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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。
Aspen Plus在精馏操作分析中的应用精馏是化工行业中应用很广的一种工艺操作。
影响精馏效果的因素很多，往往一个因素发生变化时，会牵扯到一些其他因素发生变化。
这使得精馏过程变得颇为灵活和复杂。
如何有效的对精馏操作进行全面详细的分析一直是技术人员的研究难点和重点。
本文简要介绍了Aspen Plus软件，并详细探讨了它在精馏操作分析中的实际应用，供大家学习交流。
标签：Aspen Plus；精馏操作；分析；应用前言精馏是化工行业中应用很广的一种工艺操作。
影响精馏效果的因素的是多方面的，主要包括分离物的组成和性质、操作过程和设备的物理参数等等。
往往一个因素发生变化时，会牵扯到一些其他因素发生变化。
由于这些影响因素多呈非线性变化，使精馏过程变得颇为灵活和复杂，如何有效的对精馏操作进行全面详细的分析一直是技术人员的研究难点和重点。
1 精馏塔的分类和原理简介精馏塔又名蒸馏塔，是一种进行蒸馏的气液塔式接触装置，主要有填料塔和板式塔两种类型，根据操作方式的不同又可以分为间隙精馏塔和连续精馏塔。
整个物料变化过程就是气相物质和液相物质相互作用的过程，首先气相从塔底进入塔内，与塔内下降的液相接触，气相中难挥发的物质源源不断的向液相转化，与此同时，液相中容易挥发的物质也会转化到气相中去，随着工序的继续，重组分在塔底积聚，轻组分流向塔顶，逐步实现轻重组分的分离。
分离出的气相进入冷凝器，液相组分一部分作为蒸馏的液体取出，另一部分继续返回塔顶进入蒸馏塔中。
塔底流出的液体，部分送入再沸器加热蒸发成气相，其它的液体作为釜残液取出。
2 Aspen Plus软件简介Aspen是由美国麻省理工学院（MIT）主持、多个部门共同参与联合开发的。
它是一款用于模拟化工生产工艺的模拟软件。
Aspen Plus拥有最完善的物性数据库，包含六千多种纯组分的物性数据。
其次，它还具有超强的热力学计算系统，以及各种单元操作模块。
Aspen Plu在整个化工工艺装置的研发、设计和安置中都发挥着巨大的作用。
1引言1.1ASPENPLUS概述AspenPlus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。
该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanc ed System for Proces s Engine ering，简称ASPE N），并于1981年底完成。
1982年为了将其商品化，成立了Asp enTec h公司，并称之为As pen Plus。
该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus 的用户。
1.2精馏塔概述精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。
有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸气由塔底进入。
蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。
由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。
塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
1.2.1 精馏塔的分类气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。
精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍板式塔。
板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
Aspen Plus 7.2 在精馏设计中的应用作者：王济阳来源：《卷宗》2016年第07期摘要：精馏是化工行业中应用很广泛的一种工艺操作。
本文主要以Aspen Plus 7.2在精馏设计中的应用为例，介绍了Aspen Plus 7.2在化工设计中的步骤和方法。
关键词：Aspen Plus 7.2；精馏；化工设计精馏是化工行业中应用非常广泛的一种工艺操作，影响精馏效果的因素的方面很多。
往往一个因素发生变化时，会引起一些其他因素随之变化。
由于化工模拟软件Aspen Plus的存在，使得化工技术人员工作量减轻很多。
1 Aspen Plus的简介Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。
该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。
1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。
该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。
2 Aspen Plus 7.2对甲醇精馏的模拟通过严格计算RadFrac精馏塔来分离甲醇和水的混合物。
进料组成为水63.2%（质量分数），甲醇36.2%，流率为120000 lb/hr，压力为18 psi （1 psi=6894.76 Pa），饱和液体进料（进料的汽相分率为0），精馏塔有38块塔板，进料在第23块板上。
塔顶压力为16.1 psi，每板的压力降为0.1 psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为39885 lb/hr，回流比为1.3。
选用NRTL-RK 物性方法。
计算：1）绘制Aspen Plus的过程流程图；2）再沸器和冷凝器的热负荷。
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。
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。
这些方法均要求恒定某些变量的同时将另一些变量变化。
例如，两股产品的组成或是某块塔板温度及回流流量恒定不变，而进料组成变化。
在Aspen Plus 中，“Design Spec/Vary”功能可以用来使期望的自变量恒定不变，计算所有其余应变量的值。
在一些方法中，变化的变量是进料组成。
但对于任何一种方法，均不考虑进料流量。
这是因为进料流量的扰动可以直接通过固定受控变量的流量与进料量的比值来处理。
当然，这需要假设整个塔的塔板效率固定不变。
同时，还需要假设每个塔板的压力均不变。
这很少见，因为当气液流率变化时，塔板压降及塔板持液高度也会发生变化。
但是，这些影响均小到不足以对控制系统造成很大的不利影响。
6.1 方法概要6.1.1 斜率判据满足斜率判据，关键在于选择相邻塔板之间温差最大的那块塔板。
绘制出在设计条件下的温度剖面图，研究剖面图的斜率，寻找斜率最大的那块塔板。
相邻塔板之间温度变化大，说明该区域内重要成分的组成发生了变化。
控制此位置的塔板温度不变，则应该可以维持此精馏塔的组成剖面，防止轻组分流向塔底、重组分窜入塔顶。
6.1.2 灵敏度判据满足灵敏度判据的重点在于寻找由于一个受控变量的变化引起最大温度变化的那块塔板。
改变某一个受控变量（比如，回流流量），使其发生很小的变化（设计值的0.1%）。
研究产生的塔板温度变化，观察哪块塔板的温度变化最大。
对于其他受控变量（如再沸器热量输入），重复这一过程。
塔板温度的变化值除以受控变量的变化值，就是这个塔板温度与此受控变量之间的开环稳态增益。
温度变化最大的塔板即是最“灵敏”的，故选择控制它。
增益较大，说明此塔板的温度可以由相应的受控变量有效地控制。
增益较小说明阀门饱和态易于发生，且操作区域受到限制。
6.1.3 奇异值分解判据Moore 曾详尽地研究了稳态增益矩阵中奇异值分解（Singular Value Decomposition）问题。
译者免责声明：译者已经竭尽所能地确保译文正确完整地传达原作的意旨。
然而文中所论及的方法在工程中的具体使用，其使用责任完全在于使用人员。
本文仅为在上节，我们计算了所有塔板温度和两个受控变量之间的稳态增益，从而形成了一个增益矩阵K。
它有N T 行（塔板个数）和2 列（受控变量――回流比R、再沸器热量输入Q――的个数）。
利用标准奇异值分解程序（如Matlab 中的svd 函数,svd(x,0)），将此矩阵分解为三个矩阵：K=UσV T(分解的结果:U 为N T×2 矩阵, σ为2×2 矩阵,V T 为2×2 矩阵)。
以塔盘数为座标轴,绘制两个矢量U1 值和U2 值的曲线。
对应着U 量值最大的一块或数块塔板则指出了塔中最有效的控制位置。
σ是2×2 的对角矩阵，(其对角线元素)是K 矩阵的奇异值。
(σ的对角元素中的)较大值和较小值的比值即为条件数，可以用来评估二元温度控制方案的可行性。
条件数较大（或者最小奇异的值较小）时表明该系统难以控制。
调节器就是装置增益矩阵的逆矩阵，假如奇异值为”0”则说明这是一个退化矩阵，不可转秩。
1.增益矩阵的概念:按照控制理论, 在多变量耦合控制系统中, 选择其中第 i 个受控变量, 当只有 u j 作用时, 即只改变 u j, 使其他各受控变量u k(k=1,2,3….n,k≠j)保持不变, 当u j 变化Δu j 时,所得的控制变量y i 的变化量与u j 的变化量之比,称为u j 到y i 通道的第一放大系数,Δy也有称为开路增益的, K =|(u ,k=1,2,3...,n,k≠j) 此处稳态开路增益的概念与自控常用的相对增益矩阵的概念有区别.iij Δu kj2.奇异值分解的实际例子:上述的描述过于抽象,现在按照Luyben 先生1997 年的” Essentials of Process Control”第458 页的讲述,试举例如下:某9 块塔盘的精馏塔用于分离水和异丙醇,对于其两个受控变量回流比R 及热输入Q, 各塔盘温度有如下的稳态增益:塔盘编号ΔT n/ΔR ΔT n/ΔQ9 -0.0077327 0.01347238 -0.2399404 0.23787527 -2.5041590 2.42231206 -5.9972530 5.78378005 -1.6773120 1.65816304 0.0217166 0.02594783 0.1976678 -0.15867022 0.1289912 -0.10689001 0.0646059 -0.0538632上表内各项即为该塔的稳态增益矩阵K 的各元素, K 矩阵有9 行 2 列⎡ΔT⎡9⎡⎡ΔT⎡⎡8⎡⎡=.⎡⎡⎡⎡.⎡⎡ΔT⎡⎡1⎡R⎡K⎡⎡⎡⎡Q对K 做奇异值分解,得到以下3 个矩阵: K= UΣV T⎡- Σ= 9 V T =0.0015968 - 0.0828981⎡U=⎡⎡⎡⎡.3452 0- 0.0361514 - 0.0835548⎡⎡⎡⎡⎡0.7191619⎡−0.6948426⎡−0.6948426⎡⎡−0.7191619⎡- 0.8915611 0.1473784⎡⎡⎡⎡- 0.2523673 - 0.6482796⎡⎡⎡⎡- 0.0002581 - 0.6482796⎡⎡0.0270092 - 0.4463671⎡⎡⎡0.0178741 - 0.2450451⎡⎡⎡⎡⎡0.0089766 - 0.1182182则矩阵U 的第一列中最大的元素是-0.8915611, 对应的塔盘数为6, 因此, SVD法的结论是受控变量为回流量时,可以控制第6块塔盘的温度.必须指出,一般的对于一个m×n 阶矩阵A 的奇异值分解,得到的是一个m×m 阶正交矩阵U, m×n 阶对角阵Σ和n×n 阶正交矩阵V,这时所用的MATLAB 命令是[U,S,V] = svd(X),此处所用的MATLAB 命令是[U,S,V] = svd(X,0), 即求”经济尺寸”的奇异值分解,与常规的SVD 得到的U,Σ,V 的矩阵阶数并不相同.详情请参见MATLAB 主页: /access/helpdesk/help/techdoc/ref/svd.html译者免责声明：译者已经竭尽所能地确保译文正确完整地传达原作的意旨。
然而文中所论及的方法在工程中的具体使用，其使用责任完全在于使用人员。
本文仅为学习了解所用，一切版权归于John Wiley & Sons,Inc. 请于下载后的24 小时之内将此删除，译者不承担由此引起的一切法律责任。
第 3 页共18 页3.条件数的概念: 在数值计算领域,条件数是与特定问题使用数字计算的可控制性(适定性)相关的一个度量参数.问题的 条件数较小,则称其为良态的,假如条件数较大则称为病态的. 对于矩阵的条件数而言,并没有关于良态和病态的界定数 值.在我们的讨论所涉及范围内, 由条件数的定义推导出: 矩阵的条件数 κ(A), 有:σ(A ) κ(A)=maxσ (A )min其中σmax (A)和σmin (A)分别是矩阵 A 奇异值的极大和极小值.扩展阅读资料:1. 有关奇异值分解在增益矩阵上的应用，参见：C. F. Moore, Selection of controlled and manipulated variables, in Practical Distillation Control, Van Nostrand- Reinhold, 1992, Chapter 8. 或 Luyben 的 Essentials of Process Control,(1997)第 13 章; 或 Luyben 的 Plantwide Process Control(1998) 第 6 章.2. 有关奇异值分解本身的线性代数定义、意义及其在数值计算中的作用及 MATLAB 中的基本使用，建议阅读：《数值 分析与科学计算》，第 2 章等相关内容，Jeffery J. Leader 著，清华大学出版社 2008 年 5 月第 1 版。
3.有关开路稳态增益、增益矩阵、相对增益矩阵及其解析解法的实际应用，增益值的对比和对实际控制结构选择上的 指导意义，参见《自动化仪表与过程控制，第四版》第 8 章及以下相关内容，作者：施仁、刘文江等，电子工业出版 社，2009 年 2 月第 1 版。
6.1.4 恒定温度判据判据保持塔的馏出物和塔底产品的纯度不变，我们在预期的范围里改变进料组成值。
选择其温度不随进料组成变化而变化 那块塔板。
这个方法的困难性在于，对于进料组成的所有变化，可能并不存在保持恒定温度的塔板。
