radfrac傻瓜指南—如何使用aspen+plus

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1、 1 RadFrac 傻瓜指南傻瓜指南如何使用如何使用 Aspen Plus RadFrac for Dummies：A How to Guide on AspenPlus DIST FEED DISTILL BOTTOMS 这个例子将说明如何使用 Aspen Plus 的 RadFrac 建立精馏塔模型，上图中的进料（feed）包 含 50lbmol/hr 的甲醇和，50lbmol/hr 的水。采用回流比为 1.5 时，要求塔顶和塔底产物的纯 度都达到 99.5%。 如果不知道如何登陆 Aspen Plus，请查看手册“Getting Started on Aspen Plus” 选择“Te

2、mplate”选项。 单击“OK”按钮 2 这个窗口特定的模 拟选项，对这个例 子，选择“General with English Units” 选项，并且确定在 “Run Type”方框 中 显 示 的 是 “Flowsheet” 单击“OK”按钮 Aspen Plus 为每一个流 股和块自动指派标签， 为 了关闭这个选项，单击 “ Tools ” 菜 单 选 择 “Options”命令。 在“Options”窗口，单 击“Flowsheet”标签，下 一步，单击“Stream and Block labels” 里的这两个 框，使得复选标记消失， 标志这个功能失效 完成后单击“OK”按钮

3、3 当开始模拟，单击设备 选择区域的“Columns” 标签，单击“RadFrac” 右侧的向下箭头，移动 鼠标指针到“RadFrac” 右上方的二级图形中， 单击“Fract1”。下一 步，移动鼠标到空白区 域， 单击所需要的地方， 出现一个询问输入块号 的提示“input the block ID”，对这个例子，输 入“dist”， 创建“Feed” ， “Distill” 和“Bottoms”流股。 首先单击窗口左下角 的“Material Streams” 框， 在塔的周围出现红 色和蓝色箭头， 红色箭 头表示必须给定的设 计流股， 蓝色箭头表示 可选流股。 4 单击塔左侧的红色 箭头

4、添加进料流 股，对于这个模拟 例子，仅有一个进 料流股，如果有多 股进料，使用塔左 侧的蓝色箭头添加 多股进料。 对这个例子，在 “Enter the stream ID ” 框 中 键 入 “FEED” 下一步添加产品流 股在塔的顶部，塔顶 的两个红色流股只 需要选择一个，这里 选择塔顶位于下面 的红色流股。这个塔 将具有一个全凝器 和液相产品出料，给 产 品 流 股 标 记 为 “Distill” 。 下一步使用红色箭 头添加塔底产品流 股， 标记为 “Bottoms” 添加了所必需的流 股后就可以给他们 输入相应的数值。 5 现在我们准备输入 所必需的数值。 单击“Next”按钮 开始输

5、入数据。这 个按钮是蓝色的， 位于窗口顶部的工 具栏。 单击 “确定” 按钮。 如果还没有完成流 程图的建立，这个 窗口不会出现。将 出现另外一个窗口 告诉你缺少流程图 的哪一部分。 在出现的这个窗口 中输入模拟的标 题。但不是必需的 输入。单击“Next” 按钮继续输入数 据。 如果这个窗口没有 出现，可以单击左 侧的导航栏中的 “Setup”项。 6 下一个出现的窗口 是“Components” 。 允许输入在模拟系 统中用到的组分。在 这个模拟中，使用的 组分为 Methanol 和 Water。 在“ComponentID” 栏键入“Methanol” ， 并且按回车键。 AspenP

6、lus 将搜索数 据库并尝试将组分 名 称 与 输 入 的 “ComponentID”匹 配。如果成功，其他 的 三 个 输 入 框 （Type、 ComponentName和 Fomula）将自动填 充。其他的组分也可 以依此输入。 7 在“ComponentID” 的 第 二 行 输 入 “Water” ，按回车键 将填充其他三个输 入框。现在已经输入 模拟所必需的组分。 单击“Next”按钮继 续。 下一个窗口是物性 方法设定表格。选择 AspenPlus 执行模拟 中要使用的基本方 法 。 这 里 选 择 “NRTL”方法。 单击“Next” 下面出现的窗口显 示的是本体系的组 分在所

7、选基本方法 的交互参数。如果对 这些参数满意，单击 “Next” 。 8 出现提示窗口询问是 否输入进一步的数据 或者更改适当的设定。 如果每一个设定都是 正确的，单击“OK” 。 现在是输入体系的 物理数据的时候了。 出现的第一个屏幕 是“FEED”流股。 在开始输入数据之 前，了解不同可选项 的耦合。 有Temperature 、 Pressure、Vapor Fraction3 个状态变 量（State Variable） 允许选择，必须设定 3 个中的 2 个。单击 Temperature框 和 Pressure 框右侧的箭 头从选择项中选择。 9 可以通过单击单位 框右侧的箭头改变

8、任何变量的单位。从 显示的一系列的单 位中选择所需要的 单位。对这个例子温 度选择摄氏度，压力 选择大气压。 改 变 温 度 单 位 为 Celsius 并输入 25。 设置流股的压力为 1atm。 如问题描述，塔的输 入流股的流速设为 100 lbmol/hr。 下一个需要输入的 是进料流股的组成 （Composition） 。 单击框的右侧箭头 显示组成定义的所 有不同的选项。 选择 “Mole-Frac”（摩 尔分率） 10 问题描述要求输入 流股中两种组分的 分率为 50/50。 在两个框中输入0.5。 然后单击“Next” 。 输入流股的设定就 完成了。 现在就要开始设计 实际的塔。

9、第一步 是粗略估计所需要 的塔板数 （Number of Stages） 。 为了这项工作，首先 使用 AspenPlus 声称 T-XY 图，使用快速 做 出 McCabe-Thile 图。在菜单上，选择 “ Tools ”， 单 击 “Analysis Property”和 “Binary” 11 单击“OK” 。 单击这个箭头选择 “T-XY” 作为想要 执行的分析类型。 压力必须等于塔的 操作压力，所以输 入 1atm。 一旦准备好了，单 击“GO” 。 AspenPlus 生成 1atm 下甲醇和水的汽液 平衡图。X 轴为甲醇 的摩尔分率。左端点 和右端点分别代表 纯水和纯甲醇。 注

10、意两个组分没有 共沸点，完全分离在 理论上是可行的。 初步估计理论板数 大约为 8。 12 因为塔的操作效率 不 会 是 100% 。 在 “Number of Stages” 输入 10。 在下面，我们将会进 一步优化这个值。 单击“Condenser”框 右侧的箭头显示冷 凝器的候选项。 就如前面所说，这个 塔 使 用 全 凝 器 （Total） 。 单击操作条件设定 中的一个右侧的箭 头显示所有的可选 项。对这个例子，因 为甲醇是我们考虑 要回收的组分，并且 甲醇的沸点比水低， 我 们 选 择 设 置 “Reflux ratio” （回 流比）和“Distillate rate”（馏出物

11、速率） 。 13 因为没有共沸点，甲 醇 的 “ Distillate Flowrate”可以和输 入的流速数值相同， 设为 50 lbmol/hr。 对 大 多数 的应 用 ， “Reflux ratio” 的正 常范围是 1.251.8。 输入 1.5，按“Next” 继续。 下一个要求输入的 窗口为“Feed Stage” （进料板位置） 。如 果不能确定进料位 置，一个比较安全的 进料位置为中间进 料。 这时后面优化要解 决的另一个问题。 输入 5，按“Next” 继续。 下面需要输入精馏 塔的操作压力。 单击单位框右侧的 箭头将压力的单位 更改为大气压，在左 边的框中输入 1。 如果

12、塔的“Pressure Drop” （压降）有合 适的数据，也可以输 入。对这个例子塔的 压降将在随后考虑。 14 代替单击“Next” ， 单击左边导航栏的 “Efficiencies”文件 夹，可以加快执行的 速度。 任何的塔都不是很 完美，正常的效率范 围在 5080%之间。 在文献中有简捷的 方法确定塔的效率。 这里选用 “Murphree efficiency” ，因此， 单击左边的单选框 选中它。 单击 “Vapor-Liquid” 页继续。 下一步设置塔的每一 级的效率。 AspenPlus能够根据给 定的基准计算其他级 的效率。 在“Stage”列输入 5， 在“Efficie

13、ncy”列输 入 0.7。 15 下一步设置这个塔所 包含的塔板的类型。 单 击 左 边 导 航 栏 的 “Tray Sizing”文件 夹。 单击 “New” 按钮继续。 一个输入段的编号的提示对话框 将会出现。 单击“OK”继续。 这个窗口允许我们 从列表中选择合适 的塔板类型。 在“Starting stage” 中输入 2， 在 “Ending stage”中输入 9。因 为我们设置的 10 块 板包括全凝器和再 沸器。 16 对这个例子，我们选 择 “Bubble-Cap” （泡 罩）塔板。 单击“Tray Type”右 边的箭头选择合适 的塔板。 “Number of passes

14、 ” 和 “ Tray spacing”保持原来的 数值不变。 单 击 左 边 “ Tray Rating”文件夹，单 击“New”继续。 出现另外一个选择 段数的提示框，单击 “OK” 。 分别在起始和终了 塔板数输入 2 和 9。 塔板类型选择泡罩。 “Diameter” （塔板 直径）的估计值是需 要的，这里输入 1.5 ft。 单击 “Design/Pdrop” 页继续。 单击 “Update section pressure profile”左 边的选项框选中该 项，这样 AspenPlus 就会计算塔的压降 了。 17 这时最后一个设置 了。双击“Setup”文 件夹，单击“Rep

15、ort Options” ，最后单击 “Stream”页。 单击 “Fraction Basis” 列的 “Mole” 选项框。 AspenPlus 就会报告 每一流股的摩尔分 率。目标是 99.5%。 单击“Next” 。 在 这 里 停 留 片 刻，准备运行模 拟程序。 单击“确定”按 钮。 控制面板上将会显 示 AspenPlus 寻找解 得迭代过程。计算将 会正常结束。 单击蓝色图标显示 结果。 18 单击“Stream”可以 查看所有流股的计 算结果。 使用箭头可以浏览 每一流股对应的计 算值。我们在两个产 品 流 股 中 都 得 到 94.2%的纯度。还没 有达到 99.5%的设计

16、 要求。下面将通过优 化达到这个目标。 双击兰色的 “Blocks” 文件夹，然后单击 “Dist” 。 下一步，鼠标移到顶 端，单击“Plot”菜 单的 “Plot Wizard” 。 AspenPlus 的图形向 导生成塔的分布，然 后将它们转换美观 的小图形。 19 这是图形向导的欢 迎窗口， 单击 “Next” 按钮继续。 这里列出了 8 种图 形，我们希望查看的 第一个图是塔内的 组成分布图。 在“Composition” ， 然后单击“Next” 20 单击右向双箭头，选 择需要画图的两个 组分。 下一步，在“Select Phase”选项中选择 “Liquid” 。 再次单击“Next”可 以设置其他的图形 选项。在这里已经不 需要改变其他的选 项设置了。 单击“Finish”按钮 查看图形。 首先，这个土没有水 平污点 （level spots） ， 因此不需要增加而 外的塔板数。 并且，处于中间的第 5 块板（进料板）有 一点偏低，这意味着 可以通过改变进料 板位置来提高分离 效果。 这是优化的两个方 面 21 现在开始通过改变 塔板数（Number