【正文】 iim x 公式 （ 320） 其中 m? 為平均溫差下的進料液體粘度， 可以解得 ?TE 所以，實際塔板數(shù)： ??PN 取 35?PN 在實際生產(chǎn)經(jīng)驗中總結(jié)大多數(shù)塔，塔板效率都達不到 ，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。實際塔板數(shù)的確定在 做計算。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 24 本節(jié)小結(jié) 本小結(jié)對上述計算結(jié)果進行分析，清晰分割法考慮到組分含量和相對揮發(fā)度的差別，設(shè)定的塔頂中戊烯的摩爾分率不大于 %，釜液中順 2丁烯的摩爾分率不大于 %，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，塔板效率實際也就是 左右，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，詳細(xì)計算在 做介紹。 第四章 脫重塔計算 Aspen Pluse 計算選擇 物性方法的選擇 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。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 25 圖 41 物性選擇 針對石油混合物的性質(zhì)方法有 BKl0、 CHAO?SEA、 GRAYSON、 PENG ROB 和RK SOAVE。 CHAO SEA 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。 模型的選擇 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 Extract C4 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。齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 26 Radfrac 還可以模擬正在進行化學(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)進行大概模擬，選用塔設(shè)計簡潔模型 DSTWU。 DSTWU 塔模擬過程 塔初步設(shè)計計算模擬 DSTWU 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) 。 塔模擬建 立 （ 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 27 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 28 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 29 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 進料狀態(tài) 圖 47 進料狀態(tài) 現(xiàn)在是輸入進料體系物理數(shù)據(jù)的窗口，出現(xiàn)的是 FEED 流股的情況。分別輸齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 30 入壓力 600Kpa,氣化分率 1,和進料量 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 31 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。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 32 DSTWU 小結(jié) 分析運行結(jié)果知塔的分離效果很好，考慮到實經(jīng)濟原則，回流比有點大，待后續(xù)進行優(yōu)化處理。 塔精確計算模擬及塔條件確定 塔精確計算模擬過程：依據(jù)塔初步設(shè)計得出的結(jié)果，進行塔的精確計算及優(yōu)化處理。 建立精餾塔模型 （ 1)塔模型建立 圖 412 精餾塔模型 上圖為 Aspen 中 RadFace 精餾塔模型。設(shè)定進料股流 1，塔頂出料股物流 3，塔底出料股物流 3。 （ 2）輸入標(biāo)題及單位。此 圖與圖 43相同。 （ 3） 輸入組分。此圖與圖 44相同。 （ 4） 定義輸出結(jié)果單位。此圖與圖 45 相同。 （ 5） 選擇物性方法。此圖與圖 46 相同。 （ 6） 進料輸入。此圖與圖 47 相同。 （ 7） 輸入塔板數(shù)，回流比，塔頂流量。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 33 圖 413操作條件 在這個步驟中選擇塔板數(shù) 23，冷凝器為全凝器，再沸器選擇 虹吸式再沸器 ，回流比選擇 ，塔頂質(zhì)量流出率為 41000kg/h。 （ 8） 輸入進料板位置。 圖 414進料板位置 此處選擇塔初步設(shè)計進料板位置值。 （ 9） 操作壓力輸入。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 34 圖 415 操作壓力輸入 在 Pressure 欄下需要輸入精餾塔的操作壓力，回流罐壓力 ,塔頂壓力 ，全塔壓降 。 （ 10） 再沸器汽化分率輸入。 圖 416再沸器汽化分率輸入 在 Reboiler 中輸入汽化分率 。 （ 11） 塔盤尺寸定義。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 35 圖 417塔盤尺寸定義 在此選擇浮法塔。 塔運行結(jié)果 表 42 結(jié)果運行 1進料 2塔頂 3塔底 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mass Frac CH4 C2H6 C3H8 CIS201 TRANS01 1BUT01 ISOBU01 ISOBU02 NBUT01 1PEN01 1HEX01 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 36 由于數(shù)據(jù)資料內(nèi)容截圖很大，故進行合理選擇取值。由表 214 可知塔頂溫度 176。 C，塔底 155176。 C,塔頂采出為 41000kg/h,塔底采出為 4550kg/h。 分布刨面結(jié)果分析 塔分析 分布刨面 分布剖形圖給出了精餾塔內(nèi)各塔板上的溫度、壓力、熱負(fù)荷、相平衡參數(shù)，以及各個相態(tài)的流量、組成和物性關(guān)系 。 圖 418 分布剖面 分布剖形圖 列出了十二種圖形，分別對熱負(fù)荷、分離因子、溫度、壓力、組 成及 K 值等做了從塔頂?shù)剿椎木_分布情況的分析。根據(jù)此圖，來分別對 K 值圖、壓力圖、溫度圖、組成圖等做簡要的分析。 （ 1） 溫度圖 4MET01 TRANS02 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 37 圖 419 溫度分布 我們可以看出在精餾段隨塔板數(shù)的增加溫度上升的比較快，提溜段隨塔板數(shù) 的增加溫度上升的比較緩慢。 （ 2）壓力圖 圖 420壓力分布 我們可以看到從塔頂?shù)剿讐毫ζ骄峙浣o每塊塔板。 （ 3) K 值圖 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 38 圖 421 K值 C4組分與 C5 組分的 K 值相差很大，隨著塔板數(shù)的增加 K值也增加。 分析運行結(jié)果 由結(jié)果知塔底中 C4 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %，塔頂中 C5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %，回收率遠遠大于設(shè)計要求，回收率變大設(shè)備成本增加，工藝控制難度增加，故進行合理改進，優(yōu)化初始設(shè)計，具體為減小回流 比，減小塔板數(shù)以及其他優(yōu)化措施。 塔優(yōu)化及分析 優(yōu)化數(shù)據(jù)輸入塔設(shè)定值 圖 422優(yōu)化塔板數(shù)和回流比輸入 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 39 圖 423 優(yōu)化進料板位置輸入 優(yōu)化后數(shù)據(jù)結(jié)果分析 （ 1）優(yōu)化結(jié)果表 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計 40 圖 424 優(yōu)化運行結(jié)果數(shù)據(jù) （ 2）優(yōu)化后數(shù)據(jù)結(jié)果分析。 分析數(shù)據(jù)得出塔頂中 C5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %，塔底中 C4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %，符合設(shè)計 要求指標(biāo)。 塔的水力學(xué)數(shù)據(jù)導(dǎo)出表 表 43 水力學(xué)性能 Stage Temperature liquid from Temperature vapor to Mass flow liquid from Mass flow vapor to Volume flow liquid from Volume flow vapor to C C kg/hr kg/hr cum/hr cum/hr 1 2 3 4 5 6 7 8