Aspen反应精馏的模拟和设计
Aspenplus模拟精馏塔说明书
Aspenplus模拟精馏塔说明书Aspen plus模拟精馏塔说明书一、设计题目根据以下条件设计一座分离甲醇、水、正丙醇混合物的连续操作常压精馏塔：生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；产品组成：甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w；进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。
二、设计要求对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并利用AutoCAD 绘制塔设备图，并写出设计说明。
(1).进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置N F；最佳侧线出料位置N P；(3).回流比R；(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；(5).塔内构件塔板或填料的设计。
三、分析及模拟流程1.物料衡算（手算）目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。
内容:(1)生产能力:一年按8000 hr计算，进料流量为100000/(8000*0.7)=17.86 t/hr。
(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；产品:甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w。
(3).温度及压降：进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。
2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的:对精馏塔进行简捷计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、理论板数和加料板位置。
3.灵敏度分析目的:研究回流比与塔径的关系（N T-R），确定合适的回流比与塔板数；研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。
方法:作回流比与塔径的关系曲线（N T-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。
4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。
ASPENPLUS模拟计算乙烯精馏生产工艺
ASPENPLUS模拟计算乙烯精馏生产工艺乙烯是一种重要的基础化工原料，被广泛用于塑料、橡胶、纺织、化肥等行业。
乙烯的生产通常通过乙烷的裂解来实现，然后对产物进行精馏分离。
在ASPENPLUS软件中，我们可以使用模拟计算来研究乙烯精馏的生产工艺。
以下是一个关于乙烯精馏的工艺流程模拟计算的示例。
首先，我们需要建立一个乙烯精馏塔的模型。
我们可以选择合适的塔模型，例如McCabe-Thiele模型。
然后，我们需要输入原料的物性数据，例如乙烯和乙烷的物理属性，以及裂解过程中形成的其他组分的数据。
接下来，我们需要定义裂解的反应过程。
乙烷经过裂解反应产生乙烯和其他副产物。
我们可以选择合适的反应模型，例如矿物油裂解反应模型。
然后，我们需要指定反应的条件，例如温度和压力。
在模拟计算中，我们还需要考虑其他的操作条件，例如塔顶和塔底的温度和压力，以及塔内的塔板数目和塔板的设计参数。
这些参数的选择将直接影响到乙烯的分离效果和产品纯度。
在进行模拟计算之前，我们还需要制定一个目标函数。
例如，我们可以设定乙烯的纯度和回收率作为优化目标。
然后，我们可以根据目标函数进行优化计算，以确定最佳操作条件和设计参数。
在模拟计算完成后，我们可以通过查看计算结果和对比不同操作条件下的性能指标来评估乙烯生产工艺的优劣。
例如，我们可以比较不同温度和压力条件下的乙烯回收率和纯度，以确定最佳操作条件。
此外，我们还可以通过敏感性分析来评估不同因素对乙烯生产工艺的影响。
例如，我们可以分析温度、压力、反应物料比例等因素对乙烯纯度的影响，并找到优化方案。
总之，ASPENPLUS软件是一种实用的工具，可以用于乙烯精馏生产工艺的模拟计算。
通过合理设置模拟计算的参数和目标函数，我们可以研究不同操作条件和设计参数对乙烯生产的影响，并找到最佳的操作条件和设计方案。
ASPENPLUS模拟计算乙烯精馏生产工艺
ASPENPLUS模拟计算乙烯精馏生产工艺乙烯是一种重要的有机化工原料，广泛应用于塑料、合成纤维、橡胶等领域。
精细的乙烯精馏生产工艺对于获得高纯度的乙烯产品至关重要。
在本文中，将使用ASPENPLUS软件进行乙烯精馏生产工艺的模拟计算。
首先，需要建立物料平衡模型。
假设进料为乙烯和杂质物料，出料为乙烯和杂质物料的混合物。
首先，可以使用MESH分离块对进料进行塔板线性分离，并定义进料进口的操作条件。
然后，可以选择塔板压降模型，然后设置相平衡模型，例如使用UNIFAC-RK模型。
接下来，需要定义塔板的结构和操作参数。
在塔顶设置乙烯的回收器，并在塔底设置乙烯的热循环回收，以提高乙烯的回收率和纯度。
然后，需要选择合适的塔板类型和厚度。
请注意，在乙烯精馏塔中，常用的塔板类型有Sieve Tray、Valve Tray、Bubble Cap Tray等。
我们可以选择其中一种适合的塔板类型。
在进行塔板设计时，需要选择适当的塔心直径、液体停留时间和气体速度，以确保塔板的正常运行。
同时，还需要通过指定冷冻器、热交换器等设备，控制塔顶和塔底的温度。
完成了物料平衡和塔板设计后，接下来需要进行乙烯的精馏过程的热力学计算。
在ASPENPLUS中，可以选择适当的热力学模型，如NRTL或UNIFAC模型，以模拟乙烯的汽液相平衡行为。
此外，还可以通过设置温度、压力和摩尔流量等操作参数，优化乙烯的回收率和纯度。
最后，可以进行仿真计算和结果分析。
在ASPENPLUS中，可以使用数据回归方法，通过各个操作参数的变化，建立乙烯精馏过程的模拟模型。
通过模拟计算，可以得到乙烯的纯度、回收率以及杂质物料的分离效果。
然后，可以根据需求进行调整，以优化乙烯精馏生产工艺。
研究结果显示，通过ASPENPLUS的模拟计算，可以实时监测乙烯精馏过程的各项参数，包括温度、压力、流量等，并通过调整操作参数，实现乙烯的高回收率和高纯度。
同时，模拟计算还可以预测乙烯精馏过程中可能出现的问题，并提供相应的解决方案。
如何使用ASPEN软件模拟完成精馏的设计和控制马后炮
第6 章：使用稳态计算选择控制结构Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前，要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。
因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构，。
故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。
通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。
因此，在精馏塔的操作和控制中，“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量（如，回流流量和再沸器的输入热量），从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而，由于一些现实的原因，很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。
组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高，其可靠性对连续在线控制而言，有时略显不足。
如果使用色层法，还会在控制回路中引入死时间。
此外，不使用直接测量组分法，通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。
温度传感器廉价而又可靠，在控制回路上只有很小的测量滞后。
对恒压二元体系，温度与组成是一一对应相关的。
这在多组分体系中不适用，但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
在单端控制结构中，只需控制某块塔板的温度；选择剩下的“控制自由度”时应使产品质量可变性最小。
例如，确定一定的回流比RR 或者固定回流与进料流量的比值R/F。
有时候，需要控制两个温度（双温控制系统）。
我们将在本章中讨论这些被选方案。
如果选择使用塔板温度控制，那么问题便是选择最佳一块或数块塔板，该处的温度保持恒定。
在精馏文献中，这个问题已讨论了半个世纪以上，且提出了一些可选择的方法。
我们将一一审视这些方法，并举例说明其在各个系统中的有效性。
需要重点关注的是，所有这些方法都仅使用稳态信息，因此，如Aspen Plus 之类的稳态过程模拟器可便捷地用于计算。
aspen 精馏模拟详细过程及探讨疑问
精馏塔设计初步介绍1.设计计算◆输入参数：●利用DSTWU模型，进行设计计算●此时输入参数为：塔板数（或回流比以及最小回流比的倍数）、冷凝器与再沸器的工作压强、轻组分与重组分的回收率（可以从产品组成估计）、冷凝器的形式◆输出参数（得到用于详细计算的数据）：●实际回流比●实际塔板数（实际回流比和实际塔板数可以从Reflux Ratio Profile 中做图得到）●加料板位置（当加料浓度和此时塔板上液体浓度相当时的塔板）●蒸馏液（馏分）的流量●其他注：以上数据全部是估计得初值，需要按一定的要求进行优化（包括灵敏度以及设计规定的运用），优化主要在RadFrac模型中进行。
2.详细计算◆输入参数：●输入参数主要来自DSTWU中理论计算的数据◆输出参数：●输出的主要是设计板式塔所需要的水力学数据，尺寸数据等其他数据（主要是通过灵敏度分析以及设计规定来实现）3.疑问●在简捷计算中：回收率有时是估计值，它对得到详细计算所需的数据可靠性的影响是不是很大？●在简捷计算中：有多少个变量，又有多少个约束条件？●在简捷计算中：为什么回流比和塔板数有一定的关系？简捷计算（对塔）1．输入数据：●Reflux ratio ：-1.5（估计值，一般实际回流比是最小回流比的1.2—2倍）●冷凝器与再沸器的压强：1.013 ，1.123 （压降为0.11bar）●冷凝器的形式：全冷凝（题目要求）、●轻重组分的回收率（塔顶馏出液）：0.997 ，0.002 （如果没有给出，可以根据产品组成估计）●分析时，注意Calculation Option 中的设置，来确定最佳回流比以及加料板位置2．输出数据：●Reflux Ratio Profile中得到最佳的回流比与塔板数为：塔板数在45—50中选择，回流比在：0.547 —0.542●选定塔板数为：48，回流比为：０．５４４●把所选的塔板数回代计算，得到下列用于RadFrac模型计算的数据（见下图）：●●从图中可得：实际回流比为：0.545（摩尔比）；实际塔板数为：48；加料板位置：33；Distillate to feed fraction ：0.578（自己认为是摩尔比，有疑问？？）；馏出液的流量：１１６７３．５ｋｇ／ｈ疑问：进料的流量是怎么确定的，肯定是大于11574kg/h，通过设计规定得到甲醇产量为：11574kg/h（分离要求），求出流量为：16584.0378kg/h。
反应精馏的模拟与优化
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反应精馏的模拟与优化
01 引言
目录
02 反应精馏模拟
03 反应精馏优化
04 结论
05 参考内容
引言
反应精馏是一种广泛应用于化学工业中的高效分离技术，通过在精馏过程中 实现化学反应，可以有效地提高产品的纯度和收率，降低能耗和物耗。然而，反 应精馏过程复杂，受到多种因素的影响，因此需要进行细致的模拟和优化。本次 演示将介绍反应精馏的模拟和优化方法，以期为相关领域的研究和实践提供有益 的参考。
（1）机理模型：机理模型是根据化学反应的基本原理，建立反应动力学模 型，结合质量传递、能量传递等基本物理过程，对反应精馏过程进行详细描述。 该模型的优点是精度高，可以用于指导工业实践。但是，机理模型复杂，需要大 量的实验数据支持，建模过程繁琐。
（2）过程模型：过程模型是将反应精馏过程简化为一系列物理量，如温度、 压力、浓度等，通过数学方法对它们进行描述。该模型的优点是简单易懂，可以 快速得到结果。但是，过程模型精度较低，难以用于指导工业实践。
反应精馏过程模拟优化
1、反应精馏过程模拟优化的意 义和目的
反应精馏过程模拟优化的意义在于通过对实际生产过程的模拟和优化，实现 反应精馏过程的高效运行，提高产品质量和产量，降低能源消耗和环境污染。其 目的主要包括：（1）通过对物性参数的优化，提高物系计算的准确性和精度； （2）通过对流程的优化，提高反应精馏过程的分离效果和生产效率；（3）பைடு நூலகம்过 对优化算法的改进，缩短优化时间和提高优化效率。
3、反应精馏过程模拟优化的实 际应用效果
反应精馏过程模拟优化的实际应用效果主要体现在以下几个方面：（1）提 高产品质量和产量，降低能源消耗和环境污染；（2）降低生产成本，提高企业 经济效益；（3）推动化工行业的可持续发展和创新进步。例如，某石化企业利 用ASPEN软件对反应精馏过程进行优化后，提高了柴油产物的质量和产量，同时 降低了能耗和污染物排放量，取得了显著的经济效益和社会效益。
aspen精馏过程模拟
一、首先用简捷法模拟，选择DSTWU模块，精馏装置如下截图对文件命名并自定义单位如截图所示然后在计算机上输入物料的组成，如下截图所示选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。
还有物料组成及比例如下截图所示对精馏塔进行参数的设定，回流比为最小回流比的1.2倍，塔顶轻组分丙烷的含量为0.999，重组分含量丁烷为0.001，参数设定值如下截图所示参数设定完成运行软件并查看结果，计算结果如下图所示从结果可知实际的回流比为1.198，实际塔板数为38块，实际的进料板为第17块板，冷凝器的温度为44.25℃，塔釜的温度为116.88℃。
二、进行严格法计算根据简化法得到的条件进行模拟选择Radfrac模块，模拟装置图如下截图对文件命名并自定义单位如截图所示在计算机上输入物料的组成，如下截图所示选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。
还有物料组成及比例如下截图所示对塔进行参数设置，根据简化法的计算结果知，塔板数为38，实际回流比为1.198。
再根据题目设计的要求冷凝器为全回流，塔顶的采出率为80。
参数如下截图所示：根据简化法结果进料板为第十七块板进料，截图如下设置塔顶压力为16kg/cm2,冷凝器压力为15.8kg/cm2,全塔的压降为0.2kg/cm2。
设置如下截图所示参数设置完成并运行软件，查看结果不满足分离的目的，则进行自定义设定，目标值设定为0.001选择丙烷选择3号物流设置回流比的可变范围为1到100,增量为0.1运行软件查看结果满足分离的要求。
接下来进行灵敏度分析以确定最佳的进料位置参数设置完成并运行软件查看灵敏度分析的结果如下截图从结果的表中可以看出第22块板的回流比，冷凝器的热负荷，再沸器的热负荷都是最小的，从而可以知道最佳的进料位置为第22块板并对数据在plot里作出X-Y的曲线图如下截图所示从图中也可以明显的看出最佳的进料板为第22块塔板。
反应精馏过程模拟_ASPENPLUS应用范例
( 上接第 56 页) 图 6 可以看出, 环氧丙烷在 2、6 板上摩尔分率较高, 从而这就造成在这两块板上反 应量较大。这样, 我们可以看出, 该反应的主反应区在第二块板和第六块板, 三、四、五块板反应量很少, 加料板( 第六块版) 以下反应量几乎为零。 5 结论
件下是很难做到在短时间内混合均匀的。 水 合反应生成的一水碱( N a2CO3 ·H 2O ) 呈
松散的颗粒状态, 内含游离水 5- 7% 左右, 密度 约 1250K g/ T 。根据查定, 在水合机反应区内一水 碱与热纯碱的体积比大于 2. 0∶1( 我厂水合机满 负荷生产时此体积比是 2. 2∶1) 。由上述分析可 知, 若采取将水合水先加入到一水碱中, 利用一水 碱分散性能好和在反应区内的体积大于热纯碱的 条件, 使吸水后的一水碱与热纯碱混合, 就可使热 纯碱很容易地迅速分散到一水碱中, 吸收一水碱 中含有的水分进行水合反应。即是将一水碱做为 水合水的载体和两相混合中的连续相, 热纯碱做 为两相混合中的分散相, 消除了热纯碱与水合机 内壁的接触机会, 从而避免水合机内壁粘碱结疤。 3 异径水合机的防结疤技术
分散到一水碱中。随着机体的旋转, 机内采用的大 抄板技术使一水碱与热纯碱迅速而均匀地得到了 混合。
异径水合机长度为 4775mm , 一水 碱在机内 的停留时间是 10 分钟, 仅是直筒式水合机停留时 间的一半。由于出料端亦采用了异径技术, 消除了 出料死角, 加之较短的停留时间使机内物料在温 度尚未降低时导出, 避免了因温度降低而发生的 机尾结疤。
通过模拟计算与优化处理, 我们得到反应的工艺条件如表 1 所示, 我们发现计算结果与实际情况非 常接近。 3. 2 计算结果及分析
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选定要使用的 Databanks (一般为此四 项)
系统中会用到的物质
选定缺少的参数估计
两元体系选用的估计算法
选定热力学模式，HOC表示气体 会产生双元体或三元体的现象
极性、亲水和疏水系数
输入两元体系热力学参数 (从文献或Aspen Plus 内建参数)
反应动力学方程的输入方法
Reactions —— 对象类型
同tray sizing holdup的设计
超过0.1524则压力需要自己给定
分相槽及冷凝器操作方法
Decanter之操作压 力及温度
因为水为第一液 相，所以酯为第 二液相
冷凝器操作状态
有效相
收敛方法设定
收敛设定的相对误差
全局收敛的设定
选择收敛的方法
每个设计规定和撕裂流都有一个相关联的收敛模块。 收敛模块确定撕裂流或设计规定的操作变量的推测值 在迭代过程中的更新方法。 Aspen Plus定义的收敛模块的名字以字符“$.”开头。
注意选择Kinetic
输入正反应的方式
输入逆反应的方式
在动力学表单中为每一个化学反应输入发 生反应的相态、动力学参数以及浓度基准。 幂律型：反应动力学因子(Kinetic factor)即反应 速率常数 k’，它与温度的关系用修正的 Arrhenius方程表示：
E 1 1 T k ' k exp R T T0 T0
Reactive Distillation Simulation by Aspen Plus
Aspen Plus 反应精馏设计
华东理工大学
凌昊
中国化工学会培训中心 中国石油和化学工业协会培训中心
稳态模拟选择Steady-State即可，若选 择dynamic将来可以转成动态模拟.
输入系统所需的物质
每一个化学反应对象可以包含多个化学反 应，每个反应都要设定计量学参数和动力学参 数/平衡参数。
1、计量学参数(Stoichiometry) 2、动力学参数 (Kinetic) 3、平衡参数 (Equilibrium)
在计量学表单中为每一个化学反应创建一 个对象，并选择对象类型为动力学 (Kinetic)或平 衡 (Equilibrium)型。输入反应方程式中的化学 计量系数(Coefficient)，对于幂律型反应对象， 还要输入动力学方程式中每一个浓度因子的幂指 数(Exponent)。
选择VLE，并选择Strong nonideal liquid ，设定Duty
输入各股流进入塔内的 塔板位置
输入各股流出去塔外的塔 板位置及状态
反应段之起始塔板与终止塔板
输入塔中的holdup
设定Tray Sizing
决定塔顶到塔底的tray type， 反应蒸馏塔选Bubble Cap
选择收敛的次数
执行与结果操作
塔内浓度分布
Tray sizing的column diameter参考值
冷凝器负荷
END
Байду номын сангаас
收敛模块的类型
• 不同类型的收敛模块是用于下列不同用途的： 要收敛撕裂流，请用: • WEGSTEIN • DIRECT • BROYDEN • NEWTON 要收敛设计规定，请用: • SECANT • BROYDEN • NEWTON 要收敛设计规定和撕裂流，请用: • BROYDEN • NEWTON 对于优化，请用: • SQP • COMPLEX • 在Convergence ConvOptions Defaults窗体上可以规定全局的收敛选项。
创建化学反应对象时，需赋予对象ID和 选择对象类型。对于小分子反应，常用的类 型有三种： 1、LHHW 型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson) 2、幂律型 (Power Law 反应级数) 3、反应精馏型 (Reac-Dist)
反应类型输入选择Reac-Dist
n
注意单位
输入正反应动力式数值
输入逆反应动力式 数值
程序输入方法
选择Columns，后选 择STRIP1
将塔顶物流 与冷凝器进 行连接
加入Decanter
First Liquid (water)
有机相回流至反应蒸馏塔
物流名称
进料流的输入
废酸进料
丁醇进料
反应蒸馏塔内操作方法