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1、Aspen Plus应用塔设备设计1上节课内容Aspen plus简介Aspen plus操作界面Aspen plus使用基本步骤2Aspen Plus塔设计应用Aspen Plus中的塔设备模块简捷精馏模块DSTWU严格精馏模块RadFrac3一、Aspen plus中的塔设备模块塔模块分类：简捷精馏：DSTWU、Distl、SCFrac严格精馏：RadFrac、MultiFrac、PetroFrac、RateFrac液-液萃取：Extract41.1简捷塔模块本节课学习DSTWU模块51.2 严格塔模块我们主要学习RadFracRadFrac模块6塔设计案例甲醇和水的精馏分离进料组成甲醇：
2、38.6wt%水：63.2wt%进料量：55t/h分离要求：甲醇纯度：99.9wt%甲醇回收率：99.5%气体分离装置丙烯塔进料组成丙烯：85.58mol%丙烷：14.32mol%正丁烷: 0.1mol%进料量：25t/h分离要求：丙烯纯度：99.5wt%丙烯回收率：99.9%7设计思路1.1.用用Aspen plusAspen plus的简捷精馏模块（DSTWUDSTWU）确定满足要求的理论板数、最小回流比和采出率的大概值；2.2.用灵敏度分析得到塔板数和再沸器热负荷随回流比的变化曲线，选择合适的回流比；3.3.结合采出率和进料板位置共同作为严格精馏的输入条件，选用严格精馏模块（RadFra
3、cRadFrac）进行模拟；4.4.用Aspen plusAspen plus模型分析功能中的设计规定辅助进行求解，使之准确达到设计要求。8选择模板Template甲醇分离：Chemicals with Metric Units丙烯塔Petroleum with Metric Units92.简捷精馏模块DSTWU建立工艺流程图数据输入模拟运算及结果查看灵敏度分析102.1建立工艺流程图（1）启动Aspen Plus（2）选Template： Chemicals with Metric Units（3）选用模块: DSTWU（4）连接流股（5）整理工艺流程图2.简捷精馏模块DSTWU11（3）
4、选用模块: DSTWU2.1建立工艺流程图选取这三个不同的图标，仅仅是外形不同，功能是一样的DSTWU模型用于对塔的简捷设计计算，它可以估算最小回流比和最小理论板数。12（4）连接流股2.1建立工艺流程图FEED进料流股连接处Distillate塔顶采出Bottom塔底抽出点击Material Streams连接流股13（5）整理工艺流程图重命名塔模块、流股调整模块大小、流股位置保存模拟项目 2.1建立工艺流程图Example4_1 Column Appl模拟项目名称最好不用中文，文件所在目录也最好不用中文，避免运行错误142.2数据输入2.简捷精馏模块DSTWU(1)输入全局变量(2)输入化
5、学组分(3)输入/修改物性方法(4)输入进料物流数据(5)设定模块数据15(1)输入全局变量2.2前期输入输入Title （可不输入）稳态过程，不用改变不含固体，不用改变物流计算基准由Mole改成Mass16(1)输入全局变量2.2前期输入b)输入描述信息Description c)输入帐号信息Accounting 17(1)输入全局变量2.2前期输入d)修改Report Options部分选项 Fraction basisMole 选上Mass 选上18(2)输入化学组分2.2前期输入（a）Formula 表项中分别输入水和甲醇分子式（b）Component 表项中对化学组分重命名，便于自己
6、识别例：甲基环戊烷ID：METHY-0119(2)输入化学组分2.2前期输入其余的选项缺省设置不用管20(3)输入/修改物性方法2.2前期输入甲醇和水用模板Chemicals with Metric Units 的缺省物性方法NRTL，不用修改21(3)输入/修改物性方法2.2前期输入22(4)输入进料物流数据2.2前期输入（a）输入进料温度、压力和气相分率中的两个（b）输入进料流量（c）输入进料组成23(4)输入进料物流数据2.2前期输入相对压力1bar=0.1MPa总和为1（或100）24(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（a）输入理论板数和回流比中的一项一般选输入回流比（i）输入
7、正数，如3， 表示回流比为3（ii）输入负数，如-1.5表示1.5倍最小回流比25(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（b）输入塔顶压力和塔釜压力为相对压力塔顶压力要小于进料压力，否则计算过程会报警告信息26(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（c）选择冷凝器类型如果选择了部分冷凝还要在这里输入气相馏出物的分率值。27(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（d）输入轻/重关键组分及其在塔顶采出中的mole回收率进料甲醇：36.8wt%甲醇纯度：99.9wt%回收率：99.5%SD0/F=0.368*99.5%/0.999=0.3665水回收率=(SD0*0.1%)/(F*0.6
8、32)=0.00058输入完成，按输入完成，按Next键键开始模拟计算开始模拟计算282.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTWU计算结束无错误提示无警告提示输入完成，按输入完成，按Data Brower键键查看模拟结果查看模拟结果292.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTWU查看物流结果塔顶甲醇分率满足：质量分率0.999甲醇回收率：20138.8*0.999/(55000*0.268)=0.9940.995302.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTWU查看塔模块结果最小回流比：0.9976312.4灵敏度分析用灵敏度分析得到塔板数和再沸器热负荷随回流比的变化曲线
9、，选择合适的回流比2.简捷精馏模块DSTWU32(1)新建灵敏度任务找到Model Analysis Tools Sensitivity点New按钮在弹出窗口中输入任务ID2.4灵敏度分析33(2)定义因变量点New按钮，输入因变量名称在弹出窗口中定义因变量类型2.4灵敏度分析NSTAGE为精馏塔所需理论板数34(3)定义自变量2.4灵敏度分析自变量选择回流比RR输入自变量变化范围和步长（RR的下限要大于最小回流比）35(4)数据表设置2.4灵敏度分析点击此项自动填入所有表项点点Next键开始键开始灵敏度分析计算灵敏度分析计算36(5)查看结果，绘制RR-NSTAGERR-NSTAGE图2.4
10、灵敏度分析a.定义X轴数据左键选取RR这一列数据在菜单栏上选取PlotX-Axis Variable37(5)查看结果，绘制RR-NSTAGERR-NSTAGE图2.4灵敏度分析b.定义Y轴数据左键选取NSTAGE这一列数据在菜单栏上选取PlotY-Axis Variable38(5)查看结果，绘制RR-NSTAGERR-NSTAGE图2.4灵敏度分析c.画RR-NSTAGE图选完X、Y轴直接点Plot Display Plot画图39(5) RR-NSTAGERR-NSTAGE曲线2.4灵敏度分析曲线拐点：回流比约1.340(6) 模拟结果模拟结果2.4灵敏度分析回流比1.3下的模拟结果理论
11、板数：19.04进料板：14.8塔顶/进料：0.2458(mole)41(7) 结论结论2.4灵敏度分析对同一产品质量要求而言回流比R增加 塔板数减少，投资费用降低 能耗增加，运行费用上升严格精馏条件回流比 R=1.3理论板数 N=20进料板 NF=15采出率 D/F=0.2458 (mole比)423.精密分离模块RadFrac建立工艺流程图模块数据输入模拟运算及结果查看结果分析与改进塔板设计433.1 建立工艺流程图（1）在工艺流程窗口插入RadFrac模块（2）用Manipulators的Dupl模块复制T1进料流股作为RadFrac进料（3）连接RadFrac模块各流股3.严格精馏模块
12、RadFrac443.1 建立工艺流程图流股连接选中T1进料T1F，右键，选取Reconnect Destination将T1F连接到复制器Dupl上再从Dupl上引出两股物流至两个塔模块上连接RadFrac所需物流整理工艺流程图453.1 建立工艺流程图DUPL：复制器将一股物流复制成完全相同的多股物流无需重复输入外部物流数据点击这两个按钮中的点击这两个按钮中的一个进行数据输入一个进行数据输入463.2 模块数据输入3.严格精馏模块RadFrac(1)为了减少对新严格精馏计算的干扰，将T1和已有的灵敏度分析都Deactivate47(2)Configuration设定3.2 模块数据输入a.
13、输入理论板数输入理论板数b.选择冷凝器类型：选择冷凝器类型：全凝器部分冷凝器无冷凝器483.2 模块数据输入c.选择再沸器器类型：选择再沸器器类型：釜式再沸器热虹吸再沸器无再沸器(2)Configuration设定493.2 模块数据输入d.选择精馏过程中的有效相态。e.选择塔模块收敛方法此项对流程收敛非常重要(2)Configuration设定503.2 模块数据输入f.从列表框中选择操作变量类型。(2)Configuration设定513.2 模块数据输入(3)Streams设定输入进料板输入进料板位位置置523.2 模块数据输入(4)Pressure设定输入第一级理论输入第一级理论板板压
14、力压力输入单板输入单板压降压降或或全塔压降全塔压降。（非必填项）533.2 模块数据输入(5)Condenser设定输入经过冷凝器输入经过冷凝器后的后的过冷过冷温度。温度。（非必填项）（非必填项）输入完成，按输入完成，按Next键键开始模拟计算开始模拟计算543.3模拟运算及结果查看3.严格精馏模块RadFrac(1)查看物流结果达不到达不到分离效果分离效果可用可用设计规定设计规定来优化来优化553.4结果分析与改进3.严格精馏模块RadFrac(1)灵敏度分析优化进料板位置56(1)灵敏度分析优化进料板位置3.4结果分析与改进进料板位置还是在进料板位置还是在15块块57(2)Design S
15、pec设计规定(a)定义被采集变量3.4结果分析与改进58(2)Design Spec设计规定(a)定义被采集变量3.4结果分析与改进59(2)Design Spec设计规定优化(b)定义自变量3.4结果分析与改进自变量为回流比自变量为回流比R点击点击Next键运行键运行60(2)Design Spec设计规定(c)查看设计规定运行结果3.4结果分析与改进塔顶采出甲醇纯度塔顶采出甲醇纯度达到要求达到要求61(2)Design Spec设计规定(c)查看设计规定运行结果3.4结果分析与改进回流比为回流比为1.39塔顶温度为塔顶温度为58.6可考虑通过降低塔顶压力可考虑通过降低塔顶压力使塔顶温度降
16、低至使塔顶温度降低至45左左右，从而降低能耗右，从而降低能耗623.5塔板设计通过Tray Sizing的New按钮新建一个设计表项3.严格精馏模块RadFrac63Tray Sizing计算结果3.5塔板设计64Tray Rating计算3.5塔板设计65Tray Rating计算结果3.5塔板设计66本章学习内容简捷计算模块DSTWU用于精馏塔的初步设计严密计算模块RadFrac应用67课外作业复习本节内容用Aspen plus练习塔设计调课通知将本周三下午的课调整到下周一上午1、2节地点：本课室68课后任务自学工艺管道布置这一章期末大作业分组：下周一班长收好分组名单给我7人一个小组，自由组合每个小组大致任务分工：（1）协调、大作业的校核工作（2）用Aspen Plus设计计算（3）画带控制点工艺流程图（4）画设备布置图（平面、立面图）（5）经济核算：设备造价、公用工程费用、经济效益等（6）安全、环保措施69
