Aspen plus 分离单元的仿真设计(三)
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aspen plus分离单元模拟
度。
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
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 N min N 2
N 、Nmin─在R、全回流
下所需理论板数，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
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
（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
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 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
分离单元的仿真设计
RadFrac 精密分离模块
RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。 RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备参数。
RadFrac 精密分离模块（2）
RadFrac—— 连接
RadFrac 模块的连接图如下：
RadFrac —— 流股
进料流股（Feed Streams） 指定每一股进料的加料板位置。 产品流股（Product Streams） 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。 在流股表单中设置以下参数：
RadFrac——流股（2）
RadFrac —— 压强
从三种方式（View）中选择一种
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
8、馏出物/进料比（Distillate to Feed Ratio)
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
9、冷凝器热负荷（Condenser Duty)
再沸器热负荷（Reboiler Duty)
RadFrac—配置 (操作设定) (2)
RadFrac—配置 (操作设定) (3)
冷凝器（Condenser）
添加标题
再沸器（Reboiler）
添加标题
有效相态（Valid Phase）
添加标题
收敛方法 （Convergence)
添加标题
操作设定 （Operation Specifications)
添加标题
配置表单包含以下项目：
RadFrac —— 配置（2）
RadFrac — 配置（冷凝器）
AspenPlus模拟第七讲+第八讲+第九讲分离单元的仿真设计
灵敏度分析—Sensitivity
在进行过程设计和分析时，常常 需要了解某些过程变量受其它过程变 量影响的敏感程度，ASPTEN Plus为 此提供了一个非常有用的分析工具： 模型分析工具(Model Analysis Tools) 下的灵敏度(Sensitivity)对象。
灵敏度分析—Sensitivity (2)
分离单元的仿真设计
(一)
分离过程模型的分类
Aspen Plus 中的分离过程 模型包含两大类别：
• 简单分离单元模型
Separators
• 塔设备单元模型
Columns
简单分离单元模型
简单分离单元模型包含五个模块：
• 两相闪蒸器 • 组份分离器
Flash2
Sep
• 三相闪蒸器 • 两出口组份
Flash3
灵敏度分析—Sensitivity (11)
步骤6：
灵敏度分析—Sensitivity (12)
步骤7：在列表(Tabulate)表单中输入需 要进行灵敏度分析的列表变量 (Tabulated variable)或组合变 量的表达式(Expression) ，以 及 列 表 时 的 列 序 号 (Column No.)。
灵敏度分析—Sensitivity (13)
步骤7：
灵敏度分析—Sensitivity (14)
步骤8：结果查看 从左侧索引栏中选择灵敏度对象下的
结 果 (Results) 项 目 ， 右 侧 的 汇 总 (Summary)表单中按照指定的列序号列表 给出调节变量和列表变量的对应值。
灵敏度分析—Sensitivity (15)
Flash2 — 模型参数 （2）
Flash2 — 模型参数 （3）
Aspenplus分离单元的仿真设计(三)
RadFrac — 塔板核算 （5）
RadFrac — 塔板核算 （6）
RadFrac — 塔板核算 （7）
在降液管(Downcomer)表单中输入： • 降液管底隙(Clearance)； • 顶部宽度(Width at top)； • 底部宽度(Width at bottom)； • 直段高度(Straight height) 。
RadFrac — 塔板核算 （8）
RadFrac — 塔板核算 （9）
塔板核算结果在结果 (Results) 表 单中列出，有三个参数应重点关注： 1、最大液泛因子(Maximum flooding factor) ，应该小于0.8 ； 2、塔段压降(Section pressure drop)； 3、最大降液管液位/板间距(Maximum backup / Tray spacing)，应该在 0.25 ~0.5之间。
RadFrac — 吸收计算 (5)
RadFrac — 吸收计算 (6)
RadFrac — 吸收示例 (1)
摩尔组成为 CO2 ( 12%)、 N2 ( 23%) 和H2 ( 65%)的混合气体（F=1000kg/hr、 P=2.9 MPa 、 T=20 C ） 用甲醇（ F= 60 t/hr 、 P=2.9MPa 、 T=-40 C ） 吸收脱除 CO2 。 吸 收 塔 有 30 块 理 论 板 ， 在 2.8 MPa 下操作。求出塔气体中的 CO2 浓 度。
RadFrac — 塔板核算（3）
RadFrac — 塔板核算 （4）
在塔板布置(Layout)表单中输入： • 浮 阀 的 类 型 (Valve type) 、 材 质 (Material) 、 厚 度 (Thickness) 、 有 效区浮阀数目(Number of valves to active area) ； • 筛孔直径(Hole diameter)和开孔率 (Sieve hole area to active area fraction)。
Aspen_plus反应器单元的仿真设计(三)(12讲)
RBatch — 示例（3）
如果将示例(2)的操作时间设置改为间 歇加料时间 2 hr，辅助时间 1 hr，求乙 酸转化率为 35% 时的反应时间，乙酸乙 酯的产量，装填率 = 0.7 时所需的反应釜 体积。
RBatch — 示例（4）
如果将示例(3)的反应釜用 100 C的饱 和蒸汽加热，反应釜传热面积 6 m2，传 热系数 500 W/m2K，求乙酸转化率为 35% 的反应时间，釜液温度随时间变化 的曲线。
RBatch — 模型设定 (2)
RBatch — 模型设定 (3)
选用温度剖形或热负荷剖形时 — 模型设定 (4)
选用恒定冷却剂温度时，需输入冷却剂温度、 传热系数和传热面积的值。
RBatch —— 模型设定
压强设定 (Pressure Specification)， 有三个选项供选择： 1、指定反应器压强 (Specify Reactor Pressure) 2、指定压强剖形 (Specify Reactor Pressure Profile) 3、计算反应器压强 (Calculate Reactor Pressure)
rbatchrbatch操作时间操作时间2rbatchrbatch操作时间操作时间222profileresulttimeprofileresulttime设定仿真计算的时间参数包括最大计设定仿真计算的时间参数包括最大计算时间算时间maximumcalculationtimemaximumcalculationtime输出剖输出剖形结果的时刻之间的时间区间形结果的时刻之间的时间区间timeintervaltimeintervalbetweenprofilepointsbetweenprofilepoints以及最大时刻点数以及最大时刻点数maximumnumberprofilepointsmaximumnumberprofilepoints22profileresulttimeprofileresulttime设定仿真计算的时间参数包括最大计设定仿真计算的时间参数包括最大计算时间算时间maximumcalculationtimemaximumcalculationtime输出剖输出剖形结果的时刻之间的时间区间形结果的时刻之间的时间区间timeintervaltimeintervalbetweenprofilepointsbetweenprofilepoints以及最大时刻点数以及最大时刻点数maximumnumberprofilepointsmaximumnumberprofilepointsrbatchrbatch操作时间操作时间3rbatchrbatch操作时间操作时间3rbatchrbatch连续加料连续加料rbatchrbatch连续加料连续加料当存在连续加料流股时在连续加料当存在连续加料流股时在连续加料表单中设置各个连续加料流股的流量随时表单中设置各个连续加料流股的流量随时间的变化情况
利用ASPEN-PLUS模拟与分析异丙苯的制备与分离.
利用ASPEN-PLUS模拟与分析异丙苯的制备与分离Simulation and analysis by ASPEN-PLUSpreparation and separation of the isopropyl benzene一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程与工艺学生：胡清清学号：指导教授：王水北京化工大学化学工程学院二零一五年七月十七日目录异丙苯制备及分离流程模拟 (1)一、设计任务与要求 (3)1、设计任务 (3)二、流程设计 (4)物质特性 (5)设计思路 (5)三、完成输入设定 (5)setup设置 (5)输入组分 (5)物性方法的选择 (6)Streams的输入 (6)BLOCK的输入 (7)反应器模块的输入 (7)换热器模块输入 (9)精馏塔模块输入 (10)闪蒸罐模块输入 (10)泵的输入 (11)四、模拟运行 (13)五、灵敏性分析 (16)换热器出口温度的灵敏度分析 (18)闪蒸罐温度的灵敏度分析 (20)闪蒸罐压力的灵敏度分析 (21)精馏塔回流比的灵敏度分析 (22)六、确定工艺参数 (24)七、心得体会 (25)一、设计任务与要求1、设计任务异丙苯制备与分离：因为我的学号是84，，包含数字0、1、2、4、8，由，该反应流程含有物质苯、丙烯、异丙苯及杂质正丁烷、甲烷。
所以由题目可知：进料：苯C6H6 、丙烯C3H6-2 、正丁烷C4H10-1 、甲烷CH4反应式：C3H6-2 + C6H6 = C9H12-2反应产物：异丙苯C9H12-2由已知条件知：（1）进口物料：压力温度120 ℃流量：苯和丙烯各6kmol/s，其他组分分别为s（2）反应器：丙烯转化率，压力降、热负荷为：0（3）换热器：压力降atm（4）精馏塔：塔釜苯摩尔含量为二．流程设计物质特性设计思路根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：图1：异丙苯制备及分离工艺流程图组成：整个流程包含五个部分:反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、闪蒸罐（FLASH）、泵（PUMP）及精馏塔（DSTWU）。
Aspen分离单元的仿真设计(二)
DSTWU — 模型参数（8）
DSTWU — 应用示例 (1)
由精馏塔分离某泡点混合物，已知该进料组 成：丙烷 5kmol/h ，异丁烷 10kmol/h ，丁烷 30kmol/h ， 2- 甲 基 丁 烷 20kmol/h ， 戊 烷 15kmol/h ，己烷 20kmol/h 。分离要求：塔 顶丁烷含量大于 29.7248kmol/h ， 2- 甲基丁 烷含量小于 0.2247kmol/h 。要求塔顶采用 全凝器，回流比为 1.8 ，操作压力 4.4atm 。 （物性方法PENG-ROB）
Sensitivity (11)
步骤6：
Sensitivity (12)
步骤7：在列表(Tabulate)表单中输入需 要进行灵敏度分析的列表变量 (Tabulated variable) 或组合变 量的表达式 (Expression) ，以 及 列 表 时 的 列 序 号 (Column No.)。
RadFrac—设计规定对象 (6)
RadFrac—设计规定对象 (7)
在进料 / 产物流股表单中选 择定义设计规定目标值的流股名 称.
RadFrac—设计规定对象 (8)
RadFrac —— 报告选项
报告 （ Report ） 中有一项对塔板 设计非常重要，即性质选项 （ Property options） 里的包括水力学参数 （ Include hydraulic parameters ） 选项。另外剖形 选项（Profile options）里包括哪些塔板 （Stages to be included in report）也很有 用。
DSTWU — 模型参数（7）
DSTWU模型有四组模型设定参数：
4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) （1） 全凝器 ( Total condenser) （2） 带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) （3） 带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)
CAPD基础 分离单元的仿真设计(二)
RadFrac—配置 (有效相态)（2）
RadFrac—配置（收敛方法）
收敛方法从六个选项中选择一种： 1、标准方法（Standard） 2、石油/宽沸程（Petroleum/Wide-Boiling） 3、强非理想液相（Strongly Non-ideal Liquid） 4、共沸体系（Azeotropic） 5、深度冷冻体系（Cryogenic） 6、用户定义（Custom）
（ Specify reboiler outlet condition）
3、同时指定流量和出口条件
（Specify both flow and outlet condition ）
RadFrac —— 再沸器
RadFrac — 结果查看
RadFrac 的计算结果从三部分查看： 1、结果简汇（Results summary） 2、分布剖形（Profiles） 3、流股结果（Stream results）
( Calculate HETP )
DSTWU — 计算选项（2）
Hale Waihona Puke DSTWU — 计算选项（3）
“生成回流比——理论板数关系表”对选取合 理的理论板数很有参考价值。在实际回流比对理 论板数栏目中输入我们想分析的理论板数的最小 值(Initial number of stages)、最大值(Final number of stages)和增量值(Increment size for number of stages)。计算完成后的结果中会包括回流比剖形 (Reflux ratio profile), 据此可以绘制回流比——理 论板数曲线。
>0, 实际回流比； <-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
DSTWU — 模型参数（2）
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Extract — 模型参数（2）
Extract — 模型参数（3）
2、关键组分 ( Key components)表单
(1) 第一液相( 1st liquid phase)
即比重较大的液相，从塔底出料。
(2) 第二液相( 2nd liquid phase)
即比重较小的液相，从塔顶出料。
Extract — 模型参数（4）
RadFrac — 塔板核算 （8）
RadFrac — 塔板核算 （9）
塔板核算结果在结果(Results)表 单中列出，有三个参数应重点关注： 1、最大液泛因子(Maximum flooding factor) ，应该小于0.8 ； 2、塔段压降(Section pressure drop)； 3、最大降液管液位/板间距(Maximum backup / Tray spacing)，应该在 0.25 ~0.5之间。
RadFrac —— 塔板设计
塔板设计(Tray sizing)计算给定板间 距下的塔径。可将塔分成多个塔段分别 设计合适的塔板。在 Specification 表单中 输 入 该 塔 段 (Trayed section) 的 起 始 塔 板 (Starting stage)和结束塔板(Ending stage)序 号，塔板类型(Tray type)，塔板流型程数 (Number of passes) ， 以 及 板 间 距 (Tray spacing)等几何结构(Geometry)参数。
RadFrac —塔板设计（2）
RadFrac — 塔板设计（2）
塔板类型提供了五种塔板供选用： 1、泡罩塔板（Bubble Cap） 2、筛板（Sieve） 3、浮阀塔板（Glistch Ballast） 4、弹性浮阀塔板（Koch Flexitray） 5、条形浮阀塔板（Nutter Float Valve)
RadFrac — 填料设计（2）
RadFrac — 填料设计（3）
填料类型共有 53 种填料供选用， 以下是 5 种典型的散堆填料：
1、拉西环（RASCHIG） 2、鲍尔环（PALL） 3、阶梯环（CMR） 4、矩鞍环（INTX） 5、超级环（SUPER RING）
RadFrac — 填料设计（4）
RadFrac — 吸收计算
RadFrac 模块用于吸收计算时，
1）在Configuration表单中将冷凝器 和再沸器类型选为 “None”； 2）在Streams表单中将塔底气体进料 板位置设为塔板总数加 1 ，并将 加 料 规 则 (Convention) 设 为 “Above-Stage”；
RadFrac — 塔板核算（3）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RadFrac — 塔板核算 （4）
在塔板布置(Layout)表单中输入： • 浮 阀 的 类 型 (Valve type) 、 材 质 (Material) 、 厚 度 (Thickness) 、 有 效区浮阀数目(Number of valves to active area) ； • 筛孔直径(Hole diameter)和开孔率 (Sieve hole area to active area fraction)。
RadFrac — 吸收计算 (2)
RadFrac — 吸收计算 (3)
RadFrac — 吸收计算 (4)
在收敛（Convergence）项目中将 1、基本(Basic) 表单里的算法(algorithm) 设置为“Standard”，并将最大迭代 次数(maximum iterations)设置为200; 2、将高级 (Advance) 表单里的第一栏吸 收器 (Absorber) 设置为“yes” 。
Extract —— 级效率（2）
Extract —— 级效率（3）
2、级 ( Stages )表单 输入每一块板上的通用板效率。
3、组分( Components )表单 输入每一个组分在每一块板上的组分 板效率。
Extract —— 级效率（4）
Extract —— 物性方法
Extract模块提供三类方法求取液— 液平衡分配系数。 1、选项 ( Options )表单 首先选择下列三类方法之一： 1）用给定的物性方法（活度系数法或 状态方程法）； 2）KLL温度关联式； 3）用户子程序。
填料类型共有 53 种填料供选用， 以下是 5 种典型的规整填料：
1、带孔板波填料（MELLAPAK） 2、带孔网波填料（CY） 3、带缝板波填料（RALU-PAK） 4、陶瓷板波填料（KERAPAK） 5、格栅规整填料（FLEXIGRID）
RadFrac — 填料设计（5）
RadFrac — 填料设计（6）
Extract — 物性方法（2）
Extract — 物性方法（3）
2、 KLL关联式 ( KLL correlation )表单 如果选择KLL温度关联式方法，则在 此输入各关联式中的系数。
RadFrac — 吸收计算 (5)
RadFrac — 吸收计算 (6)
RadFrac — 吸收示例 (1)
摩尔组成为 CO2 ( 12%)、 N2 ( 23%) 和H2 ( 65%)的混合气体（F=1000kg/hr、 P=2.9 MPa、T=20 C） 用甲醇（ F= 60 t/hr、P=2.9MPa、T=-40 C） 吸收脱除 CO2 。 吸 收 塔 有 30 块 理 论 板 ， 在 2.8 MPa 下操作。求出塔气体中的 CO2 浓 度。
RadFrac — 塔板设计（3）
RadFrac —塔板设计（4）
结果 (Results) 表单中给出计算得 到的塔内径 (Column diameter)、对 应最大塔内径的塔板序号(Stage with maximum diameter)、降液管截面积/ 塔截面积 (Downcomer area / Column area) 、 侧 降 液 管 流 速 (Side downcomer velocity)、侧堰长 (Side weir length)。
Extract — 模型参数（5）
3、物流 ( Streams )表单
塔顶和塔底必须各有一股进料和出 料物流。如果还有侧线物流，则在此表 单中设置侧线进料物流的加料板位置和 侧线出料物流的出料板位置和流量。
Extract — 模型参数（6）
Extract — 模型参数（7）
4、压强 ( Pressure )表单
结果 (Results) 表单中给出计算塔 内径 (Column diameter)、最大负荷 分率(Maximum fractional capacity)、 最 大 负 荷 因 子 (Maximum capacity fractor)、塔段压降 (Section pressure drop)、比表面积 (Surface area) 等参 数。
选用10块理论板，求使出塔气 体中的CO2浓度达到0.5%所需的吸
收剂（甲醇）用量以及采用典型塔
板和填料时的塔径。
RadFrac —— 脱吸计算
脱吸是吸收的逆过程，脱 吸计算与吸收计算的模型参数 设置相同，只是物料初始组成 不同。
RadFrac — 脱吸示例（1）
将吸收示例（4）所得到的吸收富 液减压到0.15 MPa进行闪蒸，低压液体 再进入脱吸塔在0.12 MPa下用氮气进行 气提脱吸，要求出塔贫液中的CO2浓度 达到0.1%。求合理的理论板数、所需 氮气流量、采用不同塔板和填料时的 脱吸塔尺寸、压降和负荷情况。
RadFrac— 塔板核算 （10）
RadFrac — 应用示例 (5)
在示例（4）的基础上进行 塔板设计和塔板核算，分别选用 浮阀塔板和弹性浮阀塔板计算后 对比结果。
RadFrac —— 填料设计
填料设计(Pack sizing)计算选用某 种填料时的塔内径。在Specification表 单中输入填料类型 (Type)、生产厂商 (Vendor)、材料 (Material)、板材厚度 (Sheet thickness)、尺寸 (Size)、等板高 度 (Height equivalent to a theoritical plate) 等参数。
设置塔内的压强剖形。至少指定一 块板的压强。未指定板的压强通过内 插或外推决定。
Extract — 模型参数（8）
Extract —— 级效率
Extract模块采用级效率来处理两液 相组成未达到平衡的真实过程，缺省的级 效率为 1（平衡级）。 1、选项 ( Options )表单 选择使用通用级效率(Specify stage efficiencies)还是为每一个组分分别指 定 级 效 率 (Specify efficiencies for individual components)。
RadFrac —— 塔板核算
塔板核算 （Tray rating） 计算给 定结构参数的塔板的负荷情况，可供 选用的塔板类型与“塔板设计”中相 同。 “塔板设计”与“塔板核算” 配合使用，可以完成塔板选型和工艺 参数设计。
RadFrac — 塔板核算（2）
“塔板核算”的输入参数除了从 “塔板设计” 带来的之外，还应补 充塔盘厚度(Deck thickness)和溢流堰 高度(Weir heights)，多流型塔板应对 每一种塔盘都输入堰高。
RadFrac —塔板设计（5）
RadFrac —塔板设计（6）
剖形 (Profiles) 表单中给出每一块 塔板对应的塔内径 (Diameter)、塔板 总面积(Total area)、塔板有效区面积 (Active area)、侧降液管截面积 (Side downcomer area) 。
RadFrac —塔板设计（7）
CAPD基础 第九讲
Simulation Design of Separation Processes
分离单元的仿真设计