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第6 章：使用稳态计算选择控制结构Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前，要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。
因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构，。
故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。
通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。
因此，在精馏塔的操作和控制中，“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量（如，回流流量和再沸器的输入热量），从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而，由于一些现实的原因，很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。
组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高，其可靠性对连续在线控制而言，有时略显不足。
如果使用色层法，还会在控制回路中引入死时间。
此外，不使用直接测量组分法，通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。
温度传感器廉价而又可靠，在控制回路上只有很小的测量滞后。
对恒压二元体系，温度与组成是一一对应相关的。
这在多组分体系中不适用，但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
在单端控制结构中，只需控制某块塔板的温度；选择剩下的“控制自由度”时应使产品质量可变性最小。
例如，确定一定的回流比RR 或者固定回流与进料流量的比值R/F。
有时候，需要控制两个温度（双温控制系统）。
我们将在本章中讨论这些被选方案。
如果选择使用塔板温度控制，那么问题便是选择最佳一块或数块塔板，该处的温度保持恒定。
在精馏文献中，这个问题已讨论了半个世纪以上，且提出了一些可选择的方法。
我们将一一审视这些方法，并举例说明其在各个系统中的有效性。
需要重点关注的是，所有这些方法都仅使用稳态信息，因此，如Aspen Plus 之类的稳态过程模拟器可便捷地用于计算。
精馏塔设计初步介绍1.设计计算◆输入参数：●利用DSTWU模型，进行设计计算●此时输入参数为：塔板数（或回流比以及最小回流比的倍数）、冷凝器与再沸器的工作压强、轻组分与重组分的回收率（可以从产品组成估计）、冷凝器的形式◆输出参数（得到用于详细计算的数据）：●实际回流比●实际塔板数（实际回流比和实际塔板数可以从Reflux Ratio Profile 中做图得到）●加料板位置（当加料浓度和此时塔板上液体浓度相当时的塔板）●蒸馏液（馏分）的流量●其他注：以上数据全部是估计得初值，需要按一定的要求进行优化（包括灵敏度以及设计规定的运用），优化主要在RadFrac模型中进行。
2.详细计算◆输入参数：●输入参数主要来自DSTWU中理论计算的数据◆输出参数：●输出的主要是设计板式塔所需要的水力学数据，尺寸数据等其他数据（主要是通过灵敏度分析以及设计规定来实现）3.疑问●在简捷计算中：回收率有时是估计值，它对得到详细计算所需的数据可靠性的影响是不是很大？●在简捷计算中：有多少个变量，又有多少个约束条件？●在简捷计算中：为什么回流比和塔板数有一定的关系？简捷计算（对塔）1．输入数据：●Reflux ratio ：-1.5（估计值，一般实际回流比是最小回流比的1.2—2倍）●冷凝器与再沸器的压强：1.013 ，1.123 （压降为0.11bar）●冷凝器的形式：全冷凝（题目要求）、●轻重组分的回收率（塔顶馏出液）：0.997 ，0.002 （如果没有给出，可以根据产品组成估计）●分析时，注意Calculation Option 中的设置，来确定最佳回流比以及加料板位置2．输出数据：●Reflux Ratio Profile中得到最佳的回流比与塔板数为：塔板数在45—50中选择，回流比在：0.547 —0.542●选定塔板数为：48，回流比为：０．５４４●把所选的塔板数回代计算，得到下列用于RadFrac模型计算的数据（见下图）：●●从图中可得：实际回流比为：0.545（摩尔比）；实际塔板数为：48；加料板位置：33；Distillate to feed fraction ：0.578（自己认为是摩尔比，有疑问？？）；馏出液的流量：１１６７３．５ｋｇ／ｈ疑问：进料的流量是怎么确定的，肯定是大于11574kg/h，通过设计规定得到甲醇产量为：11574kg/h（分离要求），求出流量为：16584.0378kg/h。
一、首先用简捷法模拟，选择DSTWU模块，精馏装置如下截图对文件命名并自定义单位如截图所示然后在计算机上输入物料的组成，如下截图所示选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。
还有物料组成及比例如下截图所示对精馏塔进行参数的设定，回流比为最小回流比的1.2倍，塔顶轻组分丙烷的含量为0.999，重组分含量丁烷为0.001，参数设定值如下截图所示参数设定完成运行软件并查看结果，计算结果如下图所示从结果可知实际的回流比为1.198，实际塔板数为38块，实际的进料板为第17块板，冷凝器的温度为44.25℃，塔釜的温度为116.88℃。
二、进行严格法计算根据简化法得到的条件进行模拟选择Radfrac模块，模拟装置图如下截图对文件命名并自定义单位如截图所示在计算机上输入物料的组成，如下截图所示选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。
还有物料组成及比例如下截图所示对塔进行参数设置，根据简化法的计算结果知，塔板数为38，实际回流比为1.198。
再根据题目设计的要求冷凝器为全回流，塔顶的采出率为80。
参数如下截图所示：根据简化法结果进料板为第十七块板进料，截图如下设置塔顶压力为16kg/cm2,冷凝器压力为15.8kg/cm2,全塔的压降为0.2kg/cm2。
设置如下截图所示参数设置完成并运行软件，查看结果不满足分离的目的，则进行自定义设定，目标值设定为0.001选择丙烷选择3号物流设置回流比的可变范围为1到100,增量为0.1运行软件查看结果满足分离的要求。
接下来进行灵敏度分析以确定最佳的进料位置参数设置完成并运行软件查看灵敏度分析的结果如下截图从结果的表中可以看出第22块板的回流比，冷凝器的热负荷，再沸器的热负荷都是最小的，从而可以知道最佳的进料位置为第22块板并对数据在plot里作出X-Y的曲线图如下截图所示从图中也可以明显的看出最佳的进料板为第22块塔板。
如何使用A S P E N软件模拟完成精馏的设计和控制马后炮Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】如何使用ASPEN TM 软件模拟完成精馏的设计和控制威廉·L·鲁平博士第6 章：使用稳态计算选择控制结构Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前，要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。
因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构，。
故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。
通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。
因此，在精馏塔的操作和控制中，“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量（如，回流流量和再沸器的输入热量），从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而，由于一些现实的原因，很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。
组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高，其可靠性对连续在线控制而言，有时略显不足。
如果使用色层法，还会在控制回路中引入死时间。
此外，不使用直接测量组分法，通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。
温度传感器廉价而又可靠，在控制回路上只有很小的测量滞后。
对恒压二元体系，温度与组成是一一对应相关的。
这在多组分体系中不适用，但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
在单端控制结构中，只需控制某块塔板的温度；选择剩下的“控制自由度”时应使产品质量可变性最小。
例如，确定一定的回流比RR 或者固定回流与进料流量的比值R/F。
有时候，需要控制两个温度（双温控制系统）。
我们将在本章中讨论这些被选方案。
如果选择使用塔板温度控制，那么问题便是选择最佳一块或数块塔板，该处的温度保持恒定。
如何使用A S P E N软件模拟完成精馏的设计和控制马后炮Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】如何使用ASPEN TM 软件模拟完成精馏的设计和控制威廉·L·鲁平博士第6 章：使用稳态计算选择控制结构Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前，要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。
因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构，。
故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。
通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。
因此，在精馏塔的操作和控制中，“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量（如，回流流量和再沸器的输入热量），从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而，由于一些现实的原因，很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。
组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高，其可靠性对连续在线控制而言，有时略显不足。
如果使用色层法，还会在控制回路中引入死时间。
此外，不使用直接测量组分法，通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。
温度传感器廉价而又可靠，在控制回路上只有很小的测量滞后。
对恒压二元体系，温度与组成是一一对应相关的。
这在多组分体系中不适用，但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
在单端控制结构中，只需控制某块塔板的温度；选择剩下的“控制自由度”时应使产品质量可变性最小。
例如，确定一定的回流比RR 或者固定回流与进料流量的比值R/F。
有时候，需要控制两个温度（双温控制系统）。
我们将在本章中讨论这些被选方案。
如果选择使用塔板温度控制，那么问题便是选择最佳一块或数块塔板，该处的温度保持恒定。
Aspen精馏模拟的步骤一、板式塔工艺设计首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进展下面的计算步骤。
其次要知道你用的软件〔或软件模块〕能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。
设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。
没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。
下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的构造和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进展。
板式塔工艺计算步骤1.物料衡算〔手算〕目的：求解 aspen 简捷设计模拟的输入条件。
容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割；(2)估计塔顶与塔底的组成。
得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率参考："化工原理"有关精馏多组份物料平衡的容。
2.用简捷模块〔DSTWU〕进展设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定适宜的回流比和塔板数。
方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。
得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。
3.灵敏度分析目的：1.研究回流比与塔径的关系〔NT-R〕，确定适宜的回流比与塔板数。
2.研究加料板位置对产品的影响，确定适宜的加料板位置。
方法：可以作回流比与塔径的关系曲线〔NT-R〕，从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。
得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。
4. 用DSTWU再次计算目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。
方法：依据步骤3得到的结果，进展简捷计算。
得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。
5. 用详细计算模块〔RadFrace〕进展初步设计计算目的：得出构造初步设计数据。
方法：用 RadFrace 模块的Tray Sizing〔填料塔用PAking Sizing〕，利用第4步〔DSTWU〕得出的数据进展准确设计计算。
[注意]随便看看吧BLOCK: COL MODEL: BATCHFRAC ---------------------------------CHARGE - FEED OPSTEP O-1 STAGE 10 OUTLETS - PROD COL-CONTENTS OPSTEP O-1 STAGE 10 DIST DISTILLATE OPSTEP O-1 STAGE 1 PROPERTY OPTION SET: NRTL-RK RENON (NRTL) / REDLICH-KWONG*** MASS AND ENERGY BALANCE *** IN OUT RELATIVE DIFF. TOTAL BALANCE MOLE(KMOL/HR ) 35.5310 35.5310 -0.651964E-07 MASS(KG/HR ) 1000.00 1000.00 0.346421E-06 ENTHALPY(MMKCAL/H) -2.18172 -2.13628 -0.208274E-01********************** **** INPUT DATA **** ************************** INPUT PARAMETERS ****NUMBER OF PHASES 2 NUMBER OF THEORETICAL STAGES 10 NUMBER OF OPERATION STEPS 1 NUMBER OF ACCUMULATORS 1 ALGORITHM OPTION STANDARD MAXIMUM NO. OF TOTAL REFLUX LOOPS 60 MAXIMUM NO. OF OUTSIDE LOOPS 50 MAX NO. OF INSIDE LOOPS/OUTSIDE LOOP 10 MAXIMUM NUMBER OF FLASH ITERATIONS 50 REPORT TIME INTERVAL HR 2.00000 FLASH TOLERANCE 0.000100000 DISTILLATION ALGORITHM OUTSIDE LOOP TOL 0.100000-04 DISTILLATION ALGORITHM INSIDE LOOP TOL 0.100000-05 TOTAL REFLUX ALGORITHM TOLERANCE 0.100000-05 INTEGRATION ERROR TOLERANCE 0.000100000 INITIAL TIME STEP USED BY INTEGRATOR HR 0.00027778************************************ **** OPERATION STEP O-1 ******************************************** COL-SPECS ****MOLAR VAPOR DIST / TOTAL DIST 0.0 MASS DISTILLATE RATE KG/HR 10.0000 MOLAR REFLUX RATIO 2.00000 MOLAR BOILUP RATE (TOTAL REF) KMOL/HR 3.55310**** COLUMN PROFILES ****TRAY HOLDUP PRESSURE BAR 1 10.0000 KG 1.01000 2 1.00000 KG 1.02000 3 1.00000 KG 1.03000 4 1.00000 KG 1.04000 5 1.00000 KG 1.05000 6 1.00000 KG 1.06000 7 1.00000 KG 1.07000 8 1.00000 KG 1.08000 9 1.00000 KG 1.09000 10 0.0 CUM 1.10000**** STOP CRITERION ****RUN UNTIL MASS FRACTION IN STAGE LIQUID FALLS ABOVE STOP CRITERIONSTAGE NO : 3 STOP CRIT : 0.99000MASS-FRACTION = NUMERATOR/DENOMINATOR NUMERATOR : DMF DENOMINATOR : DMF METHA-01 WATER MAXIMUM SIMULATION TIME FOR THIS OPERATION STEP: 100.00 HR*** SYSTEM INVENTORY AT BEGINNING OF OPERATION STEP O-1 ***COMPONENT COLUMN ACCUMULATORS KMOL KMOL DMF 1.3681 0.00000E+00 METHA-01 20.286 0.00000E+00 WATER 13.877 0.00000E+00 TOTAL 35.531 0.00000E+00************************************ *** TIME = 0.00000E+00 HR ***************************************STAGE TEMPERATURE PRESSURE HEAT DUTY LIQUID HOLDUP C BAR MMKCAL/H KMOL1 64.455 1.0100 -0.78652E-02 0.31211 2 64.709 1.0200 0.00000E+000.31213E-01 3 64.965 1.0300 0.00000E+00 0.31220E-01 4 65.229 1.04000.00000E+00 0.31236E-01 5 65.519 1.0500 0.00000E+00 0.31276E-01 6 65.8731.0600 0.00000E+00 0.31376E-01 7 66.390 1.0700 0.00000E+00 0.31622E-01 8 67.316 1.0800 0.00000E+00 0.32240E-01 9 69.328 1.0900 0.00000E+00 0.33773E-01 10 74.975 1.1000 0.78213E-02 34.965STAGE FLOW RATE FEED RATE PRODUCT RATE KMOL/HR KMOL/HR KMOL/HR LIQUID VAPOR LIQUID VAPOR MIXED LIQUID VAPOR 1 0.6242 0.0000E+00 2 0.6244 0.9363 3 0.6244 0.9365 4 0.6242 0.9366 5 0.6235 0.9366 6 0.6215 0.9363 7 0.6160 0.9352 8 0.6020 0.9323 9 0.5649 0.9246 10 0.0000E+00 0.9038**** MOLE-X-PROFILE **** STAGE DMF METHA-01 WATER 1 0.53752E-15 0.99987 0.13337E-03 2 0.20554E-13 0.99967 0.32951E-03 3 0.78409E-12 0.99919 0.81309E-03 4 0.29825E-10 0.99800 0.20040E-02 5 0.11297E-08 0.99507 0.49338E-02 6 0.42475E-07 0.98787 0.12135E-01 7 0.15719E-05 0.97017 0.29823E-01 8 0.56014E-04 0.92671 0.73237E-01 9 0.17975E-02 0.81945 0.17875 10 0.39126E-01 0.56427 0.39660**** MOLE-Y-PROFILE **** STAGE DMF METHA-01 WATER 1 0.14027E-16 0.99995 0.53916E-04 2 0.53751E-15 0.99987 0.13337E-03 3 0.20554E-13 0.99967 0.32951E-03 4 0.78409E-12 0.99919 0.81309E-03 5 0.29825E-10 0.99800 0.20040E-02 6 0.11297E-08 0.99507 0.49338E-02 7 0.42475E-07 0.98787 0.12135E-01 8 0.15719E-05 0.97017 0.29823E-01 9 0.56015E-04 0.92671 0.73238E-01 10 0.17974E-02 0.81946 0.17875ACCUMULATOR HOLDUP KMOL1 0.00000E+00**** ACCUM-MOLE-FRAC **** ACCUM DMF METHA-01 WATER 1 0.00000E+000.00000E+00 0.00000E+00************************************ *** TIME = 89.892 HR ***************************************DISTILLATE RATE 0.31207 KMOL/HR REFLUX RATIO (MOLE) 2.0000 BOILUP RATE 0.79319 KMOL/HRSTAGE TEMPERATURE PRESSURE HEAT DUTY LIQUID HOLDUP C BAR MMKCAL/H KMOL1 105.13 1.0100 -0.76480E-02 0.31207 2 127.10 1.0200 0.00000E+000.16440E-01 3 146.26 1.0300 0.00000E+00 0.14099E-01 4 151.69 1.04000.00000E+00 0.13746E-01 5 152.91 1.0500 0.00000E+00 0.13692E-01 6 153.401.0600 0.00000E+00 0.13684E-01 7 153.78 1.0700 0.00000E+00 0.13683E-01 8 154.13 1.0800 0.00000E+00 0.13682E-01 9 154.48 1.0900 0.00000E+00 0.13682E-01 10 154.82 1.1000 0.74687E-02 1.1367STAGE FLOW RATE FEED RATE PRODUCT RATE KMOL/HR KMOL/HR KMOL/HR LIQUID VAPOR LIQUID VAPOR MIXED LIQUID VAPOR 1 0.6241 0.0000E+00 0.3120 2 0.6131 0.7656 3 0.6408 0.7510 4 0.6523 0.7781 5 0.6546 0.7895 6 0.6552 0.7918 7 0.6555 0.7924 8 0.6558 0.7927 9 0.6561 0.7930 10 0.0000E+00 0.7932**** MOLE-X-PROFILE **** STAGE DMF METHA-01 WATER 1 0.25470 0.11228E-07 0.74530 2 0.77726 0.18389E-08 0.22274 3 0.96063 0.20702E-09 0.39370E-01 4 0.99371 0.21296E-10 0.62871E-02 5 0.99891 0.21655E-11 0.10862E-02 6 0.99972 0.22027E-12 0.28352E-03 7 0.99984 0.22473E-13 0.15881E-03 8 0.99986 0.23205E-14 0.13836E-03 9 0.99987 0.26253E-15 0.13397E-03 10 0.99987 0.51796E-16 0.13213E-03**** MOLE-Y-PROFILE **** STAGE DMF METHA-01 WATER 1 0.71634E-010.52017E-07 0.92837 2 0.38421 0.91996E-08 0.61579 3 0.81620 0.15062E-08 0.18380 4 0.96672 0.17101E-09 0.33282E-01 5 0.99413 0.17651E-100.58682E-02 6 0.99846 0.17966E-11 0.15356E-02 7 0.99914 0.18300E-12 0.85992E-03 8 0.99925 0.18859E-13 0.74871E-03 9 0.99928 0.21294E-14 0.72442E-03 10 0.99929 0.41931E-15 0.71395E-03ACCUMULATOR HOLDUP KMOL1 33.970**** ACCUM-MOLE-FRAC **** ACCUM DMF METHA-01 WATER 1 0.12859E-02 0.597180.40154*** OPERATION STEP COMPLETED AT 89.892 HR ****** SYSTEM INVENTORY AT END OF OPERATION STEP O-1 ***COMPONENT COLUMN ACCUMULATORS KMOL KMOL DMF 1.3244 0.43681E-01 METHA-01 0.35375E-08 20.286 WATER 0.23706 13.640 TOTAL 1.5615 33.970。
