第四章 ASPEN PLUS多组分平衡级分离过程计算
南京工业大学ASPEN学习第四章多组分平衡级分离过程计算分析
Mult Dupl ClChong
说明
平衡反应器 化学计量反应器 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
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
物流倍增器 物流复制器 物流类变送器
③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。
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关键组分
所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的 两个组分（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。
Q、V、yi、L、xi T、V、yi、L、xi T、V、yi、L、xi Q、T、V、yi、xi Q、T（或p）、yi、L、xi
ASPEN PLUS的闪蒸计算模型
Flash2
Flash3
第8页
ASPEN PLUS的闪蒸模型
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。
通常要固定入口物流的热力学状态必须规定：
i1
i1
热量衡算式（Heat balance）
FH F Q LH L VH V
ASPENPLUS理论考试答案
ASPEN PLUS 培训理论考试
一、填空题：（每题3分 共48分）
1、在精馏塔的模拟计算中用（芬斯克方程）求最小平衡级数（全回流）、用（恩德伍德方程）求最小回流比（平衡级数无穷大）、利用（吉利兰关联式）求出在一定回流比时对应的平衡级数；
2、物性模型分为：⑴、理想、状态方程(EOS)模型，写出其中常用的两个PENG-ROB 、
RK-SOAVE ，该模型用到范德华方程，其表达式为：（P+a/V 2
）(V-b) = RT c c P T R a 642722= c
c P RT b 8= ⑵、活度系数模型，写出其中常用的三个NRTL 、UNIFAC 、UNIQUAC ，3、特殊模型， 如要处理液相中的轻气体或超临界组分，需要采用亨利定律。
3、对于物性方法的选择，要知道物系的理想行为是指符合理想气体定律和拉乌尔定律；想物系是指大小和形状相似的非极性组分；非理想程度是指分子相互作用，例如，分子的大小、形状和极性；而选择物性方法的基本原则：考虑因素包括物系中是否有极性组分，操作条件是否在临界区，体系中有无轻气体或超临界组分等；
4、应用亨利定律的步骤分为:定义亨利组分、调用亨利参数、在物性定义表选择亨利组分。
5、在做板式塔的设计计算时，需要提供计算范围、塔板类型、液流数、直径、板间距；同时也要运用到其约束条件，主要包括液泛因子、起泡因子、过设计分数等；
6、在精馏塔RADFRAC 严格核算模型，对于塔的收敛算法有三种，主要是外循环即计算相平衡、中循环即计算设计规定、内循环即计算质量、能量平衡。而计算塔的收敛技巧主要有：检查所给的操作条件是否确实合理、增加迭代次数、增加进料闪蒸计算次数、增加计算的阻尼性、改变算法。
化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第4章简单单元模拟
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。
4.2 两种调节器
物流倍增器Mult与物流复制器Dupl设置在 模块库Manipulators下。
模块 Mult 说Байду номын сангаас 功能
分离效率代表相组成偏离平衡组成的程度。
x2,i Ei Ki x1,i
x1,i和x2,i——第一和第二液相中组分i的摩尔分数； Ki ——组分i的平衡常数；
Ei ——组分i的分离效率。
4.3.3 液-液分相器Decanter
当不指定分离效率时，软件默认其值为1。
4.3.3 液-液分相器Decanter
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）
多组分精馏Aspen Plus上机模拟实验报告模板-化工分离过程
实验一多组分分离过程Aspen Plus模拟实验
（化工分离过程）
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
指导教师：日期：（写以前提交模拟报告的时间）一、实验目的
化工分离过程是化学工程与工艺专业必修课，为帮助学生掌握多组分分离设备设计的基本思路，结合多组分分离案例，探讨Aspen Plus软件在化工分离过程模拟中的应用，以求达到培养学生解决实际工程问题的能力。并让学生了解Aspen Plus模拟的基本流程，掌握Aspen Plus 分离模块中的DSTWU简捷计算和RadFrac严格计算过程，对分离塔各参数进行计算和设计计算。
二、实验要求
（给定的题目、要求）
三、实验内容
（aspen模拟过程）
四、讨论与分析
（模拟结果分析，与FUG简洁计算比较）
五、注意事项
模拟过程的注意事项
六、思考题
1.试说明物性方法的选择是否会对模拟结果产生影响。
aspenplus总结
aspenplus总结
在这里选择输入数据和输出结果的单位集，在setup-units sets中可以自己定义一个单位集
选择运行类型、输入模式、物流
级别、流率基准、环境压力及有
效相态
在这里可以选择是否采用自
由水计算
在description中可以输入一些说
明性的文字，这些文字会出现在
结果报告的开头
选择该项时，会在每个模块运行和结束时进行质量平衡检验，不选该项时可减少模拟中产生的错误和警告信息
选择该项时，进行能量平衡计算，不选该项时，不进行能量平衡计算，不计算焓、熵和自由能，可以减少计算时间，但是热流和功流不能出现在仅对模型进行质量平衡的模拟中。在只做质量平衡计算时，不能使用下列模块：BatchFrac、PetroFrac、Compr、Pipeline、Crystallizer、Pump、Extract、RadFrac、Heatx、RateFrac、Mcompr、Requll、Mheatx、Rgibbs、MultiFrac、SCFrac 选择该项，通过分子式和原子量来计算模拟中所有组分的
分子量，如果不选择该项，就采用aspenplus数据库中的分
子量。但数据库中的分子量对于一些原子平衡非常重要的
应用来说，还不够准确，如反应器模型
选择该项，将使用以前计算过程的结果作为初
值。若不选择该项，必须在每个新的计算过程中，
进行初始化或使用初始估值。
闪蒸失败时绕过Prop-Set计算，选择该项，如果出现闪蒸失败，将不计算Prop-Set。如果在出现闪蒸错误的情况下计算Prop-Set，那么物性集的计算是不可靠的，而且可能产生进一步的错误。
ASPEN_PLUS
五．回到安装程序，选local license，选中产生的lic文件
六．安装选择install by Product，选Aspen Engineer，选择所需组 件进行安装（一般选组件Aspen Plus和Properties ）
七．重启电脑，运行user interface即可。
ASPEN PLUS 的用户界面介绍
ASPEN PLUS 基本概念
流程图（Flowsheet）
模型库（Model Library） 数据浏览器（Data Browser） 流股（Stream） 直观形象地表示所模拟系统的流程
存放可用单元操作模型的库 页面和表页查看图。具有已经定义的可用 的模拟输入、结果和对象的树状层次视图 表示模拟中所用的物质流、热量流或功流 表示实际装置所用的各个设备 一批方法和模型。用来计算热力学性质 和迁移性质，决定模拟精确性的关键
大的方便性和灵活性。
ASPEN PLUS的优势
具有快速可靠的流程模拟功能 Aspen Plus提供流程模拟所需的多种功能，可帮助用户方 便地编写输入文件，快速而可靠地收敛流程，以及进行流 程优化计算。这些功能包括： 可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序。 可以使用Aspen Plus的插入模块（Insert）功能，重复使 用流程模型的某一部分，例如一个酸性气体净化模型，一 组物性输入数据。也可以建立用户自已的Inserts， 并存入 用户插入模块库（Library）来应用。 可以利用设计规定（Design Specification）来达到对任何 模块计算的参数所规定的目标值。
Aspen第四讲
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）
另外，还要对题目中萃取剂“水”的用量进行设置，如下所示：
Stream-var类型是指你所设计的某一参数可以在某一范围之间进行选择选择，比如本设计题目为要求设计出所选萃取剂水为多少，那么你可以将水的变量类型设为Stream-var类型，然后选择含有水的物流名称（如本题的FEED-W）及进料物流单位为质量流量，并在右侧填入你所要求的水量范围，然后就可以让软件在此范围内进行求解。
即塔高=板间距（估算）×所计算的理论板数（减去带有人孔的板数）+分布器到塔顶的高度+人孔处的板间距
但精确的塔高最好等内件厂家返回条件后再核算确定
当确定自己所设置的回流比是否合适时，利用DSTWU所产生的可选的回流比-级数的图表。使用Input→Calculation Options进行设置
根据回流比与理论塔板数之间的关系和已知条件下的回流比与理论塔板数，如本题为53.5块理论塔板数对应是16.9的回流比。
然后做如下设置：
设置完成后点击next，即完成了对乙醇入口物流的设置，如下图所示。
ASPEN Plus练习
练习一：异丙苯工厂(文件：CAD0001.Bkp)
利用教材P28页条件，模拟异丙苯工厂。
题目介绍：苯和丙烯经过反应器生产异丙苯，丙烯的转化率为90%，反应产物经冷却器冷到130℉进入闪蒸罐在1个大气压下绝热闪蒸，罐顶气相循环至反应器入口，液相为产品。物性方法：RK-SOA VE
主要掌握内容：
1、选择模板，进入软件。
2、绘制模拟流程并进行修饰。
3、选择单位制。
4、订制报告内容。
5、定义组分。
6、选择物性方法。
7、定义物流条件。
8、定义单元设备操作条件。
9、察看计算结果。
10、通过习题掌握建立模拟的基本步骤。
练习二：苯分离(文件：CAD0002.Bkp)
利用教材P66页条件，模拟异分离流程。
题目介绍：含有氢气、甲烷、苯、甲苯的混合物经过一个冷却器及两个闪蒸罐分离苯溶液中的氢组分。物性方法：PEN-ROB
主要掌握内容：
1、选择模板，进入软件。
2、绘制模拟流程并进行修饰。
3、选择单位制。
4、订制报告内容。
5、定义组分。
6、选择物性方法。
7、定义物流条件。
8、定义单元设备操作条件。
9、察看计算结果。
10、通过习题掌握建立模拟的基本步骤。
练习三：简捷设计与严格核算模型的应用：(文件：DSTWU1.Bkp)
题目介绍：现要分离由丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷组成的混合物，要求塔顶正丁烷的摩尔回收率达到99.08%，异戊烷的摩尔回收率 1.124%，用冷却水作塔顶全凝器的冷媒；操作压力4.4个大气压，根据上述条件设计一个分离流程。其他条件见P81页。物性方法：PEN-ROB
COLUMN
多组分多级分离的严格计算
C j = V j 1 K i , j 1
D j = -F j zi , j
1 j N -1
1 j N
ME方程
则有：
Aj xi , j -1 B j xi , j C j xi , j 1 = D j
23
(1)由模型可知：W1=0，UN=0
(2)当 j = 1 时，即塔顶冷凝器，由于没有上一板来的液体：
1、进料信息：Fj、zij、TFj、PFj —— N(C+2)个 2、各级压力：Pj —— N个
3、各级侧线采出：Uj、Wj —— 2(N－1)个
4、各级换热：Qj —— N个 5、级数：N —— 1个 未知量： 1、液相组成：xi,j —— NC个 2、气相组成：yi,j —— NC个 ＋ N(C+6)-1
k ij = k ij(Tj , p j , xij , yij )
(6-6) (6-7) (6-8)
h j = h j (Tj , p j , xij )
H j = H j (Tj , p j , y ij )
将上述N个平衡级按逆流方式串联起来，组成图示装 置。
9
W1=0
L0=0
普 通 的 N 级 逆 流 装 置
VN+1=0 UN=0
适合于 精馏、
吸收、
萃取
过程
10
第四章ASPENPLUS多组分平衡级分离过程计算详解
Extract
严格液-液萃取
第 7 页
4.2.2
多组分多级分离塔的简捷计算
多组分精馏过程的近似设计算法常用于：
初步设计。 对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。 过程合成中寻找合理的分离顺序。 近似算法还可用于控制系统的计算以及为严格计算提供合 适的设计变量数值和迭代变量初值。 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。
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第四章 多组分平衡级分离过程计算 （二）
第四章
多组分平衡级分离过程计算
4.1 多组分单级分离过程
4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）
一个进料物流和 两个产品物流的 塔
Distl
使用Edmister方法进 行简捷法精馏核算
确定以回流比、级数、 一个进料物流和 馏出与进料比为基准 两个产品物流的 的分离程度,计算产品 塔 组成。 确定产品组成和流率 每段的级数、使用分 馏指数的热负荷 原油单元常减压 蒸馏塔
SCFrac
简捷法多塔精馏模块
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。
第 8 页
多组分精馏的简捷计算法
Aspen 设备工艺计算
• 4.2化换工热生器产中传热过程十分普遍，传热设备在化工流程中有重要的地位。物料的
加热、冷却、蒸发、冷凝、蒸馏等都需要通过换热器进行热交换，换热器是应用 最广泛设备之一。
• ASPEN PLUS软件中有4种换热器模型： • ①Heater， • ②HeatX， • ③MHeatX， • ④HXFlux。 • 换热器模型广泛应用于工艺流程模拟之中。
动力学类反应器
(全混流反应器RCSTR，平推流反应器Rplug，
间歇式反应器Rbatch)
• 每种模块采用一种计算方法，适应一种反应器设计需求。ASPEN PLUS的操 作手册中对这些模块的使用有详细的说明，下面对两种动力学反应器的设计过程 作一介绍。
20/30 20
•4.3.1釜釜式反式应反器应内器物料假定为理想混合，假定整个反应器体积的组成和温度是
4/30 4
4.1• 塔A设SP备EN PLUS 软件中的塔板核算（Tray rating）功能，计算给定结构参数
的塔板的负荷情况，可供选用的塔板类型与“塔板设计（Tray sizing）
”相同。 • “塔板设计”与“塔板核算”配合使用，可以完成塔板选型和工艺参数设 计。
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4.A1S塔P设EN备PLUS 软件中的填料设计（Pack sizing）功能，计算选 用某种填料时的塔径，共有40种填料供选用，包括 5 种典型的散 堆填料和 5 种典型的规整填料。
AspenPlus教程第4章简单单元模拟详解
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
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)
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。
Aspen_Plus最全最好的教程
用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USER MODEL）加入 到Aspen Plus系统之中，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。
Slide 10 Li Kuiwu © 2002 Aspentech Beijing Office
第10页
Aspen Plus具有完整的单元操作模型—分馏模型
Aspen Plus的多级严格分离模型是基于内外两层结构（双层）、结合最 新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由AspenTech总裁 J. Boston 博士首创的。他自1981年起一直担任本公司总裁。此法必须提供初值， 在大范围内应用十分可靠。 RADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、有 再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分馏过 程。RADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在，也可以简单地 假设第二液相为纯水。MULTIFRAC可以有效地计算互连的多塔分馏系 统，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、解吸塔 、空气 分馏塔以及有热交换的塔系统。 Aspen Plus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，该模型可在塔 的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应、化学平衡反应，以及气 、液相反应。反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供的反应 动力学程序来计算 。Aspen Plus的简捷算法蒸馏模型需要输入的数据较 少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的情况下可以 使用这些模型。
化学反应工程Aspen Plus计算示例
化学反应工程三级项目
学院：环境与化学工程学院
专业：化工工艺
**姓名：***
学号： ************ **教师：***
I
化学反应工程三级项目任务书
说明：如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。
II
一、反应器选型
Aspen Plus根据不同的反应器形式，提供了三大类七种不同的反应器模块。
1.生产能力类反应器：
1.1化学计量反应器：按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，有并行反应和串联反应两种方式，分别指定每一反应的转化率或产量。
用途：已知化学反应方程式和每一反应的转化率或产量，不知化学动力学关系。1.2产率反应器：根据每一种产与输入物流间的产率关系进行反应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡。
用途：只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化学计量关系。
2.热力学平衡类反应器：
2.1平衡反应器：根据化学反应方程式进行反应，按照化学平衡关系式达到化学平衡，并同时达到相平衡。
用途：已知反应历程和平衡反应的反应方程式，不考虑动力学可行性，计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。
2.2吉布斯反应器：根据系统的Gibbs自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成和相分布。
用途：已知化学反应式，不知道反应历程和动力学可行性，估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。
3.化学动力学类反应器：
3.1全混釜反应器：釜内达到理想混合。可模拟单、两、三相的体系，并可处理固体。可同时处理动力学控制和平衡控制两类反应。
用途：已知化学反应式、动力学方程和平衡关系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负荷。
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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。
第 8 页
多组分精馏的简捷计算法
多组分精馏的简捷计算法（Fenske–UnderwoodGilliland）
①用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数和组分分配；
②用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回流比；
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第四章 多组分平衡级分离过程计算 （二）
第四章
多组分平衡级分离过程计算
4.1 多组分单级分离过程
4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）
>0, 实际回流比；
<-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
第 18 页
DSTWU — 模型参数（1）
第 19 页
DSTWU — 模型参数（2） 2、关键组分回收率 ( Key component recoveries )
（1）轻关键组分在塔顶产品中的回收率
塔顶的轻关键组分流率/进料中的轻关键组分流率
第 2 页
4.2.1多组分分离过程模型的分类
Aspen Plus中的分离过程模型：
简单分离单元模型：Separators
塔设备单元模型：Columns
第 3 页
塔设备单元模型包含九个模块：
DSTWU: 简捷蒸馏设计 Distl: 简捷蒸馏核算 RadFrac: 严格蒸馏 Extract: 严格液-液萃取器 MultiFrac: 复杂塔的严格蒸馏 SCFrac: 复杂塔的简捷蒸馏 PetroFrac: 石油的严格蒸馏
第 12 页
Rmin
xD yq y q xq
q
——恩德伍特方程 yq xq,yq——q线与平衡 线的交点坐标
xq
第 13 页
1、吉利兰图 Y 0.545827 0.591422 X
0.002743 / X
R Rmin X R 1
N N min Y N 2
第 14 页
设计一个丙烷精馏塔，操作平均压力为22 atm，进料 为汽、液混合物，其中气相占60%，进料组成为甲 烷0.26、乙烷0.09、丙烷0.25、正丁烷0.17、正戊烷 0.11和正己烷0.12（摩尔分数）； 塔顶设一全凝器，塔釜有再沸器，要求丙烷在塔釜 的收率不大于0.04，丁烷在塔顶的收率不超过0.0175； 确定该精馏塔的理论板数、回流比、塔顶和塔釜的 采出量及换热器的热负荷。 假定进料100kmol/h, 塔共有16块,物性选PENG-ROB。
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。
第 15 页
DSTWU使用 Winn Underwood Gilliland
去估算 最小级数 最小回流比 规定级数所必需的回流比或 规定回流比所必需级数
规定
轻重关键组分的回收率
估计/结果
最小回流比和最小理论级数
wenku.baidu.com
第 48 页
Distl — 连接 Distl 模块的连接图如下：
第 49 页
Distl —模型参数
Rate-Frac: 非平衡级连续蒸馏
BatchFrac: 严格的间歇蒸馏
第 4 页
塔设备单元模型—分类
第 5 页
ASPEN PLUS中的简捷法精馏塔设计模型
模型 描述 目的 用于
DSTWU
使用Winn– 确定最小级数、最小 Underwood- Gilliland 回流比或者实际回流 方法设计简捷法精馏 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 行简捷法精馏核算
确定以回流比、级数、 一个进料物流和 馏出与进料比为基准 两个产品物流的 的分离程度,计算产品 塔 组成。 确定产品组成和流率 每段的级数、使用分 馏指数的热负荷 原油单元常减压 蒸馏塔
SCFrac
简捷法多塔精馏模块
第 35 页
第 36 页
第 37 页
第 38 页
第 39 页
注意基准的选择
假定饱和液体进料， Vapor fraction设为0
第 40 页
回收率均指塔顶馏出物
第 41 页
第 42 页
第 43 页
生成回流比关于理论 板数的关系表
第 44 页
回流比关于理论板数的剖面图
第 45 页
ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——练习 练习题1：
DSTWU — 模型参数（2）
第 24 页
DSTWU — 模型参数（3）
3、压力 ( Pressure)
（1） 冷凝器 ( Condenser)
（2） 再沸器 ( Reboiler)
第 25 页
DSTWU — 模型参数（3）
第 26 页
DSTWU — 模型参数（4）
4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) 三种类型： （1） 全凝器 ( Total condenser) （2）带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) （3）带汽、液相馏出物的部分冷凝器 (Partial condenser with vapor and liquid distillate)
第 22 页
ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例 例1：书（P79）
由精馏塔分离某泡点混合物，其进料组成、塔顶产 品要求见表，全塔压力P=4.4atm。采用全凝器，回 流比为1.8，热力学计算采用物性方法PENG-ROB。 试用DSTWU模块设计满足上述分离要求的精馏塔。
第 23 页
第 27 页
DSTWU — 模型参数（4）
第 28 页
DSTWU — 计算选项 DSTWU模型有两个计算选项：
1.生成 回流比—理论板数 关系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages )
2.计算等板高度 ( Calculate HETP )
MultiFrac 严格法多塔精馏
PetroFrac
石油精馏模块
对石油炼制应用中的复杂塔 执行严格核算和设计计算
RateFrac
非平衡级速率模 块
对各塔和多塔执行严格核算 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、反应系 与设计。基于非平衡级计算， 统、热整合单元、石油应用例如原 不需要效率和HETPs。 油和减压单元、吸收/汽提塔组合 使用一个溶剂模拟一个液体 物流的逆流抽提 液-液抽提塔，萃取塔
Extract
严格液-液萃取
第 7 页
4.2.2
多组分多级分离塔的简捷计算
多组分精馏过程的近似设计算法常用于：
初步设计。 对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。 过程合成中寻找合理的分离顺序。 近似算法还可用于控制系统的计算以及为严格计算提供合 适的设计变量数值和迭代变量初值。 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。
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ASPEN PLUS的严格蒸馏模型
模型 描述 目的 用于
RadFrac
单个塔的两相或 三相 严格计算模块
执行各塔严格核算和设计计 算 对一些复杂的多塔执行严格 核算和设计计算
普通蒸馏、吸收塔、汽提塔、萃取 和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏 原油单元常减压蒸馏塔、吸收/汽提 塔组合等。 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
（2）重关键组分在塔顶产品中的回收率
塔顶的重关键组分流率/进料中的重关键组分流率
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关键组分
所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的两个组 分（不少情况是挥发度相邻的两个组分); 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。 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。
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ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例
例2：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3。 试确定精馏塔的理论板数、进料位置以及产品流股的组成。 热力学模型选择Peng-Robinson方程。
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关键组分 - Example
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、丙烯、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? 分析： 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，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。
DSTWU--简捷法精馏设计
DSTWU算法特点：
DSTWU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。 DSTWU假设恒定的摩尔流量和恒定的相对挥发度。 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、给定回流比下的理论板数和加料板位置。
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Distl 简捷校核模块
Distil可对带有一股进料和两股产品 的简单精馏塔进行简捷校核计算，此模块 用Edmister方法计算精馏塔的产品组成。
Distil模块有两个假设：即恒摩尔流 假设和恒定的相对挥发度假设。
根据回流比、级数、馏出与进料比 , 计算产品组成。
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Distl 简捷校核模块
N min
x D 1 x w log 1 x x D w 1 log m
——芬斯克方程
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最小回流比的求法
1）作图法 a）对于正常的平衡曲线
xD yq Rmin Rmin 1 xD xq
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DSTWU — 计算选项
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DSTWU — 计算选项
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DSTWU — 计算选项
率合 绝理 对的 值理 较论 小板 的数 区应 域在 内曲 选线 择斜 。
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ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例 例1：书（P79）
由精馏塔分离某泡点混合物，其进料组成、塔顶产 品要求见表，全塔压力P=4.4atm。采用全凝器，回 流比为1.8，热力学计算采用物性方法PENG-ROB。 试用DSTWU模块设计满足上述分离要求的精馏塔。
理论级数
必需回流比
回流比
必需理论级数
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DSTWU —连接 DSTWU 模型的连接图如下：
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DSTWU — 模型参数（1） 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)
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ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计—示例
DSTWU中回收率的设定均指塔顶馏出物中轻、 重关键组分的回收率。 本例中轻关键组分乙烯的回收率是0.95； 本例中重关键组分乙烷的回收率
100 0.75746 0.95 / 0.99 100 0.75746 0.95 0.03 100 0.24003
③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。
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理论板数的简捷算法
全回流及最少理论板层数
全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需 的理论板层数最少为Nmin。 1）Nmin的求法 a）图解法
xW
xD
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b）解析法——芬斯克(Fenske)方程式