Aspen 模拟塔设计

aspen模拟塔设计一、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。

（参考）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。

记住：你是工艺设计者，没有aspen 你必须知道计算过程及方法，能将塔设计出来，这是你经过课程学习应该具有的能力，理论上讲也是进入毕业设计的前提。

只是设计过程中将复杂的计算过程交给aspen 完成，aspen 只替你计算，不能替你完成你的设计。

做不到这一点说明工艺设计部份还不合格，毕业答辩就可能要出问题，实际的这是开题时要做的事的一部份，开题答辩就是要考察这个方面的问题。

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。

内容：(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内容。

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。

主要结果：塔径。

6. 核算目的：确定工艺计算的最后结果。

方法：对第 5 步的计算结果（如：塔径等）按设计规范要求进行必要的圆整，用RateFrace 或RateFrace 模块的Tray Rating（填料塔用PAking Sizing），对塔进行设计核算。

结果：塔工艺设计的所有需要的结果。

如果仅是完成设计，至此，工艺计算全部完成。

工艺计算说明书内容要求1.给出aspen 每步输入参数（除给定的设计条件外）和选项的依据。

2.给出输入的结果画面。

注意：不要每一步的输入方法，且记你在写设计报告，而不是软件的使用教程。

3.给出运算结果（表格）注意：(1)不是生成的计算结果画面，而是生成的表格，最好是Excel 的，然后插入说明中时要对其进行必要的编辑，比如，分子式的角标的写法等。

(2)插入说明书中的单位必须是法定计量单位。

二、填料塔工艺设计填料塔吸收塔设计比板式塔复杂，具有一点挑战性，原因是由于填料塔设计本身的复杂性，设计软件无法依据给定的设计参数，按照某一个不变的设计路线作出最后的设计结果，需要设计者利用各模块的功能，自己设计一个计算路线，完成给定的设计任务。

因此，需要设计者有一定的独立思考和解决问题的能力。

下面的给出利用RatdFrace 做吸收塔设计的3种的计算路线，仅供设计参考，当然你可能有更好的设计方法。

填料吸收塔工艺计算步骤方案一：用RadFrace计算1.吸收剂用量的初步估算（手算）目的：为RateFrace 计算填料高度准备数据。

2.确定理论板数（手算）目的：为RadFrace 详细设计计算准备数据（RadFrace 模型需要理论平衡级数）。

3.用RateFrace 模块确定填料高度目的：为RadFrace 详细设计计算提供数据。

4.用RadFrace 模块详细设计计算5.核算该方案手算内容较多。

方案二：用RateFrace计算1.吸收剂用量的初步估算（手算）目的：为RateFrace 计算填料高度准备数据。

2. 初步计算填料高度估算一塔径，用RateFrace 模块的设计规定，初步计算填料高度。

3.确定塔径与填料高度用灵敏度分析，研究填料高度与塔径的关系，选择合适的塔径及对应的填料高度，4.核算对确定的塔径和填料高度的塔进行最后核算，得出最后结果。

rate给出的计算结果不够充分。

方案三：用RateFrace和RadFrace结合计算1.吸收剂用量的初步估算（手算）2. 确定平衡级数用RateFrace 模块的设计规定，计算填料高度H 和等板高度HEPT。

进而得到理论板数NT=H / HEPT。

3.用RadFrace 进行初步设计4.用RadFrace 进行最后核算1. 如用何用DSTUW 和RadFRac 进行精馏塔模拟计算经过简单的训练，初学都便能够用DSTUW 和RadFRac 进行塔模拟计算，似乎会用aspen做塔的设计和操作模拟了。

但计算思路是不是很清楚就不一定了。

如可用DSTUW 和RadFRac完成一个塔的设计，或对一个已知的塔进行模拟，需要有清晰的过程思路，这样才能用好模拟软件。

使用DSTUW 和RadFRac塔单元模块，首先我们应该知道模块能做什么？然后知道如何用它做我们想做的事？需要输入那些参数？在有aspen之前你首先回答不用aspen你能不能做塔设计？如果答案是肯定的，那就可以往下用aspen了，否则先进搞清楚精馏塔的设计原理与方法，再来研究如何用aspen做精馏模拟。

DSTUW能做什么？DSTUW是塔的简捷计算模块，它能够对进行设计计算和操作计算（也就是核算）。

如何用DSTUW进行设计和操作模拟？这两种功能通过选择输入回流比和理论板数来实现。

设计计算：输入参数：回流比（或最小回流比倍数）和其它设计必须的工艺参数，但不需要结构尺寸数据。

计算结果：实际回流比、实际塔板数、进料板位置、蒸出率（D/F）和传热面积及其它的工艺数据等。

为精确设计计算提供必要的设计参数。

操作模拟：输入参数：塔板数、进料板位置等必要的操作参数。

计算结果：为回流比、塔顶组成等。

当然很多输入参数是可以选择的，但一定要保证设计或操作必须的自由度数。

也就是条件必须足够，且不能有多余。

RadFRac能做什么？RadFRac能对板式塔、填料塔等进行严格模拟计算。

功能主要有基本设计计算、结构设计计算、操作（设计）核算三个方面。

（1）基本设计计算：不区别填料和板式塔等类型，当然不需要塔盘或填料的结构尺寸，也不能给出详细的结构尺寸。

但它和用DSTUW模拟不同，结果也会略有差别。

（2）结构设计计算：需要要给定塔盘等或填料的详细结构，计算必要的结构尺寸。

板式塔通过对TraySizing 设置实现，填料通过对PackingSizing设置实现。

这两种类型的塔可以在一个流程中进行不同的设置完成，十分方便。

（3）操作（设计）核算：对于设计计算，（2）只得到的结果可能需要做一些圆整（比如塔径要圆整到系列尺寸）。

圆整后其它参数也会发生改变，需要对已知结构参数的塔进行核算，得到最后的设计结果。

同样操作计算是对已存在的塔进行模拟。

综上内容，我们知道完成一个塔的设计计算，可以按下面步骤进行（1）简捷计算（DSTUW）（2）详细计算（RadFRac），将计算结果与DSTUW 对比，相差不是很大。

（3）结构计算（RadFRac TrayRsting 或RadFRac PackingRating）输入塔盘或填料必要的参数。

（4）核算（RadFRac Tray Sizing 或RadFRac Packing Sizing）上面计算圆整后做最后的计算。

2.如何用Aspen 的RateRac 做吸收塔设计计算填料吸收塔与精馏比具有一定的挑战性，因为它没有太固定的计算模式。

和RadFrace 一样，RateRac 允许进行设计模式和核算模式操作。

首先我们要知道如何用RateFrac 进行设计计算？RateRac用于吸收塔设计模式可以用Block Dsign Spes 规定设计参数（例如纯度或回收率）；用Packing Specification 定义填料结构。

做吸收塔设计想得到什么结果？每一个设计者都知道，吸收塔工艺设计计算是依据分离精度要求，即出塔气相和液相中的组分指标，得到填料高度、塔径、吸收剂用量等参数。

问题是：在RateRac吸收设计模式中，填料高度、吸收剂量是必须输入的参数。

那么我们就会问：设计还没开始，那来的填料高度、吸收剂量、塔径？对上面问题的回答是：（1）填料高度：想要RateFRac模块运行就必须给定足够的设计变量，其中填料高度是必给的参数之一。

如果只给定设计，则RateFRac就会按给定的填料高度进行计算。

但如果将填料高度做为设计规定的操作变量，RateFrace 会按设计规定搜索填料高度，计算结束后，用计算得到的填料高度值改写初值。

设计者如能提供较为接近实际值的初值，可以减少迭代计算次数。

（2）吸收剂量：至于吸收剂量，我们可以将它作为与设计规定相对应的可控制操作变量，给出它的调整范围，RateFrac 就会给出满足设计规定的吸收剂用量。

（3）塔径是必须输入的参数之一，但如果定义填料高度为设计规定的操作变量，输入的这个塔径成为了初值，运行中要对其进行改写，与填料高度匹配。

顺便说一句，aspen的RateFrace模块要求给出的塔板数不是理论板数，是计算将填料塔分成的份数，份数越多计算越精确。

进行吸收塔设计的步骤是什么？知道了上面的方法，我们如着手进行设计模拟呢？Aspen 用于吸收模拟有两个模块：核算模块（Packing Rating）、设计模块（Packing Sizing）。

如果对已有塔进行核算（操作）模拟，只用核算模块就够了。

如果做设计计算要两个模块同时交替使用。

下面给出的吸收塔设计计算的过程可供参考。

（1）初步估算吸收剂用量。

吸收是一个具有的化学反应的过程，我们须先依据反应用量，计算出吸收剂用量，确定一个大至的范围。

（2）Packing Sizing 模块进行设计计算，在这里除了要定义填料的类型与尺寸以外，还要定义填料段数、填料高度。

段数（Packing Segment）：将填料划为几段计算，它即不是平衡级数，也不是实际段数。

这个段数的多少并无实际意义，只影响计算精义。