Aspen plus模拟甲醇、水精馏塔设计详细 说明书

Aspen plus模拟甲醇、水精馏塔设计

说明书

一、设计题目

根据以下条件设计一座分离甲醇、水混合物的连续操作常压精馏塔：

生产能力：24500吨精甲醇/年；原料组成：甲醇50%w，水50%w；产品组成：塔顶甲醇质量分率≥94%w；塔底甲醇质量分率 1 %w；进料温度：350.5K；塔顶压力常压；进料状态饱和液体。

二、设计要求

对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并绘制塔设备图，并写出设计说明。

(1).进料、塔顶产物、塔底产物；

(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置N F；

(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300天计算，进料流量为

24500/（300*24）=3.40278 t/hr。

(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：

原料组成：甲醇50%w，水50%w；

产品:塔顶甲醇≥94%w；塔底甲醇《1% w。

(3).温度及压降：

进料温度：77.35摄氏度=350.5K；

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:研究回流比与理论板数的关系（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:作回流比与理论塔板数的关系曲线（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。

5. 塔板设计

目的：通过塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。

方法：在Specification表单中输入该塔段(Trayed section)的起始塔板(Starting stage)和结束塔板(Ending stage)、塔板类型(Tray type)、塔板流型程数(Number of passes)、以及板间距(Tray spacing)等几何结构参数。

6.塔板核算

目的:计算塔板的热负荷。

方法：对第5步的计算结果（塔径）按设计规范要求进行必要的圆整，用 RadFrac模块的Tray Rating，对塔进行设计核算。

7.设计结果汇总

塔板数总塔板数N

最佳加料板位置N F

13 10

塔板间距/m 0.45

一.用简捷模块（DSTWU）进行初步模拟

1.连接流股

图1-1

2. 设定全局特性

图1-2 3. 输入化学组分信息

图1-3 4. 选择计算方法和模型

图1-4 5. 输入外部流股信息

图1-5 6. 输入单元模块参数

图1-6 7. 运行程序

图1-7 8.查看结果

图1-8

a.流股信息

图1-9

b.最小回流比：0.8345 ；实际回流比：1.252 ；最小理论板数：7 ；理论板数：13；加料板位置：10。（如图1-10）

图1-10

图1-11 二、灵敏度分析

图2-1

绘N T-R图

图2-2

三、用详细计算模块（RadFrac）进行计

算

1.将DSTWU模型换成RadFrac模型

图3-1 2.设定配置

图3-2 3.设定流股

图3-3 4.设定压强

图3-4 5.运行程序

图3-5

6.查看结果

图3-6

7.反复计算，直到进料板的甲醇含量接近0.5

第10块板的进料接近0.5，将进料板位置设为10，重新计算。

图3-7

图3-8

第10快板的甲醇含量为0.5，满足设计要求，计算完毕。

12. 设定设计规定(Design Specs)和变化(Vary)

图3-9 图3-10

图3-11

图3-12 13.运行程序：

图3-13

进料、塔顶产物、塔底产物

图3-14

甲醇水两种组分随理论塔板数的变化

图3-15 温度与理论塔板数的关系曲线

图3-16

甲醇在精馏过程中的分离因子变化

图3-17

图3-18 冷凝器参数

图3-19 再沸器参数

图3-20

回流比与进料位置的灵敏度分析

图3-21

四、塔板设计

塔板类型选为筛板塔；板间距(Tray spacing)选为0.45 m。

图4-1

图4-2

图4-3

塔内径：0.86 m，圆整为0.9 m；降液管截面积：0.09999 ；侧降液管流速：0.015m/s ；侧堰长：626.8mm。

图4-4 五、塔板核算

图5-1

图5-2

图5-3

最大液泛因子：0.74，小于0.8；最大降液管液位/板间距：0.295，在0.25--0.5之间，塔径核算成功。