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1、Simulation Design of Separation Processes 分离单元的仿真设计 (二),CAPD基础 第八讲,分离过程模型的分类,Aspen Plus 中的分离过程模型包含两大类别：,简单分离单元模型 塔设备单元模型,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：,MultiFrac SCFrac PetroFrac RateFrac BatchFrac,塔设备单元模型分类（2）,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
2、，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 简捷精馏 （2）,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) （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,DSTWU模型有四组模型设定参数：,DSTWU 模型参数（2）,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
3、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（3）,DSTWU模型有四组模型设定参数：,DSTWU 模型参数（4）,3、压力 ( Presre) （1） 冷凝器 ( Condenser) （2） 再沸器 ( Reboiler),DSTWU 模型参数（5）,DSTWU模型有四组模型设定参数：,DSTWU 模型参数（6）,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 co
4、ndenser 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（7）,DSTWU模型有四组模型设定参数：,DSTWU 模型参数（8）,由精馏塔分离某泡点混合物，已知该进料组成：丙烷5kmol/h，异丁烷10kmol/h，丁烷30kmol/h，2-甲基丁烷20kmol/h，戊烷15kmol/h，己烷20kmol/h。分离要求：塔顶丁烷含量大于29.7248kmol/h，2-甲基丁烷含量小于0.2247kmol/h。要求塔顶采用全凝器
5、，回流比为1.8，操作压力4.4atm。（物性方法PENG-ROB）,DSTWU 应用示例 (1),灵敏度分析Sensitivity,在进行过程设计和分析时，常常需要了解某些过程变量受其它过程变量影响的敏感程度，Aspen PLUS为此提供了一个非常有用的分析工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下的灵敏度(Sensitivity)对象。,灵敏度分析Sensitivity (2),Sensitivity (3),创建灵敏度对象时，按以下步骤操作： 1、从数据浏览器右侧的对象管理器(Object Manager)中点击新建(New)按钮； 2、在弹出对话框中为新对象指定一
6、个辨识号(ID)；,Sensitivity (4),步骤1和步骤2：,Sensitivity (5),3、在定义(Define)表单中点击新建(New) 按钮，创建灵敏度对象所需的变量； 4、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable name)；,Sensitivity (6),步骤3和步骤4：,Sensitivity (7),5、在变量定义(Variable Definition)对话框中的下拉式选择框中选择变量的类别(Category)、类型(Type)、流股(Stream)或模块(Block)代号，并指定具体变量(Variable)。,Sensitivity (8),步骤5：,
7、Sensitivity (9),可以定义多个分析所需的变量，如下图所示：,Sensitivity (10),步骤6：在变化(Vary)表单中输入调节变量(Manupulated variable)的类型、名称和具体变量(variable),并指定体调节上、下限(Upper/Lower limits) 和增量(Incr)。,Sensitivity (11),步骤6：,Sensitivity (12),步骤7：在列表(Tabulate)表单中输入需要进行灵敏度分析的列表变量(Tabulated variable)或组合变量的表达式(Expression) ，以及列表时的列序号(Column No.
8、)。,Sensitivity (13),步骤7：,Sensitivity (14),步骤8：结果查看 从左侧索引栏中选择灵敏度对象下的结果(Relts)项目，右侧的汇(mmary)表单中按照指定的列序号列表给出调节变量和列表变量的对应值。,Sensitivity (15),步骤8：,变量关系图Plot,在查看和分析灵敏度分析的列表数据时，用图形描述的函数关系曲线常常能让我们更直观和全面地了解过程变量间的依赖趋势，ASPTEN Plus为此提供了绘图(Plot)功能，可以将列表数据中的任意两列绘制成XY曲线图。,变量关系图Plot （2）,步骤1：选择横坐标变量 在列表数据中选中一列，从窗口菜单
9、Plot项的下拉框里选择X轴变量(X-Axis Variable)；,变量关系图Plot （3）,变量关系图Plot （4）,步骤2：选择纵坐标变量 再选中列表数据的另一列，从窗口菜单Plot项的下拉框里选择Y轴变量(Y-Axis Variable)；,变量关系图Plot （5）,变量关系图Plot （6）,步骤3：绘制曲线 然后点击窗口菜单Plot项的下拉框里的显示绘图(Display Plot), 即可得到曲线图。,变量关系图Plot （7）,变量关系图Plot （8）,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。,Distl 连接,D
10、istl 模块的连接图如下：,Distl 模型参数,在Specification表单中设定以下参数： 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 Distillate to feed mole 冷凝器类型 Condenser type 冷凝器压强 Condenser presre 再沸器压强 Reboiler presre,Distl 模型参数（2）,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 st
11、age 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（2）,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 精密分离模块（2）,RadFrac 连接,RadFrac 模块的连接图如下：,简捷法计算得到的塔板数、回流比等能否达到分离要求。如果不能达到分离要求（
12、轻重关键组分在塔顶的回收率分别为0.9908，0.01124），应如何解决？ 绘制曲线（轻重关键组分沿塔板液相组成变化趋势图，每块塔板的气体流率和液体流率变化趋势图）； 计算进料液和塔顶、塔底产品的黏度； 计算塔径。,RadFrac 应用示例 (1),进料状况,On-stage,n,Above-stage (default),n-1,n,Vapor,Feed,n-1,Liquid,Feed,使用精馏塔（RADFRAC）模块分离甲醇与水的混合物。进料组成为水63.2%（质量分数），甲醇36.8%，流率120000lb/h，压力18psi，饱和液体进料（进料的气相分率为0）。精馏塔有38块塔板，进
13、料位置在23块板（注意，根据Aspen Plus的定义，冷凝器为第一块板，所以进料板应该是第24块）。塔顶压力为15.5psi，每块板的压力降为0.1psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为1245lbmol/h，回流比为1.3。物性方法为NRTL。,RadFrac 应用示例 (2),问题：1.求再沸器的热负荷和冷凝器的冷量。 2.满足以下设计规定时，求再沸器的热负荷和冷凝器的冷量。 质量指标：甲醇在塔顶馏出物的质量纯度99.95%； 水在塔釜馏出物的质量纯度99.90%。 调节变量：塔顶馏出物流量8001700lbmol/h; 摩尔回流比0.82。 3.对于同样的设计规定，给定每块塔板的默弗里效率为
14、65%，假设再沸器的板效率为90%，求此时再沸器的热负荷和冷凝器的冷量。 4.完成全塔的尺寸计算，塔为泡罩塔，求出塔的直径。,RadFrac 应用示例 (2),RadFrac 设计规定,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。,RadFrac 设计规定 (2),RadFrac 设计规定对象,设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标 1、规定 (Specification) 2、组分 (Components) 3、进料/
15、产物流股 (Feed/Product Streams),RadFrac设计规定对象 (2),RadFrac设计规定对象 (3),在规定表单中输入以下指标 1、类型 (Type) 有36种变量类型共选用 2、目标 (Target) 设定规定变量的目标值 3、流股类型 (Stream type) 产物(Product)/内部(Internal)/倾析 器(Decanter),RadFrac设计规定对象 (4),RadFrac设计规定对象 (5),在组分表单中输入定义目标值的组分 (Components)（分子）和基准组分 (Base Components)（分母）。从左侧可用组分 (Availab
16、le components)框中选择需用组分到右侧的选用组分 (Selected Components) 框中.,RadFrac设计规定对象 (6),RadFrac设计规定对象 (7),在进料/产物流股表单中选择定义设计规定目标值的流股名称.,RadFrac设计规定对象 (8),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 报告选项（2）,RadFrac 报告选项（3）,RadFrac 报告选
