【正文】 ???VLsVL s ?? 查中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司 .化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版上冊(cè)），北京 :化學(xué)工業(yè)出版社， 2021，圖 1241，史密斯關(guān)聯(lián)圖，得 C20 = 。已知設(shè)計(jì)條件 操作壓力 (塔頂表壓 ) 單板壓降 ≤ Kpa 回流比 R= 72 塔板數(shù) N=44 全塔效率 ET= 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 55 頁(yè) 原料液總量 原料液組成 表 31 原料液組成 成分 含量（ wt%） N2和 Ar CO2 CH3OH CH3OCH3 C2H5OH C4H9OH H2O 合計(jì) 100 此設(shè)計(jì)選用浮閥塔。 加壓塔、常壓塔、回收塔采出甲醇的濃度 加壓塔采出甲醇的濃度 = % 92 81. 33 6 ? ，達(dá)到其要求濃度 %； 常壓塔采出甲醇的濃度 % 2726 2726 ??? 達(dá)到其要求濃度%； 回收塔采出甲醇的濃度 % 89 82 89 78 ?? 達(dá)到其要求濃度 %。 四塔實(shí)際模擬 圖 四塔模擬流程圖 四塔中預(yù)塔的有關(guān)數(shù)據(jù) 表 22 四塔 預(yù)塔模擬數(shù)據(jù)結(jié)果列表 預(yù)塔 進(jìn)料 塔頂 塔釜 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mass Flow kg/hr NBUT01 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 45 頁(yè) H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 Mass frace NBUT01 H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 46 頁(yè) 圖 能量衡算 四塔中加壓塔的有關(guān)數(shù)據(jù) 表 23 四塔 加壓塔模擬數(shù)據(jù)結(jié)果列表 加壓塔 進(jìn)料 塔頂 塔釜 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 47 頁(yè) Mass Flow kg/hr NBUT01 H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 Mass frace NBUT01 H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 48 頁(yè) 圖 冷凝器能量衡算 圖 再沸器能量衡算 四塔中常壓塔的有關(guān)數(shù)據(jù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 49 頁(yè) 表 25 四塔 常壓塔模擬數(shù)據(jù)結(jié)果列表 常壓塔 進(jìn)料 塔頂 塔釜 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mass Flow kg/hr NBUT01 H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 Mass frace NBUT01 H2O DIMET01 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 50 頁(yè) CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 圖 冷凝器能量衡算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 51 頁(yè) 圖 再沸器能量衡算 四塔中回收塔的有關(guān)數(shù)據(jù) 表 215 四塔 回收塔模擬數(shù)據(jù)結(jié)果列表 常壓塔 進(jìn)料 塔頂 塔釜 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mass Flow kg/hr 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 52 頁(yè) NBUT01 H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 Mass frace NBUT01 H2O DIMET01 CH4O ETHAN01 NITRO01 ARGON CO2 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 53 頁(yè) 圖 冷凝器能量衡算 圖 再沸器能量衡算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 54 頁(yè) 整個(gè)四塔甲醇的回收率 甲醇進(jìn)料質(zhì)量流率： = kg/hr；甲醇在預(yù)塔中損失的量為 kmol/hr 32 = kg/hr；甲醇在回收塔損失的量為32 = kg/hr。 理論板數(shù)分析 圖 理論板數(shù)與塔頂甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè) 回流比分析 圖 回流比與塔頂甲醇回收率關(guān)系 圖 回流比與塔頂乙醇回收率關(guān)系 餾出量分析 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 39 頁(yè) 圖 塔頂餾出量與甲醇回收率關(guān)系 進(jìn)料板位置分析 圖 進(jìn)料板位置與耗能關(guān)系 運(yùn)用上述條件，運(yùn)用 Radfrac 模塊中的 Tray Sizing 進(jìn)行回收塔的尺寸設(shè)計(jì)，其輸入數(shù)據(jù)如下圖所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁(yè) Tray Sizing 模擬輸入?yún)?shù) 1 Tray Sizing 模擬輸入?yún)?shù) 2 圖 運(yùn)行結(jié)果如下圖所示 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁(yè) 圖 圖 結(jié)果 運(yùn)用上述條件，運(yùn)用 Radfrac 模塊中的 Tray Rating 進(jìn)行回收塔的尺寸校核，其輸入數(shù)據(jù)如下圖所示。 回收塔的物料衡算 設(shè)置參數(shù)如下： 圖 模塊輸入?yún)?shù) 常 壓塔簡(jiǎn)捷計(jì)算模擬 如 下 圖 ： 圖 回收塔簡(jiǎn)捷計(jì)算流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè) 圖 回收塔 塔 模擬結(jié)果 運(yùn)用上述條件，運(yùn)用 Radfrac 模塊進(jìn)行 靈敏度分 。計(jì)算結(jié)果如下圖： 理論板數(shù)分析 圖 理論板數(shù)與塔頂甲醇回收率關(guān)系 回流比分析 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 圖 塔頂甲醇回收率與理論板數(shù)關(guān)系 圖 塔頂乙醇回收率與理論板數(shù)關(guān)系 塔頂餾出量分析 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 圖 塔頂餾出量與甲醇回收率關(guān)系 圖 塔頂餾出量與 乙醇 回收率關(guān)系 進(jìn)料板位置分析 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 圖 進(jìn)料板位置與耗能關(guān)系 運(yùn)用上述條件，運(yùn)用 Radfrac 模塊中的 Tray Sizing 進(jìn)行常壓塔的尺設(shè)計(jì)，其輸入數(shù)據(jù)如下圖所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) Tray Sizing 模擬輸入?yún)?shù) 1 Tray Sizing 模擬輸入?yún)?shù) 2 圖 運(yùn)行 結(jié)果如下圖：本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 圖 圖 profiles 結(jié)果 運(yùn)用上述條件，運(yùn)用 Radfrac 模塊中的 Tray Rating 進(jìn)行常壓塔的尺寸校核，其輸入數(shù)據(jù)如下圖所示。 常壓塔的物料衡算 設(shè)置參數(shù)如下： 圖 模塊輸入?yún)?shù) 常 壓塔簡(jiǎn)捷計(jì)算模擬 如 下 圖 ： 圖 常壓塔簡(jiǎn)捷計(jì)算流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 圖 加壓塔模擬結(jié)果 運(yùn)用上述條件，運(yùn)用 Radfrac 模塊進(jìn)行 靈敏度分 。 Tray Rating 模擬輸入?yún)?shù) 1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) Tray Rating 模擬輸入?yún)?shù) 2 Tray Rating 模擬輸入?yún)?shù) 3 圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 運(yùn)行后，得到塔板 profiles 結(jié)果，如圖所示。物流連接和圖 相同。 物料衡算 按年 30 萬(wàn)噸精甲醇計(jì)算，而粗甲醇中含甲醇量為 %。 ASPEN PLUS 模擬思路如下： 通過(guò)物料恒算得出塔頂采出量 D，通過(guò) DSTWU 模塊進(jìn)行四塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算，得出 Actual reflux ratio（即回流比 R）、 Number of stages(即塔板數(shù) )、Feed stage（進(jìn)料板）的數(shù)值，考慮到實(shí)際情況，用以上值乘一適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)做為實(shí)際四塔的模擬數(shù)據(jù)，結(jié)合物料恒算的結(jié)果，在 RadFrac 模型下進(jìn)行整個(gè)四塔的實(shí)際模擬。 對(duì)于一個(gè)模擬過(guò)程來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確無(wú)誤地選擇物性是模擬結(jié)果好壞的關(guān)鍵。 (3)塔的性質(zhì)，如塔板數(shù)、塔的壓力分布、回流比、氣相產(chǎn)品占塔頂總產(chǎn)品比率或塔頂出料、塔底出料、回流量等。 對(duì)于精餾模擬必須確定以下條件： (1)進(jìn)料性質(zhì) (包括進(jìn)料的組成、 溫度、壓力、進(jìn)料量、相數(shù)等 )和進(jìn)料位置。適用于兩相系統(tǒng)、窄沸程和寬沸程系統(tǒng)以及液相具有強(qiáng)的非理想程度系統(tǒng)。 (2)嚴(yán)格法模型： MultiFrac(嚴(yán)格法多塔精餾模型 )、 PetroFrac(嚴(yán)格法分餾塔 )、 RateFrac(精餾的核算與設(shè)計(jì)模型 )、 Extract(嚴(yán)格萃取塔模型 )。 Aspen Plus 工藝流程模擬 流程模擬就是將一個(gè)由許多個(gè)單元過(guò)程組成的化工流程用數(shù)字模型進(jìn)行描述，并且在計(jì)算機(jī)上通過(guò)改變各種有效條件得到所需要的結(jié)果，如操作條件等。這時(shí)，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對(duì)精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡；如果粗甲醇的組分變化較大時(shí)，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回 流比，才 能 保證粗甲醇的分離效率。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會(huì)有些小幅度波動(dòng)。隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié)，各層塔板上的 氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。因此生產(chǎn)上常用測(cè)量和控制靈敏板的溫本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)高純度分離時(shí)，一般不能用測(cè)量塔頂溫度來(lái)控制塔頂組成。對(duì)于餾出液和釜?dú)堃阂灿袑?duì)應(yīng)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)，通?？捎盟敎囟确从仇s出液組成，用塔底溫度反 映釜?dú)堃航M成。生產(chǎn)中某一因素的干擾（如熱量、 xF 等發(fā)生變動(dòng)）將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此應(yīng)及時(shí)予以調(diào)節(jié)控制。如進(jìn)料狀況改變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。 進(jìn)料組成和進(jìn)料熱狀況的影響 當(dāng)進(jìn)料狀況 (xF 和 q）發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)改變進(jìn)料位置