Aspen Plus应用塔设备设计.ppt

1,Aspen Plus应用,塔设备设计,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：Extract,,,,,,,,,,,,3,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.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5,选择模板Template,甲醇分离：Chemicals with Metric Units丙烯塔Petroleum with Metric Units,6,2.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,7,2.1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,8,（3）选用模块: DSTWU,,,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,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,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,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,,11,2.2数据输入,,,(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,,,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Mass,,,,13,(1)输入全局变量,b)输入描述信息Description,,,c)输入帐号信息Accounting,,,14,(1)输入全局变量,d)修改Report Options部分选项,,,,Fraction basisMole 选上Mass 选上,15,(2)输入化学组分,,,（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-01,16,(2)输入化学组分,,,,,其余的选项缺省设置不用管,,,,17,(3)输入/修改物性方法,,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,,,19,(4)输入进料物流数据,,,（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,,相对压力1bar=0.1MPa,,,总和为1（或100）,21,(5)输入DSTWU模块数据,,,（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,,,（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,,,（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。

24,(5)输入DSTWU模块数据,,,（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,25,2.3 模拟计算及结果查看,,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,26,2.3 模拟计算及结果查看,,,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≈0.995,27,2.3 模拟计算及结果查看,查看塔模块结果,,,最小回流比：0.9976,28,2.4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,29,(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ID,,,,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,,,,NSTAGE为精馏塔所需理论板数,31,(3)定义自变量,,,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,,,点击此项自动填入所有表项,,,,点Next键开始灵敏度分析计算,33,(5)查看结果，绘制RR-NSTAGE图,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 Variable,,34,(5)查看结果，绘制RR-NSTAGE图,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 Variable,,35,(5)查看结果，绘制RR-NSTAGE图,c.画RR-NSTAGE图选完X、Y轴直接点Plot Display Plot画图,,,,36,(5) RR-NSTAGE曲线,,曲线拐点：回流比约1.3,37,(6) 模拟结果,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,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=0.2458 (mole比),39,3.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,40,3.1 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,41,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,,42,,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,43,3.2 模块数据输入,(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Deactivate,,,,,44,(2)Configuration设定,,,,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,45,,,,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,46,,,,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,47,,,,f.从列表框中选择操作变量类型2)Configuration设定,48,(3)Streams设定,,,,输入进料板位置,49,(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）,50,(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,51,3.3模拟运算及结果查看,(1)查看物流结果,,,达不到分离效果可用设计规定来优化,52,3.4结果分析与改进,(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,,进料板位置还是在15块,54,(2)Design Spec设计规定,(a)定义被采集变量,,,,,,55,(2)Design Spec设计规定,(a)定义被采集变量,,,,56,(2)Design Spec设计规定优化,(b)定义自变量,,,,,自变量为回流比R,,点击Next键运行,57,(2)Design Spec设计规定,(c)查看设计规定运行结果,塔顶采出甲醇纯度达到要求,,58,(2)Design Spec设计规定,(c)查看设计规定运行结果,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,59,3.5塔板设计,通过Tray Sizing的New按钮新建一个设计表项,60,Tray Sizing计算结果,61,Tray Rating计算,62,Tray Rating计算结果,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组分定义表格,输入组分,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,Find,组分数据库,第一个所选数据库缺少的参数可以查找以后所选的数据库性质,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结果是至关重要的选择一个Process Type 将 缩小可用方法的个数。