【正文】 塔分析 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(gè)相態(tài)的流量、組成。C，塔底 155176。 塔運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)表 42. 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 表 42 結(jié)果運(yùn)行 由于數(shù)據(jù)資料內(nèi)容截圖很大，故進(jìn)行合理選擇取值。 （ 11） 塔盤(pán)尺寸定義 見(jiàn)圖 417。 （ 10） 再沸器汽化分率輸入 見(jiàn)圖 416。 （ 9） 操作壓力輸入 見(jiàn)圖 415。 （ 8） 輸入進(jìn)料板位置 見(jiàn)圖 414。 （ 7） 輸入塔板數(shù)，回流比，塔頂流量 見(jiàn)圖 413。 （ 6） 進(jìn)料輸入。 （ 5） 選擇物性方法。 （ 4） 定義輸出結(jié)果單位。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 （ 3） 輸入組分。 （ 2）輸入標(biāo)題及單位。 （ 1)塔模型建立 見(jiàn)圖 412. 圖 412 精餾塔模型 上圖為 Aspen 中 RadFace 精餾塔模型。 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。此處只截取摩爾流率。 （ 7）塔的輸入 見(jiàn)圖 48. 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。 （ 6） FEED 進(jìn)料狀態(tài) 見(jiàn)圖 47. 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 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。 （ 4）定義輸出結(jié)果單位 見(jiàn)圖 45. 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 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。 (2)輸入模擬標(biāo)題及單位 見(jiàn)圖 43. 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。 DSTWU塔模擬過(guò)程 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) 。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。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 。 根據(jù)不同的蒸餾 的類(lèi)型，將塔模型分為如下表 41： 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 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。 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。 CHAO SEA 物性方法和 GRAYSON 物性方法可以用于壓力較高的系統(tǒng)。選擇物性方法參照?qǐng)D 41。傳遞性質(zhì)包括：粘度、熱導(dǎo)率、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)等。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)。 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。故上述塔板效率不可用，所得實(shí)際板數(shù)不準(zhǔn)確。 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。精餾段理論板數(shù) Nm。 帶入數(shù)值： ? ????iii Fx, =1q 公式 （ 35） ???????????? ???? ????????? ??? q????????????? ???? 采用試差法算的 θ= 1...... ??????mBDBA ADA Rxx ?????? 公式 （ 36） ?????????????? ??????????? mR 計(jì)算得 : Rm= 取 R= 則 R= 查吉利蘭特圖 見(jiàn)圖 25 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） 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 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。 ??? yxx 公式 （ 31） 0 0 0 9 4 7 0 0 8 ???? yx y 公式 （ 32） 解的 x= y= 物料衡算結(jié)果見(jiàn)表 34. 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 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 表 34 物料衡算結(jié)果 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=。 設(shè)在釜液中順 2丁烯的量為 xmol,戊烯的量 ymol. 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 α 1 甲烷 2 乙烷 3 丙烷 4 順 2丁烯 5 反 2丁烯 6 1丁烯 7 異丁烯 8 異丁烷 9 正丁烷 14166 10 戊烯 11 己烯 12 庚烯 13 辛烯 合計(jì) 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 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。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。 根據(jù)產(chǎn)品的組成對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物料衡算見(jiàn)表 32。 表 31 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 。設(shè)定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 %。 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。 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。 (3) 最優(yōu)化問(wèn)題 最優(yōu)化問(wèn)題則通過(guò)操作型或設(shè)計(jì)型問(wèn)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(xiě)的優(yōu)化程序，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整可調(diào)的輸入流股齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 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。 (1) 操作型問(wèn)題 操作型問(wèn)題是 Aspen Plus 解決的最基本和最簡(jiǎn)單的問(wèn)題，大概是在已知單元操作模型輸入有關(guān)流股的可變狀態(tài)參數(shù)和有關(guān)設(shè)計(jì)設(shè)備參數(shù)，主要是針對(duì)現(xiàn)有的工藝過(guò)程進(jìn)行模擬，在結(jié)果里列出輸出要求流股的狀態(tài)及其工藝過(guò)程設(shè)備等參數(shù)。 Aspen Plus 功能介紹 Aspen Plus 的五大基本功能如圖 23。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 （ 7） 運(yùn)行并查看結(jié)果 。 （ 5） 輸入已知進(jìn)料流股條件 。 （ 3） 輸 入流入股流中的化學(xué)組分 。 一般來(lái)說(shuō)，使用此軟件進(jìn)行一個(gè)化工流程模擬的具體步驟為： （ 1） 畫(huà)流程圖，選擇合理的單元操作模型 。 Aspen Plus 穩(wěn)態(tài)模擬工具含有豐富的物性數(shù)據(jù)庫(kù)，可以處理非理想、極性高的復(fù)雜物系；以及一系列拓展的單元模型庫(kù)。 Aspen Plus 是以嚴(yán)格機(jī)理模型發(fā)家的，后來(lái)逐步發(fā)展起針對(duì)不同用場(chǎng)、不同層面的 Aspen 工程套件（ Aspen Engineering Suite，簡(jiǎn)稱(chēng) AES）產(chǎn)品系列。 利用 Aspen Plus 模擬軟件還可以自己開(kāi)發(fā)一個(gè)化工流程模擬的模型，或是通過(guò)物料及其能量衡算來(lái)計(jì)算出所有流股的條件及狀態(tài)。這些方法包括直接迭代法（ Wegstein）、正割法（ Secant）、擬牛頓法、 Broyden 法等。這個(gè)非常龐大的化工模擬軟件經(jīng)過(guò)近 20 多年的不斷地提高和擴(kuò)充，先后共推出了十余個(gè)版本 成為了全球公認(rèn)的通用大型化工流程模擬軟件。 方法簡(jiǎn)述 Aspen Plus 總體介紹 Aspen Plus 是非常龐大的通用化工流程模擬系統(tǒng)。為實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)提供了更為精確、嚴(yán)格、緊密的工藝條件，大大優(yōu)化了工藝控制條件，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。近幾年來(lái)，化工模擬軟件在大、 小設(shè)計(jì)單位及其他研究部門(mén)得到了空前廣泛的普及。 總工藝流程圖見(jiàn)圖 22。 在 MTBE 單元，異構(gòu)碳四中異丁烯與甲醇進(jìn)行醚化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入催化蒸餾塔，塔底得到產(chǎn)品 MTBE，塔頂?shù)氖Ｓ嗵妓慕?jīng)過(guò)甲醇回收后，甲醇循環(huán)利用，醚后碳四經(jīng)過(guò)脫碳三塔脫除碳三后一部分循環(huán)至烯烴異構(gòu)單元，另一部分進(jìn)入萃取分離單元進(jìn)行烷烯分離。在加氫分離單元內(nèi)，經(jīng)過(guò)水洗塔洗掉甲醇后，進(jìn)入脫丙烷塔將丙烷脫除，進(jìn)一步加氫分 離異丁烷后得到精制碳四進(jìn)入烯烴異構(gòu)單元。 脫重塔影響因素： （ 1） 塔壓波動(dòng)的影響； （ 2） 加料量的影響； （ 3） 加料組成的影響； （ 4） 進(jìn)料溫度的影響； （ 5） 回流量的影響； （ 6） 塔內(nèi)上升蒸氣量的影響； （ 7） 冷劑量的影響； （ 8） 設(shè)備狀況的影響。 塔釜流出物經(jīng)過(guò)換熱器冷卻至 40 度左右流向產(chǎn)品灌區(qū)。 脫重塔系作用是通過(guò)精餾分離碳四碳五組分， 產(chǎn)品 經(jīng)過(guò)換熱達(dá)到要求后送入生產(chǎn)或產(chǎn)品單元。 精餾是指把液體混合物進(jìn)行多次部分汽化，同時(shí)又把產(chǎn)生的蒸汽多次部齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 分冷凝，使混合物分離為所要求組分的操作過(guò)程。