【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 操作型或設(shè)計(jì)型問題設(shè)定約束條件，確定最終要求的目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)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(jì)工藝達(dá)到最優(yōu)化的一個(gè)過(guò)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(gè)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(jì)方案。如果生產(chǎn)工藝已經(jīng)確定時(shí)，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(shí)就是一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化操作與控制的問題。 第三章 脫重塔系計(jì)算本設(shè)計(jì)依據(jù)實(shí)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(jì)算 通過(guò)對(duì)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(jì)算即在極限條件下的簡(jiǎn)捷法計(jì)算，采用清晰分割法為后面Aspen 模擬計(jì)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(wàn)噸/年，一年生產(chǎn)時(shí)間按8000小時(shí)計(jì)算的物料組成。表 31 進(jìn)料組成物流號(hào)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(jì)相對(duì)揮發(fā)度由Aspen軟件計(jì)算出各物質(zhì)飽和蒸汽壓計(jì)算而來(lái)。 物流號(hào)組成質(zhì)量流率kg/hr摩爾流率kmol/hr摩爾分?jǐn)?shù)相對(duì)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(jì)根據(jù)產(chǎn)品的組成對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物料衡算見表22。 表32物料衡算 計(jì)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(jì)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(jì)+x+y 表33 物料計(jì)算 由于多組分分離比較復(fù)雜，且考慮到各組分的相對(duì)揮發(fā)度和含量對(duì)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(jì) 由理想狀態(tài)下的由Aspen計(jì)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(duì)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(jì)算最小回流比：運(yùn)用恩德伍德方程計(jì)算,露點(diǎn)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(jì)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(jiǎn)介算法雖然誤差較大，但因簡(jiǎn)便，所以特別適用于初步設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)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(yàn)關(guān)聯(lián)式，雖然用于絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)任務(wù)中，但他們畢竟是純經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。人們?cè)诖罅康难芯恐邪l(fā)現(xiàn)，某些經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式中的誤差會(huì)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(shí)際塔板數(shù)： 取在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)大多數(shù)塔，尤其是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作后，塔板效率會(huì)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(shí)際板數(shù)不準(zhǔn)確。 本節(jié)小結(jié)本小結(jié)對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，清晰分割法考慮到組分含量和相對(duì)揮發(fā)度的差別，%，%，比實(shí)際分離要求高一點(diǎn)，主要是為下面計(jì)算提供理論板數(shù)和最小回流比的參考值，對(duì)于實(shí)際塔板數(shù)考慮到實(shí)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(jì)時(shí)為預(yù)防因設(shè)備，操作條件不穩(wěn)等引起的影響，在計(jì)算的總塔板數(shù)上多加510塊塔板。第四章 脫重塔計(jì)算 Aspen Pluse計(jì)算選擇選擇一個(gè)合適的物性方法對(duì)于一個(gè)模擬過(guò)程來(lái)說(shuō)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(lái)計(jì)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?qǐng)D26。 圖41 物性選擇針對(duì)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(duì)于本設(shè)計(jì)分離C4與C5組分的精餾塔，采用狀態(tài)方程法。因?yàn)槭欠菢O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(jiǎn)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(gè)嚴(yán)格的用于模擬所有類型的多級(jí)氣液精餾操作的模型，它既可以用于設(shè)計(jì)，也可以用于核算，是較為常用的一個(gè)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(cè)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(gè)液相的，且在兩個(gè)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(jì)簡(jiǎn)潔計(jì)算法，運(yùn)用手算數(shù)據(jù)進(jìn)行大概模擬，選用塔設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔模型DSTWU。 DSTWU塔模擬過(guò)程依據(jù)清晰分割計(jì)算得出的一些基本數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǎng)。(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(gè)窗口中輸入模擬的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(gè)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(duì)照與計(jì)算。（5）選擇物性方法 圖46 選擇物性方法 這個(gè)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(gè)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(jì)結(jié)果輸出 圖411 塔設(shè)計(jì)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(shí)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)