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1、化工设计,任课教师：张宇,第七章 分离设备工艺设计,DSTWUDistlRadFracExtract,塔设备(Columns)单元共有9种模块：,MultiFracSCFracPetroFracRateFracBatchFrac,塔设备单元的仿真设计,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、给定回流比下的理论板数和加料板位置。,DSTWU 连接,DSTWU 模型的连接图如下：,1、塔设定(Column specifications)(1)塔板数(Number
2、of stages)(2)回流比(Reflux ratio)0,实际回流比；-1,绝对值=实际回流比/最小回流比,DSTWU 模型参数,DSTWU模型有四组模型设定参数：,2、关键组分回收率(Key component recoveries)(1)轻关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分(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,DSTWU模型有四组模型设定参数：,DSTWU 模型参数,3、压力(Pressure)(1)冷凝器(Condenser)(2)再沸器(Reboiler),DSTWU模型有四组模型设定参数：,4、冷凝器设定
3、(Condenser specifications)(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),DSTWU模型有四组模型设定参数：,含乙苯 30%w、苯乙烯 70%w的混合物(F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30C)用精馏塔(塔压0.018MPa)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
4、：Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 时的R、NT和NF。,DSTWU 应用示例(1),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),DSTWU 计算选项,DSTWU模型有两个计算选项：,“生成回流比-理论板数关系表”对选取合理的理论板数很有参考价值。在栏目中输入理论板数的最小值(Initial number of stages)、最大值(Final number of stages)和增量值(Increment size fo
5、r number of stages)。计算完成后的结果中会包括回流比剖形(Reflux ratio profile)，据此可以绘制回流比-理论板数曲线。,DSTWU 计算选项,合理的理论板数应在曲线斜率绝对值较小的区域内选择。,绘制示例(1)的NTR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。,DSTWU 应用示例(2),RadFrac 精密分离模块,RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸收塔(板式塔或填料塔)的分离能力和设备参数。,RadFrac
6、 连接,RadFrac 模块的连接图如下：,RadFrac 模型设定,RadFrac 模型具有以下设定表单：1、配置(Configuration)2、流股(Streams)3、压强(Pressure)4、冷凝器(Condenser)5、再沸器(Reboiler)6、三相(3-Phase),RadFrac 配置,配置表单包含以下项目：1、塔板数(Number of Stages)2、冷凝器(Condenser)3、再沸器(Reboiler)4、有效相态(Valid Phase)5、收敛方法(Convergence)6、操作设定(Operation Specifications),冷凝器配置从四个
7、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(冷凝器),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),RadFrac 配置(再沸器),有效相态从四个选项中选择一种：1、汽-液(Vapor-Liquid)2、汽-液-液(Vapor-Liquid-Liquid)3、汽-液-冷凝器游离水(Vapor-Liquid-Free Water Conde
8、nsor)4、汽-液-任意塔板游离水(Vapor-Liquid-Free Water Any Stage),RadFrac 配置(有效相态),收敛方法从六个选项中选择一种：1、标准方法(Standard)2、石油/宽沸程(Petroleum/Wide-Boiling)3、强非理想液相(Strongly Non-ideal Liquid)4、共沸体系(Azeotropic)5、深度冷冻体系(Cryogenic)6、用户定义(Custom),RadFrac 配置(收敛方式),1、回流比(Reflux Ratio)2、回流速率(Reflux Rate)3、馏出物速率(Distillate Rate)
9、4、塔底物速率(Bottoms Rate)5、上升蒸汽速率(Boilup Rate),操作设定从十个选项中选择：,RadFrac 配置(操作设定),6、上升蒸汽比(Boilup Ratio)7、上升蒸汽/进料比(Boilup to Feed Ratio)8、馏出物/进料比(Distillate to Feed Ratio)9、冷凝器热负荷(Condenser Duty)10、再沸器热负荷(Reboiler Duty),操作设定从十个选项中选择：,1、进料流股(Feed Streams)指定每一股进料的加料板位置。2、产品流股(Product Streams)指定每一股侧线产品的出料板位置及产量
10、。,在流股表单中设置以下参数：,RadFrac 流股,从三种方式(View)中选择一种 1、塔顶/塔底(Top/Bottom)指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。2、压力剖型(Pressure Profile)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。,在压强表单中设置以下参数：,RadFrac 压强,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。,RadFrac 冷凝器,2、过冷
11、态(Subcooling)1)过冷选项(Subcooling option)回流物和馏出物都过冷(Both reflux and liquid distillate are subcooled)/仅仅回流物过冷(Only reflux is subcooled)2)过冷指标(Subcooling specification)过冷液温度(Subcooled temperature)/过冷度(Degrees of subcooled),冷凝器设定有两组参数：,如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置：,1、指定再沸器流量(Specify reboiler flow rate)2、指定再沸器出口条件(S
12、pecify reboiler outlet condition)3、同时指定流量和出口条件(Specify both flow and outlet condition),RadFrac 再沸器,RadFrac 的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),RadFrac 查看结果,结果简汇给出塔顶(冷凝器)和塔底(再沸器)的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。,RadFrac 结果简汇,分布剖形给出塔内各塔板上的温度、压力、热负荷、相平衡参数
13、，以及每一相态的流量、组成和物性。据此可确定最佳加料板和侧线出料板位置。,RadFrac 分布剖形,根据DSTWU示例(2)的结果，选取 R=20、NT=72、NF=42，用RadFrac模块进行精确计算。再根据浓度分布剖形结果选取最佳进料板位置，重新进行校核计算。,RadFrac 应用示例(1),RadFrac 设计规定,RadFrac 模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定。可以设置多个设计规定对象和变化对象，但要注意两者间的依赖关系和自由度必须吻合，否则不能收敛。,设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标：1、规定(Spec
14、ification)2、组分(Components)3、进料/产物流股(Feed/Product Streams),RadFrac 设计规定对象,在规定表单中输入以下指标：1、类型(Type)有36种变量类型供选用 2、目标(Target)设定规定变量的目标值 3、流股类型(Stream type)产物(Product)/内部(Internal)/倾析器(Decanter),RadFrac 设计规定对象,在组分表单中输入定义目标值的组分(Components)(分子)和基准组分(Base Components)(分母)。从左侧可用组分(Available components)框中选择需用组分
15、到右侧的选用组分(Selected Components)框中。,RadFrac 设计规定对象,在进料/产物流股表单中选择定义设计规定目标值的流股名称。,RadFrac 设计规定对象,在变化对象的Specification表单中输入调节变量及其调节范围的上、下限值。,RadFrac 变化对象,RadFrac 应用示例(2),如将示例(1)的塔压调到0.01MPa，全塔压降0.005MPa，试求满足分离要求所需的回流比和馏出物流量。,RadFrac 塔板效率,RadFrac 模块可以设定实际塔板的板效率(Efficiencies)。用户可选用蒸发效率(Vaporization Efficiencies)或墨弗里效率(Murphree Efficiencies)，并选择指定单块板的效率，单个组分的效率，或者塔段的效率。,RadFrac 应用示例(3),如果示例(2)中的精馏段的墨弗里效率为0.45，提馏段的墨弗里效率为0.55，试求满足分离要求所需的塔板数、加料板位置和回流比。,
