SimulationDesignofSeparationProcesses分離單元的仿真設計

(三)CAPD基礎

第九講SimulationDesignofCAPD基礎第九塔設備單元模型—分類DSTWUDistlRadFracExtract塔設備(Columns)單元共有9種模塊：MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac塔設備單元模型—分類DSTWU塔設備(Columns)單RadFrac——塔板設計

塔板設計(Traysizing)計算給定板間距下的塔徑。可將塔分成多個塔段分別設計合適的塔板。在Specification表單中輸入該塔段(Trayedsection)的起始塔板(Startingstage)和結束塔板(Endingstage)序號，塔板類型(Traytype)，塔板流型程數(Numberofpasses)，以及板間距(Trayspacing)等幾何結構(Geometry)參數。RadFrac——塔板設計塔板設計(TRadFrac—塔板設計（2）RadFrac—塔板設計（2）RadFrac—塔板設計（2）塔板類型提供了五種塔板供選用：

1、泡罩塔板（BubbleCap）

2、篩板（Sieve）

3、浮閥塔板（GlistchBallast）

4、彈性浮閥塔板（KochFlexitray）

5、條形浮閥塔板（NutterFloatValve)RadFrac—塔板設計（2）塔板類型提供了五種塔板供選RadFrac—塔板設計（3）RadFrac—塔板設計（3）RadFrac—塔板設計（4）

結果(Results)表單中給出計算得到的塔內徑(Columndiameter)、對應最大塔內徑的塔板序號(Stagewithmaximumdiameter)、降液管截面積/塔截面積(Downcomerarea/Columnarea)、側降液管流速(Sidedowncomervelocity)、側堰長(Sideweirlength)。RadFrac—塔板設計（4）結果(RRadFrac—塔板設計（5）RadFrac—塔板設計（5）RadFrac—塔板設計（6）

剖形(Profiles)表單中給出每一塊塔板對應的塔內徑(Diameter)、塔板總面積(Totalarea)、塔板有效區面積(Activearea)、側降液管截面積(Sidedowncomerarea)

。RadFrac—塔板設計（6）剖形(PRadFrac—塔板設計（7）RadFrac—塔板設計（7）RadFrac——塔板核算

塔板核算（Trayrating）計算給定結構參數的塔板的負荷情況，可供選用的塔板類型與“塔板設計”中相同。“塔板設計”與“塔板核算”配合使用，可以完成塔板選型和工藝參數設計。RadFrac——塔板核算塔板核算（TRadFrac—塔板核算（2）“塔板核算”的輸入參數除了從“塔板設計”帶來的之外，還應補充塔盤厚度(Deckthickness)和溢流堰高度(Weirheights)，多流型塔板應對每一種塔盤都輸入堰高。RadFrac—塔板核算（2）“塔板核RadFrac—塔板核算（3）RadFrac—塔板核算（3）RadFrac—塔板核算（4）在塔板布置(Layout)表單中輸入：浮閥的類型(Valvetype)、材質(Material)、厚度(Thickness)、有效區浮閥數目(Numberofvalvestoactivearea)

；篩孔直徑(Holediameter)和開孔率(Sieveholeareatoactiveareafraction)。RadFrac—塔板核算（4）在塔板布置(LayoutRadFrac—塔板核算（5）RadFrac—塔板核算（5）RadFrac—塔板核算（6）RadFrac—塔板核算（6）RadFrac—塔板核算（7）在降液管(Downcomer)表單中輸入：降液管底隙(Clearance)；頂部寬度(Widthattop)；底部寬度(Widthatbottom)；直段高度(Straightheight)

。RadFrac—塔板核算（7）在降液管(DowncomRadFrac—塔板核算（8）RadFrac—塔板核算（8）RadFrac—塔板核算（9）

塔板核算結果在結果(Results)表單中列出，有三個參數應重點關注：1、最大液泛因子(Maximumfloodingfactor)

，應該小于0.8；2、塔段壓降(Sectionpressuredrop)；3、最大降液管液位/板間距(Maximumbackup/Trayspacing)，應該在

0.25~0.5之間。RadFrac—塔板核算（9）塔板核算RadFrac—塔板核算（10）RadFrac—塔板核算（10）RadFrac—

應用示例(5)在示例（4）的基礎上進行塔板設計和塔板核算，分別選用浮閥塔板和彈性浮閥塔板計算后對比結果。RadFrac—應用示例(5)在示例（4）的基礎上進行RadFrac——填料設計

填料設計(Packsizing)計算選用某種填料時的塔內徑。在Specification表單中輸入填料類型(Type)、生產廠商(Vendor)、材料(Material)、板材厚度(Sheetthickness)、尺寸(Size)、等板高度(Heightequivalenttoatheoriticalplate)等參數。RadFrac——填料設計填料設計(PaRadFrac—填料設計（2）RadFrac—填料設計（2）RadFrac—填料設計（3）

填料類型共有53種填料供選用，以下是5種典型的散堆填料：1、拉西環（RASCHIG）2、鮑爾環（PALL）3、階梯環（CMR）4、矩鞍環（INTX）5、超級環（SUPERRING）RadFrac—填料設計（3）填料類型共RadFrac—填料設計（4）

填料類型共有53種填料供選用，以下是5種典型的規整填料：1、帶孔板波填料（MELLAPAK）2、帶孔網波填料（CY）3、帶縫板波填料（RALU-PAK）4、陶瓷板波填料（KERAPAK）5、格柵規整填料（FLEXIGRID）RadFrac—填料設計（4）填料類型共RadFrac—填料設計（5）RadFrac—填料設計（5）RadFrac—填料設計（6）

結果(Results)表單中給出計算塔內徑(Columndiameter)、最大負荷分率(Maximumfractionalcapacity)、最大負荷因子(Maximumcapacityfractor)、塔段壓降(Sectionpressuredrop)、比表面積(Surfacearea)

等參數。RadFrac—填料設計（6）結果(RadFrac——填料核算

填料核算（Packrating）計算給定結構參數的填料的負荷情況，可供選用的填料類型與“填料設計”中相同。“填料設計”與“填料核算”配合使用，可以完成填料選型和工藝參數設計。RadFrac——填料核算填料核算（PRadFrac—填料核算（2）RadFrac—填料核算（2）RadFrac—

應用示例(6)在示例（2）的基礎上進行填料設計和填料核算，分別選用MELLPAK和RALU-PAK計算后對比結果。RadFrac—應用示例(6)在示例（2）的基礎上進行RadFrac—吸收計算RadFrac模塊用于吸收計算時，

1）在Configuration表單中將冷凝器和再沸器類型選為“None”；

2）在Streams表單中將塔底氣體進料板位置設為塔板總數加1，并將加料規則(Convention)設為“Above-Stage”；RadFrac—吸收計算RadFrac模塊用于吸收計算RadFrac—吸收計算(2)RadFrac—吸收計算(2)RadFrac—吸收計算(3)RadFrac—吸收計算(3)RadFrac—吸收計算(4)在收斂（Convergence）項目中將1、基本(Basic)

表單里的算法(algorithm)設置為“Standard”，并將最大迭代次數(maximumiterations)設置為200;2、將高級(Advance)表單里的第一欄吸收器(Absorber)設置為“yes”。RadFrac—吸收計算(4)在收斂（ConvergeRadFrac—吸收計算(5)RadFrac—吸收計算(5)RadFrac—吸收計算(6)RadFrac—吸收計算(6)摩爾組成為CO2(

12%)、N2(

23%)和H2(

65%)的混合氣體（F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20C）用甲醇（F=2.5t/hr、P=2.9MPa、T=-40C）吸收脫除CO2。吸收塔有30塊理論板，在2.8MPa

下操作。求出塔氣體中的CO2濃度。RadFrac—吸收示例(1)摩爾組成為CO2(12%)、N2(23%)和H2(在吸收示例（1）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需的吸收劑（甲醇）用量。RadFrac—吸收示例(2)在吸收示例（1）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5在吸收示例（2）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需的吸收劑（甲醇）用量與理論板數的關系。RadFrac—吸收示例(3)在吸收示例（2）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5選用10塊理論板，求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需的吸收劑（甲醇）用量以及采用典型塔板和填料時的塔徑。RadFrac—吸收示例(4)選用10塊理論板，求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需RadFrac——脫吸計算脫吸是吸收的逆過程，脫吸計算與吸收計算的模型參數設置相同，只是物料初始組成不同。RadFrac——脫吸計算脫吸是吸收的逆過程，脫吸計算與將吸收示例（4）所得到的吸收富液減壓到0.15MPa進行閃蒸，低壓液體再進入脫吸塔在0.12MPa下用氮氣進行氣提脫吸，要求出塔貧液中的CO2濃度達到0.1%。求合理的理論板數、所需氮氣流量、采用不同塔板和填料時的脫吸塔尺寸、壓降和負荷情況。RadFrac—脫吸示例（1）將吸收示例（4）所得到的吸收富液減壓到0.15MPa進行閃Extract—連續萃取塔

Extract

模塊用逐級計算法精確計算連續逆流萃取過程的操作結果。Extract—連續萃取塔ExtractExtract—連續萃取塔（2）Extract—連續萃取塔（2）Extract——

連接

Extract模塊的連接圖如下：Extract——連接Extract模塊的連接圖如下：1、塔設定(Specs)表單

1)

塔板數(Numberofstages)

2)

熱狀態選項(Thermaloptions)(1)

絕熱(Adiabatic)(2)

指定溫度剖形(Specifytemperature…)

(3)指定熱負荷剖形(Specifyheatduty…)Extract—

模型參數Extract模塊有四組基本模型參數：1、塔設定(Specs)表單Extract—模型參數EExtract—

模型參數（2）Extract—模型參數（2）2、關鍵組分(Keycomponents)表單

(1)第一液相(1stliquidphase)

即比重較大的液相，從塔底出料。

(2)

第二液相(2ndliquidphase)

即比重較小的液相，從塔頂出料。Extract—

模型參數（3）2、關鍵組分(Keycomponents)表單ExtExtract—

模型參數（4）Extract—模型參數（4）Extract—

模型參數（5）3、物流(Streams)表單塔頂和塔底必須各有一股進料和出料物流。如果還有側線物流，則在此表單中設置側線進料物流的加料板位置和側線出料物流的出料板位置和流量。Extract—模型參數（5）3、物流(StreamExtract—

模型參數（6）Extract—模型參數（6）Extract—

模型參數（7）4、壓強(Pressure)表單設置塔內的壓強剖形。至少指定一塊板的壓強。未指定板的壓強通過內插或外推決定。Extract—模型參數（7）4、壓強(PressuExtract—

模型參數（8）Extract—模型參數（8）Extract——

級效率1、選項(Options)表單選擇使用通用級效率(Specifystageefficiencies)還是為每一個組分分別指定級效率(Specifyefficienciesforindividualcomponents)。Extract模塊采用級效率來處理兩液相組成未達到平衡的真實過程，缺省的級效率為1（平衡級）。Extract——級效率1、選項(Options)Extract——

級效率（2）Extract——級效率（2）Extract——

級效率（3）2、級(Stages)表單輸入每一塊板上的通用板效率。

3、組分(Components)表單輸入每一個組分在每一塊板上的組分板效率。Extract——級效率（3）2、級(StagesExtract——

級效率（4）Extract——級效率（4）Extract——

物性方法1、選項(Options)表單

首先選擇下列三類方法之一：1）用給定的物性方法（活度系數法或狀態方程法）；2）KLL溫度關聯式；3）用戶子程序。Extract模塊提供三類方法求取液—液平衡分配系數。

Extract——物性方法1、選項(OptionsExtract—

物性方法（2）Extract—物性方法（2）Extract—

物性方法（3）2、KLL關聯式

(KLLcorrelation)表單如果選擇KLL溫度關聯式方法，則在此輸入各關聯式中的系數。Extract—物性方法（3）2、KLL關聯式(KExtract—

物性方法（4）Extract—物性方法（4）

用甲基異丁基甲酮(CH3COC4H9)從含丙酮45%w的水溶液中萃取回收丙酮，處理量500kg/hr。采用逆流連續萃取塔，在0.12MPa下操作。求萃取塔理論板數和萃取劑用量對萃余相中丙酮濃度的影響。Extract—萃取示例(1)用甲基異丁基甲酮(CH3COC4H9)從含丙酮45%SimulationDesignofSeparationProcesses分離單元的仿真設計

(三)CAPD基礎

第九講SimulationDesignofCAPD基礎第九塔設備單元模型—分類DSTWUDistlRadFracExtract塔設備(Columns)單元共有9種模塊：MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac塔設備單元模型—分類DSTWU塔設備(Columns)單RadFrac——塔板設計

塔板設計(Traysizing)計算給定板間距下的塔徑。可將塔分成多個塔段分別設計合適的塔板。在Specification表單中輸入該塔段(Trayedsection)的起始塔板(Startingstage)和結束塔板(Endingstage)序號，塔板類型(Traytype)，塔板流型程數(Numberofpasses)，以及板間距(Trayspacing)等幾何結構(Geometry)參數。RadFrac——塔板設計塔板設計(TRadFrac—塔板設計（2）RadFrac—塔板設計（2）RadFrac—塔板設計（2）塔板類型提供了五種塔板供選用：

1、泡罩塔板（BubbleCap）

2、篩板（Sieve）

3、浮閥塔板（GlistchBallast）

4、彈性浮閥塔板（KochFlexitray）

5、條形浮閥塔板（NutterFloatValve)RadFrac—塔板設計（2）塔板類型提供了五種塔板供選RadFrac—塔板設計（3）RadFrac—塔板設計（3）RadFrac—塔板設計（4）

結果(Results)表單中給出計算得到的塔內徑(Columndiameter)、對應最大塔內徑的塔板序號(Stagewithmaximumdiameter)、降液管截面積/塔截面積(Downcomerarea/Columnarea)、側降液管流速(Sidedowncomervelocity)、側堰長(Sideweirlength)。RadFrac—塔板設計（4）結果(RRadFrac—塔板設計（5）RadFrac—塔板設計（5）RadFrac—塔板設計（6）

剖形(Profiles)表單中給出每一塊塔板對應的塔內徑(Diameter)、塔板總面積(Totalarea)、塔板有效區面積(Activearea)、側降液管截面積(Sidedowncomerarea)

。RadFrac—塔板設計（6）剖形(PRadFrac—塔板設計（7）RadFrac—塔板設計（7）RadFrac——塔板核算

塔板核算（Trayrating）計算給定結構參數的塔板的負荷情況，可供選用的塔板類型與“塔板設計”中相同。“塔板設計”與“塔板核算”配合使用，可以完成塔板選型和工藝參數設計。RadFrac——塔板核算塔板核算（TRadFrac—塔板核算（2）“塔板核算”的輸入參數除了從“塔板設計”帶來的之外，還應補充塔盤厚度(Deckthickness)和溢流堰高度(Weirheights)，多流型塔板應對每一種塔盤都輸入堰高。RadFrac—塔板核算（2）“塔板核RadFrac—塔板核算（3）RadFrac—塔板核算（3）RadFrac—塔板核算（4）在塔板布置(Layout)表單中輸入：浮閥的類型(Valvetype)、材質(Material)、厚度(Thickness)、有效區浮閥數目(Numberofvalvestoactivearea)

；篩孔直徑(Holediameter)和開孔率(Sieveholeareatoactiveareafraction)。RadFrac—塔板核算（4）在塔板布置(LayoutRadFrac—塔板核算（5）RadFrac—塔板核算（5）RadFrac—塔板核算（6）RadFrac—塔板核算（6）RadFrac—塔板核算（7）在降液管(Downcomer)表單中輸入：降液管底隙(Clearance)；頂部寬度(Widthattop)；底部寬度(Widthatbottom)；直段高度(Straightheight)

。RadFrac—塔板核算（7）在降液管(DowncomRadFrac—塔板核算（8）RadFrac—塔板核算（8）RadFrac—塔板核算（9）

塔板核算結果在結果(Results)表單中列出，有三個參數應重點關注：1、最大液泛因子(Maximumfloodingfactor)

，應該小于0.8；2、塔段壓降(Sectionpressuredrop)；3、最大降液管液位/板間距(Maximumbackup/Trayspacing)，應該在

0.25~0.5之間。RadFrac—塔板核算（9）塔板核算RadFrac—塔板核算（10）RadFrac—塔板核算（10）RadFrac—

應用示例(5)在示例（4）的基礎上進行塔板設計和塔板核算，分別選用浮閥塔板和彈性浮閥塔板計算后對比結果。RadFrac—應用示例(5)在示例（4）的基礎上進行RadFrac——填料設計

填料設計(Packsizing)計算選用某種填料時的塔內徑。在Specification表單中輸入填料類型(Type)、生產廠商(Vendor)、材料(Material)、板材厚度(Sheetthickness)、尺寸(Size)、等板高度(Heightequivalenttoatheoriticalplate)等參數。RadFrac——填料設計填料設計(PaRadFrac—填料設計（2）RadFrac—填料設計（2）RadFrac—填料設計（3）

填料類型共有53種填料供選用，以下是5種典型的散堆填料：1、拉西環（RASCHIG）2、鮑爾環（PALL）3、階梯環（CMR）4、矩鞍環（INTX）5、超級環（SUPERRING）RadFrac—填料設計（3）填料類型共RadFrac—填料設計（4）

填料類型共有53種填料供選用，以下是5種典型的規整填料：1、帶孔板波填料（MELLAPAK）2、帶孔網波填料（CY）3、帶縫板波填料（RALU-PAK）4、陶瓷板波填料（KERAPAK）5、格柵規整填料（FLEXIGRID）RadFrac—填料設計（4）填料類型共RadFrac—填料設計（5）RadFrac—填料設計（5）RadFrac—填料設計（6）

結果(Results)表單中給出計算塔內徑(Columndiameter)、最大負荷分率(Maximumfractionalcapacity)、最大負荷因子(Maximumcapacityfractor)、塔段壓降(Sectionpressuredrop)、比表面積(Surfacearea)

等參數。RadFrac—填料設計（6）結果(RadFrac——填料核算

填料核算（Packrating）計算給定結構參數的填料的負荷情況，可供選用的填料類型與“填料設計”中相同。“填料設計”與“填料核算”配合使用，可以完成填料選型和工藝參數設計。RadFrac——填料核算填料核算（PRadFrac—填料核算（2）RadFrac—填料核算（2）RadFrac—

應用示例(6)在示例（2）的基礎上進行填料設計和填料核算，分別選用MELLPAK和RALU-PAK計算后對比結果。RadFrac—應用示例(6)在示例（2）的基礎上進行RadFrac—吸收計算RadFrac模塊用于吸收計算時，

1）在Configuration表單中將冷凝器和再沸器類型選為“None”；

2）在Streams表單中將塔底氣體進料板位置設為塔板總數加1，并將加料規則(Convention)設為“Above-Stage”；RadFrac—吸收計算RadFrac模塊用于吸收計算RadFrac—吸收計算(2)RadFrac—吸收計算(2)RadFrac—吸收計算(3)RadFrac—吸收計算(3)RadFrac—吸收計算(4)在收斂（Convergence）項目中將1、基本(Basic)

表單里的算法(algorithm)設置為“Standard”，并將最大迭代次數(maximumiterations)設置為200;2、將高級(Advance)表單里的第一欄吸收器(Absorber)設置為“yes”。RadFrac—吸收計算(4)在收斂（ConvergeRadFrac—吸收計算(5)RadFrac—吸收計算(5)RadFrac—吸收計算(6)RadFrac—吸收計算(6)摩爾組成為CO2(

12%)、N2(

23%)和H2(

65%)的混合氣體（F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20C）用甲醇（F=2.5t/hr、P=2.9MPa、T=-40C）吸收脫除CO2。吸收塔有30塊理論板，在2.8MPa

下操作。求出塔氣體中的CO2濃度。RadFrac—吸收示例(1)摩爾組成為CO2(12%)、N2(23%)和H2(在吸收示例（1）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需的吸收劑（甲醇）用量。RadFrac—吸收示例(2)在吸收示例（1）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5在吸收示例（2）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需的吸收劑（甲醇）用量與理論板數的關系。RadFrac—吸收示例(3)在吸收示例（2）的基礎上求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5選用10塊理論板，求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需的吸收劑（甲醇）用量以及采用典型塔板和填料時的塔徑。RadFrac—吸收示例(4)選用10塊理論板，求使出塔氣體中的CO2濃度達到0.5%所需RadFrac——脫吸計算脫吸是吸收的逆過程，脫吸計算與吸收計算的模型參數設置相同，只是物料初始組成不同。RadFrac——脫吸計算脫吸是吸收的逆過程，脫吸計算與將吸收示例（4）所得到的吸收富液減壓到0.15MPa進行閃蒸，低壓液體再進入脫吸塔在0.12MPa下用氮氣進行氣提脫吸，要求出塔貧液中的CO2濃度達到0.1%。求合理的理論板數、所需氮氣流量、采用不同塔板和填料時的脫吸塔尺寸、壓降和負荷情況。RadFrac—脫吸示例（1）將吸收示例（4）所得到的吸收富液減壓到0.15MPa進行閃Extract—連續萃取塔

Extract

模塊用逐級計算法精確計算連續逆流萃取過程的操作結果。Extract—連續萃取塔ExtractExtract—連續萃取塔（2）Extract—連續萃取塔（2）Extract——

連接

Extract模塊的連接圖如下：Extract——連接Extract模塊的連接圖如下：1、塔設定(Specs)表單

1)

塔板數(Numberofstages)

2)

熱狀態選項(Thermaloptions)(1)

絕熱(Adiabatic)(2)

指定溫度剖形(Specifytemperature…)

(3)指定熱負荷剖形(Specifyheatduty…)Extract—

模型參數Extract模塊有四組基本模型參數：1、塔設定(Specs)表單Extract—模型參數EExtract—

模型參數（2）Extract—模型參數（2）2、關鍵組分(Keycomponents)表單

(1)第一液相(1stliquidphase)

即比重較大的液相，從塔底出料。

(2)

第二液相(2ndliquidphase)