Aspen-Plus应用塔设备设计.ppt

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1、2一、Aspen plus中的塔设备模块塔模块分类： 简捷精馏：DSTWU、Distl、SCFrac 严格精馏：RadFrac、MultiFrac、PetroFrac、RateFrac 液-液萃取：Extract3塔设计案例甲醇和水的精馏分离进料组成 甲醇：38.6wt% 水：63.2wt%进料量：55t/h分离要求： 甲醇纯度：99.9wt% 甲醇回收率：99.5%气体分离装置丙烯塔进料组成 丙烯：85.58mol% 丙烷：14.32mol% 正丁烷: 0.1mol%进料量：25t/h分离要求： 丙烯纯度：99.5wt%丙烯回收率：99.9%4设计思路 1.1.用用Aspen plusAsp

2、en plus的简捷精馏模块（DSTWUDSTWU）确定满足要求的理论板数、最小回流比和采出率的大概值； 2.2.用灵敏度分析得到塔板数和再沸器热负荷随回流比的变化曲线，选择合适的回流比； 3.3.结合采出率和进料板位置共同作为严格精馏的输入条件，选用严格精馏模块（RadFracRadFrac）进行模拟； 4.4.用Aspen plusAspen plus模型分析功能中的设计规定辅助进行求解，使之准确达到设计要求。5选择模板Template 甲醇分离： Chemicals with Metric Units 丙烯塔 Petroleum with Metric Units62.简捷精馏模块DST

3、WU 建立工艺流程图 数据输入 模拟运算及结果查看 灵敏度分析72.1建立工艺流程图 （1）启动Aspen Plus （2）选Template： Chemicals with Metric Units （3）选用模块: DSTWU （4）连接流股 （5）整理工艺流程图2.简捷精馏模块DSTWU8（3）选用模块: DSTWU2.1建立工艺流程图选取这三个不同的图标，仅仅是外形不同，功能是一样的DSTWU模型用于对塔的简捷设计计算，它可以估算最小回流比和最小理论板数。9（4）连接流股2.1建立工艺流程图FEED进料流股连接处Distillate塔顶采出Bottom塔底抽出点击Material St

4、reams连接流股10（5）整理工艺流程图 重命名塔模块、流股 调整模块大小、流股位置 保存模拟项目 2.1建立工艺流程图Example4_1 Column Appl模拟项目名称最好不用中文，文件所在目录也最好不用中文，避免运行错误112.2数据输入2.简捷精馏模块DSTWU(1)输入全局变量(2)输入化学组分(3)输入/修改物性方法(4)输入进料物流数据(5)设定模块数据12(1)输入全局变量2.2前期输入输入Title （可不输入）稳态过程，不用改变不含固体，不用改变物流计算基准由Mole改成Mass13(1)输入全局变量2.2前期输入b)输入描述信息Description c)输入帐号信

5、息Accounting 14(1)输入全局变量2.2前期输入d)修改Report Options部分选项 Fraction basisMole 选上Mass 选上15(2)输入化学组分2.2前期输入（a）Formula 表项中分别输入水和甲醇分子式（b）Component 表项中对化学组分重命名，便于自己识别例：甲基环戊烷ID：METHY-0116(2)输入化学组分2.2前期输入其余的选项缺省设置不用管17(3)输入/修改物性方法2.2前期输入甲醇和水用模板Chemicals with Metric Units 的缺省物性方法NRTL，不用修改18(3)输入/修改物性方法2.2前期输入19(4

6、)输入进料物流数据2.2前期输入（a）输入进料温度、压力和气相分率中的两个（b）输入进料流量（c）输入进料组成20(4)输入进料物流数据2.2前期输入相对压力1bar=0.1MPa总和为1（或100）21(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（a）输入理论板数和回流比中的一项一般选输入回流比（i）输入正数，如3， 表示回流比为3（ii）输入负数，如-1.5表示1.5倍最小回流比22(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（b）输入塔顶压力和塔釜压力为相对压力塔顶压力要小于进料压力，否则计算过程会报警告信息23(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（c）选择冷凝器类型如果选择了部分冷凝

7、还要在这里输入气相馏出物的分率值。24(5)输入DSTWU模块数据2.2前期输入（d）输入轻/重关键组分及其在塔顶采出中的mole回收率进料甲醇：36.8wt%甲醇纯度：99.9wt%回收率：99.5%SD0/F=0.368*99.5%/0.999=0.3665水回收率=(SD0*0.1%)/(F*0.632)=0.00058输入完成，按输入完成，按Next键键开始模拟计算开始模拟计算252.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTWU计算结束无错误提示无警告提示输入完成，按输入完成，按Data Brower键键查看模拟结果查看模拟结果262.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTW

8、U查看物流结果塔顶甲醇分率满足：质量分率0.999甲醇回收率：20138.8*0.999/(55000*0.268)=0.9940.995272.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTWU查看塔模块结果最小回流比：0.9976282.4灵敏度分析 用灵敏度分析得到塔板数和再沸器热负荷随回流比的变化曲线，选择合适的回流比2.简捷精馏模块DSTWU29(1)新建灵敏度任务 找到Model Analysis Tools Sensitivity 点New按钮 在弹出窗口中输入任务ID2.4灵敏度分析30(2)定义因变量 点New按钮，输入因变量名称 在弹出窗口中定义因变量类型2.4灵敏度分析NS

9、TAGE为精馏塔所需理论板数31(3)定义自变量2.4灵敏度分析自变量选择回流比RR输入自变量变化范围和步长（RR的下限要大于最小回流比）32(4)数据表设置2.4灵敏度分析点击此项自动填入所有表项点点Next键开始键开始灵敏度分析计算灵敏度分析计算33(5)查看结果，绘制RR-NSTAGERR-NSTAGE图2.4灵敏度分析a.定义X轴数据 左键选取RR这一列数据 在菜单栏上选取PlotX-Axis Variable34(5)查看结果，绘制RR-NSTAGERR-NSTAGE图2.4灵敏度分析b.定义Y轴数据 左键选取NSTAGE这一列数据 在菜单栏上选取PlotY-Axis Variabl

10、e35(5)查看结果，绘制RR-NSTAGERR-NSTAGE图2.4灵敏度分析c.画RR-NSTAGE图 选完X、Y轴直接点Plot Display Plot画图36(5) RR-NSTAGERR-NSTAGE曲线2.4灵敏度分析曲线拐点：回流比约1.337(6) 模拟结果模拟结果2.4灵敏度分析回流比1.3下的模拟结果理论板数：19.04进料板：14.8塔顶/进料：0.2458(mole)38(7) 结论结论2.4灵敏度分析对同一产品质量要求而言 回流比R增加 塔板数减少，投资费用降低 能耗增加，运行费用上升 严格精馏条件回流比 R=1.3理论板数 N=20进料板 NF=15采出率 D/F

11、=0.2458 (mole比)393.精密分离模块RadFrac 建立工艺流程图 模块数据输入 模拟运算及结果查看 结果分析与改进 塔板设计403.1 建立工艺流程图 （1）在工艺流程窗口插入RadFrac模块 （2）用Manipulators的Dupl模块复制T1进料流股作为RadFrac进料 （3）连接RadFrac模块各流股3.严格精馏模块RadFrac413.1 建立工艺流程图流股连接 选中T1进料T1F，右键，选取Reconnect Destination 将T1F连接到复制器Dupl上 再从Dupl上引出两股物流至两个塔模块上 连接RadFrac所需物流 整理工艺流程图423.1

12、建立工艺流程图DUPL：复制器将一股物流复制成完全相同的多股物流无需重复输入外部物流数据点击这两个按钮中的点击这两个按钮中的一个进行数据输入一个进行数据输入433.2 模块数据输入3.严格精馏模块RadFrac(1)为了减少对新严格精馏计算的干扰，将T1和已有的灵敏度分析都Deactivate44(2)Configuration设定3.2 模块数据输入a.输入理论板数输入理论板数b.选择冷凝器类型：选择冷凝器类型：全凝器部分冷凝器无冷凝器453.2 模块数据输入c.选择再沸器器类型：选择再沸器器类型：釜式再沸器热虹吸再沸器无再沸器(2)Configuration设定463.2 模块数据输入d.

13、选择精馏过程中的有效相态。e.选择塔模块收敛方法此项对流程收敛非常重要(2)Configuration设定473.2 模块数据输入f.从列表框中选择操作变量类型。(2)Configuration设定483.2 模块数据输入(3)Streams设定输入进料板输入进料板位置位置493.2 模块数据输入(4)Pressure设定输入第一级理论输入第一级理论板板压力压力输入单板输入单板压降压降或或全塔压降。全塔压降。（非必填项）503.2 模块数据输入(5)Condenser设定输入经过冷凝器输入经过冷凝器后的后的过冷过冷温度。温度。（非必填项）（非必填项）输入完成，按输入完成，按Next键键开始模拟

14、计算开始模拟计算513.3模拟运算及结果查看3.严格精馏模块RadFrac(1)查看物流结果达不到达不到分离效果分离效果可用可用设计规定设计规定来优化来优化523.4结果分析与改进3.严格精馏模块RadFrac(1)灵敏度分析优化进料板位置53(1)灵敏度分析优化进料板位置3.4结果分析与改进进料板位置还是在进料板位置还是在15块块54(2)Design Spec设计规定(a)定义被采集变量3.4结果分析与改进55(2)Design Spec设计规定(a)定义被采集变量3.4结果分析与改进56(2)Design Spec设计规定优化(b)定义自变量3.4结果分析与改进自变量为回流比自变量为回流

15、比R点击点击Next键运行键运行57(2)Design Spec设计规定(c)查看设计规定运行结果3.4结果分析与改进塔顶采出甲醇纯度塔顶采出甲醇纯度达到要求达到要求58(2)Design Spec设计规定(c)查看设计规定运行结果3.4结果分析与改进回流比为回流比为1.39塔顶温度为塔顶温度为58.6可考虑通过降低塔顶压力可考虑通过降低塔顶压力使塔顶温度降低至使塔顶温度降低至45左左右，从而降低能耗右，从而降低能耗593.5塔板设计通过Tray Sizing的New按钮新建一个设计表项3.严格精馏模块RadFrac60Tray Sizing计算结果3.5塔板设计61Tray Rating计算

16、3.5塔板设计62Tray Rating计算结果3.5塔板设计1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13设置单位在Aspen Plus的单位可以按 3 个不同的级别定义:1.全局级 (在Setup Specifications Global 页面上的“输入数据”和“输出数据”域 )2.对象级 (在一个对象,诸如单元模块和物流的任意输入表页顶部的“Units” 域3.域级使用Setup Units Sets对象管理器,用户可以建立自己的单位集。单位可以从一个现存单位集拷贝,然后修改。1997 AspenTech. All rights reserv

17、ed.2022-8-13组分使用 Components Specifications 表页来定义模拟所需的所有组分如果可用的话,每个组分的物性参数是从数据库中检索的纯组分数据库包含诸如分子量、临界性质等参数。数据库查找的顺序是在数据库页面中定义。可以使用 Find按钮，根据组分名、分子式、组分类别、分子量、沸点、或CAS号查找组分。可以使用Electrolyte Wizard 设置一个电解质模拟。1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13组分定义表格1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13输入组分

18、组分 ID 是用于定义模拟输入和结果中的组分每个组分 标识通过下列途径与数据库与一个数据库相关联：-分子式: 组分的化学式 例如： C6H6(注意当有异构体时要加后缀，例如 C2H6O-2)-组分名: 组分的全名 例如： BENZENE通过使用Find按钮，可以找出数据库组分-使用组分名、分子式、组分类别、分子量、沸点或CAS 数-所有包含指定项目的组分都将被列出1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13Find1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13组分数据库第一个所选数据库缺少的参数可以查找以

19、后所选的数据库。数数据据库库内内容容用用于于PURE10来自 Design Institute for Physical PropertyData (DIPPR) 和 AspenTech 的数据ASPEN PLUS 主要组分数据库AQUEOUS水溶液中离子和分子的纯组分参数模拟含有电解质的系统SOLIDS强电解质、盐和其它固体的纯组分参数模拟电解质和固体的系统INORGANIC在气态、液态或固态下无机组分的热化学性质用于固体、电解质和冶金应用PURE93来自 Design Institute for Physical PropertyData (DIPPR) 并由 AspenTech 随 AS

20、PENPLUS 9.3 交货的数据库向上兼容PURE856来自 Design Institute for Physical PropertyData (DIPPR) 并由 AspenTech 随 ASPENPLUS 8.5-6 交货的数据库向上兼容ASPENPCD随 ASPEN PLUS 8.5-6 交货的数据库向上兼容1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13性质使用 Properties Specifications 表页定义在模拟中所使用的物性方法。性质方法是一个模型和方法的集合，用于描述纯组分和混合物的行为。选择正确的物性对于获得合理模拟

21、结果是至关重要的。选择一个Process Type 将 缩小可用方法的个数。1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13性质规定表1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13物流使用Stream Input 表页定义进料物流条件和组分。定义物流条件输入下列几项:-温度-压力-汽化率定义物流组分输入下列两项之一:-总物流流量和组分分率-单个组分的流率对于不是流程进料的物流。其规定被用作估值。1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13物流输入表1997 Asp

22、enTech. All rights reserved.2022-8-13模块Block Input 表页或Block Setup表页都指定了单元操作模型的操作条件和设备规定.一些单元操作模型要求附加规定表页所有单元操作模型都有可选的信息表页(例如, BlockOptions表页) 1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13模块表模块表1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13启动运行从 View 菜单中选择Control Panel 或按 Next 按钮.-当所要求的表页全部填完时执行模拟过程.-

23、按钮Next 将使你进入没有填完的表页中.1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13控制面板 控制面板含有:-一个信息窗口,通过显示来自计算的最新信息而显示模拟的进展过程-一个状态区域,显示所执行的模拟模块和收敛回路的层次和顺序-一个工具栏,能够用来控制模拟Run开 始 或 继 续 计 算Step单 步 计 算 流 程 中 的 模 块Stop暂 停 模 拟 计 算Reinitialize清 除 模 拟 结 果Results查 看 模 拟 结 果1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13结果查看历史文

24、件或控制面板信息-包括任何生成的错误信息和警告-在View 菜单下选择 History 或 Control Panel ,显示历史文件和控制面板物流结果-包括物流条件和组成对于所有物流 (/Data/Results Summary/Streams)对于单个物流(在Data Browser中打开物流文件夹选择Results 表)模块结果-包括计算出的模块操作条件 (在Data Browser中打开模块文件夹并选择Results 表)1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13异丙基苯生产条件Q = 0 Btu/hrPdrop = 0 psiC6H6

25、+ C3H6 = C9H12 苯苯 丙烯丙烯 异丙基苯异丙基苯 丙烯转化率为丙烯转化率为90%T = 130 FPdrop = 0.1 psiP = 1 atmQ = 0 Btu/hr苯苯: 40 lbmol/hr丙烯丙烯: 40 lbmol/hrT = 220 FP = 36 psi使用使用 RK-SOAVE 物性方法物性方法文件名文件名: CUMENE.BKPREACTORFEEDRECYCLEREAC-OUTCOOLCOOL-OUTSEPPRODUCT1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13练习：苯流程操作条件目的目的:添加流程的工艺条件

26、和进料物流条件添加流程的工艺条件和进料物流条件.-由苯流程练习中创建的流程开始(另存为 BENZENE.BKP),按下页所示添加工艺条件和进料物流条件. 问题:1. 模块 “COOL” 的热负荷是多少? _2. 第二闪蒸模块“FL2” 的温度是多少? _注意:该练习的所有答案都在附录C中课程笔记的后面1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13练习：苯流程操作条件FeedT = 1000 FP = 550 psi氢气氢气: 405 lbmol/hr甲烷甲烷: 95 lbmol/hr苯苯 : 95 lbmol/hr甲苯甲苯: 5 lbmol/hrT

27、= 200 FPdrop = 0T = 100 FP = 500 psiP = 1 atmQ = 0使用使用 PENG-ROB 物性方法物性方法完成时另存为完成时另存为:文件名文件名: BENZENE.BKPFL1COOLFEEDCOOLVAP1LIQ1FL2VAP2LIQ2PotentialReach YourTrue1997 AspenTech. All rights reserved.目的目的:熟悉单元操作模型的主要类型Aspen Plus 参考资料: 用户指导,第十章,单元操作模型 参考手册,第一卷,单元操作模型1997 AspenTech. All rights reserved.2

28、022-8-13单元操作模型类型混合器/分流器分离器换热器塔反应器压力变换器操作器固体用户模型参考:在线帮助和文档中，对具体模型的使用予以很好的介绍。 Aspen Plus 参考手册,第1卷,单元操作模型1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13混合器/分流器模模型型说说明明目目的的用用途途Mixer物流混合器把多股物流混合成一股物流混合三通，物流混合操作，添加热流股，添加功流股FSplit物流分流器把物流分成多个流股物流分流器，排气阀SSplit子物流分流器 把子物流分成多个流股 固体物流分流器，排气阀1997 AspenTech. All r

29、ights reserved.2022-8-13分离器模型说明说明目的目的用法用法Flash2两股出料闪蒸确定热和相态条件闪蒸器, 蒸发器, 分离罐, 单级分离罐Flash3三股出料闪蒸确定热和相态条件倾析器, 带有两个液相的单级分离罐Decanter液-液倾析器确定热和相态条件倾析器, 带有两个液相无汽相的单级分离罐Sep组分分离器把入口物流组分分离到出口物流组分分离操作，例如，当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收Sep2两股出料组分分离器把入口物流组分分离到两个出口物流组分分离操作，例如，当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收1997 AspenTech. All right

30、s reserved.2022-8-13换热器模型说说明明目目的的用用法法Heater加热器或冷却器确定热和相态条件换热器, 冷却器, 阀门. 当与功有关的结果不需要时的泵和压缩机.HeatX两物流换热器两股物流的换热器两股物流换热器. 当知道管壳换热器尺寸时可以进行核算.MHeatX多物流换热器任何数量物流的换热器多股热流和冷流换热器. 两股物流换热器. LNG 换热器.Hetran*BJAC Hetran 程序界面管壳式换热器的设计和模拟具有多种结构的管壳式换热器.Aerotran*BJAC Aerotran 程序界面空冷器的设计和模拟具有多种结构的空冷器. 用于模拟节煤器和加热炉的对流段

31、.* Requires separate license1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13简捷塔 模模型型说说明明目目的的用用途途DSTWU简捷法蒸馏设计确定最小回流比, 最小理论板数, 和用 Winn-Underwood-Gilliland 方法得到的实际回流比或实际塔板数.带有一个进料物流和两个产品物流的塔Distl简捷法蒸馏核算用 Edmister 方法在回流比、理论板数和 D:F比的基础上确定分离.带有一个进料物流和两个产品物流的塔SCFrac石油馏分的简捷法蒸馏用分离指数确定产品的组成和流量, 每段的塔板数,负荷复杂塔, 例如原

32、油加工装置和减压塔1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13严格塔模模型型说说明明目目的的用用法法RadFrac严格分馏单个塔的严格核算和设计蒸馏, 吸收, 汽提, 萃取和恒沸蒸馏, 反应蒸馏MultiFrac复杂塔严格分馏多级塔和复杂塔的严格核算和设计热集成塔, 空气分离器, 吸收塔/汽提塔 结合, 乙烯主分馏塔/急冷塔组合, 石油炼制PetroFrac石油炼制分馏石油炼制应用的严格核算和设计预闪蒸塔, 常压原油单元, 减压单元, 催化裂解塔 或焦碳分馏塔, 减压润滑油分馏塔, 乙烯分馏塔和急冷塔BatchFrac*+严格间歇蒸馏单个间歇塔的严

33、格核算一般恒沸蒸馏, 3-相, 和反应间歇蒸馏RateFrac*基于速率的蒸馏单个和多级塔的严格核算和设计. 建立在非平衡计算基础上蒸馏塔, 吸收塔, 汽提塔, 反应系统, 热集成单元, 石油应用Extract液-液萃取液-液萃取塔的严格核算液-液萃取* 要求单独许可+ 输入语言只在 10.0 版中1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13模模型型说说明明目目的的用用法法RStoic化学计量反应器规定反应程度和转化率的化学计量反应器动力学数据不知道或不重要的反应器，但知道化学计量数据和反应程度RYield收率反应器规定收率的反应器化学计量系数和动

34、力学数据不知道或不重要的反应器 但知道收率分配REquil平衡反应器化学计量计算化学平衡和相平衡单相和两相化学平衡，同时存在相平衡RGibbs平衡反应器用吉布斯最小自由能计算化学平衡和相平衡化学和/或 同时发生的相平衡和化学平衡. 包括固体相平衡.RCSTR连续搅拌釜式反应器连续搅拌釜式反应器在液相或汽相下具有动力学反应的 1相,2相, 或 3相搅拌釜反应器RPlug活塞流反应器活塞流反应器有任何相态下具有动力学反应的 1相,2相, 或 3相 活塞流反应器。带有外部冷却剂的活塞流反应器.RBatch间歇反应器间歇或半间歇反应器反应动力学已知的间歇或半间歇反应器反应器1997 AspenTech

35、. All rights reserved.2022-8-13压力变化器模模型型说说明明目目的的用用法法Pump泵或水力透平当知道压力、功率需求或性能曲线时，可改变物流压力泵和水力学透平Compr压缩机或透平当知道压力、功率需求或性能曲线时，可改变物流压力多变压缩机,多变正位移压缩机，等熵曲线压缩机透平MCompr多级压缩机或透平通过带有内冷器的多级压缩改变物流压力. 允许从内冷器中采出液体物流多级多变压缩机，多级正位移压缩机, 等熵曲线压缩机，等熵曲线透平.Valve控制阀确定压降或阀系数(CV)多相, 绝热球型流量阀或蝶阀Pipe单段管确定单段管或环型空间的压降或传热多相, 一维, 稳态和

36、全充满管线流动Pipeline多段管确定多段管或环型空间的压降或传热多相, 一维, 稳态和全充满管线流动1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13操作器模模型型说说明明目目的的用用法法Mult物流乘法器用用户提供的系数乘以物流流量把物流按比例放大或按比例缩小Dupl物流复制器把物流复制成任何数量的出口物流在同一流程中复制物流来观察不同方案ClChng物流类变化器改变物流类将使用不同物流类的段或模块连接1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13固体模模型型说说明明用用法法Crystallizer连续结

37、晶器混合悬浮液, 混合产品脱除 (MSMPR) 结晶器，用于单固体产品Crusher粉碎机旋转式/钳夹式粉碎机, 笼式磨房式压碎机和单辊或多辊粉碎机Screen筛用筛分离固体和固体FabFl纤维过滤器用纤维过滤器分离气体和固体Cyclone旋风分离器用旋风分离器分离气体和固体VScrub文丘里管洗刷器用文丘里管洗刷器分离气体和固体ESP干燥静电沉淀器用干燥静电沉淀器分离气体和固体HyCyc旋流除砂器用旋流除砂器分离液体和固体CFuge离心分离过滤器用离心分离过滤器分离液体和固体Filter旋转减压过滤器用连续旋转减压过滤器分离液体和固体SWash单级固体洗涤器单级固体洗涤器CCD逆流倾析器多级

38、洗涤器或一个逆流倾析器PotentialReach YourTrue1997 AspenTech. All rights reserved.目的目的:论述 RadFrac 分馏模型最少输入条件, 并讨论设计规定与板效率的用法Aspen Plus 参考资料参考资料: 参考手册, 第1卷, 单元操作模型, 第4章1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13RadFrac: 严格多级分离可对下述过程做两相或三相模拟:-普通蒸馏-吸收, 再沸吸收-汽提, 再沸汽提-恒沸蒸馏-反应蒸馏结构选项:-任何数量的进料-任何数量的侧线采出-总液体采出和循环回流-任何

39、数量的换热器-任何数量的倾析器1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13RadFrac 流程连接气体蒸馏物气体蒸馏物 (DV)1 顶级或冷凝器热负荷顶级或冷凝器热负荷热热 (可选可选)(Q1) 液体蒸馏物液体蒸馏物 (DL)水水 (DW) (可选可选)D=DL+DV DV:D=DV/D物料物料回流回流RR=L1/D RW=LW/DW（任何数量（任何数量) L1 + LW产品产品 (任何数量任何数量)热热循环回流循环回流倾析器倾析器热热产品产品热热返回返回(任何数量任何数量) 上升蒸汽上升蒸汽(VN) N级级底级或再沸器热负荷底级或再沸器热负荷热热

40、 (可选可选)(QN) 塔底塔底 (B) BR=VN/B1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13规定:-理论板数-冷却器和再沸器结构-两塔操作规定-有效相态-收敛RadFrac结构设置1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13RadFrac 物流设置规定:-进料板位置-进料物流规则 (见帮助)ABOVE-STAGE:从进料物流来的气体进入进料板上一层塔板液体进入进料板位置ON-STAGE:来自进料的气体和液体都进入进料板位置1997 AspenTech. All rights reserved.2

41、022-8-13RadFrac 压力设置规定下列项之一:-塔压力分布-塔顶/塔底压力-塔段压降1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13釜式再沸器釜式再沸器 T = 65 CP = 1 bar水水: 100 lbmol/hr甲醇甲醇: 100 lbmol/hr9 个理论级个理论级回流比回流比 = 1蒸馏物对进料的比蒸馏物对进料的比 = 0.5塔压力塔压力 = 1 bar进料级进料级 = 6RadFrac 规定规定文件名文件名: RAD-EX.BKP甲醇-水严格精馏塔用用 NRTL-RK 物性方法物性方法COLUMNFEEDOVHDBTMS全凝器全

42、凝器 1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13Liquid Composition, Mole Fraction ETHANOL00.20.40.60.81.0Vapor Composition, Mole Fraction ETHANOL00.20.40.60.81.0X-Y Plot for ETHANOL and H2Ox = yEquilibrium curve1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13RadFrac 选项若设置一个不带冷凝器或再沸器的吸收塔,则在 RadFrac Setu

43、p Configuration 页面上设置冷凝器和再沸器为none在 RadFrac Efficiencies 表页上能够规定按一个理论级基准或组分基准的汽化效率或Murphree 效率.能够进行板式塔或填料塔的设计和核算.如果用户选择汽-液-液作为有效相，也可以模拟第二液相.能够生成再沸器和冷凝器的热曲线.1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13绘图向导 Plot Plot Wizard用 绘图向导 (在 Plot 菜单上) 能立即生成模拟结果的曲线图，你能用绘图向导显示如下操作的结果:-物性分析-数据回归分析-所有分离模型RadFrac、

44、MultiFrac、PetroFrac和 RateFrac的数据分布点击数据窗口中的对象生成该对象的曲线图.向导引导你执行生成图表的基本操作.在 Next 按钮上点击继续. 点击 Finish 按钮按缺省设置生成图.1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13绘图向导示范用绘图向导创建整个塔的气相组成曲线.Block COLUMN: Vapor Composition ProfilesStage123456789Y (mole frac)0.250.50.751WATERMETHANOL1997 AspenTech. All rights rese

45、rved.2022-8-13RadFrac 的DesignSpecs 和 Vary 用DesignSpecs 和 Vary 表页可以在RadFrac 模型内部规定并执行设计规定。可以调整一个或多个RadFrac 输入，来满足对一个或多个 RadFrac 性能参数的规定要求。一般情况下，“规定”的个数应与“变化”的个数相等.RadFrac 中的“设计规定”和“改变” 是在 “中间回路”中求解的，如果你得到一个中间回路没收敛的错误信息，检查你输入的“设计规定”和“改变” 1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13RadFrac 的收敛问题如果 Rad

46、Frac 没收敛, 做以下工作会有帮助:1. 检查正确地规定了有关物性方面的问题 (物性方法的选择、参数可用性.) 。2. 确保塔操作条件是可行的。3. 如果塔的 err/tol 是一直减少的, 在RadFrac Convergence Basic 页上增加最大迭代次数。1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13RadFrac 的收敛问题 (续)4.在RadFrac Estimates Temperature 页上提供塔中一些塔板的温度估值 (对吸收塔来说是有用的).5.在RadFrac Estimates Liquid Composition

47、and Vapor Composition 页上提供塔中一些塔板的组成估值 (对于高度非理想系统是有用的).6.在RadFrac Setup Configuration 页上尝试不同的收敛方法 当一个塔不收敛时, 做了改变后重新初始化通常是有好处的。1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13练习：严格多级精馏部分 A:用如下数据完成甲醇塔核算:塔进料: 63.2 wt% 水 36.8 wt% 甲醇总流量 120,000 lb/hr压力 20 psia, 饱和液体塔规定: 38 块塔板 (40 块理论级)进料板 = 23 (第24理论级)全凝器顶部

48、压力 = 16.1 psia(绝对压力）每理论级压力降 = 0.1 psiDistillate flowrate 蒸馏流率 = 1245 lbmol/hr摩尔回流比 = 1.3用 NRTL-RK 物性方法到此10、201997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13练习：严格多级精馏 (续)部分 B:建立塔内的设计规定达到如下两个目标:-塔顶馏出物中甲醇含量99.95 wt%-塔底水含量99.90 wt%要达到这些规定, 你可以改变塔顶馏出物流率 (800-1700 lbmol/hr) 和回流比 (0.8-2). 在运行该题之前确保物流组成是按质量分率

49、报告。记录冷凝器和再沸器的负荷:冷凝器负荷:_再沸器负荷:_1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13练习：严格多级精馏 (续)部分 C:规定每块板效率为65% Murphree效率后 执行同一个设计计算。假设冷凝器和再沸器的板效率为90%。 这些效率是如何影响塔的冷凝器和再沸器负荷的?部分 D:完成整个塔的设计计算，假定使用泡罩塔盘塔 (完成后, 另存为文件名: RADFRAC.BKP)PotentialReach YourTrue1997 AspenTech. All rights reserved.目的目的:介绍各种类型的、可用的反应器模型

50、, 每类中至少详细考察一个反应器。Aspen Plus 参考资料参考资料: 参考手册, 第1卷, 单元操作模型, 第7章1997 AspenTech. All rights reserved.2022-8-13反应器概述Reators(反应器反应器)以物料平衡为基础以物料平衡为基础Ryield(收率反应器收率反应器)Rstioc(化学计量反应器化学计量反应器)以反应平衡为基础以反应平衡为基础REquil(平衡反应器平衡反应器)RGibbs(吉布斯反应器吉布斯反应器)以动力学为基础以动力学为基础RCSTR(连续搅拌釜式反应器连续搅拌釜式反应器)RPlug(活塞流反应器活塞流反应器)RBatch(