稳态模拟法求取精馏塔灵敏板的途径

合集下载

精馏塔单元操作手册

文档编号:TSS_C4.DOC精馏塔单元仿真培训系统操作说明书北京东方仿真软件技术有限公司二〇〇六年十月目录一、工艺流程说明 (2)1、工艺说明 (2)2、本单元复杂控制方案说明 (2)3、设备一览 (3)二、精馏单元操作规程 (3)1、冷态开车操作规程 (3)2、正常操作规程 (4)3、停车操作规程 (5)4、仪表一览表 (6)三、事故设置一览 (7)四、仿真界面 (9)附：思考题 (11)一、工艺流程说明1、工艺说明本流程是利用精馏方法，在脱丁烷塔中将丁烷从脱丙烷塔釜混合物中分离出来。

精馏是将液体混合物部分气化，利用其中各组分相对挥发度的不同，通过液相和气相间的质量传递来实现对混合物分离。

本装置中将脱丙烷塔釜混合物部分气化，由于丁烷的沸点较低，即其挥发度较高，故丁烷易于从液相中气化出来，再将气化的蒸汽冷凝，可得到丁烷组成高于原料的混合物，经过多次气化冷凝，即可达到分离混合物中丁烷的目的。

原料为67.8℃脱丙烷塔的釜液(主要有C4、C5、C6、C7等)，由脱丁烷塔(DA-405)的第16块板进料(全塔共32块板),进料量由流量控制器FIC101控制。

灵敏板温度由调节器TC101通过调节再沸器加热蒸汽的流量,来控制提馏段灵敏板温度，从而控制丁烷的分离质量。

脱丁烷塔塔釜液（主要为C5以上馏分）一部分作为产品采出，一部分经再沸器(EA-418A、B)部分汽化为蒸汽从塔底上升。

塔釜的液位和塔釜产品采出量由LC101和FC102组成的串级控制器控制。

再沸器采用低压蒸汽加热。

塔釜蒸汽缓冲罐（FA－414）液位由液位控制器LC102调节底部采出量控制。

塔顶的上升蒸汽（C4馏分和少量C5馏分）经塔顶冷凝器（EA-419）全部冷凝成液体，该冷凝液靠位差流入回流罐（FA-408）。

塔顶压力PC102采用分程控制：在正常的压力波动下，通过调节塔顶冷凝器的冷却水量来调节压力，当压力超高时，压力报警系统发出报警信号，PC102调节塔顶至回流罐的排气量来控制塔顶压力调节气相出料。

侧线萃取精馏的稳态设计

侧线萃取精馏的稳态设计
侧线萃取精馏的稳态设计主要包括以下几个步骤：
1.确定操作条件：侧线萃取精馏的操作条件应包括原料液的组成、沸点、溶剂的性质和分离要求等。

这些条件需要根据实际需求进行选择和调整。

2.确定理论板数：理论板数是侧线萃取精馏中用于描述分离效果的关键参数。

根据原料液的沸点、溶剂的性质和分离要求，可以计算出所需的理论板数。

3.确定侧线采出位置：侧线采出位置的选择对分离效果和产品质量有重要影响。

侧线采出位置应选择在塔中部，以避免塔顶或塔底的杂质进入产品中。

4.确定回流比：回流比是侧线萃取精馏中用于控制产品质量和分离效果的重要参数。

根据原料液的组成、沸点、溶剂的性质和分离要求，可以计算出所需的回流比。

5.确定塔釜加热量：塔釜加热量是侧线萃取精馏中用于控制塔内温度的重要参数。

根据原料液的沸点、溶剂的性质和分离要求，可以计算出所需的塔釜加热量。

6.确定塔顶冷凝器冷却水流量：塔顶冷凝器冷却水流量是侧线萃取精馏中用于控制塔顶温度的重要参数。

根据原料液的沸点、溶剂的性质和分离要求，可以计算出所需的塔顶冷凝器冷却水流量。

通过以上步骤，可以完成侧线萃取精馏的稳态设计。

需要注意的是，实际操作中可能需要根据实际情况进行调整和优化。

精馏塔各状态变量对分离要求的灵敏度计算

精馏塔各状态变量对分离要求的灵敏度计算王葳刘艳杰刘艳萍高维平( 吉林化工学院化学工程系 ,吉林市 ,132022)摘要提出了一种精馏塔在其分离要求发生改变时 ,求取精馏塔中各状态变量新的稳态值的一种数学模型和计算方法. 经实例考核 ,该方法对工程实践有一定的指导意义. 关键词精馏塔 ;分离 ;状态变量 ;灵敏度中图分类号 TQ 05315在实际生产过程中 ,尤其是现今处在市场经济的大环境下 ,当某一产品畅销而另一产品滞销 ,或某一产品需提高纯度要求 ,而另一产品纯度可相对降低时 ,工程管理人员常需调整产品的分离要求以满足市场的需求. 但分离要求调整的是否合理 ,仅凭生产经验、现场运作来考核 ,有时势必要造成不必要的物料循环工作状态 ,从而造成人力和财力的浪费. 为解决这一问题 ,本文在对精馏塔灵敏度分析〔1〕的基础上 ,提出了一种较为简便、快捷地获取精馏塔分离要求发生改变时 ,精馏塔中各状态变量新的稳态值的理论计算方法. 该方法可方便地求出所要得到的精馏塔中各状态变量随分离要求的变化而改变的量 ,即精馏塔中各状态变量相对于其分离要求改变时的灵敏度.数学模型1 1 . 1 精馏塔的四个基本过程方程精馏塔的四个基本过程方程分别由各板各组分的物料衡算方程、各板的热量衡算方程、分子分数加和方程及各板总的物料衡算方程所组成 , 记作方程 + 3 n 〕. 方程的具体形式参见文献〔1〕.1 .2 精馏塔的分离要求若以某一产品的回收率作为分离要求 , 则有 :S j 1 ·x 1 , l k F K = 0 . 0 ( k ∈〔1 , m n f m n + 3 n + 1 = ed = Fj ( 1)·z nf nf , l k L n ·x n h kf m n + 3 n + 2 = ew = Fj ( 2)·z nf nf , hk1 . 3 精馏塔各状态变量和决策变量的划分精馏塔各状态变量与决策变量的划分见文献〔1〕, 可取 :收稿日期 :1998 —04 —10第一作者 :女 ,1963 年生 ,硕士 ,副教授第2 期王葳等:精馏塔各状态变量对分离要求的灵敏度计算9T TS = x ij y ij T j V j L j D = z i j Fj j S j j Cj j P j Q j由于在精馏塔原有四个基本过程方程的基础上又附加了两个约束条件,因此,需从决策变量中释放两个变量作为新的状态变量, 这样才能满足过程方程的约束. 从变量之间的关系看,显然从决策变量中释放出S j1、Q n 较为合理,其它决策变量值保持不变.1 .4 分离要求改变时各状态变量的灵敏度计算方程T 则仅当分离要求发生改变时有: 现取S = x i j y i j T j V j L j D Q rm n + 3 n + 2 9 F k△f k = 6 ·△S l = 0 .0 k ∈〔1 , m n + 3 n〕9 S ll = 1m n + 3 n + 2 9 F k m n + 3 n + 2 9 F k △f m n + 3 n + 1 = 6 ·△S l = △ed△f m n + 3 n + 2 = 6l = 1 ·△S l = △e w9 S l9 S l l = 1△S 1△S 20 .00 .0= (3)m n + 3 n + 1 m n+ 3 n + 2 △ed △ew显然,该矩阵可构成一以ΔS l ( l ∈〔1 , m n + 3 n + 2〕) 为变量的代数方程组. 从该代数方程组的系数矩阵中可以看出,只需在精馏塔原有四个过程方程对原各状态变量求导〔1〕的基础上,再扩充两行两列即可1 两行即为新附加的两个约束条件对各状态变量的偏导数,两列即为各约束方程对新增的两个状态变量的偏导数.计算实例2以水- 醋酸二元物系分离为例,原设计轻重关键组分的分离要求分别为ed = 0 .99 , ew = 0 .99 , 现将轻重关键组分的分离要求分别改变为:Δed = 0 .009 ,Δew = - 0 .009 , 则对应新分离要求下各状态变量新的稳定值的计算结果见表1 .表1 精馏塔部分状态变量对分离要求改变时的灵敏度ΔSV ΔS计算值No .Name of SV Value of SV U n it1 2 3 4 5 x 1,1x 2,19T1T19D0 .9 7520 .6 623373 .0 914384 .8 33525 .4 623- 0 .0 0760 .0 0420 .5 9440 .4 9209 .429- 0 .0 0750 .0 0410 .5 9500 .4 9310 .9 377KKkmol/ h6 W 74 .5 377 - 0 .9 429 - 0 .9 377 kmol/ h 从表中可见:灵敏度的计算结果与重新开始一次的模拟计算结果相近.吉林化工学院学报1999 年10结论3本文给出的数学模型及计算方法可在原精馏塔除分离要求以外其它工艺及设备参数均保持不变的条件下,快速地获取新的分离要求下产品的各项控制指标及各操纵变量的变化值. 这样既可为现场工程技术人员迅速、准确地制定新分离要求下的各操作条件提供了一种可行的方法,同时也可为工程管理人员根据市场需求及时、合理地调配产品的质量、产量,提高现有装置的经济效益提供依据.主要符号说明D —精馏塔塔顶产品采出量,kmol/ hed —轻关键组分的回收率ew —重关键组分的回收率Fj j —精馏塔各板的进料量, kmol/ hL j —精馏塔各板下降的液相流率, kmol/ h Q r—精馏塔塔釜加热量, kJ / hS j j —精馏塔各板的液相采出量, km ol/ h T j —精馏塔各板的温度, KW —精馏塔塔釜产品采出量, kmol/ hx i j —精馏塔各板的液相组成, mol/ molz i j —精馏塔各板的进料组成, mol/ mol 下角标l k—轻关键组序号hk —重关键组序号i —组分序号j —塔板序号k —精馏塔方各过程方程的序号l —精馏塔各状态变量的序号m —组分数n —塔板数nf —进料板的序号参考文献1 王葳1 多效精馏过程的优化与控制1〔学位论文〕1 哈尔滨:工程大学,1996 ,50～802 郭天民1 多元气液平衡和精馏1 北京:化学工业出版社,19831440～448CA L CU L ATIO N OF SEN SITIVIT Y OF STATE VA RIABL ES I ND ISTILL ATIO N T OWER AS SEPA R ATIO N CO N D ITIO NS C HA NGEWang wei Liu Y anjie Liu Y anping G ao Weiping(Dep art m ent of Chemical Eng ineering ,J i lin Instit u t e of Chemical Technol o gy ,J i lin C it y ,132022)Abstract The mat hematical mo del and calcu latio n met ho d of new st ead y result s fo r st at e variab les of distilla2 tio n to wer as sep aratio n co nditio ns change is p ropo sed. A p ractical example sho ws t hat it is of guid ing signi f i2 cance to eng ineering p r actice.K ey w ords d istillatio n to wer ; s ep aratio n ; s t at e variab le ; s ensitivity。

【DOC】精馏塔的操作与塔效率的测定

【DOC】精馏塔的操作与塔效率的测定精馏塔是炼油过程中最常见的设备之一，用于将原油中的各种组分进行分离和纯化。

在精馏塔中，液体混合物经过加热后蒸发成气体，在塔内上升过程中与填料进行接触，并在填料中发生大量的相互作用，使得不同组分逐渐分离，最终在不同的塔板（或者说塔层）上收集。

精馏塔的操作和塔效率的测定是石油工业生产中非常重要的环节之一。

一、精馏塔的操作精馏塔的操作过程可以分为两个基本步骤：塔底流量和塔顶温度的调整。

首先是提高塔底流量，以保持塔内液面的稳定；其次是调整塔顶温度，以维持塔内压力的稳定。

调整塔顶温度的方法有两种：1. 调整回流比例回流比例是指精馏塔中经过冷凝器重复回收的液体部分所占的比例。

通过调整回流比例，可以改变塔内的冷却程度，进而调节塔顶温度。

当塔顶温度过高时，可以适当增加回流比例；反之，当塔顶温度过低时，则要减小回流比例。

2. 调整塔顶冷凝器的冷却程度精馏塔的塔顶有一个冷凝器，主要用于将分离出来的组分重新液化。

调整塔顶冷凝器的冷却程度可以直接影响塔顶温度，进而实现塔顶温度的调节。

二、塔效率的测定塔效率是指塔内组分分离的效率，也就是在塔内上升的气体与下降的液体之间的质量传递效率。

将塔效率称为精馏塔的“灵魂”，是因为其直接关系到石油生产效益的高低。

我们可以通过塔效率指数（ETS）来衡量塔的分离效力，ETS反映了塔的版式、填料类型、塔压、液流量和汽流量等因素的综合作用，其数值越大，塔的效率越高，精馏过程也就更完备。

ETS的计算公式是ETS=HETP/B（B是填料高度）。

精馏塔的填料高度是稳定塔效率的关键因素，过高过低都会影响塔的分离效果。

塔效率的测定方法有两种：1. 实际塔塔板出口取样实际塔塔板出口取样是一种直接测定塔效率的实验方法，其原理是在塔板层面上对塔内流体进行采样，然后仔细分析采样液的组分。

这种方法可以测定出组分分离的程度，并且可以定量地分析各组分的相对含量。

由于需要在实际精馏塔上进行实验，所以实验难度和成本较大。

精馏塔的操作与塔效率的测定

试验十二精馏塔的操作与塔效率的测定一、试验目的1.了解填料塔各局部的构造及精馏过程2.生疏填料塔的操作方法3.学会测定精馏塔的总板效率和单板效率二、试验原理〔一〕维持稳定的精馏过程连续操作的条件；〔二〕依据进料量及组成、产品的分别要求，严格维持物料平衡。

1)总物料平衡---在精馏塔操作时，物料的总进料量应当等于总出料量，即：F =W +D当总物料量不平衡时，进料量大于出料量时，会引起淹塔；相反出料量大于进料量时，会引起塔釜干料，最终都将破坏精馏塔的正常操作。

2)各组分的物料平衡：在满足总物料平衡的条件下，应同时满足下式Fx =Dx +WxFi Di Wix , xD wi肯定的状况下，应严格保证馏出液 D 和釜液 W 的采出率为：D x -x W D= F W , F x -xd W F=1 -F假设塔顶采出率 D/F 过大，即使精馏塔有足够的分别力量，在塔顶仍不能获得规定的合格产品。

〔三〕精馏塔应当有足够的分别力量。

在塔板数肯定的状况下，正常的精馏操作过程要有足够的回流比，才能保证肯定的分别效果，才能获得合格的产品。

一般应跟据设计的回流比严格掌握回流量，回流量=RD.〔四〕应有正常的气液负荷量，避开发生以下不正常操作。

(1)填料塔操作时，液体自塔上部进入，均匀喷洒在截面上，在填料层内液体沿填料外表呈膜状流下，气体自塔下部进入，通过填料缝隙中的自由空间从塔上部排出，气液两相在填料内进展逆流接触，填料上液膜外表为气液两相的主要传质外表，液体能否成膜与填料外表的润湿有关，因此正确选择填料与填料的外表处理有关。

(2) 填料塔在低气速下操作，气速造成的阻力较小，液膜厚度与气体流量关系不大，此时液相为分散相，气体为连续相。

随气速增加，液膜增厚，塔内自由面积削减，塔压降加大。

当气液流量到达某肯定值时，气液两相交互作用猛烈，会消灭液泛现象；塔内滞液量增加，液相转为连续相，气相转化为分散相，以气液形式穿过液层，此时液体返混和气体的液沫夹带现象严峻，传质效果极差，因此填料塔的操作肯定要掌握在某一气液比范围内。

松节油精馏塔温度灵敏板的确定

ＷＥＮＸｕ－ｉｇ，ＺｅｙｎＨＯＵＪ — ｕＨＡＯｉｎｕｉｈａ，ＺａＺ —ｉ
（．ｏｄＣｌｇ，ｏｔｈａＡｒｕｔａＵｉｒｔ，ｕｎｚｏ１６２，ｈｎ；１ＦｏｏｅｅＳｕｈＣｉｇｉｌｒｌｎｅｓｙＧａｇｈｕ５０４Ｃｉｌｎｃｕｖｉａ２ＧａｇｏｇＳｎｌｌｏｏＬｄＺａｊｎ２３０Ｃｉａ．ｕｎｄｎｏｇｉＦａｒ，ｔ，ｈｎｉｇ５４０，ｈ）ｎｖＣａｎ
ＡｂｔａｔＴｅｌｃｔｎｏｍｐｒｔｅｓｎｉｖｌｔｓｉｈｒｅｔｅｄａ・ｏｅｏｔｕｕｉｉａｉｎｓｓｅｕｄｒｂｔｔｔｓｒｃ：ｈｏａｉｆｔｏｅｅａｉ・ｅｓｉｅｐａｅｎｔｅｔｐｎｉｕ・ｗｒｃｎｉｏｓｄｓｌｔｙｔｍｎｅｏｈｓｉｖ－ｔｕｎｌｔｎｔｏａｃ
塔温度灵敏板的位置，结果表明不同方法确定的低沸塔灵敏板差异在３块板范围之内，高沸塔的灵
ＷＥＮｅｙｎＸｕ — ｉｇ
敏板在第１６块板。在 பைடு நூலகம்基础上可适时调整可操控变量，使灵敏塔板温度保持恒定，证蒸馏效率保
和产品嵌量
第３０卷第３期２１００年６月
林产化学与工业
ＣｈｍｉｔｙａｄＩｄｓｒｆＦｒｓｒｄｃｓｅｓｒｎｎｕｔｏｏｅｔＰｏｕｔｙ
Ｖｏ．１３ＯＮｏ．３
Ｊｎ００ｕｅ２１

精馏实验(化工原理实验)

精馏实验一、实验目的1、了解筛板式精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏操作的基本方法；2、掌握精馏过程全回流和部分回流的操作方法；3、掌握测定板式塔全塔效率。

二、实验原理1、全塔效率E T全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即-1=T T P N E N (1)式中：T N －完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括塔釜；P N －完成一定分离任务所需的实际塔板数。

全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，表明塔板结构、物性系数、操作状况等因素对塔板分离效果的影响。

对于双组分体系，塔内所需理论塔板数N T ，可通过实验测得塔顶组成x D 、塔釜组成x W 、进料组成x F 及进料热状况q 、回流比R等有关参数，利用相平衡关系和操作线用图解法或逐板计算法求得。

图1塔板气液流向示意图2、单板效率ME 单板效率又称莫弗里板效率，如图1所示，是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔板前后的组成变化值之比。

按气相组成变化表示的单板效率为1*1y =n n MV n n y E y y ++--(2)按液相组成变化表示的单板效率为1*1n n ML n n x x E x x ---=-(3)式中：y n 、1n y +－分别为离开第n 、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数；1n x -、n x －分别为离开第n-1、n 块塔板的液相组成，摩尔分数；*ny －与x n 成平衡的气相组成，摩尔分数；*nx －与y n 成平衡的液相组成，摩尔分数。

3、图解法求理论塔板数N T图解法又称麦卡勃－蒂列(McCabe-Thiele)法，简称M-T 法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y-x 图上直观地表示出来。

对于恒摩尔流体系，精馏段的操作线方程为：111D n n x R y x R R +=+++(4)式中：1n y +－精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；n x －精馏段第n 块塔板下流的液体组成，摩尔分数；D x －塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数；R －回流比。

aspen精馏模拟步骤

Aspen精馏模拟的步骤一、板式塔工艺设计首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步骤。

其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。

设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。

没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。

下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的结构和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进行。

板式塔工艺计算步骤1.物料衡算（手算）目的：求解aspen 简捷设计模拟的输入条件。

容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割；(2)估计塔顶与塔底的组成。

得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率参考：《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的容。

2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。

方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。

得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。

3.灵敏度分析目的：1.研究回流比与塔径的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数。

2.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：可以作回流比与塔径的关系曲线（NT-R），从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。

得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。

4. 用DSTWU再次计算目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。

方法：依据步骤3得到的结果，进行简捷计算。

得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。

5. 用详细计算模块（RadFrace）进行初步设计计算目的：得出结构初步设计数据。

方法：用RadFrace 模块的Tray Sizing（填料塔用PAking Sizing），利用第4步（DSTWU）得出的数据进行精确设计计算。

精馏塔的安全运行分析——灵敏板的确定

专业的论文在线写作平台
精馏塔的安全运行分析——灵敏板的确定
精馏是气液两相间的热量传递过程，与相平衡密切相关，而对于双组分两相体系，操作温度、操作压力可以独立变化，所以当要求获得指定组成的蒸馏产品时，操作温度与操作压力也就确定了。

因此，工业精馏常通过控制温度和压力来控制蒸馏过程。

灵敏板的确定
在总压一定的条件下，精馏塔内务块板上的物料组成与温度一一对应。

当板上的物料组成发生变化时，其温度也就随之起变化。

当精馏过程受到外界干扰(或承受调节作用)时，塔内不同塔板处的物料组成将发生变化，其相应的温度亦将改变。

其中，塔内某些塔板处的温度对外界干扰的反应特别明显，即当操作条件发生变化时，这些塔板上的温度将发生显著变化，这种塔板称之为灵敏板，一般取温度变化最大的那块板为灵敏板。

精馏生产中由于物料不平衡或是塔的分离能力不够等原因造成的产品不合格现象，都可及早通过灵敏板温度变化情况得到预测，从而可及早发出信号使调节系统能及时加以调节，以保证精馏产品的合格。

基于确定灵敏板的精馏实验设计

实验技术与管理第38卷第4期 2021年4月Experimental Technology and Management Vol.38 No.4 Apr. 2021收稿日期: 2020-07-15基金项目: 江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2019133）；江苏高校优势学科建设工程项目（95）作者简介: 周志伟（1981—），男，江苏兴化，博士，副教授，化工系副主任，研究方向为工业催化，zhiweizhou@ 。

通信作者: 武文良（1963—），男，江苏金坛，博士，教授，研究方向为工业催化及分离工程，wwl@ 。

引文格式: 周志伟，武文良. 基于确定灵敏板的精馏实验设计[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(4): 71-75.Cite this article: ZHOU Z W, WU W L. Design of distillation experiment based on determination of sensitive plates[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(4): 71-75. (in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.04.015基于确定灵敏板的精馏实验设计周志伟，武文良（南京工业大学化工学院，江苏南京 211816）摘要：该文设计了一种用于确定连续分离乙醇与水体系具有16块塔板的精馏塔灵敏板的综合型实验。

采用Aspen Plus 流程模拟软件，在保持进料组成x F 和进料位置不变的状况下，计算了3个不同回流比的塔板组成及塔板温度分布，通过分析各塔板的温差，可确定灵敏板的适宜位置；在保持回流比R 和进料位置不变的状况下，计算了3个不同进料组成时的塔板组成及塔板温度分布，分析了灵敏板的适宜位置。

用AspenPlus对反应精馏的模拟计算

关键词酯化反应ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ反应精馏中图分类号ＴＱ０１８
０反应精馏技术简介
反应精馏是将化学反应与精馏相耦合的操作技术，“反应精馏”的概念１９２１年由Ｂａｃｃｈａｕ首次提出［１］。反应精馏通过精馏的方法将反应物与产物分离开来，以破坏可逆反应的平衡关系，使反应继续向生成产物的方向进行，从而可提高可逆反应的转化率、选择性和生产能力。此外，反应精馏过程中还可通过化学反应破坏气液平衡关系，从而可加快传质速率，缩短反应时间。对于放热反应，反应所释放出的热量可作为精馏所需的气化热，从而可降低能耗和操作费用。简言之，反应精馏具有以下优点［２］：选择性高；使可逆反应收率提高；温度易于控制，避免出现“热点”问题；缩短反应时间，强化设备生产能力；能耗低，操作费用低；投资少。
·１６·
上海化工
第３２卷
衡，气、液两相仅在界面处达到平衡，且界面处不存在净的质量和热量累积。对于反应热效应不大的体系，可进一步假设体系中气、液两相达到热平衡，从而可简化模型中的热量衡算式［２］。
针对甲醇和醋酸的酯化反应的特点，本文的数学模拟中选用平衡级模型。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件中，用于计算精馏的模型有基于传递速度理论的ＲａｔｅＦｒａｃ和基于平衡级理论的ＲａｄＦｒａｃ。ＴｉｍＰｏ¨ｐｋｅｎ等选用平衡级进行计算，并将计算结果与实验结果比较，证明了平衡级模型已能足够准确地描述反应精馏填料塔，［４，７￣９］因此计算选用基于平衡级理论的ＲａｄＦｒａｃ模型。
尽管ＲａｄＦｒａｃ假定为平衡级，可规定Ｍｕｒｐｈｒｅｅ效率或蒸发效率，并通过操作Ｍｕｒｐｈｒｅｅ效率来匹配装置性能。

化工仿真二元精馏思考题

六．二元精馏思考题1．简述本二元精馏塔的主要设备部件。

主要部件有：DA-405 脱丁烷塔、GA-405A/B 回流泵、FA-405 回流罐EA-405A/B 再沸器、EA-406 冷凝器、GA-406A/B 塔顶产品采出泵。

2．简述板式塔和填料塔的特点及用途。

举出几种板式塔的塔板类型。

填料塔与板式塔比较：（1）填料塔操作范围较小，对于液体负荷的变化特别敏感。

当液体负荷较小时，填料表面不能很好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，容易产生液泛。

板式塔具有较大的操作范围。

（2）填料塔不宜处理含固体悬浮物的物料，而某些类型的板式塔（如大孔径穿流板塔）可以有效地处理这种物系。

另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。

（3）当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均布问题而使结构复杂化，板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。

（4）填料塔直径可以很小。

板式塔直径一般不小于0.6m。

（5）板式塔的设计比较准确可靠。

安全系数较小。

|（6）塔径不大时，填料塔因结构简单而造价便宜。

（7）填料塔适用于易起泡物系和[wiki]腐蚀[/wiki]性物系，因填料对泡沫有限制和破碎的作用，可以采用瓷质填料。

（8）对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔内的滞液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间相对短。

（9）填料塔的压降比板式塔的小，因而对真空操作更为适宜塔板类型：浮阀塔，筛板塔，泡罩塔。

3．写出本精馏塔正常工况的工艺条件。

答：位号名称和量程正常值TI-1 进料温度(0~100℃) 65 ℃TI-6 回流温度(0~100℃) 38 ℃TI-4 塔釜温度(0~200℃) 121 ℃TI-2 塔顶温度(0~100℃) 46 ℃TI-7 冷却水入口温度(0~100℃) 30 ℃FH 放火炬流量(0~1000 kmol/h) 0.0 kmol/hPI-4 塔釜压力(0~1MPa) 0.42 MPaFI-4 塔釜采出流量(0~400 kmol/h) 130 kmol/hFI-5 塔顶采出流量(0~600 kmol/h) 240 kmol/hFI-6 冷却水流量(0~400 kmol/h) 1850 kmol/hFIC-1 进料量调节器(0~800 kmol/h) 370 kmol/hFIC-2 回流量调节器(0~800 kmol/h) 350 kmol/hLIC-1 塔釜液位调节器(0~100%) 55 %LIC-2 回流罐液位调节器(0~100%) 55 %PIC-1 塔压调节器(高压调节)(0~1MPa) 0.40 MPaPRC-2 塔压调节器(正常调节)(0~1MPa) 0.35 MPaTIC-3 灵敏板温度调节器(0~100℃) 78 ℃FIC-3 再沸器蒸气流量调节器(0~800 kmol/h) 264 kmol/hPI-5 蒸气压力(0~1MPa) 0.35 MPaTI-5 蒸气温度(0~200℃) 135 ℃AI-1 塔顶C5含量(0~1.0%) <0.5 %AI-2 塔釜C4含量(0~10.0%) <1.5 %TDI-8 塔温差>5 ℃PDI-3 塔压差0.07 MPa4. 精馏塔开车前必须作好哪些准备工作? 4答：开车前应当完成如下主要准备工作：管线及设备试压；拆除盲板；管线及设备氮气吹扫和氮气置换；检测及控制仪表检验与校零；公用工程投用；系统排放和脱水等。

精馏实验指导及思考题

精馏塔的操作与塔效率的测定一、实验目的1．熟悉板式塔的结构及精馏流程； 2．理论联系实际，掌握精馏塔的操作； 3．学会精馏塔效率的测定方法。

二、实验原理（一）维持稳定的精馏过程连续操作的条件。

1．根据进料量及组成、产品的分离要求，严格维持物料平衡。

1）总物料平衡—在精馏塔操作时，物料的总进料量应恒等于总出料量。

即F=W+D (1)当总物料不平衡时，进料量大于出料量时，会引起淹塔；相反出料量大于进料量时，会引起塔釜干料，最终都将导致破坏精馏塔的正常操作。

2）各组分的物料平衡：在满足总物料平衡的情况下，应同时满足下式Fx Fi =Dx Di +Wx Wi (2)由（1）式和（2）可以看出，当进料量F ，进料组成x Fi ，以及产品得分离要求x Di ，x Wi一定的情况下，应严格保证馏出液D 和釜液W 的采出率为：WD W F x x x x F D --=和FD FW -=1如果塔顶采出率FD 取的过大，即使精馏塔由足够的分离能力，在塔顶仍然不能获得规定的合格产品。

2．精馏塔应有足够的分离能力。

在塔板数一定的情况下，正常的精馏塔操作过程要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，以便能获得合格产品。

一般应根据设计的回流比严格控制回流量，回流量=RD 。

3．精馏塔操作时，应有正常的气液负荷量，避免发生以下不正常的操作状况。

1）严重的液沫夹带现象当塔板上的液体的一部分被上升气流带至上层塔板，这种现象称为液沫夹带。

液沫夹带是一种与液体主流方向相反的流动，属返混现象，是对操作有害的因素，使板效率降低。

液流量一定时，气速过大将引起大量的液沫夹带，严重时还会发生夹带液泛，破坏塔的正常操作。

2）严重的漏液现象在精馏塔内，液体与气体应在塔板上有错流接触，但是当气速较小时，部分液体会从塔板开孔处直接漏下，这种漏液现象对精馏过程有时有害的，它使气、液两相不能充分接触。

严重的漏液，将使塔板上不能积液而无法正常操作。

3）溢流液泛因受降液管通过能力的限制而引起的液泛称溢流液泛。

精馏塔仿真指导书

精馏塔仿真指导书精馏塔单元仿真实训指导书⽬录⼀、⼯艺流程说明 (1)1、⼯艺说明 (1)2、本单元复杂控制⽅案说明 (2)3、设备⼀览 (2)⼆、精馏单元操作规程 (2)1、冷态开车操作规程 (2)2、正常操作规程 (3)3、停车操作规程 (4)4、仪表⼀览表 (6)三、事故设置⼀览 (7)四、仿真界⾯ (9)附：思考题 (11)⼀、⼯艺流程说明1、⼯艺说明本流程是利⽤精馏⽅法，在脱丁烷塔中将丁烷从脱丙烷塔釜混合物中分离出来。

精馏是将液体混合物部分⽓化，利⽤其中各组分相对挥发度的不同，通过液相和⽓相间的质量传递来实现对混合物分离。

本装置中将脱丙烷塔釜混合物部分⽓化，由于丁烷的沸点较低，即其挥发度较⾼，故丁烷易于从液相中⽓化出来，再将⽓化的蒸汽冷凝，可得到丁烷组成⾼于原料的混合物，经过多次⽓化冷凝，即可达到分离混合物中丁烷的⽬的。

原料为67.8℃脱丙烷塔的釜液(主要有C4、C5、C6、C7等)，由脱丁烷塔(DA-405)的第16块板进料(全塔共32块板),进料量由流量控制器FIC101控制。

灵敏板温度由调节器TC101通过调节再沸器加热蒸汽的流量,来控制提馏段灵敏板温度，从⽽控制丁烷的分离质量。

脱丁烷塔塔釜液（主要为C5以上馏分）⼀部分作为产品采出，⼀部分经再沸器(EA-418A、B)部分汽化为蒸汽从塔底上升。

塔釜的液位和塔釜产品采出量由LC101和FC102组成的串级控制器控制。

再沸器采⽤低压蒸汽加热。

塔釜蒸汽缓冲罐（FA－414）液位由液位控制器LC102调节底部采出量控制。

塔顶的上升蒸汽（C4馏分和少量C5馏分）经塔顶冷凝器（EA-419）全部冷凝成液体，该冷凝液靠位差流⼊回流罐（FA-408）。

塔顶压⼒PC102采⽤分程控制：在正常的压⼒波动下，通过调节塔顶冷凝器的冷却⽔量来调节压⼒，当压⼒超⾼时，压⼒报警系统发出报警信号，PC102调节塔顶⾄回流罐的排⽓量来控制塔顶压⼒调节⽓相出料。

操作压⼒ 4.25atm (表压)，⾼压控制器PC101将调节回流罐的⽓相排放量，来控制塔内压⼒稳定。

精馏塔的安全运行分析——灵敏板的确定正式版

精馏塔的安全运行分析——灵敏板的确定正式版精馏塔是一种常见的化工设备，用于分离液体混合物中的组分。

为了确保精馏塔的安全运行，需要进行灵敏板的确定分析。

本文将从灵敏板的选择、确定以及安全运行等方面进行详细解析。

首先，灵敏板的选择要考虑以下几个因素：1.分离物料的物理化学性质；2.操作工艺条件，如温度、压力、流量等；3.灵敏板的材质和结构。

分离物料的物理化学性质直接影响分馏的难易程度，比如挥发性的物质容易分离，而不挥发物质则需要更高的温度和压力。

操作工艺条件则决定了灵敏板所承受的压力和温度等环境。

灵敏板的材质和结构直接影响其耐腐蚀性和密封性能，在选取时要考虑分离物料是否具有腐蚀性，以及其他操作参数对灵敏板的影响。

确定灵敏板的过程需要进行相应的实验和计算。

实验方面，可以采用物料混合后进行挥发性测试，通过实验数据来判断分馏的效果。

在实验过程中，可以尝试不同的灵敏板设计和不同操作工艺参数的组合，然后根据分馏的效果来确定最佳的灵敏板设计。

计算方面，可以运用质量守恒和能量守恒原理，结合牛顿冷却定律和传热传质理论，推导出一系列数学模型，通过计算得到分馏过程的参数和效果。

一旦灵敏板被确定，需要进行安全运行分析。

首先，要确保精馏塔的密封性能良好，避免泄漏和挥发性物质的外泄。

其次，要确保操作参数稳定而合理，避免压力过高或温度过低等操作不当问题。

此外，还要定期检查和维护灵敏板，确保其耐腐蚀性和密封性能。

如果发现灵敏板出现损坏或老化，应及时更换。

最后，要进行紧急事故处理预案和应急演练，以保障在意外事故发生时能够快速、有效地处理。

综上所述，灵敏板的确定是精馏塔安全运行的重要环节。

在选择灵敏板时要综合考虑分离物料的性质、操作工艺条件以及材料和结构等因素。

通过实验和计算来确定最佳的灵敏板设计，并在实际运行中确保其安全性能。

同时，还需进行灵敏板的定期检查和维护，以及制定紧急事故处理预案，确保精馏塔能够安全运行。

精馏塔

文档编号:TSS_C4.DOC精馏塔单元仿真培训系统操作说明书北京东方仿真软件技术有限公司二〇〇六年十月目录一、工艺流程说明 21、工艺说明 22、本单元复杂控制方案说明 23、设备一览 3二、精馏单元操作规程 31、冷态开车操作规程 32、正常操作规程 43、停车操作规程 54、仪表一览表 6三、事故设置一览7四、仿真界面9附：思考题11一、工艺流程说明1、工艺说明本流程是利用精馏方法，在脱丁烷塔中将丁烷从脱丙烷塔釜混合物中分离出来。

精馏是将液体混合物部分气化，利用其中各组分相对挥发度的不同，通过液相和气相间的质量传递来实现对混合物分离。

原料为67.8℃脱丙烷塔的釜液(主要有C4、C5、C6、C7等)，由脱丁烷塔(DA-405)的第16块板进料(全塔共32块板),进料量由流量控制器FIC101控制。

灵敏板温度由调节器TC101通过调节再沸器加热蒸汽的流量,来控制提馏段灵敏板温度，从而控制丁烷的分离质量。

脱丁烷塔塔釜液（主要为C5以上馏分）一部分作为产品采出，一部分经再沸器(EA-418A、B)部分汽化为蒸汽从塔底上升。

塔釜的液位和塔釜产品采出量由LC101和FC102组成的串级控制器控制。

再沸器采用低压蒸汽加热。

塔釜蒸汽缓冲罐（FA－414）液位由液位控制器LC102调节底部采出量控制。

塔顶的上升蒸汽（C4馏分和少量C5馏分）经塔顶冷凝器（EA-419）全部冷凝成液体，该冷凝液靠位差流入回流罐（FA-408）。

灵敏板

灵敏板一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰（如回流比、进料组成发生波动等），全塔各板的组成发生变动，全塔的温度分布也将发生相应的变化。

因此，有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏出液的变化。

在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直接反映。

但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当高的一个塔段中温度变化极小，典型的温度分布曲线如图所示。

这样，当塔顶温度有了可觉察的变化，馏出液组成的波动早已超出允许的范围。

以乙苯-苯乙烯在8KPa下减压精馏为例，当塔顶馏出液中含乙苯由99.9%降至90%时，泡点变化仅为0.7℃。

可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。

仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著。

或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。

将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生变化之前先感受到进料参数的变动并及时采取调节手段，以稳定馏出液的组成。

塔的计算没做过，但操作过这样的塔，采出含量达到99.99%不是很难的，我以前的公司上的塔，灵敏板一般都是进料板的下一块板，具体在怎么定义的不知道！但这块板对进料量的大小极为敏感，所以我们以前的时候进料流量计坏了就看灵敏板温度和塔釜压力、液位操作哪位要是知道，不妨让弟兄学习学习在设计阶段可以提出要求，我们单位的塔都有这一点温度。

一般比较接近中部温度灵敏板的确认一般通过模拟软件，例如Aspen plus得到，具体的做法是假设进料的组分不变的情况下，改变回流量＋5％，0, -5％（可以是塔顶精馏，侧线采出等等，具体取决于塔的控制，质量还是能量）三种情况下做出整个塔的温度曲线，从图中你会得到一块温度变化最大的板，用它来控制塔的精馏质量。