Aspen精馏模拟灵敏度分析与优化实例use
反应精馏过程模拟_ASPENPLUS应用
54 反应精馏过程模拟——ASPEN P LU S 应用范例 第 27 卷
其中, B1 为反应精馏塔, B2 为脱水塔, B3 为精馏塔。 2 模拟计算
使用 ASPEN 做过程模拟计算, 主要包含以下几部分内容: ( 1) 物性计算。ASP EN 给我们提供了 40 多种模型用于热力学性质的计算, 30 多种模型用于物质传递性质的计算。同时还提供了象纯组分数据 库、燃烧数据库等多种用于模型计算的数据库; ( 2) 选择单元操作计算模型。ASP EN 模拟系统可以计算 几乎所有的单元操作过程, 包括物流、混合与分散、闪蒸与换热、分离过程、反应过程、泵及压缩机等。其 中对于分离过程, ASP EN 提供了三个简捷法蒸馏模型和 4 种严格多级分离模型; ( 3) 计算方法的选择。 选择适当的计算方法, 将对计算过程收敛与否起着非常关键的作用。 2. 1 物性计算
对于反应精馏单元操作过程, 我们选用 RADF RAC 严格计算模型进行模拟计算。该模型对处理反 应精馏过程有着非常好的效果〔3〕。后面的脱水塔和分离塔, 我们选用 DST WU 简捷法计算模型。在流程 计算过程中, 我们选用牛顿- 拉夫森法进行迭代计算, 从而保证收敛。 3 计算结果与比较 3. 1 工艺条件的确定
件下是很难做到在短时间内混合均匀的。 水 合反应生成的一水碱( N a2CO3 ·H 2O ) 呈
松散的颗粒状态, 内含游离水 5- 7% 左右, 密度 约 1250K g/ T 。根据查定, 在水合机反应区内一水 碱与热纯碱的体积比大于 2. 0∶1( 我厂水合机满 负荷生产时此体积比是 2. 2∶1) 。由上述分析可 知, 若采取将水合水先加入到一水碱中, 利用一水 碱分散性能好和在反应区内的体积大于热纯碱的 条件, 使吸水后的一水碱与热纯碱混合, 就可使热 纯碱很容易地迅速分散到一水碱中, 吸收一水碱 中含有的水分进行水合反应。即是将一水碱做为 水合水的载体和两相混合中的连续相, 热纯碱做 为两相混合中的分散相, 消除了热纯碱与水合机 内壁的接触机会, 从而避免水合机内壁粘碱结疤。 3 异径水合机的防结疤技术
利用Aspen模拟甲苯歧化装置苯／甲苯／精馏过程提高苯塔分离效果
利用Aspen模拟甲苯歧化装置苯／甲苯／精馏过程提高苯塔分离效果辽阳石化公司装置2009年建成开车，苯塔空冷由于各种原因设计12台空冷只安装了8台。
2017年之前，歧化产品苯利润低，苯/甲苯分馏系统一直处于70%低负荷，运行无问题。
17年后，苯价格飙升，需要提高苯产量。
苯塔空冷能力不足的短板显现出来。
本文通过利用Aspen软件模拟不同进料组成下苯塔负荷达到100%时运行情况，并通过提高各种措施，实现苯塔精馏。
在满足苯产品质量情况下继续提高品质（优质苯：纯度99.97%以上，冰点5.45℃以上）。
标签：甲苯歧化；Aspen Plus；精馏；模拟；优质苯在中石油辽阳石化分公司140万吨/年甲苯歧化装置中，甲苯，C9发生歧化反应，生产苯和二甲苯。
从反应器出来物料进入汽提塔除去烷烃，然后进入苯塔分离出苯，另外苯塔还有一股物料从抽提装置来抽出油，两股物料混合后，作为苯塔进料，进行精馏。
苯塔塔釜出甲苯及以上芳烃，塔顶有少量采出，从塔顶侧线采出苯，苯塔塔底物料进入甲苯塔分离出甲苯进入反应器作为进料。
Aspen Plus 是一款优秀化工工艺流程模拟运行软件，我们选择UNIQUAC模型，它基于分子基团非极性作用力进行计算，对非极性芳烃混合物有很好的计算效果。
1、利用Aspen软件模拟苯塔在不同進料组成时达到100%时运行情况。
Aspen Plus的RadFrac模块是基于分子基团的严格计算的精馏塔的模块，可以设置理论板数对，我们利用Aspen Plus 模拟苯塔，甲苯塔，二甲苯塔，重芳烃塔进行精馏。
模拟图如下：苯塔进料220t/h，苯塔塔顶采出为2t/h，苯塔侧线采出纯苯进入储罐，其他物料从走塔底。
苯塔有65块塔板，侧线采出在60块板，进料在32块板，苯塔压力为0.035MPa，每层塔板压降在1KPa，空冷符合设置在43MW，通过参数设置后苯塔，通过对采出量进行灵敏度测试，得到符合不同进料组分的最大采出量的最优的采出比。
5 aspen教程-radfrac计算及灵敏度分析
3.稳态精馏过程模拟的建立本章将从二元体系的分离入手，详细介绍如何在Aspen Plus中采用严格精馏模型“RADFRAC”建立该模拟过程。
为了使稳态计算的结果能够用于动态模拟，本章中会详细指定塔、控制阀、泵等单元操作。
【例2】设计一精馏塔。
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。
组分进料/kmol/h塔顶产品/kmol/h 丙烷5异丁烷10正丁烷30≥29.7248异戊烷20≤0.2247正戊烷15正己烷203.稳态精馏过程模拟—简捷蒸馏1 流程图绘制2 DSTWU结果查看2 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例3以例2为基础，由灵敏度分析工具，考察回流比的变化对实际塔板数的影响。
灵敏度分析定义方法：1）定义目标变量2）定义自变量3）规定表格•灵敏度分析定义方法：Data/ model analysis Tools(模型分析工具）/sensitivity(灵敏度分析）灵敏度分析对象管理器1）定义因变量（Flowsheet variable）1）定义因变量（Flowsheet variable）2）定义自变量(Vary)---回流比（RR）自1.2-10，步长为0.5变化3）规定表格(Tabulate)---规定需要软件计算的变量列表课堂练习：分析回流比对于再沸器热负荷和冷凝器的冷量的影响，将计算结果绘图运行计算，/Model Analysis Tools/Sensitivity/S-1/Results/，查看结果【例题4】采用Radfrac模块，核算【例题2】设计得到的精馏塔能否满足分离要求。
乙腈-水共沸体系的变压精馏模拟与优化
乙腈-水共沸体系的变压精馏模拟与优化侯涛;高晓新【摘要】利用 Aspen Plus 化工模拟流程软件对乙腈-水共沸体系进行变压精馏模拟分离研究。
选择UNIQUAC物性计算模型确定变压精馏的工艺流程,通过灵敏度分析模块分别考察高压塔和常压塔的进料板位置和回流比对分离效果的影响。
模拟结果表明,当塔操作压力为350 kPa,塔板为30块,进料板为第10块塔板,回流比为1.5,在塔底可以得到质量分数为99.7%的产品乙腈。
%A process of pressure-swing distillation for separation of acetonitrileand water was simulated by using Aspen Plus. The UNIQUAC equation was used for calculating vapor-liquid equilibrium data of acetonitrile-water mixture.The relationship between the feed stage and reflux ration for the separation of acetonitrile-water was studied by sensitive analysis.The requirement for acetonitrile reached to 99.7%,when the high column at the pressure was 350 kPa,the number of stages was 30,the feed stage was 10 and the mole reflux ration was 1.5.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P42-45,73)【关键词】乙腈-水;变压精馏;模拟;优化【作者】侯涛;高晓新【作者单位】常州大学化工设计研究院有限公司，江苏常州 213164;常州大学石油化工学院，江苏常州 213164【正文语种】中文【中图分类】TE624.2在化工、医药等生产过程中，乙腈能发生典型的腈类反应，并被用于制备许多典型含氮化合物，是一个重要的有机中间体。
Aspen精馏模拟灵敏度分析与优化实例use
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3. 精馏塔的简捷计算
·设计任务 确定理论塔板数 确定合适的回流比
·DSTWU 精馏模型简介
本例选择 DSTWU 简捷精馏计算模型. 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精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度
进入 Aspen Plus 后，出现图 1 所示的 Aspen Plus 软件操作界面.
图1
操作界面构成 ·标题条：在该栏目中显示运行标识. 在你给出运行名字之前，Simulation1 是缺省的标识. ·拉式菜单：Aspen Plus 的功能菜单. 这些下拉式菜单与 Windows 的标准菜单类似. ·工艺流程窗口：在该窗口中可以建立及连接所要模拟的工艺流程. ·模式选择按钮：按下此按钮你可以关闭插入对象的插入模式，并返回到选择模式. ·模型库：在这里列出建立模型可用的任何单元操作的模型.. ·状态域：显示当前有关运行的状态信息. ·快速访问按钮：快速执行 Aspen Plus 相应的命令。这些快捷按钮与其它 Windows 程序的
图 3.2-1
图 3.2-2
3.3 定义组份
本节任务： ·输入物料化学成份
单击 N-> 快捷键直到进入进料参数输入页，如图 3.3-1 所示.
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图 3.3-1
在此窗口中，我们可以定义流程中所涉及的化学组分. 定义方法有两种： 1) 可以在 component ID 或 component name 中直接输入组分的英文名称. 其中 Component ID 是该组分的代号，用户可以进行定义和修改. 2) 可以使用 Aspen plus 提供的 find 工具，查找 Aspen plus 提供的组份. 单击 find 按钮， 进入组份查找页，在对话框中输入组分的英文名称或分子式，也可以输入其部分字符串. 这 里我们输入甲醇分子式 CH4O（注意不能输入 CH3OH），点击 find now 按钮，查找结果出现 在下面列表中，如图 3.3-2.
aspen 精馏模拟详细过程及探讨疑问
精馏塔设计初步介绍1.设计计算◆输入参数：●利用DSTWU模型，进行设计计算●此时输入参数为：塔板数（或回流比以及最小回流比的倍数）、冷凝器与再沸器的工作压强、轻组分与重组分的回收率（可以从产品组成估计）、冷凝器的形式◆输出参数（得到用于详细计算的数据）：●实际回流比●实际塔板数（实际回流比和实际塔板数可以从Reflux Ratio Profile 中做图得到）●加料板位置（当加料浓度和此时塔板上液体浓度相当时的塔板）●蒸馏液（馏分）的流量●其他注：以上数据全部是估计得初值，需要按一定的要求进行优化（包括灵敏度以及设计规定的运用），优化主要在RadFrac模型中进行。
2.详细计算◆输入参数：●输入参数主要来自DSTWU中理论计算的数据◆输出参数：●输出的主要是设计板式塔所需要的水力学数据，尺寸数据等其他数据（主要是通过灵敏度分析以及设计规定来实现）3.疑问●在简捷计算中：回收率有时是估计值，它对得到详细计算所需的数据可靠性的影响是不是很大？●在简捷计算中：有多少个变量，又有多少个约束条件？●在简捷计算中：为什么回流比和塔板数有一定的关系？简捷计算（对塔）1．输入数据：●Reflux ratio ：-1.5（估计值，一般实际回流比是最小回流比的1.2—2倍）●冷凝器与再沸器的压强：1.013 ，1.123 （压降为0.11bar）●冷凝器的形式：全冷凝（题目要求）、●轻重组分的回收率（塔顶馏出液）：0.997 ，0.002 （如果没有给出，可以根据产品组成估计）●分析时，注意Calculation Option 中的设置，来确定最佳回流比以及加料板位置2．输出数据：●Reflux Ratio Profile中得到最佳的回流比与塔板数为：塔板数在45—50中选择，回流比在：0.547 —0.542●选定塔板数为：48，回流比为：０．５４４●把所选的塔板数回代计算，得到下列用于RadFrac模型计算的数据（见下图）：●●从图中可得：实际回流比为：0.545（摩尔比）；实际塔板数为：48；加料板位置：33；Distillate to feed fraction ：0.578（自己认为是摩尔比，有疑问？？）；馏出液的流量：１１６７３．５ｋｇ／ｈ疑问：进料的流量是怎么确定的，肯定是大于11574kg/h，通过设计规定得到甲醇产量为：11574kg/h（分离要求），求出流量为：16584.0378kg/h。
基于Aspen仿真的乙醇水溶液精馏方案优化
的关键参数 以及能耗进行 了理论计算。为 了检验数 学模型和 理论计 算的合理性 ，同时鉴 于 Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 和Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ
Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ中 已经 建 立 了完善 的精 馏 塔 模 型 ，本 文 以 乙醇 水 溶 液 精 馏 方 案 为 例 ， 以达 到 浓度 和 回 收 率 要 求 为 约 束
ａ ｎ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｗｈ ｏ ｌ ｅ ｉｓ ｄ ｔ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｄ ｔ ｏ ｗｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ，ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ，ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｌ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｋ ｅ ｙ
ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｏｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐｌ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｓ ｐ ｅ ｎ
关键词 ：蒸馏 ；数 学模拟 ；参数识别 ；动 态仿真 ；优化设计
中图分 类 号 ：ＴＱ ０ ２ ８ ． １ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０ — ６ ６ １ ３（ ２ ０ １ ７ ）ｓ ｌ 一 ０ ０ ８ ０ — ０ ７
aspen精馏过程模拟
一、首先用简捷法模拟，选择DSTWU模块，精馏装置如下截图对文件命名并自定义单位如截图所示然后在计算机上输入物料的组成，如下截图所示选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。
还有物料组成及比例如下截图所示对精馏塔进行参数的设定，回流比为最小回流比的1.2倍，塔顶轻组分丙烷的含量为0.999，重组分含量丁烷为0.001，参数设定值如下截图所示参数设定完成运行软件并查看结果，计算结果如下图所示从结果可知实际的回流比为1.198，实际塔板数为38块，实际的进料板为第17块板，冷凝器的温度为44.25℃，塔釜的温度为116.88℃。
二、进行严格法计算根据简化法得到的条件进行模拟选择Radfrac模块，模拟装置图如下截图对文件命名并自定义单位如截图所示在计算机上输入物料的组成，如下截图所示选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。
还有物料组成及比例如下截图所示对塔进行参数设置，根据简化法的计算结果知，塔板数为38，实际回流比为1.198。
再根据题目设计的要求冷凝器为全回流，塔顶的采出率为80。
参数如下截图所示：根据简化法结果进料板为第十七块板进料，截图如下设置塔顶压力为16kg/cm2,冷凝器压力为15.8kg/cm2,全塔的压降为0.2kg/cm2。
设置如下截图所示参数设置完成并运行软件，查看结果不满足分离的目的，则进行自定义设定，目标值设定为0.001选择丙烷选择3号物流设置回流比的可变范围为1到100,增量为0.1运行软件查看结果满足分离的要求。
接下来进行灵敏度分析以确定最佳的进料位置参数设置完成并运行软件查看灵敏度分析的结果如下截图从结果的表中可以看出第22块板的回流比，冷凝器的热负荷，再沸器的热负荷都是最小的，从而可以知道最佳的进料位置为第22块板并对数据在plot里作出X-Y的曲线图如下截图所示从图中也可以明显的看出最佳的进料板为第22块塔板。
ASPEN模拟精馏塔
XD=0.9225
灵敏度分析，改变进料位置，观察XD的变化
D=300 lbmol/h
从9到17块板进料都可以 达到分离要求。
D=200 lbmol/h
D=250 lbmol/h
D=325 lbmol/h
D=350 lbmol/h
总结：
当D选取200，250，300，325 lbmol/h时，都可以通过选择 适宜的进料板而达到分离效果。如何选取适宜的D? 一方面，D作为采出量，D越大，产量越高。另一方面，在回 流比一定条件下，D越大，上升蒸汽量增加，再沸器及冷凝器负 荷增大。所以需要综合考虑选择适宜的D。 以D=300 lbmol/h为例： 进料板选择第17块板， XD=0.91978，相对误差=（0.92-0.91978）/0.92=2.4×10-4
此时Xw=0.09766 X甲苯=0.90234
1.选择Columns——RadFrac, 作图1如下：
ห้องสมุดไป่ตู้
图 1
单位设置
进料组分选择
物性选择
IDEAL和NRTL不适合
进料参数
塔参数设置
采出量D ?? 自选
进料板选择和操作压力
进料板位置？ 自选
Block—Tray sizing—new
模拟结果如下：进料板为第10块板，D=300lbmol/h
题目
应用AspenPlus模拟以下过程，并核算并 求出塔底馏出液中甲苯的含量。在1atm下操作 的筛板精馏塔的进料为：流量700lbmol/h，组 成45％（mol）苯和55 ％（mol）甲苯，压力 1atm，温度为该压力下的泡点温度201F。塔顶 馏出液含92％（mol）苯，沸点为179F。甲苯 沸点为227F。该塔有23块塔板，板间距18in， 回流比为1.25.塔的压力降可以忽略。
用ASPEN模拟结果优化甲醇和碳酸二甲酯共沸物萃取精馏
１ ０
ＣＨＥＭ Ｉ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＩ ⅡＮＧ ＤＥＳ Ｉ 高 沸 点 萃 取 剂 苯 酚 ，改 变 料液 中 被 分 离 组 分 间 的相 对 挥 发 度 ，使 相 对 挥
发 度 曲线 往 三 角形 的 斜 边 移 动 ，碳 酸 二 甲酯 的浓
的摩尔 比和回流 比等操作参数对分离性能 的影 响 ，给出各 塔的优化 操作参数 ，总结其热负荷和分离效果 。
关 键 词 萃取精馏
共沸 物 模 拟
优化
非 光气法 生 产 聚碳 酸酯 为 ２ １世 纪 以来 的新 材 料 生 产 新 工 艺 ，德 国拜 耳 、 日本 三 菱 、旭 化 成 、 美国 Ｇ Ｅ塑料 等均 在这 一领 域 持 有技 术 专 利 各 种 工艺 流 程 中 ， 目前 较 成 熟 的 是 利 用 碳 酸 二 二 苯 酯 （ Ｄ Ｐ Ｃ ） 和双 酚 Ａ （ Ｂ Ｐ Ａ） 的酯 交 换 反 应 生 产 聚碳 酸酯 （ Ｐ Ｃ） 的工艺 。其 重 要 的 原料 Ｄ Ｐ Ｃ也 是 利 用 酯交 换 的 方 法 ，通 过 苯 酚 和 碳 酸 二 甲酯 （ Ｄ ＭＣ）
２ 模 拟 结 果 及 分 析
２ ． １ 流 程模拟
度 趋 向于 ０ 。那 么在萃 取精 馏塔 的塔 顶馏 出 甲醇 而
灵敏度分析-aspen
第八章灵敏度分析目的：介绍灵敏度分析的用法，研究过程变量之间的关系。
（1）灵敏度分析●可使用户研究输入变量的变化对过程输出的影响●在灵敏度模块文件夹的Results表上能够查看结果●可以把结果绘制成曲线，使不同变量之间的关系更加形象化●在灵敏度模块中对流程输入量所做的改变不会影响模拟，灵敏度研究独立于基础工况模拟而运行●位于/Data/Model Analysis Tools/Sensitivity下（2）灵敏度分析的用法●研究输入变量的变化对过程（模型）的影响●用图表表示输入变量的影响●核实设计规定的解是否可行●初步优化●用准稳态方法研究时间变化变量（3）灵敏度分析应用步骤a）定义被测量（采集）变量-它们是在模拟中计算的参量，在第4步将要用到（Sensitivity Input Define页）b）定义被操作（改变的）变量-它们是要改变的流程变量（Sensitivity Input Vary页）c）定义被操作（改变的）变量范围-被操作变量的变化可以按在一个间隔内等距点或变量值列表来规定（Sensitivity Input Vary页）d）规定要计算的或要制成表的参量-制表参量可以是任何合法的Fortran表达式，表达式含有步骤1中定义的变量(Sensitivity Input Tabulate页)（4）绘图a）选择包括X轴变量的列，然后选择从Plot菜单下选择X-Axis变量b）选择包括Y轴变量的列，然后选择从Plot菜单下选择Y-Axis变量c）（可选的）选择含有参数变量的列，然后从Plot菜单下选择参数变量d）从Plot菜单下选择Display Plot»要选择一列，用鼠标左键点击列标题（5）注意●只有被输入到流程中的参量才可以被改变或操作●可以改变多个输入●对于每一个被操作（改变的）变量的组合都运行一次模拟（6）灵敏度分析举例以第二章中苯和丙烯为原料合成异丙基苯为例，如下图：冷却器出口温度怎样影响产品物流纯度的？●被调节(被改变)变量是什么？冷凝器出口温度●被测量(采集)变量是什么？产品物流中异丙基苯纯度（摩尔分率）打开文件cumene.bkp，另存为cumene-s.bkp，如下图所示：在数据浏览窗口中，点击Model Analysis Tools/Sensitivity，如下图，点击N ew…创建一个新的灵敏度分析：点击New...按扭输入创建的灵敏度分析的ID，可以自己指定。
Aspen反应精馏的模拟和设计
注意选择Kinetic
输入正反应的方式
输入逆反应的方式
在动力学表单中为每一个化学反应输入发 生反应的相态、动力学参数以及浓度基准。 幂律型：反应动力学因子(Kinetic factor)即反应 速率常数 k’，它与温度的关系用修正的 Arrhenius方程表示：
E 1 1 T k ' k exp R T T0 T0
Reactive Distillation Simulation by Aspen Plus
Aspen Plus 反应精馏设计
华东理工大学
凌昊
中国化工学会培训中心 中国石油和化学工业协会培训中心
稳态模拟选择Steady-State即可，若选 择dynamic将来可以转成动态模拟.
输入系统所需的物质
同tray sizing holdup的设计
超过0.1524则压力需要自己给定
分相槽及冷凝器操作方法
Decanter之操作压 力及温度
因为水为第一液 相，所以酯为第 二液相
冷凝器操作状态
有效相
收敛方法设定
收敛设定的相对误差
全局收敛的设定
选择收敛的方法
每个设计规定和撕裂流都有一个相关联的收敛模块。 收敛模块确定撕裂流或设计规定的操作变量的推测值 在迭代过程中的更新方法。 Aspen Plus定义的收敛模块的名字以字符“$.”开头。
创建化学反应对象时，需赋予对象ID和 选择对象类型。对于小分子反应，常用的类 型有三种： 1、LHHW 型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson) 2、幂律型 (Power Law 反应级数) 3、反应精馏型 (Reac-Dist)
Aspen-plus模拟精馏塔说明书
Aspen plus模拟精馏塔说明书一、设计题目根据以下条件设计一座分离甲醇、水、正丙醇混合物的连续操作常压精馏塔：生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；产品组成：甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w；进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。
二、设计要求对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并利用AutoCAD绘制塔设备图，并写出设计说明。
(1).进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置N F；最佳侧线出料位置N P；(3).回流比R；(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；(5).塔内构件塔板或填料的设计。
三、分析及模拟流程1.物料衡算（手算）目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。
内容:(1)生产能力:一年按8000 hr计算，进料流量为100000/(8000*0.7)=17.86 t/hr。
(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；产品:甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w。
(3).温度及压降：进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。
2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的:对精馏塔进行简捷计算，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、理论板数和加料板位置。
3.灵敏度分析目的:研究回流比与塔径的关系（N T-R），确定合适的回流比与塔板数；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:作回流比与塔径的关系曲线（N T-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。
4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。
方法:用RadFrac模块进行精确计算，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定，检验计算数据是否收敛，计算出塔径等主要尺寸。
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？然后再进展下面的计算步骤。
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，希望借此对今后的构造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展。
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〕进展设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定适宜的回流比和塔板数。
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〕，确定适宜的回流比与塔板数。
2.研究加料板位置对产品的影响，确定适宜的加料板位置。
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，进展简捷计算。
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〕进展初步设计计算目的：得出构造初步设计数据。
方法：用 RadFrace 模块的Tray Sizing〔填料塔用PAking Sizing〕，利用第4步〔DSTWU〕得出的数据进展准确设计计算。
ASPEN第7讲 灵敏度分析
Flash2 — 应用示例（1）
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。
第七讲
灵敏度分析
分离单元的仿真设计
分离单元包含两大模块
塔设备模块 简单分离模块
简单分离单元模型
பைடு நூலகம்
简单分离模块包含五个模块
两相闪蒸器 三相闪蒸器
倾析器
组份分离器 两出口组份分离器
两出口组份分离器 两相闪蒸器 三相闪蒸器 倾析器 组份分离器
Flash2 两相闪蒸器
进行给定热力学条件下汽-液平 衡或汽-液-液平衡计算，输出一股 汽相和一股液相产物。用于模拟 闪蒸器、蒸发器、气液分离器等
如何使用ASPEN_-6软件模拟完成精馏的设计和控制(精)
第6章:使用稳态计算选择控制结构Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前,要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。
因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构,。
故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。
通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。
因此,在精馏塔的操作和控制中,“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量(如,回流流量和再沸器的输入热量,从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而,由于一些现实的原因,很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。
组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高,其可靠性对连续在线控制而言,有时略显不足。
如果使用色层法,还会在控制回路中引入死时间。
此外,不使用直接测量组分法,通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。
温度传感器廉价而又可靠,在控制回路上只有很小的测量滞后。
对恒压二元体系,温度与组成是一一对应相关的。
这在多组分体系中不适用,但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
在单端控制结构中,只需控制某块塔板的温度;选择剩下的“控制自由度”时应使产品质量可变性最小。
例如,确定一定的回流比RR或者固定回流与进料流量的比值R/F。
有时候,需要控制两个温度(双温控制系统。
我们将在本章中讨论这些被选方案。
如果选择使用塔板温度控制,那么问题便是选择最佳一块或数块塔板,该处的温度保持恒定。
在精馏文献中,这个问题已讨论了半个世纪以上,且提出了一些可选择的方法。
我们将一一审视这些方法,并举例说明其在各个系统中的有效性。
需要重点关注的是,所有这些方法都仅使用稳态信息,因此,如Aspen Plus之类的稳态过程模拟器可便捷地用于计算。
Aspen软件培训案例1
ASPEN PLUS软件培训案例常压系统流程模拟计算 (2)减压系统流程模拟计算 (6)催化分馏塔流程模拟计算 (10)催化吸收稳定系统流程模拟计算 (14)MDEA 脱硫流程模拟计算 (20)炼厂含硫污水汽提流程模拟计算 (27)MTBE装置流程模拟计算 (32)DMF萃取精馏流程模拟计算 (37)丁二烯脱水流程模拟计算 (40)甲乙酮脱水流程模拟计算 (43)VCM P LANT M ODEL (46)VCM Manufacture and Project Goals (48)Section 100 – Direct Chlorination (51)Section 200 – Oxychlorination (53)Section 300 – EDC Purification (61)Section 400 – EDC Pyrolysis (63)Section 500 – VCM Purification (67)Running AspenTech VCM Models (69)References (71)酸气碱洗流程模拟计算 (72)乙烯裂解气碱洗流程模拟计算 (74)水-异丁酸-丁酸间歇精馏流程模拟计算 (77)流程优化模拟计算 (79)冷凝器、再沸器计算及安装高度计算 (81)非库组份物性估计 (82)乙醇和乙酸乙酯气液平衡数据回归应用示例 (83)模拟模型的数据拟合 (85)应用示例 (85)常压系统流程模拟计算一、工艺流程简述常减压装置是我国最基本的原油加工的装置之一。
主要包括换热器系统、常压系统、减压系统。
常压系统是原油通过换热网络换热到一定温度后，再进到常压加热炉加热到要求的温度，常压加热炉要求的出口温度与原油的性质，拔出率有关，一般要求常压炉出口汽化率大于常压塔所有侧线产品一定的比例，这个比例叫过汽化率，一般为2～5%（wt）。
常压加热炉出口达到一定温度和汽化率的原油，进到常压塔的进料段，油汽往上走，常压塔侧线抽出，一至四个左右的侧线产品，为控制侧线产品的干点，抽出的侧线产品进到侧线产品汽提塔中汽提，冷却后出装置，常压塔进料产品与出料产品之间的焓差，叫剩余热，为回叫这部份热量，常压塔的各产品段有中段回流抽出，与冷原油换热后返回塔内。
ASPEN模拟优化操作条件提高系统精甲醇收率
．
工． 。
申友 军 ，李
宁 ，林 彦杰
（ 兖矿 国泰化 工有 限公司 ，山东 滕 州 ２ ７ ７ ５ ２ ７ ）
［ 摘
要甲醇纯度 为 ９ ９ ． ９ ９ ％ ，但
精 甲醇 收率 仅约 ９ ０ ％ ，而 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ模拟所得 精 甲醇收率在 ９ ６ ％左 右。将 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ模拟所 得数据 与实际操作 数
・ ３ ７－
据表 ２ 数据分析 ，甲醇精馏系统存在一个最
佳 中压蒸 汽单 耗数 据 ，可 使精 甲醇收 率最 高 。
２ ． １ ． ２ 调 整方 案
据表 ４数据分析 ，甲醇精馏系统存在一个最
佳 灵敏 板温 度 ，可使 杂醇 中甲醇含量 最低 、精 甲 醇 收率 最高 。
２ ． ２ ． ２ 调 整方 案 采集 一 组 ２ ０ １ ６年 ８月 下 旬 实 际 生 产 数 据 ，
采集 一组 甲醇 精 馏 系 统 ２ ０ １ ６年 ８月 下旬 实 际生产 数 据 ，采用 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ对系 统进 行模 拟 优化 ，
得到的中压蒸汽单耗及对应精 甲醇收率如表 ３所
示。
表 ３ Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ模 拟所 得中压蒸汽单耗及对应精 甲醇收率
在 中压 蒸 汽 单 耗 最 佳 的情 况 下 （ 相 应 的精 甲醇
兖 矿 国泰化 工 有 限公 司 ３ ０ ０ ｋ ｔ ／ ａ甲醇装 置 于
表 １ 精 甲醇收率数据
２ ０ ０ ５年投产 ，已稳定运行 １ ２ ａ ，甲醇合成 系统
产 出 的粗 甲醇 纯 度 在 ９ ４ ％ 以上 ，其 中 的杂 质 主 要 为水 、低 沸 物 以及 高级醇 ； 甲醇 精馏 系 统采 用 三 塔精 馏 工 艺 ，产 出 的 精 甲 醇 纯 度 为 ９ ９ ． ９ ９ ％， 但精 甲醇 收率 仅 约 ９ ０ ％ 。而 用 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ模 拟 三塔 精馏 系 统 ，计 算 所 得 精 甲 醇 收 率 在 ９ ６ ％ 左右 ， 这 与实 际情 况差 距 较大 。为改 变三 塔精 馏 系统 精 甲醇收 率较 低 的状 况 ，我 们 将 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ模 拟所 得 数 据与 控 制室 实 际的操 作数 据 进行 对 比，找到 了
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（3）设计实例
常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下[1]： 进料组份：水 63.2%、甲醇 38.6%（质量分率）； 处理量：水甲醇混合液 55t/h； 进料热状态：饱和液相进料； 进料压力：125 kPa； 操作压力：110 kPa； 单板压降：≤0.7 kPa； 塔顶馏出液：甲醇量大于 99.5 %（质量分率） 塔底釜液： 水量大于 99.5 %；（质量分率）. 回流比：自选； 全塔效率：ET=52% 热源：低压饱和水蒸汽；
Aspen plus 精馏模拟 灵敏度分析与优化 实例教程 (甲醇-水系统)
仇汝臣 青岛科技大学化工学院
13376489639 8978122@ QQ群：182452945
北京中技培咨询服务中心
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Aspen plus 精馏模拟灵敏度分析与优化实例教程
1. Aspen Plus 简介
快速访问按钮类似. ·Next 按钮（N->）：设计过程的任意时刻点击它，系统都会自动跳转到当前应当进行的工
作位置，这为我们输入数据提供了极大的方便.
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2 Aspen Plus 模拟精馏简介
（1）塔模型分类
做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算--- 塔的初步设计. 计算结果为理论板数、 进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷. 然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精 确计算的输入依据. 本文以甲醇-水混合物系分离为例，首先介绍初步设计方法，然后介绍复 杂塔模拟计算。为初学者提供帮助。
Dstwu 要求定义组分的份的回收率. 计算得到两种组分的回收率为： 轻关键组分的回收率为 0.9983 重关键组分的回收率为 0.0029 ·定义再沸器和冷凝器的压力（Pressure） ·定义冷凝器类型（Condenser specifications） 选择全冷器（Total Condenser）
·DSTWU 规定与估算内容
规定 轻重关键组分的回收率 理论级数 回流比
目的 最小回流比和最小理论级数 必需回流比 必需理论级数
其它结果 进料位置、冷凝器、再沸器 的热负荷
·DSTWU计算结果 浏览汇总结果、物料和能量平衡结果、回流比对级数曲线.
3.1 定义模拟流程
本节任务：
·创建精馏塔模型 ·绘制物流 ·模块和物流命名
图 3.1-5
3）模块和物流命名 选择中流股/模块（单击流股/模块），点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择 rename stream
或 rename block，在对话框中输入改后的名称，即可改变名称. 在这里我们将入料改为 FEED；塔顶出料改为 D；塔底出料改为 L；改变名称后的流程
图如图 3.1-6 所示.
2）绘制物流 单击流股单元下拉箭头，选择流股类型，在这里我们选择 material 类型. 选择后得到图
3.1-4 所示.
图 3.1-4
第 5 页共 37 页 在箭头提示下我们可以根据需要来绘制流股，其中红色箭头表示必须定义的流股，蓝色 箭头表示可选定义的流股，不同的模型根据设计任务绘制. 本例一股进料、塔顶和塔底两股 出料，如图 3.1-5.
进入 Aspen Plus 后，出现图 1 所示的 Aspen Plus 软件操作界面.
图1
操作界面构成 ·标题条：在该栏目中显示运行标识. 在你给出运行名字之前，Simulation1 是缺省的标识. ·拉式菜单：Aspen Plus 的功能菜单. 这些下拉式菜单与 Windows 的标准菜单类似. ·工艺流程窗口：在该窗口中可以建立及连接所要模拟的工艺流程. ·模式选择按钮：按下此按钮你可以关闭插入对象的插入模式，并返回到选择模式. ·模型库：在这里列出建立模型可用的任何单元操作的模型.. ·状态域：显示当前有关运行的状态信息. ·快速访问按钮：快速执行 Aspen Plus 相应的命令。这些快捷按钮与其它 Windows 程序的
图 3.4-1
单击 N-> 快捷键，进入图 3.4-2 所示界面.
图 3.4-2
第 10 页共 37 页
3.5 定义流股条件
单击 N-> 快捷键，进入流股参数输入页. 同时在 data browser 窗口左侧的目录树 streams 文件夹中，可看到我们在流程图中定义的三股物料（D、FEED、L），其中 FEED 流股为已知 流股，D、L 流股为待定流股. 故我们仅定义 FEED 流股的状态参数，这时我们可以看到左侧 FEED 文件夹处于激活状态.
Aspen Plus 塔模型分类如下表.
简捷蒸馏 严格蒸馏
模型 DSTWU、 Distl 、SCFrac RadFrac、 MultiFrac、 PetroFrac、 RateFrac
（2）精馏塔的模拟类型
精馏塔的模拟类型可以分为设计式和操作式模拟计算. 可以通过定义模型的回流比进行 设计型计算，又可以定义塔板数进行操作型计算. 本章我们进行设计计算，在下一章中进行 操作型计算.
我们通过这个实例学习 Aspen Plus 精馏模拟应用.
第 3 页共 37 页
3. 精馏塔的简捷计算
·设计任务 确定理论塔板数 确定合适的回流比
·DSTWU 精馏模型简介
本例选择 DSTWU 简捷精馏计算模型. 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精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度
系统自身有一套默认的设置。用户也可以根据要求来自己修改或定义包括单位及其他全 局设置，在这里我们使用系统默认的设置.
第 6 页共 37 页 ·定义用户与工程信息
“Setup/Specifications”页面的 Accounting 选择项卡页面（如图 3.2-2）必须填写. 这里可 以任意输入用户信息.
进行计算. 运行完成后点击该页上的
图标，进入运行结果显示页，如图 3.7-2.
图 3.7-1 图 3.7-2
第 13 页共 37 页 通过选择目录树中的不同文件夹，可以查看 Streams、Blocks 计算结果. 在 Blocks / Column 页，可看到塔的设计参数. 包括最小回流比、实际回流比、最小理论板数、 实际理论板、数冷凝器和再沸器的热负荷等. 如图 3.7-3 所示.
·定义每个组分流量或分率（Composition） Mass-frac（质量分率）：WATER: 0.632; CH3OH: 0.368.
输入数据后的窗口如图 3.5 所示.
3.6 定义单元模型
图 3.5
第 11 页共 37 页 单击 N-> 快捷键, 进入模块定义页. 在此流程中只有 column /Dstwu 一个模型. 在窗口左 侧的目录树结构中选择的 Blocks 文件夹，可看到我们在流程图中定义的 B1 模块.
图 3.7-3
3.8 灵敏度分析 3.8.1 回流比对塔盘数的影响分析
在实际问题中我们比较关心一个变量随另一个变量变化的趋势，既所谓的灵敏度分析，这 一方法可用来进行流程的优化. 下面我们结合前面的实例，来介绍在 Aspen plus 中如何进行 灵敏度分析.
将“Data Browser”窗口切换至 input 页，选择左侧目录树中的 Model Aalysis Tools/sensitivity， 进入如图 3.8-1 所示的窗口. 按下面步骤进行灵敏度分析. （1）建立新灵敏度分析任务
点击窗口中的 new 按钮，在弹出的对话框中（如图 3.8-3）输入该任务的名称，如输入 N-RCurve，建立一个新的灵敏度分析任务，确定后进入灵敏度分析任务窗口，如图 3.8-3.
.
第 14 页共 37 页
图 3.8-1 图 3.8-2 图 3.8-3
第 15 页共 37 页 这个界面中 ·Define：定义测量变量 ·Vary： 定义操作变量 ·Tabulater：描述需要的结果 （2）定义测量变量（Define） 点击（图 3.8-3） New 按钮，弹出变量输入对话框（如图 3.8-4）输入新变量名称 N， 确定后出现如图 3.8-5 所示窗口
图 3.1-6
至此，本节创建模拟流程任务完成，我们将在 N-> 快捷键引导下进入下一步操作.
3.2 模拟设置
单击 N-> 快捷键，进入初始化设置页面，如图 3.2-1. 用户可以对 Aspen Plus 做全局设置、 定义数据输入输出单位等. ·定义数据输入输出单位
Aspen plus 提供了英制、公斤米秒制、国际单位制三种单位制. 输入数据可以在输入时改 变单位，输出报告则按在此选择的单位制输出.
图 3.8-4
图 3.8-5
在该窗口中，定义变量 N 的属性，即具体含义. N 的属性需要定义下面内容： Type：变量类型：Block 或 stream 变量. 在中选择 Block Var，即 N 为模块变量； Block（或 stream）：确定变量归属. 在 Block 中选择 B1，表明 N 是 B1 模块的变量； Variable：变量的意义. 在中选择 Act-STAGES，表明 N 是 B1 模块的塔板数.
输入完成后界面如图 3.6.
图 3.6
至此，数据全部输入完毕.，可以进行模拟计算了.
第 12 页共 37 页
3.7 模拟计算与结果查看
点击工具栏中的蓝色 N-> 图标，即可进行计算，同时进入“Control Panel”页显示运行信息， 如图 3.7-1. 该图标的作用是执行下一步操作，若数据未输入完毕自动转到待输入数据的窗口； 若数据输入完毕，则进行计算. 上面操作也可点击 Run 菜单中的 run 命令来直接
由于我们进行的是设计型计算，要求计算理论塔板数等，因此，这里需要定义回流比. ·定义回流（Column specifications）
输入回流比的实际值； 定义回流比与最小回流比的比值. 输入负号后再入数值. 在这里我们取最小回流比的 2 倍， 故输入-2. ·定义轻重关键组分的回收率（Key component recoveries）