【正文】 Density kg/cum Average MW Liq Vol 60F cum/hr 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第六章 車間布置第六章 車間布置 車間布置規(guī)范在化工工程的初步設(shè)計(jì)或施工圖設(shè)計(jì)中，當(dāng)工廠總圖、工藝流程圖、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型及其主要尺寸確定后，就可以開始進(jìn)行車間廠房和車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)工作。具體的連接操作可以參見圖112。Aspen Plus軟件所提供的相關(guān)模塊主要有Rad Frac、DSTWU、Distl等，但是只有Rad Frac模塊可以完成涉及共沸、萃取、吸收及精餾等方面需求的問題。當(dāng)然，在磁盤空間充裕的前提下，可以選擇apw格式進(jìn)行存儲，因?yàn)橐栽摳袷絻Υ娴奈募梢员４婺M運(yùn)行過程中的所有運(yùn)行信息。當(dāng)然，由于軟件的強(qiáng)大集成功能，我們還可以看到每一個(gè)設(shè)備運(yùn)行輸出數(shù)據(jù)，以便對整個(gè)工藝流程進(jìn)行評估。⑸ 仿真運(yùn)行及結(jié)果顯示當(dāng)一切參數(shù)輸入完畢，就可以點(diǎn)擊軟件控制面板上的“Next”按鈕（快捷鍵F4）對整個(gè)模型裝置進(jìn)行仿真。針對不同的模塊所需要設(shè)置的參數(shù)一般不同。二是，需對整個(gè)模擬裝置所涉及的模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。本文主要研究對象是甲醇精餾裝置，考慮到其混合溶液中包含甲醇、水及甲酸甲酯，因此選用的物性方法為NRTLRK，對于甲醇精餾裝置系統(tǒng)具有較好的效果。物性計(jì)算是對仿真運(yùn)行時(shí)所套用的計(jì)算方式進(jìn)行選擇，選擇不同的計(jì)算方式對仿真結(jié)果產(chǎn)生不同的影響也可能造成模擬結(jié)果的偏失。組分信息主要是用于設(shè)定整套模型裝置運(yùn)行過程中所涉及的物料成分信息。參數(shù)的設(shè)置主要有全局特性設(shè)定、組分信息設(shè)定、物性計(jì)算方法設(shè)定、流股設(shè)定及模塊參數(shù)設(shè)定。亮藍(lán)則是選接口，可以根據(jù)需要連入模型，不做強(qiáng)行規(guī)定。何謂流股，就是在模型間用于連接的線段，這只是其在仿真界面上的具象顯示，在工業(yè)上表現(xiàn)為管線，而在模型過程中另有不同的深意，通過流股的參數(shù)設(shè)置可以定義模型的進(jìn)料。在選定好模塊后只要將鼠標(biāo)點(diǎn)住后拖至操作區(qū)域內(nèi)即可，模塊大小也可通過鼠標(biāo)拖拽進(jìn)行調(diào)節(jié)?？紤]到實(shí)際的甲醇精饋過程裝置包含精餾塔、冷凝器、再沸器等主要設(shè)備，輔助設(shè)備包含有閥門、泵等，選用精傾塔Rad Frac模塊，并選擇菜及閥門模塊。⑵ 裝置模塊選定Aspen Plus軟件的界面簡潔方便，界面上方是菜單欄及一些快捷操作按鈕，界面下方就是模型庫。在運(yùn)行類型的選擇方面，選擇流程圖方式，因?yàn)楸痉抡娴慕⑹窃诠に嚵鞒虉D基礎(chǔ)上進(jìn)行的。本文主要是通過建立甲醇精饋三塔的模型從而進(jìn)行模擬仿真，在此選用系統(tǒng)模塊模擬方式打開新文件。報(bào)告文件可以包含各種輸入的數(shù)據(jù)及運(yùn)行模擬的結(jié)果，可通過相關(guān)命令控制報(bào)告文件的輸出形式及相關(guān)內(nèi)容。報(bào)告文件可以包含各種輸入的數(shù)據(jù)及運(yùn)行模擬的結(jié)果，可通過相關(guān)命令控制報(bào)告文件的輸出形式及相關(guān)內(nèi)容。計(jì)算順序由軟件根據(jù)模型搭建方式自動進(jìn)行，若有特殊的需要用戶也可以通過定義參數(shù)來進(jìn)行調(diào)整在工業(yè)生產(chǎn)中往往存在循環(huán)回路，而在軟件模型過程中需對這一部分査看其收斂結(jié)果。此種形式對軟件用戶較大程度地帶來了便捷。① 數(shù)據(jù)輸入Aspen Plus的輸入可以通過兩種方式來完成，在建立好相關(guān)模型后，點(diǎn)擊Next便可通過彈出的窗口鍵入相關(guān)的數(shù)據(jù)完備模型裝置的參數(shù)使得模型更趨近于真實(shí)的工況。通過改變這一變量的數(shù)值時(shí)，軟件運(yùn)行結(jié)果也隨之變化。工況分析模塊的功能可以得到同一個(gè)工藝流程在不同的操作工況下運(yùn)行所得數(shù)據(jù)，對工藝流程投入至實(shí)際生產(chǎn)過程中具有指導(dǎo)性作用，也是研究工藝流程合理性的重要助。此外，多種貼心的工具可用于模型分析，用戶可自行選擇。⑵ 單元操作模塊Aspen Plus軟件所擁有的單元操作模塊數(shù)量多達(dá)50多種。參數(shù)的設(shè)定可以由物性輸入界面鍵入，也可由軟件對整個(gè)流程裝置進(jìn)行評估后計(jì)算得到?；蛟S在常見的領(lǐng)域其優(yōu)勢尚未明顯，但在特殊領(lǐng)域如固體加工等，其數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢是顯而易見的。它包含有兩個(gè)大型數(shù)據(jù)庫，一個(gè)是由其發(fā)行公司自主研發(fā)而成，另一個(gè)則是化工行業(yè)中極具權(quán)威性的數(shù)據(jù)庫(DIRR)。Aspen Plus的組成部分大致可分為三類，物性數(shù)據(jù)庫、單元操作模塊及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略?；み^程的模擬不明思議需要根據(jù)流程搭建所需的模型，Aspen Plus也是如此，因此它提供了一系列的操作模塊供用戶進(jìn)行選擇，使得模型的搭建更具合理性及適用性這些操作模塊不僅能夠應(yīng)付單個(gè)生產(chǎn)單元的模擬，同時(shí)對完整的工藝流程都能夠勝任。這一項(xiàng)目直到1981年末得以全部完成，其后不久Aspen Tech公司正式成立，而Aspen Plus作為商業(yè)化軟件得到發(fā)行。Aspen Plus是在化工模擬中較常被使用的軟件工具，也是本文用于驗(yàn)證方案可操作性的軟件平臺。根據(jù)化工過程模擬對生產(chǎn)過程、環(huán)境評價(jià)及經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行綜合的評估分析，其所得數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)裝置管理投資提供了有力的依據(jù)。在計(jì)算機(jī)上通過軟件的操作避免了對具體工藝生產(chǎn)中的設(shè)備、管線的變動，可以較為自由地對不同的控制方案及工藝流程進(jìn)行研究探討分析。化工過程的模擬通常由兩大塊組成，分別為穩(wěn)態(tài)以及動態(tài)仿真，精餾塔工藝流程的模型搭建屬于穩(wěn)態(tài)模擬，控制方案的實(shí)施則屬于動態(tài)模擬。選用固定管板式換熱器（JB/T 4715－92）主要參數(shù)如下表25：表25 冷卻器主要工藝參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)公稱直徑DN/mm600管子根數(shù)n245公稱壓力PN/MPa中心排管數(shù)17管程數(shù)Np1管程流通面積/m2管子尺寸/mmΦ25換熱管長度/mm3000管中心距/mm32管子排列方式正三角形沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 Error! No text of specified style in 第五章 ASPEN工藝核算及優(yōu)化 引言在前三章內(nèi)容中，已經(jīng)分別介紹了關(guān)于甲醇精餾三塔現(xiàn)有的工藝流程、影響效率的操作參數(shù)以及對于甲醇精塔的具體控制方案設(shè)計(jì)。有上述計(jì)算可以知道：故所選換熱器是合適的，安全系數(shù)為：設(shè)計(jì)結(jié)果為：選用固定管板式換熱器（JB/T 4715－92） 計(jì)算管、殼程壓力降⑴ 管程壓降根據(jù)壓降計(jì)算公式：其中，；； 對于碳鋼管，取管壁粗糙度由關(guān)系圖中可以查的采用直管，故⑵ 殼程壓降根據(jù)壓降計(jì)算公式：其中：；管子為正三角形排列：F=取折流板擋板間距 ()殼程流通面積：殼程流速：所以： 計(jì)算結(jié)果表明，管程和殼程的壓降均能滿足設(shè)計(jì)要求。如果相差較多，應(yīng)重作估算。[2326]兩股流體的進(jìn)出口溫度為：熱64—40℃ 冷35—20℃甲醇的定性溫度為：甲醇在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：；；；水的定性溫度為：水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：；；；熱負(fù)荷計(jì)算：冷卻水耗量：平均溫差：計(jì)算R和P： 由R、P值，查圖得，因，選用單殼程可行。涉及到之前數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和使用，計(jì)算時(shí)應(yīng)該在單位統(tǒng)一為國標(biāo)或者是常見單位的前提下進(jìn)行計(jì)算，以防出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。這里，以0℃為基準(zhǔn)溫度，設(shè)0℃時(shí)氣體和液體的焓均為0。由于所給的粗甲醇組成為質(zhì)量組成，在此計(jì)算時(shí)得改成摩爾分率形式xG,j，其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表14所示：表14 F701汽液組成計(jì)算MATERIALNO.CO1CO22H23CH44N25Ar6CH3OH7H2O8(CH3)2O9C4H9OH10SUM D702塔底廢水計(jì)算對D70D702 （即流程圖中的紅框包圍的區(qū)域）進(jìn)行物料衡算展開來，則有：其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表所示：表15 D702塔底廢水計(jì)算MATERIALNO.PPoint KG/HrPPoint wt%CO100CO2200H2300CH4400N2500Ar600CH3OH7H2O8（CH3)2O900C4H9OH10SUM1 D701塔頂排放物計(jì)算對D701進(jìn)物料衡算：對D701 、D702 （即流程圖中的紅框包圍的區(qū)域）進(jìn)行物料衡算其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表16所示：表16 D701塔頂排放物計(jì)算MATERIALNO.MPoint KG/HrMPoint wt%CO1CO22H23CH44N25Ar6CH3OH7H2O800（CH3)2O9C4H9OH1000SUM1 D701塔低組成計(jì)算對D701進(jìn)行物料衡算展開來，則有：其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表17所示：表17 D701塔低組成計(jì)算MATERIALNO.NPoint KG/HrNPoint wt%CO100CO2200H2300CH4400N2500Ar600CH3OH7H2O8（CH3)2O900C4H9OH10SUM1 D701塔頂蒸汽及回流液計(jì)算對D701塔頂進(jìn)行物料衡算展開來，則有：其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表18所示：表18 D701塔頂蒸汽及回流液計(jì)算MATERIALNO.RPoint KG/HrRPoint wt%QPoint KG/HrQPoint wt%CO100CO2200H2300CH4400N2500Ar600CH3OH71H2O80000（CH3)2O900C4H9OH100000SUM11 D702塔頂蒸汽及回流液計(jì)算對D702塔頂進(jìn)行物料衡算，組成同精甲醇其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表19所示：表19 D702塔頂蒸汽及回流液計(jì)算MATERIALNO.TPoint KG/HrTPoint wt%SPoint KG/HrSPoint wt%CO10000CO220000H230000CH440000N250000Ar60000CH3OH7H2O8（CH3)2O90000C4H9OH100000SUM11 結(jié)果檢驗(yàn)進(jìn)入系統(tǒng)物料(kg/h)：離開系統(tǒng)物料(kg/h)：計(jì)算相對誤差≤（具體計(jì)算結(jié)果參見表20）表20 相對誤差結(jié)果MATERIALNO.0CO10CO220H230CH440N250Ar6CH3OH70H2O80（CH3)2O900C4H9OH10RELATIVE ERROR 熱量衡算 參考數(shù)據(jù)⑴ 氣體恒壓熱容《氮肥工業(yè)設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)分冊）75頁 表21 氣體恒壓熱容 單位：kcal/kmol.℃MET.abcCOCO2H2CH4N2Ar00⑵ 液體恒壓熱容 表22 液體恒壓熱容 單位：kcal/kmol.℃MET.abcdCH3OHH2O(CH3)2OC4H9OH⑶ 汽化熱:《氮肥工業(yè)設(shè)計(jì)手冊》（理化數(shù)據(jù)分冊）75頁 表23 汽化熱 單位：kcal/kgMET.70℃64℃(表)CH3OHH2O⑷ 平均熱容 表24 平均熱容 單位：kcal/kg.℃TEMP.MET.Ave. Vapo HEAT20℃70℃ H2O40℃70℃ CH3OH 熱量衡算原理及方法⑴ 原理根據(jù)能量守恒定律，對于合成塔、精餾塔和換熱器可用穩(wěn)態(tài)流動的熱力學(xué)第一定律簡化式進(jìn)行熱量衡算⑵ 焓的計(jì)算對于精餾塔和換熱器，由于無化學(xué)反應(yīng)熱，所以采用熱容和相變熱進(jìn)行熱量衡算較為簡便。液相mol分率和質(zhì)量分率氣相mol分率和質(zhì)量分率：