【文章內容簡介】 Rmin和塔板數粗算 ． 1 最小回流比 Rmin 由《化工分離過程》 [5]得恩特伍德公式： 1)(1 , ????? mici mDii RX??? (3—1)。 qXici Fii ????? 11 ,??? (3—2)。 因為進料為飽和液相，所以 q=1。 其中 αi=（ α 頂 α 底 ） 1/2 α 丙烯 =[（ ） （ 1/） ] 1/2= α 丙烷 =[（ ） （ ） ] 1/2=1 α 丁烷 =[（ ） （ ） ] 1/2= 所以式（ 31）： 沈陽化工 大學 學士學位論文 第三章 主體設備丙烯塔工藝計算 11 ??? ???????? =11=0 通過計算機編程（ C 語言，附錄二），取 θ1的根，得 θ= 再由式（ 31）： Rm+1= ? ??????? Rm= 為了實現兩個關鍵組分之間規(guī)定的分離要求，回流比必須大于它的最小值。實際回流比的選擇多考慮經濟方面的因素。 R/ Rm 為一個系數，根據 Fair 和 Bolles 的研究結果， R/ Rm 的最優(yōu)值約為 ，但是在實際情況下，稍大一些。如果取 R/ Rm=，常需要很多的理論板數；如果取 R/ Rm=，則需要較少的理論板數。[4]因為塔板數多會使主體設備的塔高變高，增加設備的費用，但是 R 小能使再沸器和冷凝器的傳熱 量降低，有利于節(jié)能，從長遠看經濟效益更好，因此取 R/ Rm=。 R=Rm== 簡捷法求取精餾塔塔板數 理論板數 Nm=平均?lg])/()lg[( WBADBA xxxx （ 3—3） 其中（ xA/xB） D= （ xA/xB) W=α 平均 =（ αDαWαF） 1/3, 其中 αD=K1/K2= αW=K1/K2=1/= αF=K1/K2=α 平均 = 因此 Nm= g )( ? 由《化工分離工程》 [5]得： X= ??????R RR m 沈陽化工 大學 學士學位論文 第三章 主體設備丙烯塔工藝計算 12 Y=== Y= 5 1 ?????? NNN NN m 所以， N=（不含再沸器） N=21 N 塔 =61。 結論 經 過物料衡算，通過簡捷計算法和恩特伍德公式確定了進料溫度為 43℃，塔板數為 122 和最小回流比為 ，并將這些值作為軟件優(yōu)化的初值。 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 13 第四章丙烯精餾塔的計算及應用 以第三章的計算結果為初值，應用 Aspen Plus 軟件對丙烯精餾塔的操作進行穩(wěn)態(tài)模擬。其中塔板數為 122，回流比為 11，進料溫度為 43℃ 。過程如下： ⑴ 建立精餾塔模型 圖 4— 1 精餾塔模型 Aspen 的 PlusRad Frac 精餾塔模型，上圖中的進料（ feed）包含 丙烯和 。采用回流比為 11 時，要求塔頂產物的純度都達到 %。 ⑵ 輸入模擬標題 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 14 圖 4— 2 標題圖 在出現的這個窗口中輸入模擬的實驗的標題 my project。 ⑶ 輸入組份 圖 4— 3 組分圖 在這個窗口的對應位置上 輸入在摸弄系統中用到的組分，分別為 PROPY0PROPA0 NBUT01(丙烯、丙烷、正丁烷 )。 ⑷ 單位轉換 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 15 圖 4— 4 單位轉換圖 如上圖所示，在這個窗口中，將所有變量的單位都選擇為 Mole 的，以方便對照與計算。 ⑸ 實驗方法 圖 4— 5 實驗方法圖 這個窗口是物性方法設定表格，選擇 Aspen Plus 執(zhí)行模擬中要使用的基本方法 ，這里選擇 ―PRBM‖方法。 ⑹ FEED 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 16 圖 4— 6 進料狀態(tài)圖 現在是輸入體系物理數據的窗口，出現的是 FEED 流股的情況。分別輸入溫度、壓力和進料量。 ⑺ 輸入塔板數，回流比，塔頂流量 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 17 圖 4— 7 操作條件圖 在這個步驟中塔板數我選擇了 160，冷凝器我選擇了全凝器，回流比為 11，塔頂流出速率為 ∕hr。 ⑻ 進料板位置 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 18 圖 4— 8 進料板位置圖 這個要求輸入的窗口為 ―Feed Stage‖，我選第 100 塊板為進料位置 ，在 stage下面輸入 100. ⑼ 操作壓力 圖 4— 9 操作壓力圖 上面需要輸入精餾塔的操作壓力，為 。 ⑽ 輸入單板效率 圖 4— 10 單板效率圖 該步驟為設置塔的每一級的效率， Aspen Plus 能夠根據給定的基準計算其他級的效率，我們給定 60 塊板效率為 ，在 ―Stage‖列輸入 60，在 ―Efficiency‖ 列輸入 . 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 19 ⑾ Tray Sizing 圖 4— 11 這個窗口允許我們選擇合適的塔板類型，我選浮閥塔，在 ―Starting stage‖中輸入 2，在 ―Ending stage‖ 中輸入 159，因為我們設置的 160 塊板包括全凝器和再沸器。 ⑿ Tray Rating 圖 4— 12 分別在起始和終了板數輸入 2 和 159，塔板類型選擇浮閥。 ―Diameter‖（塔板直徑）的估計值是需要的，這里輸入 2meter。 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 20 ⒀ 塔板壓降 圖 4— 13 該圖用來計算 塔板 的壓降。 ⒁ 計算 過 程 圖 4— 14 分析圖 控制面板上顯示的是 Aapen Plus 尋找解的迭代過程。共做了五次迭代。 ⒂ 實驗結果 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 21 圖 4— 15 結果圖表 由結果表我們可以看到丙烯在塔頂的含量達到了 ％，塔底不超過 10％，操作壓力從塔頂到塔底分別為 、 。操作溫度塔頂從塔頂 。 ⒃ 部分結果圖 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 22 圖 4— 16 各項結果圖 這里列出了八種圖形，分別對溫度、壓力、組成、 K 值等做了從塔頂到塔底的分布的情況分析。下面我們分別對溫度圖、壓 力圖、組成圖和 k 值圖等做簡要的分析。 ① K值圖 圖 4— 17 K 值圖 從這個圖可以看出丙烯的 K 值最大，丙烷次之，最小的是正丁烷，而且隨著塔板數的增加 k 值也增加。丙烷與丙烯的 k 值非常接近，也最難分 。 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 23 ② 壓力圖 圖 4— 18 壓力圖 從圖我們可以看到從塔頂到塔底壓力平均分配給每塊塔板。 ③ 溫度圖 圖 4— 19 溫度圖 從圖 419 我們可以看出在提留段隨塔板數的增加溫度上升的比較緩慢，精沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 24 餾段隨塔板數的增加溫度上升的較快。 ④ 組分圖 圖 4— 20 組分圖 從圖 420 我們可以看到經分離后塔頂丙烯含量最多，塔底丙烷含量最多，正丁烷變化基本不大。 生產十年精餾塔板所需要消耗的費用約為 3000 萬元，則每小時塔板的折舊費為 417 元，操作費用為每小時 9698 元，則投資費用標準為 417N+9698R=K (41) 平移（ 41）曲線選最優(yōu)點，如下圖 4— 25 知 N=160,R=11 時最優(yōu) ,則 417 160+9698 11=173398 元。 Aspen Plus 優(yōu)化曲線 如下： 沈陽化工 大學 學士學位論文 第四章 丙烯精餾塔的計算及應用 25 圖 4— 21 AspenPlus 優(yōu)化曲線 從上圖我們可以看出我們要的最優(yōu)點就是（ 160， 11），也就是最合適的塔板數與回流比。 經過 Aspen Plus 軟件優(yōu)化后，我們的得出了如下結論：當進料板數為 160塊板時，當回流比為 11 時，我們設計的精餾塔能滿足設計任務，而且是以經濟指標為目標函數的；塔頂丙稀含量 ，塔底為 ，塔頂丙烷含量為 ，塔底為 ；塔頂沒有正丁烷組分，塔底正丁烷含量為 平均分配給每塊塔板的；溫度從塔頂到塔底是逐漸升高的，從 43℃升高到℃ . 我們把以上結果作為塔設備參數確定的數據，開始進行下一章的計算。 沈陽化工 大學 學士學位論文 第五章 塔設備參數的計算 26 第五章 塔設備參數的計算 浮閥塔的設計計算 由《化工原理》（下） [7]：塔設備從結構形式上 分為板式塔和填料塔，在工業(yè)生產中，由于處理量大，多采用板式塔，在本設計丙烯分離量大，故采用板式塔。在板式塔中由于浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，并且浮閥塔的優(yōu)點有：（ 1）生產能力大；（ 2）操作彈性大；（ 3）塔板收率高；（ 4）氣體壓強降及液面落差較小；（ 5）塔的造價低。綜合以上的因素，在本次設計中選擇浮閥塔。 計算時以進料板為界，分為精餾段和提餾段兩段計算： 精餾段 塔板工藝尺寸計算 ⑴ 塔徑： 定性溫度 t=(tF+tD)/2=(+)/2==℃ x 丙烯 =(xD+xFi)/2=(+)/2= yFi=KixFi== y 丙烯 =(xD+yFi)/2=(+)/2= x 丙烷 =(xD+xFi)=(+)/2= yFi=KixFi== y 丙烷 =(xD+yFi)/2=(+)/2= x 丁烷 =(xD+xFi)/2=(+0)/2= yFi=KixFi== y 丁烷 =(xD+yFi)/2=(0+)/2= 所以，氣相的 M1=∑yiMi=42+44+58= 查《石油化工基礎數據手冊》 [4]得到三種物質的 Tc,Pc: Tc 丙烯 =℃ ,Tc 丙烷 =℃ ,Tc 正丁烷 =℃ Pc 丙烯 =,Pc 丙烷 =,Pc 正丁烷 =