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第四章ASPENPLUS多组分平衡级分离过程计算

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南京工业大学ASPEN学习第四章多组分平衡级分离过程计算分析

南京工业大学ASPEN学习第四章多组分平衡级分离过程计算分析

用户提供的单元操作模型 用户提供的单元操作模型
第4页
主要内容
4.1 多组分单级分离过程 4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）
第5页
4.1 多组分单级分离过程-闪蒸
闪蒸——连续单级蒸馏过程，使进料混合物 部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸 汽和含难挥发组分较多的液体。
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。

第 12 页
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。
简捷蒸馏设计 简捷蒸馏核算 严格蒸馏 严格液-液萃取器 复杂塔的严格蒸馏 石油的简捷蒸馏 石油的严格蒸馏 非平衡级连续蒸馏 严格的间歇蒸馏
p182
第2页
ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
类型
反应器(Chap 6)
压力变送器
手动操作器
模型
REquil RStoic RYield Rgibbs RCSTR RPlug RBatch
Pump Compr Mcompr Pipeline Pipe Valve
Mult Dupl ClChong
说明
平衡反应器 化学计量反应器 收率反应器 平衡反应器 连续搅拌罐式反应器 活塞流反应器 间歇反应器
泵/液压透平 压缩机/透平 多级压缩机/透平 多段管线压降 单段管线压降 严格阀压降
AspenPlus应用基础分离过程.ppt

AspenPlus应用基础分离过程.ppt

从以上 4 个参数中选定 2 个。
Flash3 — 应用示例（1）
流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa 、含乙醇30 %w、正己烷30%、水40 %w 的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷 凝物流的汽/液比（摩尔）=1/9。求离开冷 凝器的汽、液、液三相的温度、质量流量 和组成。
DSTWU — 应用示例 (2)
绘制示例（1）的NT~R关系图， 根据该图选取合理的R值，求取相 应的 NT、NF、冷凝器和再沸器的 温度和热负荷。
Distl 简捷精馏（操作）
Distl 模块用 Edmister 方法计算给 定精馏塔的操作结果。 设定：理论板数，加料板位置，回流 比，D/F，冷凝器类型。 计算：D和W组成，再沸器和冷凝器 热负荷，塔顶、塔底和加料板温度。
塔设备单元模型 — 分类
塔设备(Columns)单元共有9种模 块，其中 RateFrac 和 BatchFrac 需要单 独的许可证，其余7种可直接使用：
1. DSTWU 5. MutiFrac
2. Distl
6. SCFrac
3. RadFrac 7. PetroFrac
4. Extract
DSTWU 简捷精馏（设计）
从F=500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=20 ℃、 含乙醇60 %w、正丙醇25%w、正丁醇 15 %w的物流中回收乙醇，要求： 1. 乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不大
于1%w; 2. 乙醇回收率达到95%。 求输出物流的组成和流量。
Sep2 — 应用示例（2）
同示例（1），如分离过程是在精馏塔 中实现，塔顶出料是 0.11 MPa 的饱和 蒸汽，塔底出料是0.13 MPa 的饱和液体 ，求输出物流的温度和体积流量。
第四章 多组分平衡级分离过程计算(2)

第四章 多组分平衡级分离过程计算(2)


38 13 Total Kettle 1.57 MPa 0.02 MPa
80.06 kmol/h 1.19
第 18 页
4.4.1 最佳进料位置的确定
严格计算流股结果（1）进料位置13
FEED2(进料)
Temperature
C
56.1
Pressure
MPa
1.65
Mole Flow kmol/hr
trace 0.02 11.92
8
trace 1000 PPM 0.598 0.4第0124 页
4.4.1 最佳进料位置的确定
不同进料位置的热负荷等结果对比
Name Condenser Temperature Condenser Heat duty Distillate rate Reflux rate Reflux ratio
100
Mole Flow kmol/hr
ETHANE
1
PROPANE
79
BUTANE
12
PENTANE
8
Mole Frac
ETHANE
0.01
PROPANE
0.79
BUTANE
0.12
PENTANE
0.08
D2D(塔顶) 44.3 1.57 80.06
1 78.998 0.062 trace
0.012 0.987 776 PPM trace
0.99 1.19 17.41 37.06 12.97 11.97 671.90 kW 645.06 kW 44.28 C 115.83 C 0.80
第 14 页
4.4.1 最佳进料位置的确定
简捷计算结果（1）精馏塔配置参数
Minimum reflux ratio: Actual reflux ratio: Minimum number of stages: Number of actual stages: Feed stage: Number of actual stages above feed: Reboiler heating required: Condenser cooling required: Distillate temperature: Bottom temperature: Distillate to feed fraction:
AspenPlus应用基础-分离过程

AspenPlus应用基础-分离过程


DSTWU 简捷精馏（设计）
DSTWU 模块用Winn-UnderwoodGilliland捷算法进行精馏塔的设计，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、给定回流 比下的理论板数和加料板位置。
DSTWU —— 连接
DSTWU 模型的连接图如下：
DSTWU — 模型参数
DSTWU模型有四组模型设定参数： 4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) 2、关键组分回收率 1、塔设定 Pressure) specifications) 3、压力 ( ( Column condenser) （1） ( Key component recoveries ) 全凝器 ( Total （1） 塔板数 ( (Number of stages) （2） 冷凝器 Condenser) （1） 带汽相馏出物的部分冷凝器 （1）轻关键组分在馏出物中的回收率
Aspen Plus 应用基础
Models for Separation Processes
分离过程模型
分离过程模型的分类
Aspen Plus 中的分离 过程模型包含两大类别：
• 简单分离单元模型 • 塔设备单元模型
简单分离单元模型
简单分离单元模型包含五个模块：
• 两相闪蒸器 • 三相闪蒸器 • 倾析器
RadFrac—— 连接
RadFrac模型的连接图如下：
RadFrac——模型设定
RadFrac 模型具有以下设定表：
1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压力（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、再沸器（Reboiler） 6、三相（3-Phase）
Aspen第四讲

Aspen第四讲

2、有效相态（Valid Phase）
(1)汽-液相（Vapor-Liquid）
(2)汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid）
(3)汽-液-游离水相（Vapor-Liquid-Free Water）
从以上3个参数中选定1个。
3、液沫夹带（LiquidEntrainmentin Vapor Stream）
三相闪蒸器
Flash3模块执行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液-液分离器、汽-液-液分离器等。
Flash3的模块连接图如下：
Flash3模块的模型参数有3组：
1、闪蒸设定(Flash Specifications)
（1）温度（Temperature）
馏出物中的轻关键组分/进料中轻关键组分
(2)重关键组分在馏出物中的回收率
馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分
3、压力（Pressure）
(1)冷凝器（Condenser）
(2)再沸器（Reboiler）
4、冷凝器设定（Condenser specifications）
(1)全凝器（Total condenser）
塔设备单元模型(Columns)
塔设备（Columns）单元共有9种模块，如下：
1、DSTWU(简捷精馏，设计)
2、Distl
3、RadFrac
4、Extract
5、MutiFrac
6、SCFrac
7、PetroFrac
1、DSTWU(简捷精馏，设计)
DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland捷算法进行精馏塔的设计，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、给定回流比的理论板数和加料板位置。
实验一多组分精馏AspenPlus上机模拟实验报告模板-化工分离过程

实验一多组分精馏AspenPlus上机模拟实验报告模板-化工分离过程

实验一多组分分离过程Aspen Plus模拟实验
（化工分离过程）
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
指导教师：日期：（写以前提交模拟报告的时间）一、实验目的
化工分离过程是化学工程与工艺专业必修课，为帮助学生掌握多组分分离设备设计的基本思路，结合多组分分离案例，探讨Aspen Plus软件在化工分离过程模拟中的应用，以求达到培养学生解决实际工程问题的能力。

并让学生了解Aspen Plus模拟的基本流程，掌握Aspen Plus 分离模块中的DSTWU简捷计算和RadFrac严格计算过程，对分离塔各参数进行计算和设计计算。

二、实验要求
（给定的题目、要求）
三、实验内容
（aspen模拟过程）
四、讨论与分析
（模拟结果分析，与FUG简洁计算比较）
五、注意事项
模拟过程的注意事项
六、思考题
1.试说明物性方法的选择是否会对模拟结果产生影响。

第四章多组分平衡级分离过程计算

第四章多组分平衡级分离过程计算

第四章 多组分平衡级分离过程计算
（一）
ASPEN PLUS的单元操作模型（1）
类型 混合器/分流器 分离器
换热器(Chap 5)
塔(Chap4)
模型
Mixer Fsplit Ssplit
Flash2 Flash3 Decanter Sep Sep2
Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran
简单分离单元模型：Separators 塔设备单元模型：Columns
简单分离单元模型包含五个模块：
两相闪蒸器： Flash2 三相闪蒸器：Flash3 倾析器：Decanter 组份分离器：Sep 两出口组份分离器：Sep2
Flash2 两相闪蒸器
Flash2 模块执行给定热力学条件下的汽-液平衡或汽-液液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸 器、蒸发器、分液罐等。
Pump Compr Mcompr Pipeline Pipe Valve
Mult Dupl ClChong
说明
平衡反应器 化学计量反应器 收率反应器 平衡反应器 连续搅拌罐式反应器 活塞流反应器 间歇反应器
泵/液压透平 压缩机/透平 多级压缩机/透平 多段管线压降 单段管线压降 严格阀压降
物流倍增器 物流复制器 物流类变送器
简捷蒸馏设计 简捷蒸馏核算 严格蒸馏 严格液-液萃取器 复杂塔的严格蒸馏 石油的简捷蒸馏 石油的严格蒸馏 非平衡级连续蒸馏 严格的间歇蒸馏
p182
ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
类型
反应器(Chap 6)
压力变送器
手动操作器
模型
REquil RStoic RYield Rgibbs RCSTR RPlug RBatch
AspenPlus应用基础 分离过程

AspenPlus应用基础 分离过程

冷凝器配置从四个选项中选择一种： 1、全凝器 Total 2、部分冷凝-汽相馏出物 Partial-Vapor 3、部分冷凝-汽相和液相馏出物 Partial-Vapor-Liquid 4、无冷凝器 None
RadFrac —配置 再沸器
再沸器配置从三个选项中选择一种： 1、釜式再沸器 Kettle 2、热虹吸式再沸器 Thermosyphon 3、无再沸器 None
指定每一块塔板压力，
3、塔段压降 Section Pressure Drop
指定每一塔段的压降，
RadFrac —— 冷凝器
冷凝器设定有两组参数： 1、冷凝器指标 Condenser Specification
仅仅应用于部分冷凝器，只需指定冷凝温 度 Temperature 和蒸汽分率 Vapor Fraction 两个参数之一，
DSTWU — 应用示例 1
含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物 F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30 C 用精 馏塔 塔压0.02MPa 分离,要求99.8%的乙苯 从塔顶排出,99.9%的苯乙烯从塔底排出,采 用全凝器，求： Rmin,NTmin,R=1.5 Rmin 时的R、NT和NF，
Aspen Plus 应用基础
Models for Separation Processes
分离过程模型 II
分离过程模型的分类
Aspen Plus 中的分离 过程模型包含两大类别：
• 简单分离单元模型 • 塔设备单元模型
塔设备单元模型 — 分类
塔设备 Columns 单元共有9种模块, 其中 RateFrac 和 BatchFrac 需要单独的 许可证,其余7种可直接使用：
计算结果从三部分查看： 1、结果简汇 Results summary 2、分布剖形 Profiles 3、流股结果 Stream results
Aspen Plus计算

Aspen Plus计算

Aspen Plus多组分精馏简捷法计算-----DSTWU计算主要步骤及参数设置在利用Aspen Plus计算前先做如下假设和说明：1.进料为饱和液体进料，因此进料中气相组分数为零。

2.塔顶压力0.016MPa，假设进料为第30块理论板，采用CY型丝网填料，等板高度5块/m,填料压降5mmHg/m,则每块理论板压降为1mmHg/块，则进料板处的压力为：0.016+（30/760）×0.1013=0.020MPa 。

3.进料量3t/d= (3000kg)/(24h×126.587kg/mol)=0.9875kmol/h4.回流比的初始值设定为25。

5.塔顶产品中OCT回收率的计算进料中OCT：0.9875×0.4=0.3950 PCT=0.9875×0.6=0.5925所以塔顶产品中OCT的回收率=DX D/FZ F=0.66667塔顶产品中PCT的回收率=D(1-X D)/[F×(1-Z F)]=0.1111116.假设总板数为40，则塔底压力为：0.016+（40/760）×0.1013=0.02133MPa 1．Data，Setup1.1specifications1.1.1Global①Title: Separation of OVT and PCT-DSTWU②Input data: MET1.1.2Accounting: WXL1.2Report Options, Stream①Fraction basis: Mole②Stream format: TFF: FULLponents2.1 Specification2.1.1 Selection: Component ID type Component name FormulaOCT Conventional o-chlorotoluene C7H7CL-D2PCT Conventional p-chlorotoluene C7H7CL-D3 3.Properties3.1Specifications3.1.1 Global: Base method: UNIFAc4.建立简捷计算法模拟流程图在主窗口下建立一精馏塔模型并连接物料流股线并重命名得下图所示流程图。

第四章 多组分平衡级分离过程计算(四)

第四章 多组分平衡级分离过程计算(四)

RadFrac MultiFrac PetroFrac
第 4 页
RadFrac — 塔板设计(Tray sizing)
塔板设计(Tray sizing):
计算：
给定板间距下的塔径。可将塔分成多个塔段分别 设计合适的塔径。
规定：
Specification表单，塔段(Trayed section)的起始塔板 (Starting stage)和结束塔板(Ending stage)序号，塔板 类型(Tray type)，塔板流型程数(Number of passes)， 以及板间距(Tray spacing)等几何结构(Geometry)参 数。
第 2 页
ASPEN PLUS设计精馏塔的步骤
1、确定分离过程的关键组分； 2、采用DSTWU模型确定精馏塔的理论板数、 回流比和进料位置等基本参数； 3、采用RADFRAC模型进行严格核算； 4、进行设计规定的计算； 5、进行填料塔或板式塔的设计计算，确定塔 径和塔高等参数； 6、进行填料塔或板式塔的核算，确定塔的操 作性能。
在塔板布置(Layout)表单中输入： 浮阀的类型(Valve type)、材质(Material)、 厚度(Thickness)、有效区浮阀数目(Number of valves to active area) ； 筛 孔 直 径 (Hole diameter) 和 开 孔 率 (Sieve hole area to active area fraction)。
第 26 页
RadFrac— 塔板核算 （Tray rating）
第 27 页
RadFrac — 填料设计(Pack sizing)
填料设计(Pack sizing) 计算：
第四章ASPENPLUS多组分平衡级分离过程计算详解

第四章ASPENPLUS多组分平衡级分离过程计算详解


MultiFrac 严格法多塔精馏
PetroFrac
石油精馏模块
对石油炼制应用中的复杂塔 执行严格核算和设计计算
RateFrac
非平衡级速率模 块
对各塔和多塔执行严格核算 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、反应系 与设计。基于非平衡级计算， 统、热整合单元、石油应用例如原 不需要效率和HETPs。 油和减压单元、吸收/汽提塔组合 使用一个溶剂模拟一个液体 物流的逆流抽提 液-液抽提塔，萃取塔
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第四章 多组分平衡级分离过程计算 （二）
第四章
多组分平衡级分离过程计算
4.1 多组分单级分离过程
4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）


Rate-Frac: 非平衡级连续蒸馏
BatchFrac: 严格的间歇蒸馏
第 4 页
塔设备单元模型—分类
第 5 页
ASPEN PLUS中的简捷法精馏塔设计模型
模型 描述 目的 用于
DSTWU
使用Winn– 确定最小级数、最小 Underwood- Gilliland 回流比或者实际回流 方法设计简捷法精馏 比、实际级数
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。
第 9 页
理论板数的简捷算法
全回流及最少理论板层数
全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需 的理论板层数最少为Nmin。 1）Nmin的求法 a）图解法
xW
xD
第 10 页
b）解析法——芬斯克(Fenske)方程式

第四章 ASPEN PLUS多组分平衡级分离过程计算.


第 2 页
4.2.1多组分分离过程模型的分类
Aspen Plus中的分离过程模型：
简单分离单元模型：Separators
塔设备单元模型：Columns
第 3 页
塔设备单元模型包含九个模块：
DSTWU: 简捷蒸馏设计 Distl: 简捷蒸馏核算 RadFrac: 严格蒸馏 Extract: 严格液-液萃取器 MultiFrac: 复杂塔的严格蒸馏 SCFrac: 复杂塔的简捷蒸馏 PetroFrac: 石油的严格蒸馏
第 29 页
DSTWU — 计算选项
第 30 页
DSTWU — 计算选项
第 31 页
DSTWU — 计算选项
率合 绝理 对的 值理 较论 小板 的数 区应 域在 内曲 选线 择斜 。
第 32 页
ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例 例1：书（P79）
由精馏塔分离某泡点混合物，其进料组成、塔顶产 品要求见表，全塔压力P=4.4atm。采用全凝器，回 流比为1.8，热力学计算采用物性方法PENG-ROB。 试用DSTWU模块设计满足上述分离要求的精馏塔。
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。
第 9 页
理论板数的简捷算法
全回流及最少理论板层数
全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需 的理论板层数最少为Nmin。 1）Nmin的求法 a）图解法
xW
xD
第 10 页
b）解析法——芬斯克(Fenske)方程式
设计一个丙烷精馏塔，操作平均压力为22 atm，进料 为汽、液混合物，其中气相占60%，进料组成为甲 烷0.26、乙烷0.09、丙烷0.25、正丁烷0.17、正戊烷 0.11和正己烷0.12（摩尔分数）； 塔顶设一全凝器，塔釜有再沸器，要求丙烷在塔釜 的收率不大于0.04，丁烷在塔顶的收率不超过0.0175； 确定该精馏塔的理论板数、回流比、塔顶和塔釜的 采出量及换热器的热负荷。 假定进料100kmol/h, 塔共有16块,物性选PENG-ROB。

化工流程模拟实训AspenPlus教程第四章简单单元模拟

主要模块参数为缩放因子（Multiplication factor）。
4.2.2 物流复制器Dupl
4.2.2 物流复制器Dupl
物流复制器Dupl用于将一股输入物流复制为多股 完全相同的输出物流。
在同一股进料下，物流复制器Dupl可复制物流和 能流，不遵循物料和能量衡算。
4.3 简单分离器
Decanter 模块的模型参数有：
1.液-液分相器设定(Decanter Specifications) 2.关键组分(Key Component) 3. 分离效率(Separation Efficiencies)
4.3.3 液-液分相器Decanter
1.液-液分相器设定(Decanter Specifications
例4.3.3 两股进料进入液-液分相器Decanter进 行液-液分离。 进料采用例中的进料，液-液分相器温度为25℃， 压力为0.1MPa，乙醇的分离效率为0.9。
4.3.4 组分分离器Sep
组分分离器Sep可将任意股入口物流，按照 每个组分的分离规定分成两股或多股出口物 流。
当未知分离过程，但已知每个组分的分离结 果时，可以用组分分离器Sep代替严格分离 模块以节省计算时间。
出口物流的压力（或
FSplit计算时需要指定 模块压降）
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.2 分流器 FSplit
例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料 物流依然选用例的三股进料，物性方法选用 CHAO-SEA。 要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的 50%；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的 正丁烷。

多组分平衡级分离过程计算


05 多组分平衡级分离过程的 优化策略
优化目标的选择
分离效率
提高分离过程中各组分 的分离效率，降低能耗 和物耗。
操作稳定性
优化过程参数，提高操 作稳定性，减少波动和 故障。
经济效益
在满足分离要求的前提 下，降低成本和提高经 济效益。
优化方法的确定
数学建模
建立多组分平衡级分离过程的数学模型，描述各组分在分离过程 中的传递和反应行为。
02 多组分平衡级分离过程的 基本原理
平衡级分离过程的定义
平衡级分离过程是指在分离过程中， 各组分在达到平衡态时，通过逐级分 离的方法实现混合物各组分的分离。
在平衡级分离过程中，各组分在每一 级的分离过程中都达到了平衡状态， 从而实现了高效的分离效果。
平衡级分离过程的理论基础
相平衡理论
相平衡理论是平衡级分离过程的 理论基础，它描述了不同相之间 物质传递和转化的规律。
热力学原理
热力学原理为平衡级分离过程提 供了热力学参数和方向，如温度、 压力、熵等。
传递性质
传递性质如扩散系数、吸附系数 等，决定了物质在多组分平衡级 分离过程中的传递速率和分离效 果。
多组分平衡级分离过程的特殊性
组分多样性
多组分平衡级分离过程中涉及的组分种类多，各组分之间的性质差 异较大，因此需要针对不同组分进行特定的处理和分离。
平衡级分离过程计算在多组分分离过程中具有 重要应用，能够提高分离效率和产品纯度。
在实际应用中，需要根据具体分离要求和条件， 选择合适的分离方法和工艺参数，以达到最佳分 离效果。
研究展望
随着分离技术的不断发展，多组分平 衡级分离过程计算的研究将更加深入 和完善，进一步提高分离效率和纯度。
针对实际生产中的问题，可以加强应 用基础研究，开发更加高效、环保、 智能的分离技术和设备，推动产业升 级和可持续发展。
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Extract
严格液-液萃取
第 7 页
4.2.2

多组分多级分离塔的简捷计算
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。 当相平衡数据不够充分和可靠时，采用近似算法不比严格 算法逊色。
第 21 页
关键组分 - Example
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? 分析： 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。
（2）重关键组分在塔顶产品中的回收率
塔顶的重关键组分流率/进料中的重关键组分流率
第 20 页
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); 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。 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。
第 22 页
ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例 例1：书（P79）
由精馏塔分离某泡点混合物，其进料组成、塔顶产 品要求见表，全塔压力P=4.4atm。采用全凝器，回 流比为1.8，热力学计算采用物性方法PENG-ROB。 试用DSTWU模块设计满足上述分离要求的精馏塔。
第 23 页
>0, 实际回流比；
<-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
第 18 页
DSTWU — 模型参数（1）
第 19 页
DSTWU — 模型参数（2） 2、关键组分回收率 ( Key component recoveries )
（1）轻关键组分在塔顶产品中的回收率
塔顶的轻关键组分流率/进料中的轻关键组分流率


Rate-Frac: 非平衡级连续蒸馏
BatchFrac: 严格的间歇蒸馏
第 4 页
塔设备单元模型—分类
第 5 页
ASPEN PLUS中的简捷法精馏塔设计模型
模型 描述 目的 用于
DSTWU
使用Winn– 确定最小级数、最小 Underwood- Gilliland 回流比或者实际回流 方法设计简捷法精馏 比、实际级数
第 12 页
Rmin
xD yq y q xq
q
——恩德伍特方程 yq xq,yq——q线与平衡 线的交点坐标
xq
第 13 页
1、吉利兰图 Y 0.545827 0.591422 X
0.002743 / X
R Rmin X R 1
N N min Y N 2
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理论级数
必需回流比
回流比
必需理论级数
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DSTWU —连接 DSTWU 模型的连接图如下：
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DSTWU — 模型参数（1） DSTWU模型有四组模型设定参数：
1、塔设定 ( Column specifications) （1）塔板数 ( Number of stages)
（2）回流比 ( Reflux ratio)
DSTWU--简捷法精馏设计
DSTWU算法特点：
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法设计计算。 DSTWU假设恒定的摩尔流量和恒定的相对挥发度。 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、给定回流比下的理论板数和加料板位置。
N min
x D 1 x w log 1 x x D w 1 log m
——芬斯克方程
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最小回流比的求法
1）作图法 a）对于正常的平衡曲线
xD yq Rmin Rmin 1 xD xq
一个进料物流和 两个产品物流的 塔
Distl
使用Edmister方法进 行简捷法精馏核算
确定以回流比、级数、 一个进料物流和 馏出与进料比为基准 两个产品物流的 的分离程度,计算产品 塔 组成。 确定产品组成和流率 每段的级数、使用分 馏指数的热负荷 原油单元常减压 蒸馏塔
SCFrac
简捷法多塔精馏模块
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DSTWU — 模型参数（4）
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DSTWU — 计算选项 DSTWU模型有两个计算选项：
1.生成 回流比—理论板数 关系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages )
2.计算等板高度 ( Calculate HETP )
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ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计—示例
DSTWU中回收率的设定均指塔顶馏出物中轻、 重关键组分的回收率。 本例中轻关键组分乙烯的回收率是0.95； 本例中重关键组分乙烷的回收率
100 0.75746 0.95 / 0.99 100 0.75746 0.95 0.03 100 0.24003
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4.2.1多组分分离过程模型的分类
Aspen Plus中的分离过程模型：
简单分离单元模型：Separators
塔设备单元模型：Columns
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塔设备单元模型包含九个模块：
DSTWU: 简捷蒸馏设计 Distl: 简捷蒸馏核算 RadFrac: 严格蒸馏 Extract: 严格液-液萃取器 MultiFrac: 复杂塔的严格蒸馏 SCFrac: 复杂塔的简捷蒸馏 PetroFrac: 石油的严格蒸馏
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第四章 多组分平衡级分离过程计算 （二）
第四章
多组分平衡级分离过程计算
4.1 多组分单级分离过程
4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）
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注意基准的选择
假定饱和液体进料， Vapor fraction设为0
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回收率均指塔顶馏出物
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生成回流比关于理论 板数的关系表
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回流比关于理论板数的剖面图
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ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——练习 练习题1：
设计一个丙烷精馏塔，操作平均压力为22 atm，进料 为汽、液混合物，其中气相占60%，进料组成为甲 烷0.26、乙烷0.09、丙烷0.25、正丁烷0.17、正戊烷 0.11和正己烷0.12（摩尔分数）； 塔顶设一全凝器，塔釜有再沸器，要求丙烷在塔釜 的收率不大于0.04，丁烷在塔顶的收率不超过0.0175； 确定该精馏塔的理论板数、回流比、塔顶和塔釜的 采出量及换热器的热负荷。 假定进料100kmol/h, 塔共有16块,物性选PENG-ROB。
DSTWU — 模型参数（2）
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DSTWU — 模型参数（3）
3、压力 ( Pressure)
（1） 冷凝器 ( Condenser)
（2） 再沸器 ( Reboiler)
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DSTWU — 模型参数（3）
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DSTWU — 模型参数（4）
4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) 三种类型： （1） 全凝器 ( Total condenser) （2）带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) （3）带汽、液相馏出物的部分冷凝器 (Partial condenser with vapor and liquid distillate)
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Distl — 连接 Distl 模块的连接图如下：
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Distl —模型参数
DSTWU也估算适宜的进料位置、冷凝器和再沸器的热负荷， 并产生一个可选的“回流比～级数”的曲线图或表格。
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DSTWU使用 Winn Underwood Gilliland
去估算 最小级数 最小回流比 规定级数所必需的回流比或 规定回流比所必需级数
规定
轻重关键组分的回收率
估计/结果
最小回流比和最小理论级数
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ASPEN PLUS的严格蒸馏模型
模型 描述 目的 用于
RadFrac
单个塔的两相或 三相 严格计算模块
执行各塔严格核算和设计计 算 对一些复杂的多塔执行严格 核算和设计计算
普通蒸馏、吸收塔、汽提塔、萃取 和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏 原油单元常减压蒸馏塔、吸收/汽提 塔组合等。 预闪蒸塔、常压原油单元、减压单 元、催化裂化主分馏器、延迟焦化 主分馏器、减压润滑油分馏器、乙 烯装置初馏塔和急冷塔组合
MultiFrac 严格法多塔精馏
PetroFrac
石油精馏模块
对石油炼制应用中的复杂塔 执行严格核算和设计计算
RateFrac
非平衡级速率模 块