【導(dǎo)讀】題目30萬(wàn)噸/年MTBE氣分裝置中。碳四碳五分離過(guò)程模擬研究。專(zhuān)業(yè)化學(xué)工程與工藝。指導(dǎo)教師姓名張文郁。專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)副教授

　　

【正文】 ??? ???? 7 6 0 8 6 2 1 2 2 6 1 6 6 0 0 0 0 ????????? ??? q????????????? ???? 采用試差法算的θ = 1. . . . . . ??????mBDBA ADA Rxx ?????? 公式 （ 36） 2 2 7 2 6 0 8 6 2 1 3 2 6 1 7 6 0 0 0 0 ?????????????? 0 0 0 ??????????? mR 計(jì)算得 : Rm= 取 R= 則 R= 理論板計(jì)算 查吉利蘭特圖 見(jiàn)圖 25 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 22 則 ???? R RmRX 公式 （ 37） 由吉利蘭特關(guān)聯(lián)式： XY ?? 1( ) 公式 （ 38） ???? N NmNY 公式 （ 39） YNYN m??? 1 = 公式 （ 310） 則 N ,= 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。 簡(jiǎn)潔法求精餾段理論板數(shù) 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。 DABFBA DBAm xx xxN,)( )(lg ]lg[ ?? 公式 （ 311） ??? DAB ??? 公式 （ 312） 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 23 )] )( [ ( ??mN 公式 （ 313） R= 查吉利蘭特圖 則 ???? R RmRX 公式 （ 314） 由吉利蘭特關(guān)聯(lián)式： XY ?? 1( ) 公式 （ 315） 11 ???? N NNY m 公式 （ 316） YNYN m??? 11= 公式 （ 317） 實(shí)際塔板數(shù) 實(shí)際塔板數(shù)為理論塔板數(shù)比上踏板效率。 Tp ENN? 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： mTE ? ?? 公式 （ 319） ?? ??? iim x 公式 （ 320） 其中 m? 為平均溫差下的進(jìn)料液體粘度， 可以解得 ?TE 所以，實(shí)際塔板數(shù)： ??PN 取 35?PN 在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)大多數(shù)塔，塔板效率都達(dá)不到 ，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。實(shí)際塔板數(shù)的確定在 做計(jì)算。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 24 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，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(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(chǎng)家和生產(chǎn)企業(yè)的協(xié)調(diào)下，塔板效率實(shí)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(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，詳細(xì)計(jì)算在 做介紹。 第四章 脫重塔計(jì)算 Aspen Pluse 計(jì)算選擇 物性方法的選擇 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(lèi)：狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法。選擇物性方法參照?qǐng)D 26。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 41 物性選擇 針對(duì)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(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。 模型的選擇 根據(jù)不同的蒸餾的類(lèi)型，將塔模型分為如下表 41： 表 41 塔操作模型 塔類(lèi)型 模型 簡(jiǎn)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(gè)嚴(yán)格的用于模擬所有類(lèi)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。齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 26 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 塔初步設(shè)計(jì)計(jì)算模擬 DSTWU 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) 。 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(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。 (2)輸入模擬標(biāo)題及單位 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 27 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 28 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 29 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。分別輸齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 30 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 31 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。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 32 DSTWU 小結(jié) 分析運(yùn)行結(jié)果知塔的分離效果很好，考慮到實(shí)經(jīng)濟(jì)原則，回流比有點(diǎn)大，待后續(xù)進(jìn)行優(yōu)化處理。 塔精確計(jì)算模擬及塔條件確定 塔精確計(jì)算模擬過(guò)程：依據(jù)塔初步設(shè)計(jì)得出的結(jié)果，進(jìn)行塔的精確計(jì)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(jìn)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(jìn)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) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 413 操作條件 在這個(gè)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(jìn)料板位置。 圖 414 進(jìn)料板位置 此處選擇塔初步設(shè)計(jì)進(jìn)料板位置值。 （ 9） 操作壓力輸入。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 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(pán)尺寸定義。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 35 圖 417 塔盤(pán)尺寸定義 在