第四章ASPENPLUS多组分平衡级分离过程计算(三)

Algorithm Standard Sum-Rates Nonideal Newton Standard Select Any
Initialization Standard Standard Standard Azeotropic Cryogenic Select Any
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RadFrac—配置 (收敛方法)
RadFrac 模型具有以下设定参数：
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）
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RadFrac —配置 （Configuration） 配置表单包含以下项目：
3、同时指定流量和出口条件 （Specify both flow and outlet condition ）
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RadFrac — 再沸器（热虹吸再沸器）
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RadFrac — 配置（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 ）
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。
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RadFrac—压强
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RadFrac —压强
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RadFrac — 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（有气相-液相溜出物）。 只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率 （Vapor Fraction）两个参数之一。
PetroFrac 石油炼制分馏
对石油炼制应用中的复杂塔 执行严格核算和设计计算
预闪蒸塔、常压原油单元、减压单 元、催化裂化主分馏器、延迟焦化 主分馏器、减压润滑油分馏器、乙 烯装置初馏塔和急冷塔组合
RateFrac
对各塔和多塔执行严格核算 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、反应系
基于流率的蒸馏 与设计。基于非平衡级计算， 统、热整合单元、石油应用例如原
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RadFrac—配置(再沸器)
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RadFrac — 再沸器（热虹吸再沸器） 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）
点击数据窗口中的对象生成该对象的曲线图向导 （plot Wizard）引导你执行生成图表的基本操作
在 Next>按钮上点击继续 点击 Finish 按钮按缺省设置生成图
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段间加热器和冷却器 中段倾循析环器 第 46 页
ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例 例1：书（P93）
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RadFrac—配置 (操作设定)
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RadFrac —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。
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RadFrac —流股
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第四章 多组分平衡级分离过程计算
（三）
第四章 多组分平衡级分离过程计算
4.1 多组分单级分离过程 4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）
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）
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RadFrac—配置 (有效相态)
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RadFrac—配置（收敛方法） 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）
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收敛（Convergence）
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RadFrac — 配置 （Configuration）
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RadFrac — 配置（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）
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RadFrac 适用的体系
两相蒸馏体系（Two-phase systems） 三相蒸馏体系（Three-phase systems） 窄沸程和宽沸程体系（Narrow and wide-boiling systems）
液相具有非理想性强的体系（Systems exhibiting strong liquid phase nonideality）
作性能。
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4.3 多组分多级分离塔的严格计算
4.3.1 平衡级的理论模型
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理论模型-简单回顾
MESH方程
组分物料衡算（M，N×c个方程） 相平衡关系（E，N×c个方程） 各相的摩尔分数加和式（S，2N个方程） 热量衡算（H，N个方程）
C组分N级的变量数
（3c+9）N+1
过冷液温度 (Subcooled temperature) /过冷度 (Degrees of subcooled)
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RadFrac — 冷凝器
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RadFrac — 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）
进料物流位置和规则：
ABOVE-STAGE:从进料物流来的气体进入进料板上一 层塔板，液体进入进料板位置；
ON-STAGE:来自进料的气体和液体都进入进料板位置。
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RadFrac—流股
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RadFrac —压强
在压强表单中设置以下参数：
1、塔顶/塔底（Top/Bottom） 指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。
RadFrac提供了一系列收敛技术，均包括收敛算法 （convergence algorithm）和初始化方法（initialization method）
Method Standard (default)：标准 Petroleum/Wide-boiling：石油
Strongly non-ideal liquid Azeotropic：共沸 Cryogenic：深度冷冻 Custom：用户自定义
规定变量数
（c+6）N+1
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ASPEN PLUS的严格蒸馏模型
模型
描述
目的
用于
RadFrac 严格分馏
执行各塔严格核算和设计计 普通蒸馏、吸收塔、汽提塔、萃取
算
和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏
MultiFrac
严格法多塔精馏
对一些复杂的多塔执行严格 核算和设计计算
热整合塔、空气分离塔、吸收/汽提 塔组合、乙烯装置初馏塔和急冷塔 组合、石油炼制应用
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ASPEN PLUS设计精馏塔的步骤
1、确定分离过程的关键组分； 2、采用DSTWU模型确定精馏塔的理论板数、
回流比和进料位置等基本参数； 3、采用RADFRAC模型进行严格核算； 4、进行设计规定的计算； 5、进行填料塔或板式塔的设计计算，确定塔
径和塔高等参数； 6、进行填料塔或板式塔的核算，确定塔的操
游离水相或其它第二液相（Free-water phase or other second liquid phase)
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RadFrac—连接 （Connectivity） RadFrac 模块的连接图如下：
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RadFrac 严格计算模块
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RadFrac—模型设定(核算模式)
RadFrac—配置 (操作设定)
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) 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)
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)
默认: Distillate rate and reflux ratio
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RadFrac — 配置（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)
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不需要效率和HETPs。
油和减压单元、吸收/汽提塔组合
Extract
严格液-液萃取
使用一个溶剂模拟一个液体 物流的逆流抽提
液-液抽提塔
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4.3.2 严格法精馏塔计算模型—RadFrac
一般精馏（Ordinary distillation） 吸收（Absorption） 再沸吸收（Reboiled absorption） 汽提（Stripping） 再沸汽提（Reboiled stripping） 萃取蒸馏（Extractive distillation） 共沸蒸馏（Azeotropic distillation） 反应蒸馏（Reactive distillation）
4、无冷凝器 (None)
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RadFrac—配置（冷凝器）
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RadFrac —配置（再沸器）
再沸器配置从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)
选用原则：塔底液相产品与返塔的气相成相 平衡，选Kettle，反之Thermosyphon； 如果 塔底产品与进入再沸器的液体条件完全一致， 选Thermosyphon。
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RadFrac — 冷凝器（2）
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RadFrac — 冷凝器
2、过冷态（Subcooling） 1）过冷选项（Subcooling option）
回流物和馏出物都过冷 (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）
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RadFrac — 结果简汇
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。
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RadFrac — 结果简汇
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RadFrac — 分布剖形
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。
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RadFrac — 分布剖形
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RadFrac — 分布剖形
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绘图向导（Plot ）
用绘图向导 (在 Plot 菜单上Plot Wizard) 能立即生成模拟结 果的曲线图，你能用绘图向导显示如下操作的结果: 所有分离模型RadFrac、 MultiFrac、PetroFrac和 RateFrac的数据分布 物性分析 数据回归分析