精馏分离的仿真设计

RadFrac — 设计规定
RadFrac 模型带有内部的设计规定功 能，通过设计规定(Design Specs)和变化 (Vary)两组对象进行设定。 主要目标：产品纯度下最优能耗。 可以设置多个设计规定对象和多个变 化对象，但要注意两者间的依赖关系和自 由度必须吻合，否则不能收敛。
新建Design specs 和 Vary 注意次序一一对应。
接近最小理论板数
接近最小回流比
绝合 对理 值的 较理 小论 的板 区数 域应 内在 选曲 择线 。斜 率
应用示例 (1)
含苯、甲苯、二甲苯和部分 碳 九 的 混 合 物 （ F=8155kg/hr 、 P=2MPa、T=50 C），组成 如作图所 示。用精馏塔（塔顶 0.15MPa ， 塔 底 0.2MPa ） 分 离，要求 99.9% 的苯 从 塔顶 排 出，99.98%的甲苯从塔底排出， 采用全凝器。求： Rmin，NTmin，R=1.2 Rmin 时 的R、NT和NF 。
(8) 冷凝器
冷凝器设定有两组参数：
1、冷凝器指标（Condenser Specification） 仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度 （Temperature）和蒸汽分率（Vapor Fraction）两个参数之一。
冷凝器设定有两组参数：
2、过冷态（Subcooling） 1）过冷选项（Subcooling option） 回流物和馏出物都过冷
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
(9) 再沸器
如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置：
1、指定再沸器流量 （Specify reboiler flow rate） 2、指定再沸器出口条件 （ Specify reboiler outlet condition） 3、同时指定流量和出口条件 （Specify both flow and outlet condition ）
(10) 结果查看
RadFrac 的计算结果从三部分查看： 1、结果简汇（Results summary） 2、分布剖形（Profiles） 3、流股结果（Stream results）
结果简汇给出塔顶（冷凝器）和塔底 （再沸器）的温度、热负荷、流量、回流 比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在 各出塔物流中的分配比率。
（11）分布剖形 Profile
分布剖形给出塔内 各塔板 上的 温 度、 压力、热负荷、相平衡参数，以及每一相态 的流量、组成和物 性。据此可确定最佳加料 板和侧线出料板位置。
应用示例 (4)
根 据 DSTWU 示 例 （ 2 ） 的 结 果 ， 选 取 R=25、NT=69、NF =40 ，用RadFrac 模块进行精 确计算。再根据浓度分布剖形结果选取最佳进 料板位置，重新进行校核计算。
连接
RadFrac 模块的连接图如下：
模型设定
RadFrac 模型具有以下设定表单：
1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压强（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、再沸器（Reboiler） 6、三相（3-Phase）
配置
配置表单包含以下项目：
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。
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 )
“ 生成回流比 —— 理论板数关系表”对选取 合理的理论板数很有参考价值。在实际回流比对 理论板数栏目中输入我们想分析的理论板数的最 小 值 (Initial number of stages) 、 最 大 值 (Final number of stages) 和 增 量 值 (Increment size for number of stages)。计算完成后的结果中会包括 回流比剖形(Reflux ratio profile), 据此可以绘制回 流比——理论板数曲线。
(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)
计算结果
计算给出以下模块信息：
冷凝器热负荷 再沸器热负荷 进料板温度 塔顶温度 塔底温度 进料 q 值 Condenser duty Reboiler duty Feed stage temperature Top stage temperature Bottom stage temperature Feed quality
8、馏出物/进料比（Distillate to Feed Ratio)
9、冷凝器热负荷（Condenser Duty)
10、再沸器热负荷（Reboiler Duty)
(6)
流股
在流股表单中设置以下参数：
1、进料流股（Feed Streams） 指定每一股进料的加料板位置。 2、产品流股（Product Streams） 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。
(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。
１ 过冷液体 q>1；２ 饱和液体 q=1 ；３ 气液混合物 q<1 ； ４ 饱和蒸气=0；５ 过热蒸气<0。
RadFrac
严格精馏模块
RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量 平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给 定塔设备的操作结果。 RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸 收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备 参数。
(2) 再沸器
三个选项中选择一种：
1、釜式再沸器（Kettle）
2、热虹吸式再沸器（Thermosyphon）
3、无再沸器 (None)
热虹吸式再沸器（Thermosyphon）
(3) 有效相态
有效相态从四个选项中选择一种： 1、汽-液（Vapor-Liquid） 2、汽-液-液（Vapor-Liquid -Liquid ） 3、汽-液- 冷凝器游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor） 4、汽-液- 任意塔板游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）
塔设备单元模型 — 分类
塔设备(Columns)单元共有9种模块：
1. 2. 3. 4. DSTWU Distl RadFrac Extract
5. 6. 7. 8. 9.
MultiFrac SCFrac PetroFrac RateFrac BatchFrac
DSTWU
简捷精馏（设计）
DSTWU 模块用Winn-UnderwoodGilliland简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 流比下的理论板数和加料板位置。
设计规定对象通过以下三张表单 设置规定指标 1、规定 (Specification)
2、组分 (Components)
3、进料/产物流股 (Feed/Product Streams)
在规定表单中输入以下指标
1、类型 (Type) 有36种变量类型共选用 2、目标 (Target) 设定规定变量的目标值 3、流股类型 (Stream type) 产物(Product)/内部(Internal)/倾析 器(Decanter)
应用示例 (2)
含乙苯 30%w、苯乙烯 70%w的混合物 （ F=1000kg/hr、 P=0.12MPa 、 T=30 C） 用 精 馏 塔 （ 塔 压 0.02MPa ） 分 离 ， 要 求 99.8% 的 乙 苯 从 塔顶 排 出， 99.9% 的苯 乙烯 从塔底排出，采用全凝器。求： Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 时的R、NT和NF 。
(5) 操作设定
操作设定从十个选项中选择：
1、回流比（Reflux Ratio）
2、回流速率（Reflux Rate）
3、馏出物速率（Distillate Rate)
4、塔底物速率（Bottoms Rate) 5、上升蒸汽速率（Boilup Rate)
操作设定从十个选项中选择：
6、上升蒸汽比（Boilup Ratio) 7、上升蒸汽/进料比（Boilup to Feed Ratio)
馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分
（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
DSTWU模型有四组模型设定参数：
3、压力 ( Pressure)
（1） 冷凝器 ( Condenser)
（2） 再沸器 ( Reboiler)
1 bar = 0.986923267 标准大气压
模型参数
在Specification表单中设定以下参数：
理论板数 Number of stages 加料板位置 Feed stage 回流比 Reflux ratio 馏出物/进料摩尔比 Distillate to feed mole 冷凝器类型 Condenser type 冷凝器压强 Condenser pressure 再沸器压强 Reboiler pressure
DSTWU模型有四组模型设定参数：
4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) （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)
1、塔板数（Number of Stages） 2、冷凝器（Condenser） 3、再沸器（Reboiler） 4、有效相态（Valid Phase） 5、收敛方法 （Convergence) 6、操作设定 （Operation Specifications)
Baidu Nhomakorabea
(1) 冷凝器
冷凝器配置从四个选项中选择一种： 1、全凝器（Total） 2、部分冷凝-汽相馏出物 （Partial-Vapor） 3、部分冷凝-汽相和液相馏出物 （Partial-Vapor-Liquid） 4、无冷凝器 (None)
(4) 收敛方法
体系收敛方法从六个选项中选择一种： 1、标准方法（Standard） 2、石油/宽沸程（Petroleum/Wide-Boiling） 3、强非理想液相（Strongly Non-ideal Liquid） 4、共沸体系（Azeotropic） 5、深度冷冻体系（Cryogenic） 6、用户定义（Custom）