aspen plus分离单元模拟
化工过程模拟实训AspenPlus教程第二版课程设计
化工过程模拟实训AspenPlus教程第二版课程设计1. 简介Aspen Plus是一种广泛使用的化工过程模拟软件，它可以模拟各种化学工艺操作和过程。
本教程将介绍如何使用Aspen Plus进行化工过程模拟实训。
本教程是第二版，增加了更多的实例和案例，以便读者更好地理解和应用Aspen Plus。
2. Aspen Plus基础在开始使用Aspen Plus前，需要了解以下基础概念：2.1 单元操作单元操作是指物料转化和传递过程中的基本操作，如反应、蒸馏、吸收、萃取等。
Aspen Plus提供了许多单元操作模块，可以用来构建整个流程。
2.2 组成组成是指物料的组成成分。
在Aspen Plus中，组成可以用化学式、分子式、元素符号等表示。
2.3 热力学热力学是指物料的能量状况。
在Aspen Plus中，可以使用不同的热力学库来模拟不同的物料。
2.4 流程图流程图是Aspen Plus中最基本的概念，所有的操作都可以在流程图中进行。
3. Aspen Plus实例3.1 空气分离实例空气分离是工业化学中常见的过程。
它可以通过液化空气来分离氮气和氧气。
在Aspen Plus中，可以使用cryogenic splitter模块来模拟这个过程。
1.创建流程图并选择cryogenic splitter模块。
2.设置物料组成和流量。
3.设置冷却剂和回收装置。
4.进行模拟并查看结果。
3.2 甲醇制备实例甲醇制备是另一个常见的化学工艺过程。
它可以使用甲烷和水制备甲醇。
在Aspen Plus中，可以使用reactor模块来模拟这个过程。
1.创建流程图并选择reactor模块。
2.设置物料组成和流量。
3.设置反应条件和反应器类型。
4.进行模拟并查看结果。
3.3 精制实例精制是化学工业中重要的过程，它可以使物料纯度更高。
在Aspen Plus中，可以使用distillation column模块来模拟这个过程。
1.创建流程图并选择distillation column模块。
ASPEN软件模拟在分离中的应用
ASPEN软件模拟在分离中的应用工艺092 刘峰030091054当前化学研究已达到分子设计的水平，化工生产和管理也多采用计算机控制。
计算机进入化学化工领域后，在帮助深入研究化学基础理论呵促进化工生产方面都显示出强大的作用流程模拟是将一个由多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果如操作条件等。
这一方法是计算机技术在化工方面最重要的应用之一。
随着计算机技术的发展及应用软件技术的开发，化工过程模拟技术日趋成熟和实用，商业化软件广泛出现于化工模拟中，它已成为一种普遍采用的常规手段而广泛应用于化工过程的研究开发；设计生产过程的控制、优化及技术改造等方面。
各种软件的模拟计算不但大大减少了计算工作量，也便于对工艺条件进行优化，其主要的代表Aspen，PROⅡ，ChemOffice。
同时应用这些流程模拟软件，还可确定工艺操作条件，优化操作参数，比较直观的看到各种参数条件下的分离的效果与塔的状态。
先简要介绍ASPEN PLUS软件的功能，再举例介绍该软件在各类分离工艺中的应用。
1 ASPLEN软件的功能概述ASPEN PLUS是世界性标准流程模拟软件，也是国际上功能最强的商品化流程模拟软件，这套软件系统已广泛应用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品加工等许多工业领域。
使用ASPEN PLUS工作页面可以建立、显示模拟流程图及PFD—STYLE绘图。
这款流程模拟软件主要具有以下六项功能：建立基本流程模拟模型、灵敏度分析、设计规定、物性分析、物性估计以及物性数据回归[1]。
在Aspen Plus中关于精馏的模块有：（1）简捷法模型：包括DSTWU（简捷法精馏设计模型）、Distl（简捷法精馏核算模型）、SCFrac（简捷法多塔蒸馏模型）；（2）严格法模型：Radfrac（严格法精馏模型）、MultiFrac（严格法多塔精馏模型）、PetroFrac（严格法分馏塔）、Rate Frac（精馏的核算与设计模型）、Ext ract （严格萃取塔模型）[2]。
化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第4章简单单元模拟
单一的混合器Mixer不能同时混合物流、 热流、功流。
4.1.1 混合器 Mixer
出口物流的压力（或 模块压降） 出口物流的有效相态
Mixer计算时需要指定
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.1 混合器 Mixer
例4.1.1 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、
4.3.1两相闪蒸器Flash2
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
4.3.1两相闪蒸器Flash2
2.有效相态 ( Valid Phase)
汽-液相(Vapor-Liquid) 汽-液-液相(Vapor-Liquid-Liquid) 汽-液-游离水相(Vapor-Liquid-Free Water) 汽-液-污水相 (Vapor-Liquid-Dirty Water)
Flash3 Decanter Sep
Sep2
4.3.1 两相闪蒸器Flash2
4.3.1两相闪蒸器Flash2
Flash2 模块的连接图如下：
4.3.1两相闪蒸器Flash2
Flash2 模块的模型参数有：
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications) 2.有效相态 ( Valid Phase) 3.液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
4.3.2 三相闪蒸器Flash3
2.关键组分 ( Key Component)
指定关键组分后，含关键组分多的液相作为第二液 相，否则默认密度大的液相作为第二液相。
Aspen习题
ASPEN PLUS 上机练习（1）－混合、分流模型1.1、将1200 m3/hr的低浓甲醇（甲醇20%mol，水80%mol，30︒C，1 bar）与800 m3/hr的高浓甲醇（甲醇95%mol，水5%mol，20︒C，1.5 bar）混合。
求混合后的温度和体积流量。
(Mixer)1.2、建立以下过程的Aspen Plus 流程：1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30︒C，1 bar ）与700 m3/hr 的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20︒C，1.5 bar）混合；2) 将混合后物流平均分为三股：一股直接输出；第二股与600 kg/hr 的甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20︒C，1.2 bar）混合后输出；第三股与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30︒C，1.2 bar）混合后输出。
求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？（Mixer、Fsplit）1.3、建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型：1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30︒C，1 bar ）与700 m3/hr 的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20︒C，1.5 bar）混合得到溶液A；2) 将600kg/hr 甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20︒C，1.2 bar）与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30︒C，1.2 bar）混合后得到溶液B；3) 将溶液A 分别与400 kg/hr、800kg/hr、1600 kg/hr 溶液B 混合后输出。
求：三种情况下的输出物流组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？(Mult 、Dupl)ASPEN PLUS 上机练习（2）－压力改变模型2.1、一台离心泵的特性曲线如下表：为降低能耗，采用变频电动机改变离心泵转速来调节输送流量，转速变化范围为1500～2800 rpm。
化工步骤模拟实训-AspenPlus教学教程简单单元模拟
4.3.2 三相闪蒸器Flash3
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.2 分流器 FSplit
例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料 物流依然选用例4.1.1的三股进料，物性方法选用 CHAO-SEA。 要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的 50%；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的 正丁烷。
4.3.4 组分分离器Sep
4.3.4 组分分离器Sep
Sep 模块的连接图如下：
4.3.4 组分分离器Sep
Sep 模块的模型参数有 ：
1. 设定(Specifications) 2. 进料闪蒸(Feed Flash) 3. 出料闪蒸(Outlet Flash)
4.3.4 组分分离器Sep
4.1.1 混合器 Mixer
出口物流的压力（或
Mixer计算时需要指定 模块压降）
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.1 混合器 Mixer
例4.1.1 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、 压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA。
可以通过指定产品分率（Split Fraction ，产品流率与进料总流率的比值）、质量 流率、摩尔流率、体积流率或组分流率（ 需要确定出口产品的参数。
分隔壁塔分离苯和乙烯烷基化产物的模拟
分隔壁塔分离苯和乙烯烷基化产物的模拟郭湘波;王瑾【摘要】研究了分隔壁精馏塔在分离苯和乙烯烷基化产物中的应用.采用Aspen Plus的Petlyuk模块对分隔壁精馏塔进行了模拟计算.首先采用等效三塔简捷模型计算分隔壁精馏塔的分壁段、主塔塔板数等参数,以此为基础,采用Petlyuk模型对分隔壁精馏塔进行严格计算,再采用Aspen的模型分析工具确定塔的最佳工艺参数.结果表明,对于乙烯和苯烷基化产物体系,采用分隔壁精馏塔分离的最佳参数为主塔理论塔板数58块、预分段理论塔板数25块,上、下端互联位置分别在15板、40板,进料位置在第10块板(预分段),侧线乙苯抽出位置在第24块板(基于主塔),主塔回流比1.3,互联物流液体流量500 kmol/h,气体流量950 kmol/h.在此参数下,计算得到的侧线采出乙苯质量分数为99.92％,满足乙苯产品的纯度要求.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】8页(P597-604)【关键词】分隔壁精馏塔;苯;乙烯;烷基化产物;模拟【作者】郭湘波;王瑾【作者单位】中国石化石油化工科学研究院,北京100083;中国石化石油化工科学研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TQ028乙苯作为生产苯乙烯的中间体，其生产工艺主要有苯和乙烯的液相法[1-2]、气相法[3]及干气法[4-5]。
乙苯生产装置主要由烷基化部分、烷基转移部分及产物分离部分组成。
其中，分离过程通常采用顺序分离方法，将苯、乙苯、多乙苯等烷基化产物依次分离[6]，从而得到高纯度的乙苯产品。
工业实践表明，乙苯装置的能耗主要集中在烷基化产物的精馏过程中，因此研发新的烷基化产物分离技术以降低设备投资和能耗，是提高乙苯装置经济性的主要措施。
近年来，随着节能降耗的要求和工业自动化技术的进步，分隔壁精馏塔(Dividing wall column，DWC)作为一种新型的节能精馏装置受到越来越多的关注[7-10]。
Aspen第四讲
(1)汽-液相（Vapor-Liquid）
(2)汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid）
(3)汽-液-游离水相（Vapor-Liquid-Free Water）
从以上3个参数中选定1个。
3、液沫夹带（LiquidEntrainmentin Vapor Stream）
三相闪蒸器
Flash3模块执行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液-液分离器、汽-液-液分离器等。
Flash3的模块连接图如下：
Flash3模块的模型参数有3组：
1、闪蒸设定(Flash Specifications)
（1）温度（Temperature）
馏出物中的轻关键组分/进料中轻关键组分
(2)重关键组分在馏出物中的回收率
馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分
3、压力（Pressure）
(1)冷凝器（Condenser）
(2)再沸器（Reboiler）
4、冷凝器设定（Condenser specifications）
(1)全凝器（Total condenser）
塔设备单元模型(Columns)
塔设备（Columns）单元共有9种模块，如下：
1、DSTWU(简捷精馏，设计)
2、Distl
3、RadFrac
4、Extract
5、MutiFrac
6、SCFrac
7、PetroFrac
1、DSTWU(简捷精馏，设计)
DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland捷算法进行精馏塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比的理论板数和加料板位置。
AspenPlus模拟第七讲+第八讲+第九讲分离单元的仿真设计
Flash2 — 应用示例（3）
流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为20℃ 、含丙酮 30%w、 水 70%w的物料进行部分蒸发回收丙 酮，求丙酮回收率为90%时的蒸发器 温度和热负荷以及汽、液两相的流量 和组成。
Decanter —— 连接
Decanter 模块的连接图如下：
Decanter — 模型参数
Decanter 模块的模型参数有 3 组：
1、倾析设定 ( Decanter Specifications) （1） 压力 （Pressure) （2） 温度/热负荷
（Temperature/Heat Duty )
Flash3 — 三相闪蒸器
Flash3 模 块 执 行 给 定 热 力学条件下的汽-液-液平衡计 算，输出一股汽相和两股液相 产物。用于模拟闪蒸器、蒸发 器、液-液分离器、汽-液-液分 离器等。
Flash3 — 三相闪蒸器 （2）
Flash3 —— 连接
Flash3 的连接图如下：
Flash3 — 模型参数
Flash3 — 应用示例（3）
在示例（2）中分别设置 乙醇和己烷为关键组份，观察 输出结果有什么变化。
Decanter —— 倾析器
Decanter 模块执行给定 热力学条件下的液-液平衡或 液-游离水平衡计算，输出两 股液相产物。用于模拟液-液 分离器、水倾析器等。
Decanter——倾析器（2）
Flash3 — 应用示例（2）
F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=100 ℃ 含乙醇 70 %w、水 30 %w的物流与F= 500 kg/hr 、 P= 0.8 MPa 、 T=70 ℃ 含 正 己 烷 60%w、乙醇 40 %w的物流在闪蒸器中混 合并绝热闪蒸到P= 0.11 MPa，求离开闪蒸 器的汽、液、液三相的温度、质量流量和 组成。
Aspen习题
ASPEN PLUS 上机练习（1）－混合、分流模型1.1、将1200 m3/hr的低浓甲醇（甲醇20%mol，水80%mol，30︒C，1 bar）与800 m3/hr的高浓甲醇（甲醇95%mol，水5%mol，20︒C，1.5 bar）混合。
求混合后的温度和体积流量。
(Mixer)1.2、建立以下过程的Aspen Plus 流程：1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30︒C，1 bar ）与700 m3/hr 的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20︒C，1.5 bar）混合；2) 将混合后物流平均分为三股：一股直接输出；第二股与600 kg/hr 的甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20︒C，1.2 bar）混合后输出；第三股与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30︒C，1.2 bar）混合后输出。
求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？（Mixer、Fsplit）1.3、建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型：1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30︒C，1 bar ）与700 m3/hr 的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20︒C，1.5 bar）混合得到溶液A；2) 将600kg/hr 甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20︒C，1.2 bar）与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30︒C，1.2 bar）混合后得到溶液B；3) 将溶液A 分别与400 kg/hr、800kg/hr、1600 kg/hr 溶液B 混合后输出。
求：三种情况下的输出物流组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？(Mult 、Dupl)ASPEN PLUS 上机练习（2）－压力改变模型2.1、一台离心泵的特性曲线如下表：为降低能耗，采用变频电动机改变离心泵转速来调节输送流量，转速变化范围为1500～2800 rpm。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第7章分离单元模拟PartA
蒸馏基础知识
蒸馏依据 蒸馏过程利用均相液体混合物中各组分饱和 蒸汽压（或沸点或挥发性）的差异而使各组 分得以分离
蒸馏基础知识
蒸馏过程的分类
➢ 按操作流程分 间歇蒸馏、连续蒸馏
➢ 按蒸馏方法分 简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏
➢ 按操作压力分 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏
（冷凝后作为产品yD ）
y1
x3
xF
x2
y1’ x1
y2’ x1’
x2’
（冷凝后作为产品xW）
蒸馏基础知识——精馏原理
分析
①多次部分汽化后：
xF ＞x１ ＞x１’＞x２’=xW ，
液相中重组分得到提浓； 多次部分冷凝后：
xF＜y１＜y２＜y３=yD ，
汽相中轻组分得到提浓；
t/C
x2’ x1’ x1
露点线
泡点线
0
xF
y 1.0
x(y)
蒸馏基础知识——蒸馏方式
平衡蒸馏
闪蒸
操作及流程
加
热减
器压
原料液
阀
Q
塔顶产品 yA
闪 蒸 罐 xA
塔底产品
混合物在加热或冷却过 程中，气、液两相共存，并 保持平衡状态，将气、液两 相分开，以使混合物得到一 定程度的分离，这种分离方 式称为平衡蒸馏
蒸馏基础知识——蒸馏方式
0
x
1.0
蒸馏基础知识——蒸馏方式
简单蒸馏
操作及流程
微分蒸馏、 渐次汽化、渐次冷凝
原料液 蒸气
冷凝器
y
x xD1 xD2 xD3
蒸馏基础知识——蒸馏方式
简单蒸馏 相图分析
➢ 蒸汽一形成就离开系统 ➢ （釜内）液相x 越来越小， 温度T 越来越高 ➢ 出釜气相y 越来越小 ➢ 不稳定过程
第二讲 AspenPlus精馏分离的仿真设计
连接
DSTWU 模型的连接图如下：
模型参数
DSTWU模型有四组模型设定参数：
1、塔设定 ( Column specifications)
（1）塔板数 ( Number of stages)
（2）回流比 ( Reflux ratio)
>0, 实际回流比；
<-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
DSTWU模型有四组模型设定参数： 2、关键组分回收率 ( Key component recoveries ) （1）轻关键组分在馏出物中的回收率
(Both reflux and liquid distillate are subcooled)
/仅仅回流物过冷 (Only reflux is subcooled) 2）过冷指标（Subcooling specification） 过冷物温度 (Subcooled temperature) /过冷度 (Degrees of subcooled)
Distl 简捷精馏（操作）
Distl 模块用 Edmister 方法计算给定精馏塔的 操作结果。
Distl 模块的连接图如下：
应用示例 (3)
含 水 30%w 、 甲 醇 70%w 的 混 合 物 ( F= 1000 kg/hr、P=0.12 MPa、T=20 C ) 用精馏塔 (塔压0.12MPa) 分离，采用全凝 器，22块理论塔板，加料板在第15块，摩 尔 回 流 比 0.56775 ， 馏 出 物 / 加 料 摩 尔 比 0.641。核算分离效果，再沸器功率。
(7) 压强
在压强表单中设置以下参数：
从三种方式（View）中选择一种 1、塔顶/塔底（Top/Bottom） 指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。 2、压力剖型（Pressure Profile） 指定每一块塔板压力。 3、塔段压降（Section Pressure Drop） 指定每一塔段的压降。
AspenPlus教程第4章简单单元模拟详解
压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA。
物流 组分 流率 kmol/hr
10 15 15 10 15 15 10 10 25 0 15 10
温度 ℃
100
压力 MPa
2
气相分率
丙烷（C3） 进料 正丁烷（NC4） （FEED1） 正戊烷（NC5） 正己烷（NC6） 丙烷（C3） 进料 正丁烷（NC4） （FEED2） 正戊烷（NC5） 正己烷（NC6） 丙烷（C3） 进料 正丁烷（NC4） （FEED3） 正戊烷（NC5） 正己烷（NC6）
4.1.1 混合器 Mixer
混合器Mixer的输入物流可以为任意数量， 通过一次简单的物料平衡混合为一股物流。
混合器Mixer的输入物流也可以是热流和功 流。
混合器Mixer有多种图标可选用。
4.1.1 混合器 Mixer
4.1.1 混合器 Mixer
对于相应的热流和功流可以分别从模型 库中选择HEAT（Q）和WORK（W） Mixer图标。
4.3.1两相闪蒸器Flash2
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
4.3.1两相闪蒸器Flash2
2.有效相态 ( Valid Phase)
物流倍增器 将物流按比例放大或缩小
Dupl
物流复制器 将物流复制成任意数量的出口物流
4.2.1 物流倍增器Mult
4.2.1 物流倍增器Mult
物流倍增器Mult通过指定缩放因子将一股进口物
流的所有与流率相关的参数按照一定比例缩放而不
改变其状态参数。
主要模块参数为缩放因子（Multiplication
化工流程模拟实训AspenPlus教程第四章简单单元模拟
4.2.2 物流复制器Dupl
4.2.2 物流复制器Dupl
物流复制器Dupl用于将一股输入物流复制为多股 完全相同的输出物流。
在同一股进料下，物流复制器Dupl可复制物流和 能流，不遵循物料和能量衡算。
4.3 简单分离器
Decanter 模块的模型参数有：
1.液-液分相器设定(Decanter Specifications) 2.关键组分(Key Component) 3. 分离效率(Separation Efficiencies)
4.3.3 液-液分相器Decanter
1.液-液分相器设定(Decanter Specifications
例4.3.3 两股进料进入液-液分相器Decanter进 行液-液分离。 进料采用例中的进料，液-液分相器温度为25℃， 压力为0.1MPa，乙醇的分离效率为0.9。
4.3.4 组分分离器Sep
组分分离器Sep可将任意股入口物流，按照 每个组分的分离规定分成两股或多股出口物 流。
当未知分离过程，但已知每个组分的分离结 果时，可以用组分分离器Sep代替严格分离 模块以节省计算时间。
出口物流的压力（或
FSplit计算时需要指定 模块压降）
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.2 分流器 FSplit
例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料 物流依然选用例的三股进料，物性方法选用 CHAO-SEA。 要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的 50%；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的 正丁烷。
aspenplus教程(下)
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第7章分离单元模拟PartB
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU DSTWU 模型的连接图如下
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有四组模块设定参数
1． 塔设定（Column specifications） 2． 关键组分回收率（Key component recoveries） 3． 压力（Pressure ） 4． 冷凝器设定（Condenser specifications）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
芬斯克（Fenske）方程
取平均相对挥发度:
m N 12 N
N min
log
xA xB
D
xB xA
log m
W
Nmin（包括再沸器）
芬斯克方程
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
恩德伍德（Underwood）方程
xij i,F 1 q
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
通过Winn方程（之后Fenske对Winn方程进行了 完善）计算最小理论板数，使用Underwood方程 计算最小回流比，根据Gilliland关联图来确定操 作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的 回流比。
DSTWU模块计算精度不高，常用于初步设计，当 存在共沸物时，计算结果可能会出现错误， DSTWU模块的计算结果可以为严格精馏计算提供 合适的初值。
7.1 概述
模块 DSTWU Distl RadFrac
说明
功能
适用对象
使用Winn-Underwood-Gilliland 方法的多组分精馏的简捷设计模 块
确定最小回流比、最小理论板数以 及实际回流比、实际理论板数等
仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔
使用Edmister方法的多组分精馏 的简捷校核模块
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度。
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac模块可对下述过程做严格模拟计算：普通精
馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏
（包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化
率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽-液-液）
精馏。RadFrac适用于两相体系、三相体系、窄沸点
和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
吉利兰（Gilliland）关联图
用8个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成
N N min N 2
N 、Nmin─在R、全回流
下所需理论板数，均不包括 再沸器 吉利兰图不能应用于非理 想溶液的精馏计算
吉利兰图
R Rmin R 1
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
例7.2
用简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔，进料条件与例7.1相同，
冷凝器（全凝）压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，实际
回流比为5.11，理论板数为65（包括全凝器和再沸器）， 进料位置为25，塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）为0.5853，用PENG-ROB物性方法。 求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯
（1）轻关键组分（Light key）在塔顶产品中的摩尔回 收率
塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率/进料中的轻关键组分摩尔流率
（2）重关键组分（Heavy key）在塔顶产品中的摩尔回 收率
塔顶产品中的重关键组分摩尔流率/进料中的重关键组分摩尔流率
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——压力（Pressure）
PetroFrac 石油蒸馏模块
RateFrac
非平衡级速率模块
精馏塔的严格核算和设计计算
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU是多组分精馏的简捷设计模块，针对相对挥
发度近似恒定的物系开发，用于计算仅有一股进料和
两股产品的简单精馏塔。 DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland方法 进行精馏塔的简捷设计计算。
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
1、配置（Configuration） —设置选项（Setup 0ptions）
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
1、配置（Configuration） —设置选项（Setup 0ptions）
（1）计算类型（Calculation type） 平衡级模型（Equilibrium）和非平衡级模型（Rate-Based）
流比（Reflux ratio）、塔顶产品与进料的摩尔流率比
（Distillate to feed mole ratio）、冷凝器形式 （Condenser type） 2. 压力设定（Pressure specifications），包括冷凝器 压力、再沸器压力
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
ratio vs number of theoretical stages）一栏中输入要 分析的理论板数的初始值（Initial number of stages）、
终止值（Final number of stages），并输入理论板数变化
量（Increment size for number of stages）或者要分析 的理论板数个数（Number of values in table），据此可 以计算出不同理论板数下的回流比（Reflux ratio profile）， 并可以绘制回流比——理论板数关系曲线。
冷凝器压力 （Condenser） 再沸器压力 （Reboiler）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——冷凝器设定 （Condenser specifications）
全凝器（Total condenser）
带气相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with all vapor distillate） 带气、液相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with vapor and liquid distillate）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有两个计算选项
生成回流比随理论板数变化表
（Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的 Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages选项）
第7章 分离单元模拟Part B
第7章 分离单元模拟Part B
7.1 概述 7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU 7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl 7.4 精馏塔的严格计算模块RadFrac 7.5 塔板和填料的设计与校核 7.6 连续萃取模块Extract 7.7 吸收示例
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
芬斯克（Fenske）方程
Nmin（包括再沸器）
取平均相对挥发度:
m N 1 2 N
x A xB log x x B D A W log m
N min
7.1 概述
模块 DSTWU Distl RadFrac 说明 功能 适用对象 使用Winn-Underwood-Gilliland 确定最小回流比、最小理论板数以 仅有一股进料和两股产品的简 方法的多组分精馏的简捷设计模 及实际回流比、实际理论板数等 单精馏塔 块 使用Edmister方法的多组分精馏 仅有一股进料和两股产品的简 计算产品组成 的简捷校核模块 单精馏塔 单个塔的两相或三相严格计算模 精馏塔的严格核算和设计计算 块 普通精馏、吸收、汽提、萃取 精馏、共沸精馏、三相精馏、 反应精馏等
1． 塔设定（mn specifications）
2． 关键组分回收率（Key component recoveries）
3． 压力（Pressure ） 4． 冷凝器设定（Condenser specifications）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——塔设定 （Column specifications）
芬斯克方程
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
恩德伍德（Underwood）方程
ij xi , F 1 q ij
ij xi , D Rmin 1 ij
式中：ij — 相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值 —第一式的根，其值介于轻、重关键组分的相对挥 发度之间
计算等板高度
（Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的 Calculate HETP选项）
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有两个计算选项
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
回流比随理论板数变化表对选取合理的理论板数很有参考价
值。在实际回流比对理论板数（Table of actual reflux
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
通过Winn方程（之后Fenske对Winn方程进行了 完善）计算最小理论板数，使用Underwood方程 计算最小回流比，根据Gilliland关联图来确定操 作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的 回流比。 DSTWU模块计算精度不高，常用于初步设计，当 存在共沸物时，计算结果可能会出现错误， DSTWU模块的计算结果可以为严格精馏计算提供 合适的初值。
Extract
液-液萃取严格计算模块
液-液萃取严格计算
萃取塔
MultiFrac 严格法多塔蒸馏模块 SCFrac 简捷法多塔蒸馏模块
对一些复杂的多塔进行严格核算和 原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提 设计计算 塔组合等
确定产品组成和流率、估算每个塔 原油常减压蒸馏塔等 段理论板数和热负荷等
预闪蒸塔、原油常减压蒸馏 对石油炼制工业中的复杂塔进行严 塔、催化裂化主分馏塔、乙烯 格核算和设计计算 装置初馏塔和急冷塔组合等 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共 沸精馏、反应精馏等
Distl模块Results页面给出
7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl
Distl模块Results页面给出
冷凝器热负荷（Condenser duty） 再沸器热负荷（Reboiler duty） 进料板温度（Feed stage temperature） 塔顶温度（Top stage temperature） 塔底温度（Bottom stage temperature）等
吉利兰关联式
X R Rmin R 1
1 54.4 X X 1 )( 0.5 )] 11 117.2 X X
Y 1 exp[(
Y
N N min N 2
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU DSTWU 模型的连接图如下
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
DSTWU模块有四组模块设定参数
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac的连接图如图所示
7.4精馏塔的严格计算模块RadFrac
RadFrac 模型具有以下设定表单
1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压力（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、热虹吸再沸器设置 （Thermosiphon Config） 6、再沸器（Reboiler） 7、三相（3-Phase）