《化工流程模拟实训—Aspen Plus教程(孙兰义主编)》配套PPS课件第7章 分离单元模拟PartB

计算产品组成
仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔
单个塔的两相或三相严格计算模 块
精馏塔的严格核算和设计计算
普通精馏、吸收、汽提、萃取 精馏、共沸精馏、三相精馏、 反应精馏等
Extract 液-液萃取严格计算模块 MultiFrac 严格法多塔蒸馏模块
液-液萃取严格计算
萃取塔
对一些复杂的多塔进行严格核算和 原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提
全凝器（Total condenser）
带气相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with all vapor distillate）
带气、液相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with vapor and liquid distillate）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
7.1 概述
模块 DSTWU Distl RadFrac
说明
功能
适用对象
使用Winn-Underwood-Gilliland 方法的多组分精馏的简捷设计模 块
确定最小回流比、最小理论板数以 及实际回流比、实际理论板数等
仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔
使用Edmister方法的多组分精馏 的简捷校核模块
精馏塔的严格核算和设计计算
蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共 沸精馏、反应精馏等
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU是多组分精馏的简捷设计模块，针对相对挥 发度近似恒定的物系开发，用于计算仅有一股进料和 两股产品的简单精馏塔。
DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland方法 进行精馏塔的简捷设计计算。
塔顶产品中的重关键组分摩尔流率/进料中的重关键组分摩尔流率
7.2 精馏塔的百度文库捷设计模块DSTWU
Specifications——压力（Pressure）
冷凝器压力 （Condenser）
再沸器压力 （Reboiler）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——冷凝器设定 （Condenser specifications）
所需理论板数，均不包括再
沸器
➢ 吉利兰图不能应用于非理
想溶液的精馏计算
吉利兰图
R Rmin R 1
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
吉利兰关联式
X R Rmin R 1
Y 1 exp[( 1 54.4X )( X 1)] 11 117.2X X 0.5
Y N Nmin N 2
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac的连接图如图所示
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac 模型具有以下设定表单
1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压力（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、热虹吸再沸器设置 （Thermosiphon Config） 6、再沸器（Reboiler） 7、三相（3-Phase）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——塔设定 （Column specifications）
（1）塔板数 ( Number of stages) （2）回流比 ( Reflux ratio)
回流比与理论板数仅允许规定一个 选择规定回流比时 输入值>0，表示实际回流比 输入值<-1，其绝对值表示实际回流比与最小 回流比的比值
计算等板高度
（Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的 Calculate HETP选项）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有两个计算选项
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
回流比随理论板数变化表对选取合理的理论板数很有参考价 值。在实际回流比对理论板数（Table of actual reflux ratio vs number of theoretical stages）一栏中输入要 分析的理论板数的初始值（Initial number of stages）、 终止值（Final number of stages），并输入理论板数变化 量（Increment size for number of stages）或者要分析 的理论板数个数（Number of values in table），据此可 以计算出不同理论板数下的回流比（Reflux ratio profile）， 并可以绘制回流比——理论板数关系曲线。
设计计算
塔组合等
SCFrac 简捷法多塔蒸馏模块
确定产品组成和流率、估算每个塔 段理论板数和热负荷等
原油常减压蒸馏塔等
PetroFrac 石油蒸馏模块
对石油炼制工业中的复杂塔进行严 格核算和设计计算
预闪蒸塔、原油常减压蒸馏 塔、催化裂化主分馏塔、乙烯 装置初馏塔和急冷塔组合等
RateFrac 非平衡级速率模块
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac模块可对下述过程做严格模拟计算：普通精 馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏 （包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化 率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽-液-液） 精馏。RadFrac适用于两相体系、三相体系、窄沸点 和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系
DSTWU模块的模拟结果可给出
最小回流比（Mimimum reflux ratio） 最小理论板数（Mimimum number of stages） 实际回流比（Actual reflux ratio） 实际理论板数（Number of actual stages） 进料位置（ Feed stage） 冷凝器负荷（Condenser cooling required） 再沸器负荷（Reboiler heating required） 等参数
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU DSTWU 模型的连接图如下
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有四组模块设定参数
1． 塔设定（Column specifications） 2． 关键组分回收率（Key component recoveries） 3． 压力（Pressure ） 4． 冷凝器设定（Condenser specifications）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——关键组分回收率 （Key component recoveries）
（1）轻关键组分（Light key）在塔顶产品中的摩尔回 收率
塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率/进料中的轻关键组分摩尔流率
（2）重关键组分（Heavy key）在塔顶产品中的摩尔回 收率
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有两个计算选项
生成回流比随理论板数变化表
（Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的 Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages选项）
ij
xij i,D
ij
Rmin
1
式中：ij — 相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值 —第一式的根，其值介于轻、重关键组分的相对挥
发度之间
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
吉利兰（Gilliland）关联图
用8个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成
N Nmin N 2
➢ N 、Nmin─在R、全回流下
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
芬斯克（Fenske）方程
取平均相对挥发度: m N 12 N
N min
log
xA xB
D
xB xA
log m
W
Nmin（包括再沸器）
芬斯克方程
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
恩德伍德（Underwood）方程
xij i,F 1 q
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
1、配置（Configuration） —设置选项（Setup 0ptions）
（2）板数（Number of stages） 可以是理论板数也可以是实际塔板数
求最小回流比、最小理论板数、实际回流比、实际理论板数、 进料位置以及塔顶产品与进料摩尔流率比，生成回流比随理 论板数变化表并作图。
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块可对带有一股进料和两股产品的简单精馏塔进行简 捷校核计算，此模块用Edmister方法计算精馏塔的产品组成
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
例7.2
用简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔，进料条件与例7.1相同， 冷凝器（全凝）压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，实际 回流比为5.11，理论板数为65（包括全凝器和再沸器）， 进料位置为25，塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）为0.5853，用PENG-ROB物性方法。 求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯 度。
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
1、配置（Configuration） —设置选项（Setup 0ptions）
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
1、配置（Configuration） —设置选项（Setup 0ptions）
（1）计算类型（Calculation type） 平衡级模型（Equilibrium）和非平衡级模型（Rate-Based）
第7章 分离单元模拟Part B
作者：武佳 孙兰义
第7章 分离单元模拟Part B
7.1 概述 7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU 7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl 7.4 精馏塔的严格计算模块RadFrac 7.5 塔板和填料的设计与校核 7.6 连续萃取模块Extract 7.7 吸收示例
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
通过Winn方程（之后Fenske对Winn方程进行了 完善）计算最小理论板数，使用Underwood方程 计算最小回流比，根据Gilliland关联图来确定操 作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的 回流比。
DSTWU模块计算精度不高，常用于初步设计，当 存在共沸物时，计算结果可能会出现错误， DSTWU模块的计算结果可以为严格精馏计算提供 合适的初值。
Distl模块的连接图如图所示
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块Specifications页面有两组模块设 定参数
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块Specifications页面有两组模块设 定参数
1. 塔设定（Column specifications），包括理论板数 （Number of stages）、进料位置（Feed stage）、回 流比（Reflux ratio）、塔顶产品与进料的摩尔流率比 （Distillate to feed mole ratio）、冷凝器形式 （Condenser type） 2. 压力设定（Pressure specifications），包括冷凝器 压力、再沸器压力
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块Results页面给出
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块Results页面给出
冷凝器热负荷（Condenser duty） 再沸器热负荷（Reboiler duty） 进料板温度（Feed stage temperature） 塔顶温度（Top stage temperature） 塔底温度（Bottom stage temperature）等
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
例7.1
简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为6kPa，再沸 器压力为14kPa，进料量为12500kg/hr，温度45℃，压力 101.325kPa，质量组成为乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦 油0.0007（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器， 回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不 低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7% （w），用PENG-ROB物性方法。