4 简单精馏塔的计算

Use inlet T and P; calculate V/F and Heat Specify V/F and P; calculate T and Heat Specify T and P; calculate V/F and Heat Specify T and H; calculate V/F and P Specify V/F and T ; calculate P and Heat Specify P and H; calculate V/F and T Specify P, isentropic Specify T, isentropic Specify P, water dew pt T(H2O/HC) Specify T, water dew pt P(H2O/HC)
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例2 简捷法精馏设计计算
6 DSTWU结果查看
第42页
例2 简捷法精馏设计计算
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23.7 • 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
第15页
塔Columns模块 进行简捷蒸馏的模型有DSTWU, Distl和
SCFrac
进行严格的多级分离的模块有RadFrac,
MultiFrac, PetroFrac, RateFrac
用于液-液萃取塔的严格模型有Extract
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塔Columns模块---简捷蒸馏模块 DSTWU(简捷法精馏设计) Distl（简捷法精馏核算） SCFrac模块
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塔Columns模块---简捷蒸馏模块
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。
4 进料流股参数设置
第39页
例2 简捷法精馏设计计算
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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例2 简捷法精馏设计计算
5 DSTWU模型设置
BLOCKS/FSPIT Specifications/ Split fraction=0.5
第13页
复习---Flash习题5
结果如下
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塔Columns模块
塔设备是化工生产中应用最为广泛的操作设备 之一，通常在其中进行蒸馏（精馏）、吸收和 萃取单元操作。吸收和蒸馏实际都是气液相平 衡的单元操作，只是蒸馏过程的热量平衡相对 更为复杂。 对塔设备可分为三大类：简捷法计算的蒸馏塔 、严格法计算的蒸馏塔和液-液萃取塔三类。
Mixer 物流混 把多股物流混 混合三通，物流混 合器 合成一股物流 合操作，添加热流
股，添加功流股
FSplit 物流分 把物流分成多 物流分流器，排气
流器 个流股
阀
SSplit 子物流 把子物流分成 固体物流分流器， 分流器 多个流股 排气阀
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Mixers/Splitters 模块
分为Mixer(流股混合器）、FSplit（分流器）、 SSplit （子物流分离器）几个模块。
SSplit （子物流分离器）
其作用是混合物料流，并把结果物流分成两 股或多股物流（不包括热流和功流）。SSplit 出口物流中的子物流都与混合的入口中的子 物流具有相同的组成、温度和压力。
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复习---Flash习题5
流程图
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复习---Flash习题5
流程图也可表示如下
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Mixers/Splitters 模块
1 流程图绘制 • 在Columns/DSTWU中ICON1
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例1 简捷法精馏设计计算
1 流程图绘制
第27页
例1 简捷法精馏设计计算
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28页
例1 简捷法精馏设计计算
3 组分输入
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例1 简捷法精馏设计计算
4 进料流股参数设置
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例1 简捷法精馏设计计算
5 DSTWU模型设置
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例1 简捷法精馏设计计算
6 DSTWU结果查看
第32页
例1 简捷法精馏设计计算
6 DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.05 • 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为10.5 • 实际塔板数为17.5 • 进料板位置为第10块板 • 再沸器所需的热量为76551cal/sec • 冷凝器所需的冷量量为308.5cal/sec
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塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
采用Winn法估算最小级数，Underwood法估算 最小回流比，Gilliland法规定级数所必需的回 流比或规定回流比所必需的级数。 可确定最小回流比、最小级数或实际回流比、 实际级数。模型也估算最适宜的进料位置、冷 凝器和再沸器负荷。可生成回流比对于级数的 表和曲线。
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复习---Flash习题5
• 图示系统用于冷却反应器出料并将轻相自重的烃 类中气提分离。体系组分K值采用SRK模型方程 计算。计算离开闪蒸罐的气相摩尔组成及流率；
气相出料
反应器出料
苯
甲苯
急冷液相 pump
液相采出
分配比：1:1
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Mixers/Splitters 模块
模型 说明 目的
用途
闪蒸器, 蒸发器, 分离罐, 单级分 离罐
Flash3
三股出料闪 蒸
确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相的单级分 离罐
Decanter 液-液倾析器 确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相无汽相的 单级分离罐
Sep
组分分离器
把入口物Βιβλιοθήκη Baidu组分分离到 出口物流
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
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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塔Columns模块---简捷蒸馏模块 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。
Sep2
两股出料组 分分离器
把入口物流组分分离到 两个出口物流
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
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复习---单元操作模型 -- Separators
操作模式
0 - T,P flash 1 - V,P flash 2 - T,P flash 3 - H,T flash 4 - V,T flash 5 - H,P flash 6 - P,S flash 7 - T,S flash 8 - P, water flash 9 – T, water flash
1 流程图绘制
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例2 简捷法精馏设计计算
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：MET • Run Type： Flowsheet • 报告要求显示流股的摩尔分率。
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例2 简捷法精馏设计计算
3 组分输入
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例2 简捷法精馏设计计算
第3页
复习---单元操作模型 -- Separators
分离器(Separators)又分为 • Flash（闪蒸罐） • Decanter（液-液倾析器） • Sep（组分分离器）
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复习---单元操作模型 -- Separators
模型 说明
目的
用途
Flash2
两股出料闪 蒸
确定热和相态条件
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例2 简捷法精馏设计计算
例2 设计一精馏塔。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PENG-ROB。采 用DSTWU模块设计满 足上述分离要求的精馏 塔。
进料 组分
丙烷 异丁烷 正丁烷
异戊烷
正戊烷 正己烷
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塔Columns模块---简捷蒸馏模块
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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塔Columns模块---简捷蒸馏模块 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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塔Columns模块---简捷蒸馏模块
Distl（简捷法精馏核算）
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简捷法精馏设计计算---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。(进料流股温度为 305.4K，压强2500kPa)
Mixer(流股混合器）
使用Mixer可以将多个流股（物流、热流或功 流）汇合成一股。但是不能混合不同类型的 流股（物流、热流或功流）。
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Mixers/Splitters 模块
FSplit（分流器）
其作用是将相同类型的流股（物流、热流或 功流）混合并把混合后的流股分成两股或更 多形同类型的流股。所有出口流股具有与混 合后的流股相同的组成和条件。不能将一股 物流分成不同类型的流股。
进料流 率/
kmol/h 5 10 30
20
15 20
塔顶流率 要求/ kmol/h
不低于 29.7248 不高于 0.2247
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例2 简捷法精馏设计计算
1 流程图绘制 • 在Columns/DSTWU中ICON1
• 冷凝器为全凝器；连接流股时注意连接位置，
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例2 简捷法精馏设计计算
按照用途分为
混合器/分流器（mixer/splitter） 分离器(separators) 换热器(heat exchangers） 塔(columns) 反应器(reactor) 压力变换器(pressure changers) 控制器(Manipulators） 固体(solids) 用户模型(user models)及泄压（pres relief）
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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例1 简捷法精馏设计计算
中完成。
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塔Columns模块---简捷蒸馏模块 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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例1 简捷法精馏设计计算
• 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I-Pentane， 塔顶产品中轻、重关键组分的 回收率（recovery）分别为0.99 08和0.0112，并规定操作采用 回流比为最小回流比的1.8倍。 体系热力学性质计算采用“SR K”模型方程。
4 精馏塔的模拟计算
1
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Flash习题5
• 图示系统用于冷却反应器出料并将轻相气提自重 的烃类中分离出来。体系组分K值采用SRK模型 方程计算。
• 试计算离开闪蒸罐的气相摩尔组成及流率；
气相出料
反应器出料
苯
甲苯
急冷液相
pump
液相采出
分配比：1:1
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复习---ASPEN Plus单元操作模型