2021推荐Aspen-Plus-课程讲义-全部课件.ppt

1、主要内容主要内容C概述C操作基础C分离过程模型C反应器模型C换热器模型C模型分析功能C热力学性质计算ASPENASPEN是什么？是什么？C 作为上世纪70年代DOE委托MIT的开发项目（Advanced System for Process Engineering ，ASPEN）的一部分，出于商业化目的，于1981年成立了AspenTech公司。C AspenTech公司在随后的时间里又先后兼并了20多个在各行业中技术领先的公司（如B-JAC International, Inc. 、Dynamic Matrix Control Corporation、ICARUS Corporation 、

2、PIMS business group from Bechtel Corp. 、Hyprotech Ltd. 等），成为为过程工业提供从集散控制系统（DCS）到企业资源计划(ERP)全方位服务的公司。C aspenONE作为第一流的领先产品将AspenTech公司的所有产品统一起来了。A ASPEN ENGINEERING SUITEASPEN ENGINEERING SUITE（ASPEN PLUSASPEN PLUS、HYSYSHYSYS等等4040个软件）个软件）A ASPEN OPERATION MANAGERASPEN OPERATION MANAGERA ASPEN Manufac

3、turing SUITEASPEN Manufacturing SUITEA ASPEN Supply ChainASPEN Supply ChainC ASPENTECH于1994在纳斯达克上市(NASDAQ: AZPN)ASPEN PLUSASPEN PLUS的用途的用途C 合成流程合成流程C 工艺参数优化工艺参数优化A 研究某些设计问题或操作问题研究某些设计问题或操作问题A 进行参数灵敏度分析进行参数灵敏度分析A 流程优化流程优化C 脱出瓶颈脱出瓶颈C 参数拟合参数拟合过程开发阶段过程设计阶段实际生产操作“生命周期模拟”（Lifecycle Modeling）ASPEN PLUSASPE

4、N PLUS主要功能特点主要功能特点C 方便灵活的用户操作环境，Model Manager是ASPEN Tech向用户提供的专家指导系统 。C 模拟计算以交互方式分析计算结果，按模拟要求修改数据，调整流程。 C 提供了包括拷贝、粘贴等目标管理功能，能方便地处理复杂的流程图。 C DXF格式接口可以将Model Manager中的流程图按DXF标准格式输出，再转换成其他CAD系统如AUTOCAD所能调用的图形文件。C 丰富的物性数据库和单元模型库，强大的流程分析与优化功能等。C 与AspenTech公司其他产品的有效集成。C共含5000个纯组分数据 C40000个二元交互参数可用于5000 个二

5、元混合物，1000多个水相离子反应的反应常数。 C与世界上最大的热力学实验物性数据库DETHERM （含250,000 多个混合物的汽液平衡、液液平衡以及其它物性数据）的接口。 C可以建立自己的专用物性数据库。纯组分数据库纯组分数据库C Aqueous：适用于电解质（水溶剂），含900种离子参数 C ASPEN PCD：含472个有机和无机化合物参数（主要为有机物） C INORGANIC：含约2450个化合物物性数据（绝大多数为无机） C PURE10：基于DIPPR的数据库，含1727个（绝大多数为有机）化合物参数，是ASPEN PLUS的主要数据库 C SOLIDS：含3314种固体化合

6、物参数，主要用于固体和电解质的处理 C COMBUST：专用于高温、气相计算，含59种燃烧产物中典型组份的参数 ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）的热力学模型（适用体系）C非理想体系采用状态方程与活度系数相结合的模型；C原油和调和馏分；C水相和非水相电解质溶液；C聚合物体系。ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）的热力学模型（状态方程）C Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）；C Hayden-OConnell；C 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程；C 理想气体模型；C Lee-

7、Kesler（LK）；C Lee-Kesler-Plocker；C Peng-Robinson（PR）；C 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR；C 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR；C 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（活度系数模型）的热力学模型（活度系数模型）CEletrolyte NRTL；CFlory-Huggins；CNRTL；CScatchard-Hilde-Brand；CUNIQUAC；CUNIFAC；Cvan Laar；CWILSON。ASPEN PLUSASPEN P

8、LUS的热力学模型（其他模型）的热力学模型（其他模型）CAPI酸水方法；CBraun K-10；CChao-Seader；CGrayson-Streed；CKent-Eisenberg；C水蒸气表。ASPEN PLUSASPEN PLUS的物性分析工具的物性分析工具C 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常数。C 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。C 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、相际线、t-p-x-y图等。C 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其他物性曲线特征化原油物系。C 电解质专家系统：对复杂的电解质

9、体系可以自动生成离子或相应的反应ASPEN PLUSASPEN PLUS专有物性数据库专有物性数据库C 在ASPEN PLUS 10.x版中，有专用于NRTL、WILSON和UNIQVAC方法的二元交互参数库，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI C 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY（1600+对） C ASPEN PLUS 10.x版的电解质专家系统，有内置电解质库，包括几乎所有常见的电解质应用中化学平衡常数及各种电解质专用二元参数。只要启动电解质热力学方法，这些参数便会自动检索。ASPEN PLUSASPEN PLU

10、S的单元模型库的单元模型库C RADFRAC：用于精馏、吸收、萃取精馏和共沸精馏的严格法模拟；RADFRAC可以处理有双液相、固相以及带有化学反应和电化学反应的情况。C PETROFRAC：用于炼油厂的预闪蒸塔、常减压塔、催化裂化主馏分塔和延迟焦化分馏塔等。C 各种反应过程：产率反应器（RYIELD）、化学计量反应器（RSTOIC）、化学平衡反应器（REQUIL）、基于GibbG自由能最小化的平衡反应器（RGIBBS）、连续搅拌糟式反应器（RCSTR）、活塞流反应器（RPLUG）和间歇反应器（RBATCH）。C 固体处理模型：破碎机、筛分、织物过渡器、文丘里洗涤器、静电沉降器、水力旋流器、离心

11、过滤器、旋风过滤器、洗矿机、结晶器和逆流洗涤器。C 严格的设备尺寸和性能计算：泄压阀、换热器、泵和压缩机、管线以及板式塔和填料塔。C 可以结合用户建立的设备计算模块。ASPEN PLUSASPEN PLUS的模型分析系统的模型分析系统C 敏感性分析：通过图表方式可看出设备规格和操作条件对工艺性能的影响。C 设计规定：可自动计算满足规定性能指标的操作条件或设备参数。C 收敛性分析：对有多个物流循环和信息循环的体系，可自动分析和建议最优切割物流、流程收敛方法和求解序列。C 数据拟合：可用实际生产数据拟合所用的工艺模型。C 最优化：可根据最优化目标调节工艺条件以达到如最大生产率、最低能耗、物流纯度和

12、最大经济效益等。C 界面工具：可通过Visual Basic编程语言完成新功能。示例示例1 1：活度系数模型参数回归：活度系数模型参数回归示例示例2 2：未知组分物性数据估计：未知组分物性数据估计示例示例3 3：精馏塔的模拟计算：精馏塔的模拟计算示例示例4 4：设计规定：设计规定示例示例5 5：敏感性分析：敏感性分析示例示例6 6：优化：优化示例示例7 7：PFDPFD图（过程工艺流程图）图（过程工艺流程图）过程工艺流程图（过程工艺流程图（PFDPFD图）图）Temperature (F)Pressure (psi)Methylcyclohexane Recovery ColumnB1B222

13、02012202022191633252045Methylcyclohexane Recovery ProcessStream ID1234TemperatureF 220.0 220.0 218.8 325.3Pressurepsi 20.00 20.00 16.00 20.20Vapor Frac 0.000 0.000 0.000 0.000Mole Flowlbmol/hr 400.000 1200.000 200.000 1400.000Mass Flowlb/hr 38065.736 112935.648 19605.002 131396.382Volume Flowcuft/hr

14、 827.446 1792.795 449.995 2314.389EnthalpyMMBtu/hr -12.702 -71.945 -14.509 -62.696Mole Flowlbmol/hr TOLUENE 200.000 5.219 194.781 PHENOL 1200.000 0.262 1199.738 MCH 200.000 194.519 5.481Mole Frac TOLUENE 0.500 0.026 0.139 PHENOL 1.000 0.001 0.857 MCH 0.500 0.973 0.004* VAPOR PHASE * Density Viscosit

15、y * LIQUID PHASE * Densitylb/cuft 46.004 62.994 43.567 56.774ViscositycP 0.288 1.021 0.323 0.443Surface Tendyne/cm 16.805 31.995 14.950 23.805操作基础操作基础汤吉海2006年8月ASPEN PLUSASPEN PLUS入门入门2.2 ASPEN PLUS2.2 ASPEN PLUS使用初步使用初步C化工流程模拟系统的使用步骤CASPEN PLUS软件窗口界面简介C演示教学C练习一化工流程模拟系统的使用步骤化工流程模拟系统的使用步骤ASPEN PLUSAS

16、PEN PLUS软件使用基本步骤软件使用基本步骤C 主窗口界面：绘图工作区和数据浏览窗口C 基本设置C 模拟流程图的绘制C 组分定义C 热力学方法的定义C 流股数据和过程数据的输入C 模拟执行过程C 查看结果C 专家支持系统Graphic User InterfaceAutomatic Naming of Streams and BlocksGraphic Flowsheet Operations - BlocksGraphic Flowsheet Operations - StreamsUsing the Mouse ButtonsModifying Blocks and StreamsBu

17、ild Simulation ModelBuild Simulation ModelM1V1F1P1S1FEED2345RECYCLELIQUIDVAPORASPEN PLUS InterfaceData Browser(1)Data Browser(2)Functionality of FormsHelpBasic InputStatus IndicatorsSetupSetup Specifications FormSetup Run TypesSetup UnitsComponentsComponent Specifications FormEntering ComponentsFind

18、Pure Component Databanks(1)Pure Component Databanks(2)PropertiesProperty SpecificationStreamsStream Input FormBlocksBlock FormStarting the RunControl PanelReviewing Results教学演示实例教学演示实例C 采用ASPEN PLUS模拟一个由混合器、闪蒸罐、分流器和泵组成的循环流股流程，热力学性质采用RK-SOAVE模型，计算在给定条件下的各流股的状态（含温度、压力、流率、组成、气相分率、密度等信息）。物性估算模型物性估算模型汤吉海

19、2006年8月ASPEN PLUSASPEN PLUS入门入门第三章第三章 ASPEN PLUS ASPEN PLUS的物性数据库及其应用的物性数据库及其应用C3.1 基础物性数据库 C3.2 物性预测模型C3.3 物性估算系统C3.4 实验数据处理系统（模型参数回归）3.1 3.1 基础物性数据库基础物性数据库CASPEN PLUS物性数据库的数据包括离子种类、二元交互参数、离子反应所需数据等。共含5000个纯组分、40000个二元交互参数、5000个二元混合物及与250000多个混合物实验数据的DETHERM数据库接口和与In-house（内部）数据库接口。C系统数据库系统数据库 C用户数

20、据库用户数据库 PURE11 PURE11 数据库数据库C 包括多于1727个组分（大多数为有机物）的参数，这是ASPEN PLUS纯组分参数的主要数据源。 A （1）与状态无关的固有属性，如分子量、临界参数、偏心因子等；A （2）标准状态下一定相态的属性，如25时的标准生成热、标准燃烧热、标准生成自由能等；A （3）一定状态下的属性，如各温度下的热容、饱和蒸汽压、粘度等，通常以一定的方程形式关联，将方程参数作为基础物性数据。A （4）其他专用模型参数，如UNIFAC模型的官能团信息。 固有性质固有性质 物性代号物性代号分子量MW临界压缩因子ZC临界温度TC偏心因子OMEGA临界压力PC偶极距

21、MUP临界体积VC回转半径RGYR标准态下的物性标准态下的物性 物性物性代号代号物性物性代号代号生成热DHFORMAPI重度API生成自由能DGFORM溶解度参数DELTA沸点TB等张比容PARC标准沸点下的摩尔体积VB气体粘度MUVDIP汽化热DHVLB液体粘度MULAND凝固点TEP导热系数KVDIP相对密度SG表面张力SIGDIP关联式参数关联式参数 物性物性代号代号参数个数参数个数ANTOIN蒸汽压关联式参数PLXANT9理想气体热容关联式参数CPIG11WASTON关联式参数DHVLWT5RACKETT液体容积方程关联式RKTZRA1CAVETT综合方程参数DHLCAT1CAVETT

22、综合关联式参数PLCAVT4SEALCHASD-HILDEBRNUD方程参数VLCVT11标准液体容积方程参数VLSTD3水溶解度方程参数WATSOL5AUDRADE液体年度关联式参数MULAND5功能团参数功能团参数 物性物性代号代号UNIFAC方程功能团的Q参数GMUFQUNIFAC方程功能团的P参数GMUFPUNIFAC方程功能团的相互作用参数GMUFB3.2 ASPEN PLUS3.2 ASPEN PLUS的物性方法和模型的物性方法和模型类别类别详细内容详细内容热力学性质模型状态方程模型活度系数模型蒸汽压和液体逸度模型汽化热模型摩尔体积和密度模型热容模型溶解度关联模型其它传递性质模型粘

23、度模型导热系数模型扩散系数模型表面张力模型非常规固体性质模型一般焓和密度模型煤和焦碳的焓和密度模型热力学平衡计算模型的状态方程法热力学平衡计算模型的状态方程法 C1 1、IDEALIDEAL理想状态性质方法理想状态性质方法C2 2、用于石油混合物的性质方法、用于石油混合物的性质方法：BK10、CHAO-SEA、GRAYSONC3 3、针对石油调整的状态方程性质方法：、针对石油调整的状态方程性质方法：PENG-ROBPENG-ROB、RK-SOAVEC4 4、用于高压烃应用的状态方程性质方法：、用于高压烃应用的状态方程性质方法：BWR-LSBWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM

24、C5、灵活的和预测性的状态方程性质方法灵活的和预测性的状态方程性质方法：PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-ASPEN、RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR 计算高温、高压、接近临界点混合物及在高压下的液-液分离的体系。（如乙二醇气体干燥、甲醇脱硫及超临界萃取） 处理高温、高压以及接近临界点的体系（如气体管线传输或超临界抽提） 用于气体加工、炼油及化工应用。（如气体加工装置、原油塔及乙烯装置）用于炼油应用,它能用于原油塔、减压塔和乙烯装置的部分工艺过程 用于气相和液相处于理想状态的体系（如减压体系、低压下的同分异构体系）液体活度系数性质方法液体活度系数性质方法CNRTLCUNIFA

25、CCUNIQUACCVAN LAARCWILSONC理想气体定律CRedlich-KwongC Redlich-Kwong-Soave CNothnagelCHayden-O ConnellCHF状态方程 液体活度系数模型液体活度系数模型 汽相状态方程汽相状态方程 活度系数模型与状态方程方法的比较活度系数模型与状态方程方法的比较 C 活度系数方法是描述低压下高度非理想液体混合物的最好方法。你必须由经验数据（例如相平衡数据）估计或获得二元参数。 C 状态方程可以在一个很宽的温度和压力范围应用，包括亚临界和超临界范围。对于理想或微非理想的系统，汽液两相的热力学性质能用最少的组分数据计算状态方程，适

26、用于模拟带有诸如CO2、N2、H2S这样轻气体的烃类系统。C 活度系数方法只能用在低压系统（10atm以下），对于在低压下含有可溶气体并且其浓度很小的系统，使用亨利定律。对于在高压下的非理想化学系统，用灵活的、具有预测功能的状态方程。 3.3 3.3 物性数据集物性数据集C在ASPEN PLUS 中用于计算热力学性质和传递性质的方法和模型被组装在性质方法中，每种性质方法中包括了一个模拟所需的所有方法和模型。用于计算一个性质的模型和方法的每个不同组合形式叫作路线（Route）。A （1）性质名A （2）方法A （3）每个主要或次要性质的子级路线，A （4）计算每个中间性质的模型名称有时带有一个模

27、型选项代码。 路线路线模型模型3.4 ASPEN PLUS3.4 ASPEN PLUS物性数据库的应用物性数据库的应用 C1、ASPEN PLUS的物性分析功能A 例例3-13-1：采用ASPEN PLUS的理想气体方法（Ideal Gas Method）查找水在1 atm和100500范围内的摩尔体积和压缩因子。 A 例例3-23-2：采用ASPEN PLUS分别计算在25、35和45下不同质量浓度甲醇水溶液（甲醇含量从0100%范围内变化）的密度，热力学计算方法选择NRTL模型。 3.4 ASPEN PLUS3.4 ASPEN PLUS物性数据库的应用物性数据库的应用C 2、ASPEN P

28、LUS的参数估值与数据回归A 例例3-33-3： 使用Gillespie釜测定了1 atm下乙醇-水混合物的T-x-y数据如表所示，现采用ASPEN PLUS回归UNIQUAC模型参数。 TEMPERATUREX(wt%)X(wt%)Y(wt%)Y(wt%)CEthanolWaterEthanolWater100010199.30.00710.99290.07720.922896.90.02970.97030.24640.7536960.03610.96390.28560.714494.80.05490.94510.36920.630893.50.07380.92620.43460.56549

29、0.50.12290.87710.54420.455889.40.14560.85440.56750.432588.60.16450.83550.59160.408485.40.26850.73150.69190.308183.40.39850.60150.74230.257782.30.46640.53360.75930.240781.40.54730.45270.78310.216980.50.65890.34110.81070.189378.80.83390.16610.87550.124578.50.87630.12370.89840.101678.40.91290.08710.918

30、40.081678.3101078.30.96580.03420.9610.0393.4 ASPEN PLUS3.4 ASPEN PLUS物性数据库的应用物性数据库的应用C 3、ASPEN PLUS的物性估算 A 噻唑（C3H3NS，Thiazole）不是ASPEN PLUS组分数据库中化合物组分，现已知该化合物的分子结构式为：，分子量为85，正常沸点为116.8，气相压力关联式为： ， 的单位是mmHg，T的单位为，适用范围是69T118。计算噻唑的焓和密度需要下表所示的数据，采用ASPEN PLUS的“Property Estimation”功能估算这些性质。 )255.216(0 .32

31、81445.16ln0TLiLi0平衡级分离模型平衡级分离模型汤吉海2006年8月ASPEN PLUSASPEN PLUS入门入门ASPEN PLUSASPEN PLUS的单元操作模型（的单元操作模型（1 1） 类型类型模型模型说明说明混合器/分流器MixerFsplitSsplit物流混合物流分流子物流分流分离器Flash2Flash3DecanterSepSep2双出口闪蒸三出口闪蒸液-液倾析器多出口组分分离器双出口组分分离器换热器HeaterHeatXMHeatXHetranAerotran加热器/冷却器双物流换热器多物流换热器与BJAC 管壳式换热器的接口程序与BJAC 空气冷却换热器

32、的接口程序塔塔DSTWUDistlRadFracExtractMultiFracSCFracPetroFracRate-FracBatchFrac简捷蒸馏设计简捷蒸馏设计简捷蒸馏核算简捷蒸馏核算严格蒸馏严格蒸馏严格液严格液-液萃取器液萃取器复杂塔的严格蒸馏复杂塔的严格蒸馏石油的简捷蒸馏石油的简捷蒸馏石油的严格蒸馏石油的严格蒸馏非平衡级连续蒸馏非平衡级连续蒸馏严格的间歇蒸馏严格的间歇蒸馏ASPEN PLUSASPEN PLUS的单元操作模型（的单元操作模型（2 2）类型类型模型模型说明说明反应器REquilRStoicRYieldRgibbsRCSTRRPlugRBatch平衡反应器化学计量反应

33、器收率反应器平衡反应器连续搅拌罐式反应器活塞流反应器间歇反应器压力变送器PumpComprMcomprPipelinePipeValve泵/液压透平压缩机/透平多级压缩机/透平多段管线压降单段管线压降严格阀压降手动操作器MultDuplClChong物流倍增器物流复制器物流类变送器ASPEN PLUSASPEN PLUS的单元操作模型（的单元操作模型（3 3）类型类型模型模型说明说明固体CrystallizerCrusherScreenFabFlCycloneVscrubESPHyCycCFugeFilterSWashCCD除去混合产品的结晶器固体粉碎器固体分离器滤布过滤器旋风分离器文丘里洗涤

34、器电解质沉降器水力旋风分离器离心式过滤器旋转真空过滤器单级固体洗涤器逆流倾析器用户模型UserUser2用户提供的单元操作模型用户提供的单元操作模型第四章第四章 多组分平衡级分离过程计算多组分平衡级分离过程计算C4.1 多组分单级分离过程 C4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 C4.3 多组分多级分离塔的严格计算 4.1 ASPEN PLUS4.1 ASPEN PLUS的闪蒸模型的闪蒸模型C 根据规定进行相平衡闪蒸计算A 绝热、等温、恒温恒压露点或泡点闪蒸计算；A 计算混合物的露点可以设置气相摩尔分率为1；A 计算混合物的泡点可以设置气相摩尔分率为0；A 据此可以确定具有一个或多个入口物流的混

35、合物的热状态和相态。C 通常要固定入口物流的热力学状态必须规定：A 温度、压力、热负荷和气相摩尔分率中的任意两项。A 需要注意的是，在闪蒸模型中不允许同时规定热负荷和气相摩尔分率。C 闪蒸模型可以用来模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐和其它的单级分离器。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的闪蒸模型的闪蒸模型Flash2Flash3ASPEN PLUSASPEN PLUS的闪蒸计算的闪蒸计算示例示例 C C例4-2：摩尔组成分别为50/50的正戊烷和正己烷混合物在55和510 kPa条件下进入闪蒸罐，闪蒸压力为95 kPa，计算在50温度下达到平衡的气相和液相产品组成。热力学模型采用理想模型（I

36、DEAL）。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的闪蒸计算的闪蒸计算练习练习C练习4-1：在101.3 kPa下，对组成为45%（摩尔分数，下同）正己烷、25%正庚烷和30%正辛烷的混合物。（1）计算泡点和露点温度；（2）将此混合物在101.3 kPa下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度和两相的组成。热力学模型采用理想模型（IDEAL）。 4.2 4.2 多组分多级分离塔的简捷计算多组分多级分离塔的简捷计算 C 多组分精馏过程的近似设计算法常用于：A 初步设计。A 对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。A 过程合成中寻找合理的分离顺序。A 近似算法还可用于控制系统的计算以及为

37、严格计算提供合适的设计变量数值和迭代变量初值。A 当相平衡数据不够充分和可靠时，采用近似算法不比严格算法逊色。C 近似算法虽然适于手算，但为了快速、准确，采用计算机进行数值求解也已广泛应用。 多组分精馏的多组分精馏的FUGFUG简捷计算法简捷计算法 C多组分精馏的FUG简捷计算法（FenskeUnderwood-Gilliland） A 用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数和组分分配；A 用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回流比；A 用吉利兰（Gilliland）图或相应的关系式估算实际回流比下的理论板数。C 关键组分关键组分C所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的两个组分（

38、不少情况是挥发度相邻的两个组分)，它们对于物系的分离起着控制作用，且它们在塔顶或塔釜产品中的浓度或回收率通常是给定的（即是应该指定的两个浓度变量），因而在设计中起着重要作用。C这两组分中挥发度大的称为轻关键组分，挥发度小的称为重关键组分，它们各自在塔顶或塔底的含量必须加以控制，以保证分离后产品的质量。 关键组分关键组分C例如，石油裂解气分离中的C2-C3塔，其进料组成中有甲烷、乙烯、乙烷、内烯、丙烷和丁烷，分离要求规定塔釜中乙烷浓度不超过0.1，塔顶产品中丙烯浓度也不超过0.1，试问其轻重关键组分分别是哪两个?A 甲烷、乙烯沸点低于乙烷，若能将乙烷和丙烯分开，乙烷和比乙烷轻的组分必定从塔顶排出

39、，同样，比丙烯重的组分则必定从塔釜徘出。因此，根据规定的分离要求，则能确定乙烷是轻关键组分，而丙烯则是重关键组分。 ASPEN PLUSASPEN PLUS中的简捷法精馏塔设计模型中的简捷法精馏塔设计模型 模型模型描述描述目的目的用于用于DSTWU使用WinnUnderwood- Gilliland 方法设计简捷法蒸馏确定最小回流比、最小级数或者实际回流比、实际级数一个进料物流和两个产品物流的塔Distl使用Edmister方法进行简捷法蒸馏核算确定以回流比、级数、馏出与进料比为基准的分离程度一个进料物流和两个产品物流的塔SCFrac复杂的多个石油分馏单元的简捷精馏确定产品组成和流率、每段的级

40、数、使用分馏指数的热负荷复杂塔例如原油单元和减压塔DSTWU-DSTWU-简捷法精馏设计简捷法精馏设计 CDSTWU可对一个带有分凝器或全凝器、一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷法设计计算。CDSTWU假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度。C DSTWU也估算适宜的进料位置、冷凝器和再沸器的热负荷，并产生一个可选的回流比级数的曲线图或表格。 DSTWU-DSTWU-简捷法精馏设计简捷法精馏设计规定规定估计估计/结果结果轻重关键组分的回收率最小回流比和最小理论级数理论级数必需回流比回流比必需理论级数DSTWU使用这个方法使用这个方法/关联式关联式去估算去估算Winn最小级数Underwood最

41、小回流比Gilliland规定级数所必需的回流比或规定回流比所必需级数ASPEN PLUSASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计的简捷法精馏塔设计示例示例 C例4-3：设计一个脱乙烷精馏塔，进料流量为100 kmol/hr，进料组成为：氢气0.00014、甲烷0.00162、乙烯0.75746、乙烷0.24003、丙烯0.00075（摩尔分数），进料流股压力为18 atm。要求乙烯在塔顶的收率达到95%，并且塔顶馏出物中乙烯纯度达到99%（摩尔分数）。塔顶设一全凝器，操作压力为17.8 atm，塔釜有再沸器，操作压力为18.2 atm，回流比为取3。试确定精馏塔的理论板数、进料位置以及产品流股

42、的组成。热力学模型选择Peng-Robinson方程。ASPEN PLUSASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计的简捷法精馏塔设计练习练习4.3 4.3 多组分多级分离塔的严格计算多组分多级分离塔的严格计算理论模型理论模型 CMESH方程A 组分物料衡算（M）A 相平衡关系（E）A 各相的摩尔分数加和式（S）A 热量衡算（H）C典型求解方法A 方程解离法A 同时校正法A 内外法ASPEN PLUSASPEN PLUS的严格蒸馏模型的严格蒸馏模型模型模型描述描述目的目的用于用于RadFrac严格分馏严格分馏执行各塔严格核算和设计计执行各塔严格核算和设计计算算普通蒸馏、吸收塔、汽提塔、萃取普通蒸馏

43、、吸收塔、汽提塔、萃取和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏MultiFrac严格法多塔精馏对一些复杂的多塔执行严格核算和设计计算热整合塔、空气分离塔、吸收/汽提塔组合、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合、石油炼制应用PetroFrac石油炼制分馏对石油炼制应用中的复杂塔执行严格核算和设计计算预闪蒸塔、常压原油单元、减压单元、催化裂化主分馏器、延迟焦化主分馏器、减压润滑油分馏器、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合RateFrac基于流率的蒸馏对各塔和多塔执行严格核算与设计。基于非平衡级计算，不需要效率和HETPs。蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、反应系统、热整合单元、石油应用例如原油和减压单元、

44、吸收/汽提塔组合Extract严格液-液萃取使用一个溶剂模拟一个液体物流的逆流抽提液-液抽提塔RadFracRadFrac模拟的多级气模拟的多级气- -液精馏操作液精馏操作 C一般精馏（Ordinary distillation）C吸收（Absorption）C再沸吸收（Reboiled absorption）C汽提（Stripping）C再沸汽提（Reboiled stripping）C萃取蒸馏（Extractive distillation）C共沸蒸馏（Azeotropic distillation）C共沸蒸馏（Reactive distillation）RadFrac RadFrac 适

45、用的体系适用的体系C 两相蒸馏体系（Two-phase systems）C 三相蒸馏体系（Three-phase systems）C 窄沸程和宽沸程体系（Narrow and wide-boiling systems）C 液相具有非理想性强的体系（Systems exhibiting strong liquid phase nonideality）C 游离水相或其它第二液相（Free-water phase or other second liquid phase)RadFracRadFrac模拟发生化学反应的塔模拟发生化学反应的塔C固定转化率（Fixed conversion）C平衡反应（E

46、quilibrium）C流率控制反应（Rate-controlled）C电解质反应（Electrolytic ）RadFracRadFrac流程的连接流程的连接 算法算法 C石油和石油化工应用A 极宽沸程的混合物和/或许多组分和设计规定，使用Sum-Rates算法 C高度非理想体系A 当液相的非理想程度非常强，使用Newton算法 C共沸蒸馏C吸收和汽提A 使用Sum-Rates算法 C深冷应用 求解策略求解策略 C塔收敛 A Inside-outInside-outB标准流率加和和非理想算法BMultiFracMultiFrac、PetroFracPetroFrac 和ExtractExtr

47、act模型 A Napthali-Sandholm Napthali-Sandholm BNewtonNewton算法 C设计规定的收敛A 设计规定嵌套循环收敛（适用于除设计规定嵌套循环收敛（适用于除SUM-RATES SUM-RATES 外外的所有算法）的所有算法）A 设计规定同时收敛（设计规定同时收敛（Algorithm=SUM-RATESAlgorithm=SUM-RATES，NEWTONNEWTON） RadFracRadFrac的两种计算模式的两种计算模式C核算模式核算模式计算：A 温度A 流率A 摩尔分率分布C设计模式设计模式计算：A 满足塔的操作参数（例如纯度或回收率）或塔中任意

48、物流的物性所需要满足的规定A 有广泛的设计和核算塔板及填料的能力RadFracRadFrac模型的基本设置（模型的基本设置（1 1）RadFracRadFrac模型的基本设置（模型的基本设置（2 2）RadFracRadFrac模型的基本设置（模型的基本设置（3 3）RadFracRadFrac模型的基本设置（模型的基本设置（4 4）ASPEN PLUSASPEN PLUS的严格法精馏塔计算的严格法精馏塔计算示例示例 C例例4-44-4：根据上节例4-3所描述的问题，采用DSTWU简介设计模型确定的脱乙烷精馏塔理论板数、进料位置和回流比等参数，对该精馏塔采用RADFRAC严格模型进行核算。 C

49、例例4-54-5：根据例4-4，在其他条件不变的情况下，采用RADFRAC模型计算满足塔顶馏出物中乙烯摩尔分数达到0.99所需要的回流比。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的严格法精馏塔计算的严格法精馏塔计算练习练习C练习题4-3：设计一个甲醇精馏塔，进料中包含50 kmol/hr的甲醇和50 kmol/hr的水。采用回流比为1.5时，要求塔顶和塔底产物的纯度都达到99.5%。试确定精馏塔的理论板数、进料位置，以及精馏塔内的温度、汽液相流率和组成分布。并确定采用BX型填料的塔径。 精馏塔内件（塔板和填料）的设计与核算精馏塔内件（塔板和填料）的设计与核算 C板式塔和填料塔进行设计、核算以

50、及执行压降计算的扩展功能： A TraySizing（塔板设计）A TrayRating（塔板核算）A PackSizing（填料设计）A PackRating（填料核算） C三个塔单元操作模型中是可用的：A RadFracA MultiFracA PetroFrac 板式塔类型板式塔类型C五种通用塔板类型中进行选择：A Bubble caps（泡罩）A Sieve（筛板）A Glitsch Ballast（Glitsch重盘式塔板）A Koch Flexitray（Koch轻便型浮阀塔板）A Nutter Float Valve（Nutter浮阀塔板） 填料塔类型填料塔类型C各种各样的不规则