化工设计 第四章 设备工艺设计 2015 (二)( ASPEN Plus 设计精馏塔)讲解
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化工设计 15
2 Distl——连接
Heat (Optional)
Feed
Heat (Optional)
Heat (Optional)
1
Distillate
2
Water (Optional)
N-1 N
Bottoms Heat (Optional)
化工设计 16
应用示例 (2)
简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器（全凝） 压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，实际回流比为5.11， 理论板数为65（包括全凝器和再沸器），进料位置为25， 塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）为0.5853，用PENG-ROB物性方法。
(2) 计算等板高度 ( Calculate HETP )
化工设计 11
1 DSΒιβλιοθήκη BaiduWU——简捷精馏（计算选项2）
“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) 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。
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
化工设计 26
应用示例 (3)
在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格 校核和设计计算。进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器 压力、产品纯度要求与例7.1相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用 釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。求:
（1）根据例7.1的设计结果，利用RadFrac模块计算塔顶及 塔底产品的质量纯度；
化工设计 37
3 RadFrac——压强（1）
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。
化工设计 28
3 RadFrac——配置（2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)
化工设计 29
3 RadFrac——配置（3再沸器） 再沸器配置从三个选项中选择一种：
5. MultiFrac 6. SCFrac 7. PetroFrac 8. RateFrac 9. BatchFrac
化工设计 2
1 DSTWU——简捷精馏（功能）
用Winn-Underwood-Gilliland 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：
功能：
（Winn，Fenske） Nmin
（Underwood）
Rmin
（Gilliland）
R+N（操作）
化工设计 3
1 DSTWU——简捷精馏（连接）
Heat (Optional)
Feed
Heat (Optional)
Heat (Optional)
1
Distillate
2
Water (Optional)
N-1 N
Bottoms Heat (Optional)
流出物/进料的比值
等板高度
化工设计 9
1 DSTWU——简捷精馏（结果2）
求: Rmin、R、NT、N、NF以及FD / FF、NT--R。
化工设计 10
1 DSTWU——简捷精馏（计算选项1）
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 )
回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙 苯含量不低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低 于99.7%（w），用PENG-ROB物性方法。
求:求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底 产品的质量纯度。
化工设计 17
2 Distl——模型参数（1）
在Specification表单中设定以下参数：
化工设计 7
1 DSTWU——简捷精馏（参数2）
化工设计 8
1 DSTWU——简捷精馏（结果1）
DS求:TRWmin、UR模、N块Tm的in、模N、拟NF结以及果FD / FF、NT--R。
最小回流比
实际回流比
最小理论板数
实际理论板数
进料位置
进料位置以上实际塔板数
冷凝器负荷
再沸器负荷
流出物温度
塔釜温度
化工设计 38
3 RadFrac——压强（2）
冷凝器压力 PN2塔顶压力 全塔压降= 塔底-塔顶
化工设计 39
3 RadFrac——冷凝器（1）
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。
化工设计 32
3 RadFrac——配置（5操作设定1）
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)
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。
化工设计 23
3 RadFrac——精密分离模块（2）
化工设计 24
3 RadFrac——连接 RadFrac 模块的连接图如下：
化工设计 25
3 RadFrac——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）
化工设计 4
应用示例 (1)
例1
简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为6kPa，再 沸器压力为14kPa，进料量为12500kg/hr，温度45℃，压力 101.325kPa，质量组成为乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油 0.0007（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器，回 流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不低于 99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用 PENG-ROB物性方法。
化工设计 31
3 RadFrac——配置（4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）
化工设计 33
3 RadFrac——配置（5操作设定2）
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)
Xi’an University of Science & Technology
第四章 设备工艺设计 （二） ASPEN Plus 设计精馏塔
汪广恒
化学与化工学院
二〇一五年四月
化工设计 1
一、 Aspen 塔设备单元模型 — 分类
Aspen 塔设备(Columns)单元共有9种模块：
1. DSTWU 2. Distl 3. RadFrac 4. Extract
求: Rmin、NTmin、R、N、NF以及FD / FF(塔顶产品与进料摩尔流率 比），NT--R (生成回流比随理论板数变化表并作图）。
化工设计 5
基本参数输入
化工设计 6
1 DSTWU——简捷精馏（参数1）
DSTWU模型有四组模型设定参数： 1.1 塔设定（Column specifications） 1.2 关键组分回收率（Key component recoveries） 1.3 压力（Pressure ） 1.4 冷凝器设定（Condenser specifications）
化工设计 12
1 DSTWU——简捷精馏（计算选项3）
化工设计 13
1 DSTWU——简捷精馏（结果4）
求: NT -- R。
合理的理论板数应在曲线斜 率绝对值较小的区域内选择。
化工设计 14
2 Distl——精馏简捷校核计算（操作） Distl 模块用 Edmister 方法计算给
定精馏塔的操作结果。
（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以 及冷凝器和再沸器的热负荷；
（3）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、 塔内液相质量组成分布曲线；
（4）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板 数变化对再沸器热负荷的影响；
化工设计 27
3 RadFrac——配置（1）
配置表单包含以下项目： 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)
化工设计 40
3 RadFrac——冷凝器（2）
化工设计 41
3 RadFrac——再沸器（1）
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）
化工设计 34
3 RadFrac——配置（6）
化工设计 35
3 RadFrac——流股（1）
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。
化工设计 36
3 RadFrac——流股（2）
1、釜式再沸器（Kettle） 2、热虹吸式再沸器（Thermosyphon） 3、无再沸器 (None)
化工设计 30
3 RadFrac——配置（4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）
3、同时指定流量和出口条件
塔底温度
Bottom stage temperature
进料 q 值
Feed quality
化工设计 20
2 Distl——计算结果（2）
化工设计 21
2 Distl——计算结果（3）
化工设计 22
3 RadFrac——精密分离模块（1）
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。
化工设计 18
2 Distl——模型参数（2）
化工设计 19
2 Distl——计算结果（1）
计算给出以下模块信息：
冷凝器热负荷 Condenser duty
再沸器热负荷 Reboiler duty
进料板温度 Feed stage temperature
塔顶温度
Top stage temperature
2 Distl——连接
Heat (Optional)
Feed
Heat (Optional)
Heat (Optional)
1
Distillate
2
Water (Optional)
N-1 N
Bottoms Heat (Optional)
化工设计 16
应用示例 (2)
简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器（全凝） 压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，实际回流比为5.11， 理论板数为65（包括全凝器和再沸器），进料位置为25， 塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）为0.5853，用PENG-ROB物性方法。
(2) 计算等板高度 ( Calculate HETP )
化工设计 11
1 DSΒιβλιοθήκη BaiduWU——简捷精馏（计算选项2）
“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) 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。
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
化工设计 26
应用示例 (3)
在例7.1简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格 校核和设计计算。进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器 压力、产品纯度要求与例7.1相同，塔顶压力6.7kPa，再沸器采用 釜式再沸器，物性方法采用PENG-ROB。求:
（1）根据例7.1的设计结果，利用RadFrac模块计算塔顶及 塔底产品的质量纯度；
化工设计 37
3 RadFrac——压强（1）
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。
化工设计 28
3 RadFrac——配置（2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)
化工设计 29
3 RadFrac——配置（3再沸器） 再沸器配置从三个选项中选择一种：
5. MultiFrac 6. SCFrac 7. PetroFrac 8. RateFrac 9. BatchFrac
化工设计 2
1 DSTWU——简捷精馏（功能）
用Winn-Underwood-Gilliland 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：
功能：
（Winn，Fenske） Nmin
（Underwood）
Rmin
（Gilliland）
R+N（操作）
化工设计 3
1 DSTWU——简捷精馏（连接）
Heat (Optional)
Feed
Heat (Optional)
Heat (Optional)
1
Distillate
2
Water (Optional)
N-1 N
Bottoms Heat (Optional)
流出物/进料的比值
等板高度
化工设计 9
1 DSTWU——简捷精馏（结果2）
求: Rmin、R、NT、N、NF以及FD / FF、NT--R。
化工设计 10
1 DSTWU——简捷精馏（计算选项1）
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 )
回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙 苯含量不低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低 于99.7%（w），用PENG-ROB物性方法。
求:求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底 产品的质量纯度。
化工设计 17
2 Distl——模型参数（1）
在Specification表单中设定以下参数：
化工设计 7
1 DSTWU——简捷精馏（参数2）
化工设计 8
1 DSTWU——简捷精馏（结果1）
DS求:TRWmin、UR模、N块Tm的in、模N、拟NF结以及果FD / FF、NT--R。
最小回流比
实际回流比
最小理论板数
实际理论板数
进料位置
进料位置以上实际塔板数
冷凝器负荷
再沸器负荷
流出物温度
塔釜温度
化工设计 38
3 RadFrac——压强（2）
冷凝器压力 PN2塔顶压力 全塔压降= 塔底-塔顶
化工设计 39
3 RadFrac——冷凝器（1）
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。
化工设计 32
3 RadFrac——配置（5操作设定1）
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)
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。
化工设计 23
3 RadFrac——精密分离模块（2）
化工设计 24
3 RadFrac——连接 RadFrac 模块的连接图如下：
化工设计 25
3 RadFrac——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）
化工设计 4
应用示例 (1)
例1
简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。冷凝器压力为6kPa，再 沸器压力为14kPa，进料量为12500kg/hr，温度45℃，压力 101.325kPa，质量组成为乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油 0.0007（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器，回 流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不低于 99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用 PENG-ROB物性方法。
化工设计 31
3 RadFrac——配置（4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）
化工设计 33
3 RadFrac——配置（5操作设定2）
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)
Xi’an University of Science & Technology
第四章 设备工艺设计 （二） ASPEN Plus 设计精馏塔
汪广恒
化学与化工学院
二〇一五年四月
化工设计 1
一、 Aspen 塔设备单元模型 — 分类
Aspen 塔设备(Columns)单元共有9种模块：
1. DSTWU 2. Distl 3. RadFrac 4. Extract
求: Rmin、NTmin、R、N、NF以及FD / FF(塔顶产品与进料摩尔流率 比），NT--R (生成回流比随理论板数变化表并作图）。
化工设计 5
基本参数输入
化工设计 6
1 DSTWU——简捷精馏（参数1）
DSTWU模型有四组模型设定参数： 1.1 塔设定（Column specifications） 1.2 关键组分回收率（Key component recoveries） 1.3 压力（Pressure ） 1.4 冷凝器设定（Condenser specifications）
化工设计 12
1 DSTWU——简捷精馏（计算选项3）
化工设计 13
1 DSTWU——简捷精馏（结果4）
求: NT -- R。
合理的理论板数应在曲线斜 率绝对值较小的区域内选择。
化工设计 14
2 Distl——精馏简捷校核计算（操作） Distl 模块用 Edmister 方法计算给
定精馏塔的操作结果。
（2）求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以 及冷凝器和再沸器的热负荷；
（3）在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线、 塔内液相质量组成分布曲线；
（4）在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板 数变化对再沸器热负荷的影响；
化工设计 27
3 RadFrac——配置（1）
配置表单包含以下项目： 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)
化工设计 40
3 RadFrac——冷凝器（2）
化工设计 41
3 RadFrac——再沸器（1）
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）
化工设计 34
3 RadFrac——配置（6）
化工设计 35
3 RadFrac——流股（1）
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。
化工设计 36
3 RadFrac——流股（2）
1、釜式再沸器（Kettle） 2、热虹吸式再沸器（Thermosyphon） 3、无再沸器 (None)
化工设计 30
3 RadFrac——配置（4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）
3、同时指定流量和出口条件
塔底温度
Bottom stage temperature
进料 q 值
Feed quality
化工设计 20
2 Distl——计算结果（2）
化工设计 21
2 Distl——计算结果（3）
化工设计 22
3 RadFrac——精密分离模块（1）
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。
化工设计 18
2 Distl——模型参数（2）
化工设计 19
2 Distl——计算结果（1）
计算给出以下模块信息：
冷凝器热负荷 Condenser duty
再沸器热负荷 Reboiler duty
进料板温度 Feed stage temperature
塔顶温度
Top stage temperature