【文章內(nèi)容簡介】 1 0 0 14 2 15 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 14 11 24 12 25 13 26 1 1 通過上述數(shù)據(jù)，能得到如下圖象： 圖 42 苯 氯苯體系的 Txy圖 （實驗值和計算值比較） 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 15 圖 43 苯 氯苯體系的 xy圖 （實驗值不計算值） 模型建立 模塊的選取 Aspen Plus 精餾塔的模擬類型可以分為設(shè)計式和操作式模擬計算 . 可以通過定義模型的回流比迚行設(shè)計型計算，又可以定義塔板數(shù)迚行操作型計。 Aspen Plus 中有各種各樣的塔模型來模擬精餾塔，其中最為常用的是DSTWU 和 RADFRAC 兩種模型。 DSTWU ?？佑?WinnUnderwoodGilliland 簡 捷算法迚行精餾塔的設(shè)計，根據(jù)給定的加料條件和分離要求計算最小回流比、最小理論板數(shù)、給定回流比下的理論板數(shù)和加料板位置。 首先選取 DSTWU?？哟_定 精餾塔 基本操作參數(shù)（回流比、塔板數(shù)） 。 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 16 DSTWU 的設(shè)定 圖 44 DSTWU模型圖 進(jìn)料參數(shù) FEED 圖 45 FEED參數(shù) 塔參數(shù)設(shè)置 DSTWU模型有四組模型設(shè)定參數(shù) : （ 1）塔設(shè)定 (Column specifications) 塔板數(shù) (Number of stages)； 回流比 (Reflux ratio)0，實際回流比， 1，絕對值 =實際回流比 /最小回流比。 （ 2）關(guān)健組分回收率 (Key ponent recoverie) 輕關(guān)健組分在餾出物中的回收率：餾出物中的輕關(guān)健組分 /進(jìn)料中的輕關(guān)健組分； 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 17 重關(guān)健組分在餾出物中的回收率：餾出物中的重關(guān)健組分 /進(jìn)料中的重關(guān)健組分。 （ 3）壓力 (Pressure) 冷凝器 (Condenser)； 再沸器 ( Reboiler)。 （ 4）冷凝器設(shè)定 (Condenser specifications) 全凝器 (Total condenser)； 帶汽相餾出物的部分冷凝器 (Partial condenser with vapor distillate)； 帶汽、液相餾出物的部分冷凝器 (Partial condenser with vapor and liquid distillate)。 由于任務(wù)書中規(guī)定 操作壓力為 4 kPa（塔頂表壓） ，單板壓降： ≤ kPa ，故設(shè)再沸器壓力為 110kPa。 取最小回流比的 2倍故輸入 2。 定義輕重關(guān)鍵組分的回收率來確定分離要求，經(jīng)過計 算可得輕關(guān)鍵組分的回收率 大概 為 組分的回收率 大概 為 。 圖 46 塔操作參數(shù) 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 18 運行結(jié)果 圖 47 運行結(jié)果表 由運行結(jié)果圖可以看出，按上述塔的操作參數(shù)并不能達(dá)到分離任務(wù)，因此我們要重新設(shè)定塔的操作參數(shù)。而能改變的塔的參數(shù)只有輕、重關(guān)鍵組分的收率，因此我們要將輕、重關(guān)鍵組分的收率確定下來，以達(dá)到塔的分離任務(wù)。 確定 輕、重關(guān)鍵組分的收率 利用 Aspen Plus以輕、重關(guān)鍵組 分的 收率為自變量，以 XD、 XW為因變量的靈敏度分析，選出一個可 以同時達(dá)到 塔頂餾出液苯量大于 98%，塔底釜液苯量小于2%這 2個指標(biāo)的合適的操作點。 選擇菜單樹中的 Model Analysis— Sensitivity點擊 New，新建敏感度分析s1。 （ 1）、因變量的輸入 在 Define菜單下 Flowsheet variable輸入 XD、 XW。 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 19 圖 48 因變量 XD的參數(shù) 圖 49 因變量 XW的參數(shù) （ 2）、自變量的輸入 點擊 vary，按截圖 輸入?yún)?shù) 。 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 20 圖 410 自變量重關(guān)鍵組分參數(shù) 圖 411 自變量輕關(guān)鍵組分參數(shù) （ 3）、 運行結(jié)果的輸 出 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 21 點擊 Tabulate，按如下截圖輸入?yún)?shù) 。 圖 412 生成結(jié)果參數(shù)的輸入 點擊運行 ，打開 results得到如下結(jié)果表 圖 413 敏感度分析結(jié)果表 核算 將圖 13中的黑色結(jié)果輸入到如下圖標(biāo)。 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 22 圖 414 確定 塔的參數(shù) 重新運算后，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果能達(dá)到設(shè)計要求： 圖 415 分離結(jié)果表 上述過程 雖然輕、重關(guān)鍵組分的回收率，但是精餾塔的回流比和 塔板數(shù)還沒確定。 通過敏感度分析，找到最佳操作點。 Model Analysis— Sensitivity點擊 New，新建敏感度分析 s2。 (1)、新建因變量塔板數(shù)： 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 23 圖 416 因變量塔板數(shù)參數(shù) (2)、新建自變量回流比： 圖 417 自變量回流比 查看 S2的 result，并用作圖分析： 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 24 圖 418 簡捷塔回流比和塔板數(shù)的關(guān)系 通過上圖的分析可知，當(dāng)回流比取 ，對于蒸餾來說是最合理的。因為如果回流比太大，減小回流比時，塔的塔板數(shù)不會明顯減少，這樣只會增加塔的操作成本。而如果回流比小于 ，則只要稍稍減少一點，則塔的塔板數(shù)能明顯的減少。這于塔的操作，在經(jīng)濟(jì)上是合理的。 因此，塔的回流比我們選擇 ，能得到如下結(jié)果： 圖 419 簡捷塔操作結(jié)果 表 41 嚴(yán)格塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 25 回流比 R = 總理論板層數(shù) NT =（ 包括再沸器和冷凝器 ) 進(jìn)料板位置 NF = 精餾段實際板層數(shù) N 精 =提餾段實際板層數(shù) N 提 =（ ） /52% = 10 塔頂操作壓力 PD = +4 = kpa 每層塔板壓降 △ P = kpa 進(jìn)料板壓力 PF = + 13= 本章小結(jié) 通過 簡捷塔的設(shè)計，我們知道要達(dá)到設(shè)計要求的回流比、理論板數(shù)和進(jìn)料板位置。并且通過敏感度分析，我們知道了塔頂 XD和塔底 XW 輕重組分的蒸出率。并結(jié)合全塔效率，我們能夠計算出嚴(yán)格塔的實際板數(shù)。 通過本章的設(shè)計，我們對敏感度分析有了一個更加明確的認(rèn)識。為以后更加熟練的應(yīng)用 aspen plus 打下了基礎(chǔ)。 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 26 五．嚴(yán)格塔核算 設(shè)計目的 使用嚴(yán)格蒸餾塔進(jìn)行塔精確模擬分析，簡捷塔計算結(jié)果做為精確計算的輸入依據(jù)，最后得出準(zhǔn)確結(jié)果，完成設(shè)計。 設(shè)計基本思路 根據(jù) DSTWU模型計算的結(jié)果，得到回流比 R，理論板 N，進(jìn)料位置 NF。進(jìn)行嚴(yán)格計算，待參數(shù)都輸入完畢后運行，檢查結(jié)果，看分離是否滿足要求。若不滿足設(shè)計要求，可改變回流比、進(jìn)料位置。也可以采用 designe規(guī)定，結(jié)果是否滿足設(shè) 計要求。 模型建立 模塊的選取 RADFRAC 模塊同時聯(lián)解物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系，用逐板計算方法求解給定精餾塔的操作結(jié)果。 RADFRAC 模塊用于準(zhǔn)確計算精餾、吸收塔 (板式塔或填料塔 )的分離能力和設(shè)備參數(shù)。 圖 51 嚴(yán)格塔模塊的選擇 RADFRAC 的設(shè)定 FEED 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 27 圖 52 嚴(yán)格 塔迚料參數(shù) RADFRAC模塊具有以下設(shè)定項目 : 1）配置 (Configuration ) 2）物流 (Streams ) 3）壓力 (Pressure ) 4）冷凝器 (Condenser ) 5）再沸器 (Reboiler ) 6）三相 (3Phase) 各設(shè)定項目具體內(nèi)容如下 : 1）配置 配置中又分為以下六個小項目 : (1)塔板數(shù) (Number of Stages ) (2)冷凝器 (Condenser ) 冷凝器配置有以下四個選項 : A、全凝器 (Total) B、部分冷凝一汽相餾出物 (( PartialVapor ) C、部分冷凝一汽相和液相餾出物 (PartialVaporLiquid ) D、無冷凝器 (None ) (3)再沸器 (Reboiler ) 再沸器配置有三個選項 : A、釜式再沸器 (Kettle ) B、熱虹吸式再沸器 (Thermosyphon ) C、無再沸器 (None ) (4)有效相態(tài) (Valid Phase) 有效相態(tài)有以下四個選項可供選擇 : A、汽一液 (VaporLiquid ) B、汽一液一液 (VaporLiquid Liquid) C、汽一液一再沸器游離水 (VaporLiquidFreeWaterCondensor) D、汽一液一任意塔板游離水 (VaporLiquidFreeWaterAnyStage ) (5)收斂方法 (Convergence) 收斂方法從六個選項中選擇一種 : 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 28 A、標(biāo)準(zhǔn)方法 (Standard ) B、石油 /寬沸程 (Petroleum/WideBoiling ) C、強(qiáng)非理想液相 (Strongly Nonideal Liquid ) D、共沸體系 (Azeotropic ) E、深度冷凍體系 (Cryogenic ) F、用戶定義 (Custom ) (6)操作設(shè)定 (Operation Specifications) 操作設(shè)定從十個選項中選擇 : A、回流比 (Reflux Ratio ) B、回流速率 (Reflux Rate ) C、餾出物速率 (Distillate Rate) D、塔底物速率 (Bottoms Rate ) E、上升蒸汽速率 (Boilup Rate) F、上升蒸汽比 (Boilup Ratio ) G、上升蒸汽 /進(jìn)料比 (Boilup to Feed Ratio ) H、餾出物 /進(jìn)料比 (Distillate to Feed Ratio ) I、冷凝器熱負(fù)荷 (Condenser Duty ) J、再沸器熱負(fù)荷 (Reboiler Duty ) 2)物流有以下兩種 : (1)進(jìn)料流股 (Feed Streams )用于指定每一股進(jìn)料的加料板位置 . (2)產(chǎn)品流股 (Product Streams )用于指定每一股側(cè)線產(chǎn)品的出料板位置及產(chǎn)量。 3)塔內(nèi)壓力設(shè)定有三種方式 : (1)塔頂 /塔底 (TopBottom ):指定塔頂壓力、冷凝器壓降和塔壓降。 (2)壓力剖型 (Pressure Profile ):指定每一塊塔板壓力。 (3)塔段壓降 (Section Pressure Drop ):指定每一塔段的壓降 . 4)冷凝器設(shè)定有兩組參數(shù) : (1)冷凝器指標(biāo) (Condenser Specification ):僅僅應(yīng)用于部分冷凝器 .只需 指定冷凝溫度 (Temperature)和蒸汽分率 (Vapor Fraction)兩個參數(shù)之一 (2)過冷態(tài) (Subcooling ): 5)過冷選項 (Subcooling option ) 二選一 :回流物和餾出物都過冷 /僅僅回流物過冷。 6)過冷指標(biāo) (Subcooling specification) 二選一 :過冷物溫度 /過冷度 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 29 圖 53 嚴(yán)格塔操作參數(shù) 圖 54 迚料板位置 圖 55 塔壓參數(shù) 3. 定義塔板效率 不分離 結(jié)果 青海大學(xué)化工學(xué)院化工系 30 選擇默弗里效率（ Murphree efficiencies）， 2～ 22 級板效為 ；再沸器效率（第 23 級）