《第四章aspenplus多组分平衡级分离过程计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章aspenplus多组分平衡级分离过程计算（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 多组分平衡级分离过程计算（二）,第四章 多组分平衡级分离过程计算,4.1 多组分单级分离过程 4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算 核算型（精馏塔参数分离性能？） 设计型（分离性能精馏塔结构尺寸？）,Aspen Plus中的分离过程模型： 简单分离单元模型：Separators 塔设备单元模型：Columns,4.2.1多组分分离过程模型的分类,塔设备单元模型包含九个模块： DSTWU: 简捷蒸馏设计 Distl: 简捷蒸馏核算 RadFrac: 严格蒸馏 Extract: 严格液-液萃取器 MultiFrac: 复杂塔的严格蒸馏 SCFrac: 复杂
2、塔的简捷蒸馏 PetroFrac: 石油的严格蒸馏 Rate-Frac: 非平衡级连续蒸馏 BatchFrac: 严格的间歇蒸馏,塔设备单元模型分类,ASPEN PLUS中的简捷法精馏塔设计模型,ASPEN PLUS的严格蒸馏模型,4.2.2 多组分多级分离塔的简捷计算,多组分精馏过程的近似设计算法常用于： 初步设计。 对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。 过程合成中寻找合理的分离顺序。 近似算法还可用于控制系统的计算以及为严格计算提供合适的设计变量数值和迭代变量初值。 当相平衡数据不够充分和可靠时，采用近似算法不比严格算法逊色。 近似算法虽然适于手算，但为了快速、准确，采用计算机进行
3、数值求解也已广泛应用。,多组分精馏的简捷计算法,多组分精馏的简捷计算法（FenskeUnderwood-Gilliland） 用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数和组分分配； 用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回流比； 用吉利兰（Gilliland）图或相应的关系式估算实际回流比下的理论板数。,全回流及最少理论板层数,全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需的理论板层数最少为Nmin。 1）Nmin的求法 a）图解法,理论板数的简捷算法,芬斯克方程,b）解析法芬斯克(Fenske)方程式,最小回流比的求法,1）作图法 a）对于正常的平衡曲线,xq,yqq线与
4、平衡 线的交点坐标,q,恩德伍特方程,1、吉利兰图,DSTWU-简捷法精馏设计,DSTWU算法特点： DSTWU可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进行简捷法设计计算。 DSTWU假设恒定的摩尔流量和恒定的相对挥发度。 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也估算适宜的进料位置、冷凝器和再沸器的热负荷，并产生一个可选的“回流比级数”的曲线图或表格。,DSTWU 连接,DSTWU 模型的连接图如下：,1、塔设定 ( Column specifications) （1）塔板数 ( Number of stages
5、) （2）回流比 ( Reflux ratio) 0, 实际回流比； -1, 绝对值=实际回流比/最小回流比,DSTWU 模型参数（1）,DSTWU模型有四组模型设定参数：,DSTWU 模型参数（1）,2、关键组分回收率 ( Key component recoveries ) （1）轻关键组分在塔顶产品中的回收率 塔顶的轻关键组分流率/进料中的轻关键组分流率 （2）重关键组分在塔顶产品中的回收率 塔顶的重关键组分流率/进料中的重关键组分流率,DSTWU 模型参数（2）,关键组分,所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的两个组分（不少情况是挥发度相邻的两个组分); 这两组分中挥发度大的称为轻关键
6、组分，挥发度小的称为重关键组分，它们各自在塔顶或塔底的含量必须加以控制，以保证分离后产品的质量。 它们对于物系的分离起着控制作用，且它们在塔顶或塔釜产品中的浓度或回收率通常是给定的（即是应该指定的两个浓度变量），因而在设计中起着重要作用。,关键组分 - Example,例如，石油裂解气分离中的C2-C3塔，其进料组成中有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷； 分离要求规定塔釜中乙烷浓度不超过0.1，塔顶产品中丙烯浓度也不超过0.1，试问其轻重关键组分分别是哪两个? 分析： 甲烷、乙烯沸点低于乙烷，若能将乙烷和丙烯分开，乙烷和比乙烷轻的组分必定从塔顶排出，同样，比丙烯重的组分则必定从塔釜徘出。 因
7、此，根据规定的分离要求，则能确定乙烷是轻关键组分，而丙烯则是重关键组分。,例1：书（P79） 由精馏塔分离某泡点混合物，其进料组成、塔顶产品要求见表，全塔压力P=4.4atm。采用全凝器，回流比为1.8，热力学计算采用物性方法PENG-ROB。试用DSTWU模块设计满足上述分离要求的精馏塔。,ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计示例,DSTWU 模型参数（2）,3、压力 ( Pressure) （1） 冷凝器 ( Condenser) （2） 再沸器 ( Reboiler),DSTWU 模型参数（3）,DSTWU 模型参数（3）,4、冷凝器设定 ( Condenser specificati
8、ons) 三种类型： （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),DSTWU 模型参数（4）,DSTWU 模型参数（4）,1.生成 回流比理论板数 关系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages ) 2.计算等板高度 ( Calculat
9、e HETP ),DSTWU 计算选项,DSTWU模型有两个计算选项：,DSTWU 计算选项,DSTWU 计算选项,DSTWU 计算选项,合理的理论板数应在曲线斜率绝对值较小的区域内选择。,例1：书（P79） 由精馏塔分离某泡点混合物，其进料组成、塔顶产品要求见表，全塔压力P=4.4atm。采用全凝器，回流比为1.8，热力学计算采用物性方法PENG-ROB。试用DSTWU模块设计满足上述分离要求的精馏塔。,ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计示例,ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计示例,例2：设计一个脱乙烷精馏塔，进料流量为100 kmol/hr，进料组成为：氢气0.00014、甲烷0.
10、00162、乙烯0.75746、乙烷0.24003、丙烯0.00075（摩尔分数），进料流股压力为18 atm。 要求乙烯在塔顶的收率达到95%，并且塔顶馏出物中乙烯纯度达到99%（摩尔分数）。 塔顶设一全凝器，操作压力为17.8 atm，塔釜有再沸器，操作压力为18.2 atm。回流比为3。 试确定精馏塔的理论板数、进料位置以及产品流股的组成。热力学模型选择Peng-Robinson方程。,ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计示例,DSTWU中回收率的设定均指塔顶馏出物中轻、重关键组分的回收率。 本例中轻关键组分乙烯的回收率是0.95； 本例中重关键组分乙烷的回收率,假定饱和液体进料，Va
11、por fraction设为0,注意基准的选择,回收率均指塔顶馏出物,生成回流比关于理论板数的关系表,回流比关于理论板数的剖面图,ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计练习,练习题1： 设计一个丙烷精馏塔，操作平均压力为22 atm，进料为汽、液混合物，其中气相占60%，进料组成为甲烷0.26、乙烷0.09、丙烷0.25、正丁烷0.17、正戊烷0.11和正己烷0.12（摩尔分数）； 塔顶设一全凝器，塔釜有再沸器，要求丙烷在塔釜的收率不大于0.04，丁烷在塔顶的收率不超过0.0175； 确定该精馏塔的理论板数、回流比、塔顶和塔釜的采出量及换热器的热负荷。 假定进料100kmol/h, 塔共有16
12、块,物性选PENG-ROB。,Distl 简捷校核模块,Distil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。 Distil模块有两个假设：即恒摩尔流假设和恒定的相对挥发度假设。 根据回流比、级数、馏出与进料比,计算产品组成。,Distl 简捷校核模块,Distl 连接,Distl 模块的连接图如下：,Distl 模型参数,在Specification表单中设定以下两组参数： （1）塔设定 理论板数 Number of stages 加料板位置 Feed stage 回流比 Reflux ratio 馏出物/进料摩尔比 Disti
13、llate to feed mole 冷凝器类型 Condenser type （2）压力设定 冷凝器压强 Condenser pressure 再沸器压强 Reboiler pressure,Distl 模型参数,Distl 计算结果,计算给出以下模块信息： 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 进料 q 值 Feed quality,Distl计算结果-塔参数,Distl计算结果-汽液相组成,
