【文章內(nèi)容簡介】 操作型或設(shè)計型問題設(shè)定約束條件，確定最終要求的目標(biāo)函數(shù)，運用Aspen Plus自帶或自己編寫的優(yōu)化程序，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整可調(diào)的輸入流股條件和設(shè)備參數(shù)，使得設(shè)計工藝達(dá)到最優(yōu)化的一個過程。如果生產(chǎn)工藝還沒有確定，最優(yōu)化的目標(biāo)就是要選擇一個在生產(chǎn)上可行、在技術(shù)上先進(jìn)、在環(huán)境上友好、在經(jīng)濟(jì)上合理的最優(yōu)化的設(shè)計方案。如果生產(chǎn)工藝已經(jīng)確定時，生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備條件不能再進(jìn)行改變，最優(yōu)化的目標(biāo)就是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗。這其實就是一個生產(chǎn)過程的優(yōu)化操作與控制的問題。 第三章 脫重塔系計算本設(shè)計依據(jù)實際要求定塔頂碳五含量小于百分之三，塔底碳四含量小于百分之三，塔頂采出量為41000kg/h,塔底采出量為4550kg/h。，分析與計算 通過對進(jìn)料氣體組分的分析，知進(jìn)料氣組分多分離比較復(fù)雜，先進(jìn)行理想化計算即在極限條件下的簡捷法計算，采用清晰分割法為后面Aspen 模擬計算提供初始估值。%，%。在理想狀態(tài)下采用采清晰分割法估算理論版數(shù)與最小回流比，設(shè)定順2丁烯為輕關(guān)鍵組分，戊烯為重關(guān)鍵組分，則比正丁烷輕的組分全從塔頂流出，比戊烯重的組分全從塔底流出。表21為年處理能力為30萬噸/年，一年生產(chǎn)時間按8000小時計算的物料組成。表 31 進(jìn)料組成物流號1組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)1甲烷2乙烷3丙烷4順2丁烯5反2丁烯61丁烯7異丁烯8異丁烷9正丁烷10戊烯11己烯12庚烯13辛烯合計相對揮發(fā)度由Aspen軟件計算出各物質(zhì)飽和蒸汽壓計算而來。 物流號組成質(zhì)量流率kg/hr摩爾流率kmol/hr摩爾分?jǐn)?shù)相對揮發(fā)度α1甲烷2乙烷3丙烷4順2丁烯5反2丁烯61丁烯7異丁烯8異丁烷9正丁烷1416610戊烯11己烯12庚烯13辛烯合計根據(jù)產(chǎn)品的組成對系統(tǒng)內(nèi)的物料衡算見表22。 表32物料衡算 計算以一摩爾進(jìn)料為標(biāo)準(zhǔn)。理想狀態(tài)下采用清晰分割法，分離以順2丁烯為輕關(guān)鍵組分，戊烯為重關(guān)鍵組分。 輕輕組分全從塔頂蒸出，重重組分全從塔底流出，物料計算見表33。設(shè)在釜液中順2丁烯的量為xmol,戊烯的量ymol.組分進(jìn)料餾出液釜液甲烷乙烷丙烷正丁烷反2丁烯1丁烯異丁烯異丁烷順2丁烯x戊烯y己烯庚烯辛烯合計+x+y 表33 物料計算 由于多組分分離比較復(fù)雜，且考慮到各組分的相對揮發(fā)度和含量對分離結(jié)果的影響，故在此稍提高分離要求。%，%。 公式 （31） 公式 （32） 解的x= y=表34 物料衡算結(jié)果餾出液釜液組成摩爾分?jǐn)?shù)%摩爾分?jǐn)?shù)%甲烷乙烷丙烷正丁烷反2丁烯1丁烯異丁烯異丁烷順2丁烯戊烯己烯庚烯辛烯合計 由理想狀態(tài)下的由Aspen計算進(jìn)料溫度90度，塔頂溫度60度，塔底溫度150度下順2丁烯和戊烯的飽和蒸汽壓，算的各溫度下的相對揮發(fā)度依次為：F=, D=, W=。 平均= 公式 （33）代入數(shù)值：由芬斯克公式： 公式 （34）帶入數(shù)值： 算出Nm= 計算最小回流比：運用恩德伍德方程計算,露點進(jìn)料q=0。帶入數(shù)值： =1q 公式 （35） 采用試差法算的θ= 公式 （36） 計算得: Rm= 取R= 則 R= 查吉利蘭特圖 見圖25則 公式 （37）由吉利蘭特關(guān)聯(lián)式： ) 公式 （38） 公式 （39） = 公式 （310） 則,= 圖31 吉利蘭特圖 簡介算法雖然誤差較大，但因簡便，所以特別適用于初步設(shè)計計算，可快速的算出理論塔板數(shù)，或粗略的尋求塔板數(shù)與回流比之間的關(guān)系。 定義精餾段理論板數(shù)N1，以決定加料位置。精餾段理論板數(shù)Nm。 公式 （311） 公式 （312） 公式 （313） R= 查吉利蘭特圖 則 公式 （314）由吉利蘭特關(guān)聯(lián)式： ) 公式 （315） 公式 （316） = 公式 （317）實際塔板數(shù)為理論塔板數(shù)比上踏板效率。 公式 （318）式中，N——理論板數(shù) ET——塔板效率 人們建立起的有關(guān)塔板效率的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，雖然用于絕大多數(shù)的設(shè)計任務(wù)中，但他們畢竟是純經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。人們在大量的研究中發(fā)現(xiàn)，某些經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式中的誤差會達(dá)到15%50%.一般情況下，塔板效率用以下公式求得： 公式 （319） 公式 （320）其中為平均溫差下的進(jìn)料液體粘度，可以解得 所以，實際塔板數(shù)： 取在實際生產(chǎn)經(jīng)驗中總結(jié)大多數(shù)塔，尤其是經(jīng)過長時間連續(xù)操作后，塔板效率會在各種影響因素的影響下明顯下降。故上述塔板效率不可用，所得實際板數(shù)不準(zhǔn)確。 本節(jié)小結(jié)本小結(jié)對上述計算結(jié)果進(jìn)行分析，清晰分割法考慮到組分含量和相對揮發(fā)度的差別，%，%，比實際分離要求高一點，主要是為下面計算提供理論板數(shù)和最小回流比的參考值，對于實際塔板數(shù)考慮到實際情況，在塔設(shè)備制造廠家和生產(chǎn)企業(yè)的協(xié)調(diào)下，且每層板效率都有差別，再加上一般在設(shè)計時為預(yù)防因設(shè)備，操作條件不穩(wěn)等引起的影響，在計算的總塔板數(shù)上多加510塊塔板。第四章 脫重塔計算 Aspen Pluse計算選擇選擇一個合適的物性方法對于一個模擬過程來說是非常重要的，它是決定模擬結(jié)果的精確度和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。物性方法就是一批方法和模型，用于來計算熱力學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)。熱力學(xué)性質(zhì)包括：逸度系數(shù)、焓、吉布斯自由能、熵、體積等。傳遞性質(zhì)包括：粘度、熱導(dǎo)率、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)等。Aspen Plus內(nèi)置的物性方法主要有兩大類：狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法。選擇物性方法參照圖26。 圖41 物性選擇針對石油混合物的性質(zhì)方法有BKl0、CHAOSEA、GRAYSON、PENGROB和RKSOAVE。CHAOSEA物性方法和GRAYSON物性方法可以用于壓力較高的系統(tǒng)。BKl0物性方法采用Braun K10的K值關(guān)聯(lián)式。對于本設(shè)計分離C4與C5組分的精餾塔，采用狀態(tài)方程法。因為是非極性的物系，采用的物性方法是PRBM。根據(jù)不同的蒸餾的類型，將塔模型分為如下表41：表41 塔操作模型塔類型模型簡捷蒸餾DSTWU、Distil、SCFrac嚴(yán)格蒸餾RadFrac、MultiFrac、PetroFrac、RateFrac液液萃取ExtractC4和C5分離精餾模擬選用的塔模型為Radfrac嚴(yán)格法精餾模型。Radfrac是一個嚴(yán)格的用于模擬所有類型的多級氣液精餾操作的模型，它既可以用于設(shè)計，也可以用于核算，是較為常用的一個模型。除了一般的精餾，他還能模擬吸收、再沸吸收、再沸汽提、萃取和共沸精餾。Radfrac還可以檢測和處理游離水相或塔中的任何地方的其它第二液相。Radfrac還可以模擬正在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的塔，或者是有兩個液相的，且在兩個液相中有不用的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的塔。下面先以塔設(shè)計簡潔計算法，運用手算數(shù)據(jù)進(jìn)行大概模擬，選用塔設(shè)計簡潔模型DSTWU。 DSTWU塔模擬過程依據(jù)清晰分割計算得出的一些基本數(shù)據(jù)作為設(shè)計初值輸入塔模擬流程如理論板數(shù)回流比等數(shù)據(jù)。（1）建立精餾塔模型 圖42 DSTWU精餾塔模型 圖33是Aspen中的DSTWU初步設(shè)計精餾塔模型，設(shè)定進(jìn)料股流為FEED，塔頂出料股流為D,塔底出料股流為L。(2)輸入模擬標(biāo)題及單位 圖43 標(biāo)題 在Global菜單下出現(xiàn)的這個窗口中輸入模擬的實驗的標(biāo)題11，并選擇輸入輸出單位METCBA。(3) 輸入組分 圖44 組分 在Selection窗口中的對應(yīng)位置上輸入在模擬系統(tǒng)中用到的組分。（4）定義輸出結(jié)果單位 圖45輸出單位如上211所示，在這個窗口中，將所有變量的單位都選擇為Mole的，以方便最后輸出結(jié)果的對照與計算。（5）選擇物性方法 圖46 選擇物性方法 這個窗口是物性方法設(shè)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。（6） FEED進(jìn)料狀態(tài) 圖47 進(jìn)料狀態(tài)現(xiàn)在是輸入進(jìn)料體系物理數(shù)據(jù)的窗口，出現(xiàn)的是FEED流股的情況。分別輸入壓力600Kpa,氣化分率1,和進(jìn)料量45550kg/h。 （7）塔的輸入圖48 分離要求輸入 在塔的輸入表中，輸入回流比，輕重關(guān)鍵組分在餾出液分別占精料液的摩爾分率，以及全凝器和再沸器的壓力。（8）物料結(jié)果輸出圖49 物料結(jié)果輸出 圖410 物料結(jié)果輸出這個窗口輸出輸入組分的輸出結(jié)果，包括壓力，溫度，采出量，組分的摩爾流率，摩爾分?jǐn)?shù)，質(zhì)量流率，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此處只截取摩爾流率。（9）塔設(shè)計結(jié)果輸出 圖411 塔設(shè)計結(jié)果輸出此窗口輸出塔的一些基本數(shù)據(jù)，如最小回流比，實際回流比，最小理論板數(shù)，理論板數(shù)，精料班位置，再沸器，泠凝器負(fù)荷，塔底，塔頂溫度等。 DSTWU小結(jié)