4-精馏过程模拟-dstwu
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢DSTWU(简捷法精馏设计)
采用Winn法估算最小理论板数，Underwood法 估算最小回流比，Gilliland法规定理论板数所必 需的回流比或规定回流比所必需的理论板数。 可确定最小回流比、最小理论板数或实际回流比 、实际理论板数。模型也估算最适宜的进料位置 、冷凝器和再沸器负荷。可生成回流比对于理论 板数的表和曲线。
• RadFrac---加热器和冷却器
• 可在Heater Coolers Side Duties页中直接规定段间加热器和冷却器的负 荷，加热为正，冷却为负。
• RadFrac---效率
• 可在Setup Configuration中输入实际级数，然后使用Efficiencies窗口选
择规定蒸发效率或Murphere效率中的一个，用于考虑偏离平衡的程度
2 全局参数设置
setup/specification设置全局变量（global）设 置。这里 • 工程单位：MET • Run Type： Flowsheet • 报告要求显示流股的摩尔分率。
第26页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
3 组分输入
第27页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
4 进料流股参数设置
中完成。
第12页
4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac估算：
✓产品组成和流率 ✓每一段的级数 ✓每一段的热或冷负荷
该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器 中完成。
第13页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
【例1】
利用精馏方法对附表中进料流股 进行分离，其压强为445830 Pa， 处 于饱和液体状态。规定该分离操作的 轻、重关键组分分别为N-Butane和IPentane，塔顶产品中轻、重关键组 分的回收率（recovery）分别为0.990 8和0.0112，规定操作回流比为1.8。 体系热力学性质计算采用“SRK”模 型方程。
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏 ➢ DSTWU(简捷法精馏设计) ➢ Distl（简捷法精馏核算） ➢ SCFrac模块
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢DSTWU(简捷法精馏设计)
模型可针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，采用Winn-Underwood -Gilliland方法进行简捷法蒸馏设计计算。 模型中假设恒定的摩尔流和恒定的相对挥发度 ，需输入轻、重关键组分的回收率。
• RadFrac
• 用于模拟所有类型的多级气-液精馏操作的严格计算模型。这些操作 包括一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取蒸馏和共 沸蒸馏等。
• 适用于常规的两相和三相蒸馏体系、窄沸程和宽沸程系统、具有液 相高度非理想系统。
• RadFrac能够处理游离水相和其他的第二液相、固相及每一级上的中 段回流。能够模拟有两个液相，且两股液相中有不同化学反应发生 的塔。可模拟盐析出。
1）计算所需的平衡级数、操作回流 比及适宜的进料位置。
2）估算塔顶馏出液及釜液组成，并 与题中给定值做比较。
组分
Ethylbenze ne
P-xylene M-xylene O-xylene
流量 / kmol/h
1）定义目标变量 2）定义自变量 3）规定表格
第36页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
1）定义因变量（Flowsheet variable）
第37页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
1）定义目标变量 相同方法定义再沸器及冷凝器热负荷
第38页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
2）定义自变量(Vary)---回流比（RR）自1.2-10，步长为0.5变化
试确定：该条件下的最小回流比
、理论板数、最小理论板数及适宜的
进料位置。
组分
Propane I-Butane N-Butane I-Pentane N-Pentane N-Hexane
流量 / kmol/s 0.0006 0.0013 0.0038 0.0025 0.0019 0.0025
第14页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
第11页
4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
✓ 对每个塔段必需规定产品压力和基于进料流率
的产品流率或分率，对所有产品，除馏出物外 必须规定蒸汽与产品的比值。
✓ 计算中由于进行蒸汽计算，所以水必须被定义
为一个组分。所以水都与塔顶产品一起离开。
✓ 该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器
第17页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
3 组分输入
第18页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
4 进料流股参数设置
第19页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
5 DSTWU模型设置
第20页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
6 DSTWU结果查看
第21页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
Distl模型必需规定： ✓理论板数 ✓回流比 ✓塔顶产品流率 ✓其他相关的塔设备参数等 ✓可规定一个部分的或全部冷凝器。
Distl可估算冷凝器和再沸器的负荷。
第10页
4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac模型可以对具有一股进料、一股可选的 汽提蒸汽流和任何股产品的复杂塔进行简捷法 蒸馏的模拟计算，估算理论级数和每个塔段的 加热（冷却）负荷。用于模拟炼油塔（原油单 元和减压塔）。模型将有n个产品的塔分割成n1个塔段并从上而下为这些塔段编号。
• 该模型可以有任意级数、级间加热器（冷凝器）、倾析器和中段回 流。每一级进料物流的数量没有限制，但每一级出料至多只能有三 个（一个气相、两个液相）。
• 模型使用一个入口热流对所有除了冷凝器、再沸器和中段回流外的 级做一个复合规定。塔的级数是由冷凝器开始从顶向下进行编号。
第3页
4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
第30页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
6 DSTWU结果查看
第31页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
6 DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.32 • 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为12.8 • 实际塔板数为24 • 进料板位置为第12块板 • 再沸器所需的热量为753.31kJ/sec • 冷凝器所需的热量为688.95kJ/sec
1 流程图绘制 • Columns/DSTWU/ICON1
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
1 流程图绘制
第16页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
2 全局参数设置
进入setup/specification进行全局变量（global 设置。这里 • 工程单位：自定义 us-1（以MET为基础） • Run Type： Flowsheet • 报告要求显示流股的摩尔分率。
第39页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
3）规定表格(Tabulate)---规定需要软件计算的变量列表
第40页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
运行计算，/Model Analysis Tools/Sensitivity/S-1/Results/， 查看结果
课堂练习： 将计算结果 绘图
第41页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
组分 C1
流量 / k370
C3
240
n-C4
25
n-C5
5
第33页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
习题1 脱乙烷塔
第34页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
第35页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
【习题1】---灵敏度分析 结合习题1结果，考察回流比变化对精馏塔实际
理论板数、再沸器和泠凝器热负荷的影响。 灵敏度分析定义方法：
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4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• 塔(Columns)
• 简捷法计算的蒸馏塔
• DSTWU Distl SCFrac
• 严格法计算的蒸馏塔
• RadFrac MultiFrac PetroFrac RateFrac
• 液-液萃取塔
• Extract
第2页
4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• RadFrac---进料位置
• 在Setup Stream页规定进料和产品级的位置。
• Above-Stage(级上方进料) • On-Stage(级上进料)
• RadFrac---再沸器处理
• 可模拟釜式再沸器和虹吸式再沸器。缺省为釜式再沸器作为该塔的最 后一级。 在Setup Configuration中可输入Reboiler Duty规定再沸器的负 荷或作为计算值保留它。
【习题2】
设计一精馏塔用于分离附表所示乙苯与 二甲苯混合物。流股在205kPa下泡点进 料。
设计要求：塔顶出料中O-xylene流率不 得高于1 kmol/h，塔底出料中M-xylene 流率不得高于1 kmol/h。假定操作回流 比为最小回流比的1.1倍，塔顶操作压强 为170kPa，塔压降为70kPa。
第8页
4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型可以模拟一个带有一股进料和两种 产品的多级多组分的蒸馏塔，塔可带有分凝 器或全凝器。模型假定恒摩尔流和恒相对挥 发度。用Edimister法进行产品组成。
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢Distl（简捷法精馏核算）
。
第4页
4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• RadFrac---物性方法
• 使用properties Property Sections页可替换全局的物性方法， 可以对塔的不同部分规定不同的物性方法。
• RadFrac---算法
• 用户可以在Convergence Basis页中选择一个算法对塔进行模拟（ 前提是必须在Setup Configuration页的Convergence区域中选择了 Custom作为选项）。
第28页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
5 DSTWU模型设置
这里轻关键组分为NC4， 重关键组分为I-C5。 对于轻关键组分NC4
Recov=29.7248/30=0.9908 重关键组分为I-C5
Recov=0.2247/20=0.01124
第29页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
5 DSTWU模型设置
塔顶产品/ kmol/h
≥29.7248 ≤0.2247
第23页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
1 流程图绘制 • Columns/DSTWU/ICON1
• 冷凝器为全凝器；连接流股时注意连接位置，
第24页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
1 流程图绘制
第25页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
原料泡点进料，进料组成 、塔顶产品要求见表。操作 压力为4.4atm。要求塔顶采 用全凝器，回流比为1.8。 热力学计算采用物性方法P ENG-ROB。采用DSTWU 模块设计满足上述分离要求 的精馏塔。
组分
丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 正己烷
进料/ kmol/h
5
10 30 20 15 20
6 DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.23 • 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为11.7 • 实际塔板数为21 • 进料板位置为第11块板 • 再沸器所需的热量为83129.2cal/sec • 冷凝器所需的冷量量为76206.4cal/sec
第22页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
【例2】设计一精馏塔。
4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• Aspen中的单元操作模型
• 混合器/分流器（Mixers/Splitters） • 分离器(Separators) • 换热器(Heat Exchangers) • 塔(Columns) • 反应器(Reactors) • 压力变换器(Pressure Changers) • 操作器(Manipulators) • 固体(Solids) • 用户模型(Users) • 概念设计(Conceptual Design)
第32页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—习题1
【习题1】
设计一脱乙烷塔分离附表所示物料 ，要求塔顶采出中丙烷流率不得高 于2 kmol/h，塔底出料中乙烷流率 不得高于2 kmol/h。假定操作回流
比为最小回流比的2.5倍，选择部分
冷凝器。
计算最小回流比、所需的平衡级 数及适宜的进料位置。(进料流股 温度305.4K，压强2500kPa)
4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢DSTWU(简捷法精馏设计)
采用Winn法估算最小理论板数，Underwood法 估算最小回流比，Gilliland法规定理论板数所必 需的回流比或规定回流比所必需的理论板数。 可确定最小回流比、最小理论板数或实际回流比 、实际理论板数。模型也估算最适宜的进料位置 、冷凝器和再沸器负荷。可生成回流比对于理论 板数的表和曲线。
• RadFrac---加热器和冷却器
• 可在Heater Coolers Side Duties页中直接规定段间加热器和冷却器的负 荷，加热为正，冷却为负。
• RadFrac---效率
• 可在Setup Configuration中输入实际级数，然后使用Efficiencies窗口选
择规定蒸发效率或Murphere效率中的一个，用于考虑偏离平衡的程度
2 全局参数设置
setup/specification设置全局变量（global）设 置。这里 • 工程单位：MET • Run Type： Flowsheet • 报告要求显示流股的摩尔分率。
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
3 组分输入
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
4 进料流股参数设置
中完成。
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac估算：
✓产品组成和流率 ✓每一段的级数 ✓每一段的热或冷负荷
该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器 中完成。
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
【例1】
利用精馏方法对附表中进料流股 进行分离，其压强为445830 Pa， 处 于饱和液体状态。规定该分离操作的 轻、重关键组分分别为N-Butane和IPentane，塔顶产品中轻、重关键组 分的回收率（recovery）分别为0.990 8和0.0112，规定操作回流比为1.8。 体系热力学性质计算采用“SRK”模 型方程。
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏 ➢ DSTWU(简捷法精馏设计) ➢ Distl（简捷法精馏核算） ➢ SCFrac模块
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢DSTWU(简捷法精馏设计)
模型可针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，采用Winn-Underwood -Gilliland方法进行简捷法蒸馏设计计算。 模型中假设恒定的摩尔流和恒定的相对挥发度 ，需输入轻、重关键组分的回收率。
• RadFrac
• 用于模拟所有类型的多级气-液精馏操作的严格计算模型。这些操作 包括一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取蒸馏和共 沸蒸馏等。
• 适用于常规的两相和三相蒸馏体系、窄沸程和宽沸程系统、具有液 相高度非理想系统。
• RadFrac能够处理游离水相和其他的第二液相、固相及每一级上的中 段回流。能够模拟有两个液相，且两股液相中有不同化学反应发生 的塔。可模拟盐析出。
1）计算所需的平衡级数、操作回流 比及适宜的进料位置。
2）估算塔顶馏出液及釜液组成，并 与题中给定值做比较。
组分
Ethylbenze ne
P-xylene M-xylene O-xylene
流量 / kmol/h
1）定义目标变量 2）定义自变量 3）规定表格
第36页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
1）定义因变量（Flowsheet variable）
第37页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
1）定义目标变量 相同方法定义再沸器及冷凝器热负荷
第38页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
2）定义自变量(Vary)---回流比（RR）自1.2-10，步长为0.5变化
试确定：该条件下的最小回流比
、理论板数、最小理论板数及适宜的
进料位置。
组分
Propane I-Butane N-Butane I-Pentane N-Pentane N-Hexane
流量 / kmol/s 0.0006 0.0013 0.0038 0.0025 0.0019 0.0025
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
✓ 对每个塔段必需规定产品压力和基于进料流率
的产品流率或分率，对所有产品，除馏出物外 必须规定蒸汽与产品的比值。
✓ 计算中由于进行蒸汽计算，所以水必须被定义
为一个组分。所以水都与塔顶产品一起离开。
✓ 该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
3 组分输入
第18页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
4 进料流股参数设置
第19页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
5 DSTWU模型设置
第20页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
6 DSTWU结果查看
第21页
4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
Distl模型必需规定： ✓理论板数 ✓回流比 ✓塔顶产品流率 ✓其他相关的塔设备参数等 ✓可规定一个部分的或全部冷凝器。
Distl可估算冷凝器和再沸器的负荷。
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac模型可以对具有一股进料、一股可选的 汽提蒸汽流和任何股产品的复杂塔进行简捷法 蒸馏的模拟计算，估算理论级数和每个塔段的 加热（冷却）负荷。用于模拟炼油塔（原油单 元和减压塔）。模型将有n个产品的塔分割成n1个塔段并从上而下为这些塔段编号。
• 该模型可以有任意级数、级间加热器（冷凝器）、倾析器和中段回 流。每一级进料物流的数量没有限制，但每一级出料至多只能有三 个（一个气相、两个液相）。
• 模型使用一个入口热流对所有除了冷凝器、再沸器和中段回流外的 级做一个复合规定。塔的级数是由冷凝器开始从顶向下进行编号。
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4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
6 DSTWU结果查看
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
6 DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.32 • 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为12.8 • 实际塔板数为24 • 进料板位置为第12块板 • 再沸器所需的热量为753.31kJ/sec • 冷凝器所需的热量为688.95kJ/sec
1 流程图绘制 • Columns/DSTWU/ICON1
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
1 流程图绘制
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例1
2 全局参数设置
进入setup/specification进行全局变量（global 设置。这里 • 工程单位：自定义 us-1（以MET为基础） • Run Type： Flowsheet • 报告要求显示流股的摩尔分率。
第39页
4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
3）规定表格(Tabulate)---规定需要软件计算的变量列表
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4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
运行计算，/Model Analysis Tools/Sensitivity/S-1/Results/， 查看结果
课堂练习： 将计算结果 绘图
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
组分 C1
流量 / k370
C3
240
n-C4
25
n-C5
5
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
习题1 脱乙烷塔
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
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4.稳态精馏过程模拟—灵敏度分析
【习题1】---灵敏度分析 结合习题1结果，考察回流比变化对精馏塔实际
理论板数、再沸器和泠凝器热负荷的影响。 灵敏度分析定义方法：
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4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• 塔(Columns)
• 简捷法计算的蒸馏塔
• DSTWU Distl SCFrac
• 严格法计算的蒸馏塔
• RadFrac MultiFrac PetroFrac RateFrac
• 液-液萃取塔
• Extract
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4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• RadFrac---进料位置
• 在Setup Stream页规定进料和产品级的位置。
• Above-Stage(级上方进料) • On-Stage(级上进料)
• RadFrac---再沸器处理
• 可模拟釜式再沸器和虹吸式再沸器。缺省为釜式再沸器作为该塔的最 后一级。 在Setup Configuration中可输入Reboiler Duty规定再沸器的负 荷或作为计算值保留它。
【习题2】
设计一精馏塔用于分离附表所示乙苯与 二甲苯混合物。流股在205kPa下泡点进 料。
设计要求：塔顶出料中O-xylene流率不 得高于1 kmol/h，塔底出料中M-xylene 流率不得高于1 kmol/h。假定操作回流 比为最小回流比的1.1倍，塔顶操作压强 为170kPa，塔压降为70kPa。
第8页
4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型可以模拟一个带有一股进料和两种 产品的多级多组分的蒸馏塔，塔可带有分凝 器或全凝器。模型假定恒摩尔流和恒相对挥 发度。用Edimister法进行产品组成。
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4.稳态精馏过程模拟—模块介绍—简捷蒸馏
➢Distl（简捷法精馏核算）
。
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4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• RadFrac---物性方法
• 使用properties Property Sections页可替换全局的物性方法， 可以对塔的不同部分规定不同的物性方法。
• RadFrac---算法
• 用户可以在Convergence Basis页中选择一个算法对塔进行模拟（ 前提是必须在Setup Configuration页的Convergence区域中选择了 Custom作为选项）。
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
5 DSTWU模型设置
这里轻关键组分为NC4， 重关键组分为I-C5。 对于轻关键组分NC4
Recov=29.7248/30=0.9908 重关键组分为I-C5
Recov=0.2247/20=0.01124
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
5 DSTWU模型设置
塔顶产品/ kmol/h
≥29.7248 ≤0.2247
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
1 流程图绘制 • Columns/DSTWU/ICON1
• 冷凝器为全凝器；连接流股时注意连接位置，
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
1 流程图绘制
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—例2
原料泡点进料，进料组成 、塔顶产品要求见表。操作 压力为4.4atm。要求塔顶采 用全凝器，回流比为1.8。 热力学计算采用物性方法P ENG-ROB。采用DSTWU 模块设计满足上述分离要求 的精馏塔。
组分
丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 正己烷
进料/ kmol/h
5
10 30 20 15 20
6 DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.23 • 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为11.7 • 实际塔板数为21 • 进料板位置为第11块板 • 再沸器所需的热量为83129.2cal/sec • 冷凝器所需的冷量量为76206.4cal/sec
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏
【例2】设计一精馏塔。
4.稳态精馏过程模拟---模块介绍
• Aspen中的单元操作模型
• 混合器/分流器（Mixers/Splitters） • 分离器(Separators) • 换热器(Heat Exchangers) • 塔(Columns) • 反应器(Reactors) • 压力变换器(Pressure Changers) • 操作器(Manipulators) • 固体(Solids) • 用户模型(Users) • 概念设计(Conceptual Design)
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4.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏—习题1
【习题1】
设计一脱乙烷塔分离附表所示物料 ，要求塔顶采出中丙烷流率不得高 于2 kmol/h，塔底出料中乙烷流率 不得高于2 kmol/h。假定操作回流
比为最小回流比的2.5倍，选择部分
冷凝器。
计算最小回流比、所需的平衡级 数及适宜的进料位置。(进料流股 温度305.4K，压强2500kPa)