Aspen_Plus第3讲反应精馏的仿真设计

Aspenplus模拟精馏塔说明书Aspen plus模拟精馏塔说明书一、设计题目根据以下条件设计一座分离甲醇、水、正丙醇混合物的连续操作常压精馏塔：生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；产品组成：甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w；进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。

二、设计要求对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并利用AutoCAD 绘制塔设备图，并写出设计说明。

(1).进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置N F；最佳侧线出料位置N P；(3).回流比R；(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；(5).塔内构件塔板或填料的设计。

三、分析及模拟流程1.物料衡算（手算）目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。

内容:(1)生产能力:一年按8000 hr计算，进料流量为100000/(8000*0.7)=17.86 t/hr。

(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：原料组成：甲醇70%w，水28.5%w，丙醇1.5%w；产品:甲醇≥99.9%w；废水组成：水≥99.5%w。

(3).温度及压降：进料温度：323.15K；全塔压降：0.011MPa；所有塔板Murphree 效率0.35。

2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的:对精馏塔进行简捷计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、理论板数和加料板位置。

3.灵敏度分析目的:研究回流比与塔径的关系（N T-R），确定合适的回流比与塔板数；研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。

方法:作回流比与塔径的关系曲线（N T-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。

4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。

我们通过这个实例学习 Aspen Plus 精馏模拟应用.
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3. 精馏塔的简捷计算
·设计任务 确定理论塔板数 确定合适的回流比
·DSTWU 精馏模型简介
本例选择 DSTWU 简捷精馏计算模型. DSTWU 可对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度
1）创建精馏塔模块 在模型库中选择塔设备 column 标签，如图 3.1-1.
图 3.1-1
点击该 DSTWU 模型的下拉箭头，弹出三个等效的模块，任选其一如图 3.1-2 所示.
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·定义每个组分流量或分率（Composition） Mass-frac（质量分率）：WATER: 0.632; CH3OH: 0.368.
输入数据后的窗口如图 3.5 所示.
3.6 定义单元模型
图 3.5
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输入回流比的实际值； 定义回流比与最小回流比的比值. 输入负号后再入数值. 在这里我们取最小回流比的 2 倍， 故输入-2.
·定义轻重关键组分的回收率（Key component recoveries） Dstwu 要求定义组分的份的回收率. 计算得到两种组分的回收率为：
轻关键组分的回收率为 0.9983 重关键组分的回收率为 0.0029
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3.7 模拟计算与结果查看
点击工具栏中的蓝色 N-> 图标，即可进行计算，同时进入“Control Panel”页显示运行信息， 如图 3.7-1. 该图标的作用是执行下一步操作，若数据未输入完毕自动转到待输入数据的窗口； 若数据输入完毕，则进行计算. 上面操作也可点击 Run 菜单中的 run 命令来直接

RStoic —— 选择性（2）
RStoic —— 化学反应（3）
RStoic —— 反应热
设定反应热的计算类型(Calculation type) 和参照条件(Reference condition) ： 1、不计算反应热 (Do not calculate heat of reaction) 2、计算反应热 (Calculate heat of reaction) 3、用户指定反应热 (Specify heat of reaction)
进料流股的温度为16℃，压力为1.9 atm，进料组成如下表所示：
Mass Flow（kg/hr） Component n-丁烷（n-Butane） 1-丁烯（1-Butene） Cis-2-丁烯（Cis-2-Butene） Trans-2-丁烯（Trans-2-Butane） 异丁烯（Isobutene） 35000 10000 4500 6800 1450
Gibbs反应器的评价
1)
优点：
可避免写出化学计量方程的必要性（只 需要规定可能的产物） 容易构造多相和同时存在相平衡的计算 问题
2)
缺点：
可能产生不正确的结果，因为它们隐含 动力学上不可能的反应。
RStoic —— 选择性
如果要计算对于选定组分的选择性，其 定义为：
[ Δ P / Δ A ]real S P,A = [ΔP / ΔA]ideal
△P代表选定组分 (selected) P的生成摩尔数； △A代表参照组分 (reference) A的消耗摩尔数； r eal 代表反应器内的实际情况； real ideal 代表只有 A→P 一个反应发生时的情况。
有两种选择：
1、 设定整个系统的平衡温差 、设定整个系统的平衡温差

p i i i j
q j j
B l 其 中 ：l n K A C n T D T l l ll l T
Reactions—动力学参数
(7)
推动力表达式包括两项： Term 1 和 Term 2, 分别代表正反应和逆反应的推动 力，分别表达为体系中各组分浓度的幂乘 积。 在推动力输入界面中，必须完整输入 这两项的全部参数，包括推动力常数表达 式 的 系 数 (Coefficients for driving force constant)。
RCSTR—全混釜反应器
性质：釜内达到理想混合。可模拟单、 两、三相的体系，并可处理固体。 可同时处理动力学控制和平衡控 制两类反应。 用途：已知化学反应式、动力学方程和 平衡关系，计算所需的反应器体 积和反应时间，以及反应器热负 荷。
RCSTR —— 图标
RCSTR —— 连接
RCSTR—— 模型参数
RPlug —— 连接 (2)
RPlug —— 模型参数
RPlug 模块有四组模型参数：
1、模型设定fications) (Reactions) (Pressure)
2、反应器构型 (Configuration)
RPlug — 模型设定
设定反应器类型，共有五种类型：
设定方式有 7 个可选项：
3、反应器体积和相体积 (Reactor Volume & Phase Volume) 必须输入反应器体积、 气相 (Vapor phase) 或 凝聚相 (Condensed phase) 所占的体积。
RCSTR — 设定方式（4）
RCSTR — 设定方式（5）
设定方式有 7 个可选项：
RCSTR模块有两组模型参数： 1、操作条件 (Operation Conditions) 1) 压力 (Pressure) 2) 温度/热负荷(Temperature/Heat Duty) 2、持料状态 (Holdup) 1) 有效相态 (Valid Phases) 2) 设定方式 (Specification Type)