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第5讲ASPENPLUS精馏模拟收敛技巧及特殊精馏过程的模.pdf

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《ASPENPLUS与化工过程模拟》 第3讲精馏模拟收敛技巧及特殊精馏过程的模拟 精馏 当体系中的化学组分沸点相差较小，或不具 有其它易于分离的性质时，须采用精馏的 方法。 其它的分离方法包括：吸收、萃取、吸附 模拟传质设备的两个关键点： (1)热力学模型 (2)收敛问题 精馏原理 12phasecondenser +waterdecant 精馏是分离液体混2 Heater/Cooler 合物的单元操作，是HeatSource/Sink SideStreams 利用混合物中各组分 MultipleFeedsSideColumn 挥发度的,并借助差异 回流的工程手段，实Pumparounds N-1 现组分的分离。Kettleand NThermosiphon Reboilers 现有蒸馏过程的计算方法 I.简化法：设计型算法 给定分离要求，计算塔板数和回流比；目前 主要用来为严格法提供初值而不再作为 设计的依据； 优点：简单，可算出板数和回流比； 缺点：准确性差，往往和实际情况相差较 大； II.严格法逐板计算：核算型算法 给定塔板数，回流比等等条件；是当前蒸馏过程主 要的计算方法； 优点：准确可靠，可算出逐板的温度、流 量和组成剖面； 缺点：计算复杂，必须采用计算机计算， 若初始条件规定不当往往难以收敛； 蒸馏塔的类型－1 „常规蒸馏塔 (conventional distillation2 column)1 单股进料，塔顶设B1 冷凝器，塔釜设3 再沸器，塔顶、 塔釜各有采出一 股； 蒸馏塔的类型－2 „复杂蒸馏塔 (Complex column)B2 5 多股进料，设有塔4 顶冷凝器和塔釜 再沸器，可有多 股侧线采出，可 有中间再沸器或 中间冷凝器，塔6 顶、塔釜各有采 出一股； 蒸馏塔的类型－3 „吸收塔(Absorber)8 无塔顶冷凝器和塔釜 B3 再沸器，气体进料9 位置在塔釜，塔顶 有吸收剂淋下；塔7 顶为气相采出，塔 10 釜为液相采出； 蒸馏塔的类型－4 „吸收蒸出塔 (Reboiled12 absorber) 物料从塔中下部进B4 塔，塔釜设有再14 沸器，塔顶无冷 凝器；塔顶有吸 收剂淋下，塔11 顶、塔釜各有气13 液相出料一股 蒸馏塔的类型－5 16 „解吸塔(Stripper) 无塔顶冷凝器,有塔B5 15 釜再沸器，液相从 塔顶进料，塔顶为 气相采出，塔釜为 液相采出；17 Ⅱ、精馏过程简化计算法 „多组分精馏过程的近似设计算法常用于： …初步设计。 …对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。 …过程合成中寻找合理的分离顺序。 …近似算法还可用于控制系统的计算以及为严格计算提供 合适的设计变量数值和迭代变量初值。 „近似算法虽然适于手算，但为了快速、准确，采 用计算机进行数值求解也已广泛应用。 多组分精馏的FUG简捷计算法 „多组分精馏的FUG简捷计算法（Fenske– Underwood-Gilliland） ①用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数 和组分分配； ②用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回 流比； ③用吉利兰（Gilliland）图或相应的关系式估算 实际回流比下的理论板数。 蒸馏过程简化计算法理论基础 ①最小理论板数计算－Fenske公式 简化法根据Fenske方程求取最小理 论板数Sm： S=logXXld,,/hdlogα m(XXh,,dl)bav 最小理论板数是在全回流下所需板数； „式中： Sm－全部理论板数，包括冷凝器和再沸器； αav－轻重关键组分在塔内平均相对挥发度； l－轻关键组分，h－重关键组分； d－塔顶，b－塔釜； 关键组分 „所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的 两个组分（不少情况是挥发度相邻的两个组 分)，它们对于物系的分离起着控制作用， 且它们在塔顶或塔釜产品中的浓度或回收率 通常是给定的（即是应该指定的两个浓度变 量），因而在设计中起着重要作用。 „这两组分中挥发度大的称为轻关键组分，挥 发度小的称为重关键组分，它们各自在塔顶 或塔底的含量必须加以控制，以保证分离后 产品的质量。 关键组分 „例如，石油裂解气分离中的C2-C3塔，其进 料组成中有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷 和丁烷，分离要求规定塔釜中乙烷浓度不超 过0.1％，塔顶产品中丙烯浓度也不超过0.1 ％，试问其轻重关键组分分别是哪两个? …甲烷、乙烯沸点低于乙烷，若能将乙烷和丙烯 分开，乙烷和比乙烷轻的组分必定从塔顶排 出，同样，比丙烯重的组分则必定从塔釜徘 出。因此，根据规定的分离要求，则能确定乙 烷是轻关键组分，而丙烯则是重关键组分。 DSTWU--简捷法精馏设计