5精餾過程模擬5.1單元操作模型--塔-簡捷塔5.1單元操作模型--塔-嚴格塔*Requiresseparatelicense5.2RadFrac---嚴格多級分離模塊可對下述過程做兩相或三相模擬:普通蒸餾吸收,再沸吸收汽提,再沸汽提恒沸蒸餾反應蒸餾5.2RadFrac---嚴格多級分離模塊結構選項:任何數量的進料任何數量的側線采出總液體采出和循環回流任何數量的換熱器任何數量的傾析器5.2RadFrac---拓撲結構氣體蒸餾物(DV)1頂級或冷凝器熱負荷熱(可選)(Q1)液體蒸餾物(DL)水(DW)(可選)D=DL+DVDV:D=DV/D物料回流RR=L1/DRW=LW/DW（任何數量)L1+LW產品(任何數量)熱循環回流傾析器熱產品熱返回(任何數量)上升蒸汽(VN)N級底級或再沸器熱負荷熱(可選)(QN)塔底(B)BR=VN/B5.3RadFrac---結構設置規定:理論板數冷卻器和再沸器結構有效相態收斂兩個操作規定5.4RadFrac---流股設置規定:進料板位置進料物流規則(見幫助) ABOVE-STAGE:

從進料物流來的氣體進入進料板上一層塔板,液體進入進料板位置

ON-STAGE:

來自進料的氣體和液體都進入進料板位置5.5RadFrac---壓力設置規定下列項之一:塔壓力分布塔頂/塔底壓力塔段壓降【例5.1】采用Radfrac模塊，對于丙烷、異丁烷的分離過程進行模擬。進料中丙烷的摩爾含量為40%。分離要求塔頂流出物中異丁烷的含量為2%，塔底產品中丙烷的含量為1%。流程圖如下圖所示。進料溫度為322K,精餾塔操作壓力為14atm，塔板數32，第16塊板處進料。回流比為2。冷凝器為全凝器。泵的壓力提升為6atm,閥的壓力降為3atm。熱力學方法為chao-sea.例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬流程圖例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬1）新建模擬文件2）建立模擬流程圖（分別選擇RADFRAC、Valve、Pump模塊）重命名各流股和單元操作泵和控制閥的命名以易于與精餾塔C1關聯為宗旨例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬選擇液相餾出物3）設定全局特性工程概述、工程單位、報告輸出形式等例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬4）指定化學組分并重命名例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬5）選擇物性計算模型例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬6）輸入流股信息例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬7）輸入設備參數-C1-Configuration例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬7）輸入設備參數-C1-Streams例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬7）輸入設備參數-C1-Pressure例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬7）輸入設備參數-P11&P12例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬8）運行模擬計算例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬9）查看計算結果分離要求：xD,IC4≤2mol%

xB,C3≤1mol%可通過增加回流比或增加塔的理論板數提高分離效果例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬10）增大回流比為3分離要求：xD,IC4≤2mol%

xB,C3≤1mol%例5.1丙烷、異丁烷的分離過程模擬例5.2甲醇水分離COLUMNFEEDOVHDBTMS用NRTL-RK物性方法部分A:用如下數據完成甲醇塔核算:塔進料: 63.2wt%水 36.8wt%甲醇

總流量120,000lb/hr

壓力20psia,飽和液體塔規定: 38塊塔板(40塊理論級)

進料板=23(第24理論級)

全凝器

頂部壓力=16.1psia(絕對壓力）

每理論級壓力降=0.1psiDistillateflowrate

蒸餾流率=1245lbmol/hr

摩爾回流比=1.3用NRTL-RK物性方法

例5.2甲醇水分離1）塔溫度剖面的繪制2）塔板液相組成剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖例5.3使用“plotwizard”功能繪圖1）塔溫度剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖1）塔溫度剖面的繪制1）塔溫度剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖2）塔板液相組成剖面的繪制例5.3使用“plotwizard”功能繪圖通過前面的例題，明確了達到預期產品指標所需的操作條件（操作溫度、壓力、操作回流比，采出量等）。本節將尋找最佳進料位置，最小回流比和最小理論板數，為精餾過程經濟優化奠定基礎。例5.4最佳進料位置及最小條件的確定課堂練習：利用5.1中工程文件，保持其它條件不變，改變進料板位置（12~16），記錄進料板位置變化對再沸器熱負荷的影響。*最優值**以上數值僅供參考1）最佳進料位置的確定例5.4最佳進料位置及最小條件的確定課堂練習：利用5.1中工程文件，保持其它條件不變，增加理論板數（32，48，64，96），并保證進料位置與總理論板數維持固定比例值，分析操作回流比的變化。2）最小回流比的確定例5.4最佳進料位置及最小條件的確定課堂練習：利用5.1中工程文件，保持其它條件不變，減小理論板數（32，22，20，18，17，16，15），并保證進料位置與總理論板數維持固定比例值，分析操作回流比的變化。3）最小理論板數的確定例5.4最佳進料位置及最小條件的確定若已知精餾塔的級數則計算其塔高非常容易。塔盤之間的間距一般取2英尺(0.61m)。若塔的級數為NT，則塔盤的數目為NT-2(一級是塔頂回流罐，另一級是塔釜再沸器)。除塔盤外，塔頂要為回流管進塔和塔進料部分的進料分布器留出空間。更重要的是，在塔底部還要留出足夠的空間，以滿足下列的兩個要求：(1)提供緩沖所用的持液量；(2)塔底液位高度必須比塔底泵高出足夠的高度，以提供泵所需的汽蝕余量。因此，在設計的過程中塔的高度一般會按塔盤間距所要求的高度再給出20%的裕量。所以塔器的高度可以按下式估算：L=1.2(0.61)(NT-2）1）塔高例5.5精餾塔尺寸的估算精餾塔的塔徑由氣相最大流速決定。若該流速值超高，則塔的液相和氣相水力條件就會失效，塔也會發生液泛。可以通過可靠的關聯式來確定氣相的最大流速。對于非恒摩爾流體系，各層塔盤的氣相流量均不相同，氣相流量最大的塔盤將會確定塔的直徑。假如已知氣相的質量流量及氣相密度，則可以計算出氣相的體積流量。而后，假如已知最大許用速度，則可以計算出塔的截面面積，從而確定塔徑2）塔徑例5.5精餾塔尺寸的估算例5.5精餾塔尺寸的估算2）塔徑—traysizing例5.5精餾塔尺寸的估算2）塔徑改變流程數為2，重新計算3）塔的水力學參數例5.5精餾塔尺寸的估算例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能分離要求：xD,IC4≤2mol%

xB,C3≤1mol%例題5.6在例題5.1的基礎上，尋找合適的塔頂餾出物流量和回流比，使得塔頂餾出物中異丁烷含量為2mol%，而塔釜餾出物中丙烷含量為1mol%為了保證模擬計算能夠得到合理、正確的技術結果，在運用“DESIGNSPEC-VARY”功能時，較好的做法是使程序一次只對一個變量收斂，而不是同時求解數個變量。“DESIGNSPEC-VARY”功能：指定某些“控制”變量（DESIGNSPEC），同時指定“調整變量”（VARY）。程序會通過操控調整變量從而使控制變量達到指定值。本例中：1）調整塔頂餾出物流量使得塔頂產品合格；2）調整回流比使得塔底產品合格（餾出物指標仍然起作用）例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能1）指定第一控制變量---Specifications第一控制變量為塔頂中c4的濃度值為0.02例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能1）指定第一控制變量---Components例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能1）指定第一控制變量---Feed/ProductSreams2）指定第一調整變量---Specifications調整distillaterate在0.2-0.6kmol/sec之間變化例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能3)運行模擬---ControlPannel例5.2使用“DESIGNSPEC-VARY”功能4)查看結果例5.2使用“DESIGNSPEC-VARY”功能例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能5）指定第二控制變量---Specifications第二控制變量為塔底中c3的濃度值為0.01例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能5）指定第二控制變量---Components例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能5）指定第二控制變量---Feed/ProductSreams例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能6）指定第二調整變量---SpecificationsRefluxRatio在1-5之間調整7）再次運行模擬---ControlPannel例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能8）查看結果查看結果---操作回流比例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能為了可以使用冷卻水作為塔頂冷凝器冷源(塔頂操作溫度約52℃)，增加塔頂壓力至16.8atm，再次運行模擬。例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能增加塔頂壓力16.8atm

，再次運行模擬---查看結果例5.6使用“DESIGNSPEC-VARY”功能若設置一個不帶冷凝器或再沸器的吸收塔,則在RadFracSetupConfiguration頁面上設置冷凝器和再沸器為none在RadFracEfficiencies

表頁上能夠規定按一個理論級基準或組分基準的汽化效率或Murphree效率.能夠進行板式塔或填料塔的設計和核算.如果用戶選擇汽-液-液作為有效相，也可以模擬第二液相.能夠生成再沸器和冷凝器的熱曲線5RadFrac例題小結用繪圖向導(在Plot菜單上)能立即生成模擬結果的曲線圖，你能用繪圖向導顯示如下操作的結果:物性分析數據回歸分析所有分離模型RadFrac、MultiFrac、PetroFrac和RateFrac的數據分布點擊數據窗口中的對象生成該對象的曲線圖.向導引導你執行生成圖表的基本操作.在Next按鈕上點擊繼續.點擊Finish按鈕按缺省設置生成圖.5RadFrac例題小結用DesignSpecs

和Vary

表頁可以在RadFrac模型內部規定并執行設計規定。可以調整一個或多個RadFrac輸入，來滿足對一個或多個RadFrac性能參數的規定要求。一般情況下，“規定”的個數應與“變化”的個數相等.RadFrac中的“設計規定”和“改變”是在“中間回路”中求解的，如果你得到一個中間回路沒收斂的錯誤信息，檢查你輸入的“設計規定”和“改變”5RadFrac例題小結如果RadFrac沒收斂,做以下工作會有幫助:

1）檢查正確地規定了有關物性方面的問題(物性方法的選擇、參數可用性)。2）確保塔操作條件是可行的。3)如果塔的err/tol是一直減少的,在RadFracConvergenceBasic

頁上增加最大迭代次數。5RadFrac例題小結如果RadFrac沒收斂,做以下工作會有幫助:4）在RadFracEstimatesTemperature頁上提供塔中一些塔板的溫度估值(對吸收塔來說是有用的).5）在RadFracEstimatesLiquidCompositionandVaporComposition頁上提供塔中一些塔板的組成估值(對于高度非理想系統是有用的).6）在RadFracSetupConfiguration頁上嘗試不同的收斂方法。> 當一個塔不收斂時,做了改變后重新初始化通常是有好處的。5RadFrac例題小結例5.7甲醇水分離用NRTL-RK物性方法COLUMNFEEDOVHDBTMS部分A:用如下數據完成甲醇塔核算:塔進料: 63.2wt%水 36.8wt%甲醇

總流量120,000lb/hr

壓力20psia,飽和液體塔規定: 38塊塔板(40塊理論級)

進料板=23(第24理論級)

全凝器

頂部壓力=16.1psia(絕對壓力）

每理論級壓力降=0.1psiDistillateflowrate

蒸餾流率=1245lbmol/hr

摩爾回流比=1.3用NRTL-RK物性方法

例5.7-A甲醇水分離部分B:建立塔內的設計規定達到如下兩個目標:塔頂餾出物中甲醇含量99.95wt%塔底水含量99.90wt%要達到這些規定,你可以改變塔頂餾出物流率(800-1700lbmol/hr)和回流比(0.8-2).在運行該題之前確保物流組成是按質量分率報告。記錄冷凝器和再沸器的負荷:

冷凝器負荷 :_________

再沸器負荷 :_________例5.7-B甲醇水分離部分C:規定每塊板效率為65%Murphree效率后執行同一個設計計算。假設冷凝器和再沸器的板效率為90%。這些效率是如何影響塔的冷凝器和再沸器負荷的?例5.7-C甲醇水分離部分D:完成整個塔的設計計算，假定使用泡罩塔盤塔

例5.7-D甲醇水分離

例5.8環己烷生產過程模擬例5.8創建一個流程來模擬環己烷生產過程環己烷可以用苯加氫反應得到，反應如下:C6H6 + 3H2 =C6H12

苯 氫氣 環己烷在進入固定床反應器前，苯和氫氣進料與循環氫氣和環己烷混合。假設苯轉化率為99.8%。反應器出料被冷卻，輕氣體從產品物流中分離出去。部分輕氣體作為循環氫氣返回反應器。從分離器出來的液體產品物流進入蒸餾塔進一步脫除溶解的輕氣體，使最終產品穩定。部分環己烷產品循環進入反應器，輔助控制溫度。例5.8-環己烷生產—模擬流程圖

C6H6+3H2=C6H12苯氫氣環己烷用RK-SOAVE物性方法完成后另存為：文件名:CYCLOHEX.BKPBottomsrate=99kmol/hrP=25barT=50CMolef