化工设计4-1 Aspen Plus应用塔.ppt

Aspen Plus应用塔设备设计1上节课内容• Aspen plus简介• Aspen plus操作界面• Aspen plus使用基本步骤2Aspen Plus塔设计应用• Aspen Plus中的塔设备模块• 简捷精馏模块DSTWU• 严格精馏模块RadFrac3一、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：Extract41.1简捷塔模块• 本节课学习DSTWU模块 51.2 严格塔模块我们主要学习RadFrac模块6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%7设计思路• 1.用Aspen plus的简捷精馏模块（DSTWU）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.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.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（RadFrac） 进行模拟； • 4.用Aspen 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。

82.简捷精馏模块DSTWU• 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92.1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DSTWU10（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11（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 Streams 连接流股12（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132.2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14(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Mass15(1)输入全局变量2.2前期输入b)输入描述信息 Description c)输入帐号信息 Accounting 16(1)输入全局变量2.2前期输入d)修改Report Options部分选项 Fraction basis Mole 选上 Mass 选上17(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-01 18(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19(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20(3)输入/修改物性方法2.2前期输入21(4)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22(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）23(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24(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25(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 还要在这里输入气相 馏出物的分率值。

26(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Next 键开始模拟计算272.3 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Data Brower键查看模拟结果282.3 模拟计算及结果查看2.简捷精馏模块DSTWU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) =0.994≈0.995292.3 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： 0.9976302.4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DSTWU31(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32(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NSTAGE为精馏塔 所需理论板数33(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）34(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Next键开始 灵敏度分析计算35(5)查看结果，绘制RR-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 PlotX-Axis Variable36(5)查看结果，绘制RR-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 PlotY-Axis Variable37(5)查看结果，绘制RR-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38(5) RR-NSTAGE曲线2.4灵敏度分析曲线拐点： 回流比约1.339(6) 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)40(7) 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 ü 塔板数减少，投资费用降低 ü 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=0.2458 (mole比)413.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423.1 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RadFrac433.1 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443.1 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 一个进行数据输入453.2 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 Deactivate46(2)Configuration设定3.2 模块数据输入a.输入理论板数b.选择冷凝器类型： 全凝器 部分冷凝器 无冷凝器473.2 模块数据输入c.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483.2 模块数据输入d.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493.2 模块数据输入f.从列表框中选择 操作变量类型2)Configuration设定503.2 模块数据输入 (3)Streams设定输入进料板位置513.2 模块数据输入 (4)Pressure设定输入第一级理论 板压力输入单板压降或 全塔压降 （非必填项）523.2 模块数据输入 (5)Condenser设定输入经过冷凝器 后的过冷温度 （非必填项）输入完成，按Next 键开始模拟计算533.3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分离效果 可用设计规定来优化 543.4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55(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15块56(2)Design Spec设计规定 (a)定义被采集变量3.4结果分析与改进57(2)Design Spec设计规定 (a)定义被采集变量3.4结果分析与改进58(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R点击Next键运行59(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 达到要求60(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1.39塔顶温度为58.6℃ 可考虑通过降低塔顶压力 使塔顶温度降低至45℃左 右，从而降低能耗613.5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RadFrac62Tray Sizing计算结果3.5塔板设计63Tray Rating计算3.5塔板设计64Tray Rating计算结果3.5塔板设计65本章学习内容• 简捷计算模块DSTWU用于精馏塔的初步设 计 • 严密计算模块RadFrac应用66课外作业• 复习本节内容 • 用Aspen plus练习塔设计调课通知• 将本周三下午的课调整到下周一上午1、 2节 • 地点：本课室67课后任务• 自学《工艺管道布置》这一章 • 期末大作业分组：下周一班长收好分组名单给我 ü 7人一个小组，自由组合 ü 每个小组大致任务分工： （1）协调、大作业的校核工作 （2）用Aspen Plus设计计算 （3）画带控制点工艺流程图 （4）画设备布置图（平面、立面图） （5）经济核算：设备造价、公用工程费用、经济效益等 （6）安全、环保措施68。