) . 输入数据(此时没有侧线出料) : Setup 中的数据填写方式都要根据 DSTWU 中计算的估计值以及题目自身的 要求填写 通过塔设备特有的设计规定规定产品纯度 甲醇纯度) 下面的设计规定主 (甲醇纯度) , 要是通过优化回流比来达到控制甲醇纯度为 0.999。即此处可以看成是精 。即此处可以看成是精 馏塔回流比的优化调节。 馏塔回流比的优化调节。

Vary: :

2. 输出数据(此时没有侧线出料) . 输出数据(此时没有侧线出料) : Blocks—Results:主要是设备的基本信息 — : Blocks—Profiles:主要是塔板组分,导热系数,水体力学信息以及 TPFQ 信 — :主要是塔板组分,导热系数, 息

附表 : Blocks-stream Results :物流的基本信息 通过灵敏度分析以及设计规定优化加料板位置 加料板位置, 通过灵敏度分析以及设计规定优化加料板位置,进口流量以及全塔总塔板 数。 分析过程中看能否让产品以及废水组成达到要求, (分析过程中看能否让产品以及废水组成达到要求, 并且让产品中甲醇 以上) 的流量达到 11574kg/h 以上) 分析结果: 分析结果: 加料板的位置对废水组成没有明显的提高 位置对废水组成没有明显的提高, 加料板的位置对废水组成没有明显的提高,一直维持在 0.846 左右

分析进料量为: 满足物料与能量及其他约束条件, 分析进料量为:16370kg/h 时,满足物料与能量及其他约束条件,此时废水的 组成为: 不满足分离要求, 组成为:0.941(不满足分离要求,11574kg/h) 不满足分离要求 综上所述, 通过此方法很难分离达到要求的产品并且得到符合标准的废水。 综上所述, 通过此方法很难分离达到要求的产品并且得到符合标准的废水。

小结: 二、 小结:
通过以上分析,另一种方法必须被选择,通过分析混合物, 通过以上分析,另一种方法必须被选择,通过分析混合物,发 现少量的丙醇可能会在某一个加料板与水以及甲醇形成三元 共沸物, 所以要引出以达到甲醇纯度达到要求的同时废水也达 共沸物, 到要求。 到要求。

详细计算(对塔,有侧线出料, 加热) 三、 详细计算(对塔,有侧线出料,kettle 加热) 1.
输入数据(此时没有侧线出料) 输入数据(此时没有侧线出料) 线出料 :

相同之处: 相同之处:输入数据基本同无侧线出料时的情况 不同之处:有一个侧线出料, 不同之处:有一个侧线出料,设置侧线出料位置及流率

2. 输出数据

灵敏度分析结果如下: 灵敏度分析结果如下: 最佳加料板的位置是: 最佳加料板的位置是:21 总塔板数为: 总塔板数为:48 侧线出料板的位置是 侧线出料板的位置是:45(优化标准: (优化标准: 再沸器热负荷最小) 再沸器热负荷最小) 冷凝器的温度: 冷凝器的温度:68.9℃ ℃ 冷凝器的热负荷 : -19.89MW 再沸器的温度 :101.8℃ ℃ 再沸器的热负荷 : 20.54MW 流 量 组 成 信 息 如 下 表 :
CAP D Stream ID Temperature P res sure Vapor Frac Mole Flow Mass Flow Enthalpy Mass Flow H 2O CH 4O C3H8O-1 Mass Frac H 2O CH 4O C3H8O-1 Mole Flow H 2O CH 4O C3H8O-1 kmol/hr 282.385 389.955 4.455 0.662 384.109 0.007 7.230 2.423 2.365 274.493 3.423 2.084 0.285 0.700 0.015 968 P P M 0.999 32 P P M 0.372 0.222 0.406 0.955 0.021 0.024 kmol/hr kg/hr Gcal/hr kg/hr 5087.250 12495.000 267.750 11.928 12307.680 0.392 130.250 77.640 142.111 4945.072 109.680 125.248 C bar F 50.0 1.270 0.000 676.796 17850.000 22.105 -41.525 METH ANO L SD 68.9 1.200 0.000 384.778 12320.000 16.684 -21.494 89.0 1.298 0.000 12.018 350.000 0.440 -0.783 WATER 102.2 1.310 0.000 280.000 5180.000 5.728 -18.685

Volume Flow cum/hr

把再沸器的热负荷传入(输入)加热器, 把再沸器的热负荷传入 (输入 ) 加热器,通 过设计规定求得: 过设计规定求得 : 再沸器需要的热量可以通 的水蒸气发热来提供。 过 12000kg/h 的水蒸气发热来提供。

疑问: 疑问: 作业中最后一问不是很明白题意 冷凝器以及再沸器的工作压强怎么确定


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