天大chemcad第4章 蒸馏过程模拟Word格式.docx
《天大chemcad第4章 蒸馏过程模拟Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天大chemcad第4章 蒸馏过程模拟Word格式.docx（108页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
简捷精馏方法不适于塔的最终设计；
对含有共沸物的体系可能会得出错误结果。
建议用严格精馏方法如TOWERPLUS、TOWER、SCDS来证实简捷精馏法的计算结果。
42.2.2参数规定
简捷精馏单元操作的规定屏如图4-1所示，下面自上而下、自左至右说明各参数的含义。
图4-1ShortcutColumn单元操作规定屏
1．SelectMode（计算模式选择）
有三种选项：
1用Fenske-Underwood-Gilliland法核算
2用Fenske-Underwood-Gilliland法设计，用Fenske法计算适当的进料位置
3用Fenske-Underwood-Gilliland法设计，用Kirkbride法计算适当进料位置
2．SelectCondensertype（选择冷凝器类型）：
有两种选项：
0全凝器，塔顶馏分是液体产品。
1部分冷凝器，塔顶馏分是气体产品。
3．Columnpressure（塔压强）：
塔的操作压强。
该选项为选择输入项，若不输入则内定精馏塔在进料流股压强下操作。
4．Columnpressuredrop（塔压降）：
全塔压降。
该值加上塔顶压力即为塔底压力。
该选项为选择输入项，若不输入则内定精馏塔压降为0。
5．Numberofstages（理论板数）：
塔的理论板数。
核算时必须输入，设计计算时则为计算结果。
6．Refluxratio（回流比）：
核算时需输入回流比数值。
7．R/Rmin（回流比与最小回流比的比值）：
回流比/最小回流比。
设计计算时为输入项，若不输入则必须使用“回流比”项。
8．KeyComponentSpecications（关键组分规定）
Lightkeykomponent:
轻关键组分，必须输入。
Lightkeysplit：
轻关键组分在塔顶的分离效率。
指进料向塔顶馏分中分配轻关键组分的分率，其值必须在0.5～1.0之间。
设计计算时必须输入；
核算时作为迭代计算的初值，若不输入则内定为0.95。
Heavykeykomponent:
重关键组分，必须输入。
Heavykeysplit：
重关键组分在塔顶的分离效率。
指进料向塔顶馏分中分配重关键组分的分率，其值必须在其值必须＞0且＜0.5，必须输入。
9.CalculatedResults（计算结果）
1）Condenserduty，冷凝器热负荷
2）Reboilerduty，再沸器热负荷
3）Minimumstages，最小理论板数
4）Feedstage，进料板位置
5）Refluxratio，minimum，最小回流比
6）Refluxratio，calculated，计算得到的回流比
10．Casestudy（工况研究）
1）Numberofpoints：
工况点数。
2）LowerboundR/Rmin：
R/Rmin的下限值。
3）UpperboundR/Rmin：
R/Rmin的上限值。
工况研究只用于设计计算。
42.2.3拓扑
简捷精馏模型（SHOR）允许有一股进料及塔顶和塔底各一个产品。
42.2.4方法
计算理论板数用Fenske方程，计算最小回流比用underwood方程、Gilliland关联式，计算进料板位置用Fenske方程。
参考资料：
Henley.E.J.&
Seader,J.D.Equilibrium-StageSeparationOperationsinChemicalEngineering;
Wiley（1981）.
42.2.5应用示例
例4-1利用精馏方法对附表中进料流股进行分离，其压强为445830Pa，处于饱和液体状态。
组分
流量/kmol/s
Propane
0.0006
I-Butane
0.0013
N-Butane
0.0038
I-Pentane
0.0025
N-Pentane
0.0019
N-Hexane
规定该分离操作的轻、重关键组分分别为N-Butane和I-Pentane，塔顶产品中轻、重关键组分的回收率（recovery）分别为0.9908和0.0112，并规定操作采用回流比为最小回流比的1.8倍。
体系热力学性质计算采用“SRK”模型方程。
试确定：
1）该条件下的最小回流比、理论板数、最小理论板数及适宜的进料位置。
2）分析回流比变化对塔顶冷凝器和塔釜再沸器热负荷的影响。
解：
采用简捷精馏模型（SHOR）进行精馏塔设计。
解题步骤如下：
1．建立流程图
选择"
ShortcutDesign"
单元操作，建立图4-2所示流程图
图4-2例4-1模拟流程图
2．添加组分
\ThermoPhysical\ComponentList，选择丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷和正己烷，添加入当前组分列表，如图4-3所示：
图4-3添加组分对话框
3．选择工程单位
本流程采用国际工程单位，“SI”工程单位，并将时间单位改为秒。
4．选取热力学模型
选取热力学模型为”SRK”模型方程。
5．规定进料流股
据已知条件，对进料流股作图4-4所示规定：
图4-4进料流股规定
6．规定单元设备
选择操作模式为2，即作设计计算。
依据题目要求，规定轻重关键组分分别为：
N-Butane和I-Pentane，塔顶产品中轻重关键组分的分离效率（recovery）分别为0.9908和0.0112，并规定回流比与最小回流比的比值为1.8，图4-5所示。
图4-5简捷设计塔规定屏
7．运行计算
8．查看结果
\Results\UnitOp’s\，选择简捷塔1查看计算结果：
ShortcutDistillatonSummary
Equip.No.1
Name
Mode2
Lightkeycomponent3.0000
Lightkeysplit0.9908
Heavykeycomponent4.0000
Heavykeysplit0.0112
R/Rmin1.8000
Numberofstages21.5491
Min.No.ofstages13.4798
Feedstage11.0562
CondenserdutyMJ/sec-0.3768
ReboilerdutyMJ/sec0.4057
Refluxratio,minimum1.2646
Calc.Refluxratio2.2762
可知，该条件下，最小回流比为1.26，理论板数为21.5，最小理论板数为13.5，适宜的进料位置是12.9块板，将计算结果取整，则理论板数为22，适宜的进料位置是第13块板。
题目还要求分析回流比变化对塔顶冷凝器和塔釜再沸器热负荷的影响，在此，规定回流比与最小回流比的值在1.03到10之间变化，数据点个数为10，如图4-6所示：
图4-6简捷塔设计计算工况分析规定屏
回流比变化对冷凝器及再沸器热负荷影响如下所示：
R/RminRefluxratioNo.ofstgsFeedstgQcondQreb
MJ/secMJ/sec
1.031.3041.520.8-2.648E-0012.937E-001
2.032.5620.310.4-4.097E-0014.387E-001
3.023.8217.59.1-5.548E-0015.835E-001
4.025.0816.48.5-6.996E-0017.286E-001
5.026.3415.88.2-8.446E-0018.734E-001
6.017.6015.38.0-9.894E-0011.018E+000
7.018.8615.17.9-1.134E+0001.163E+000
8.0110.1314.97.8-1.279E+0001.308E+000
9.0011.3914.77.7-1.424E+0001.453E+000
10.0012.6514.67.6-1.569E+0001.598E+000
.3TOWER塔
TOWR塔是一个多级严格汽液平衡模型，使用内外循环法进行模拟计算。
可以模拟任何单塔计算（包括精馏塔、吸收塔、带再沸器的吸收塔和汽提塔），也可以模拟有侧线产品及塔侧“加热/冷却”器的情况。
最多允许5个进料流及4个侧线产品。
在一个流程中，TOWR单元的数量不限。
TOWR提供多种规格，使用很灵活。
可以规定冷凝器、再沸器或塔板条件。
规定项目有：
总流率、热负荷、回流比、蒸出率、温度、分子分数、回流量、组分流率、汽液比（V/L）、质量流率、体积流率、质量分数、两种组分的流率比、产品的比重及分子量。
TOWR的规定屏如图4-7所示：
图4-7TOWR单元操作通用规定屏
TOWR的规定屏由五部分组成，分别是通用规定屏（Gerneral）、参数规定屏（Specifications）、收敛规定屏（Convergences）和成本估算规定屏（CostEstimation）1、2。
1．通用规定屏（Gerneral）
按顺序输入以下参数：
（1）Condensertype（冷凝器类型），包括以下选项：
0全凝器或无冷凝器
1部分冷凝器
2带水析出的全凝器
3带水析出的部分冷凝器
如果精馏塔无冷凝器，选0；
对全凝器（也选0），塔顶出料馏分是液体；
对部分冷凝器，馏分是出自冷凝器的气体，若还有出自冷凝器的液相产品，则该产品将被定义为液相侧线产品。
若选择冷凝器类型“2”或“3”，必须选择“不互溶”K值模型，即有两个液相存在的V-L-L模型。
必要时，用户可对个别单元设置“局部”K值。
（2）Subcooledtemp（全凝器过冷温度）
对全凝器可以规定过冷。
如果一个非0值X作为过冷温度输入，则冷凝器固定于温度X，并且馏分全部是液体，而不管在规定温度X是否真的产生液体馏分。
在此情况下，不得规定冷凝器类型为“3”（类型3无过冷情况）。
（3）Toppressure（塔顶压力或冷凝器压力）
用于规定塔顶压力或冷凝器压力。
若不输入，则软件默认为第一进料流股的压力。
（4）Condpressuredrop（冷凝器压降）
用于规定冷凝器压降值，为正数。
（5）Colmpressuredrop（全塔压降）
用于输入全塔及再沸器的压降，为正数。
每层塔板的压力由塔顶（除冷凝器）与塔底（含再沸器）之间压力作线性计算得到。
（6）No.ofstages（精馏塔理论板数）
要求用户规定精馏塔包括冷凝器和再沸器的分离级（理论板）数。
级编号自上而下。
如有冷凝器，则它为第一级；
如有再沸器，则它为第N级。
要求分离级数≥2。
（7）Feedstage（精馏塔进料位置）
要求用户定义进料板位置。
若有多股进料，进料板输入应自上而下，进料位置数必须与塔进料流股数相同。
若精馏塔侧有加热器/冷却器，则以焓流股的形式输入（即流股有焓值但无质量），其输入位置也必须作为进料板。
2．参数规定屏（Specifications）
参数规定屏（Specifications）如图4-8所示，用于规定热量及质量衡算的参数。
图4-8热量及质量衡算参数规定屏
（1）Condensermode（冷凝器模式），有以下选项：
模式
规定
-1
有冷凝器但不规定
无冷凝器
1
回流比
2
冷凝器热负荷，负值
3
塔顶馏分温度
4
塔顶馏分总分子流率
5
塔顶馏分中一个组分的分子流率
6
一个组分在塔顶馏分中的分子分数
7
进料流中一个组分向塔顶馏分的分配率
8
进料的塔顶馏出分率
9
塔顶馏分中两个组分的分子比
10
塔顶馏分体积流率
11
塔顶馏分质量流率
12
塔顶馏分中一个组分的重量分数
15
塔顶馏分的分子量
16
塔顶馏分的API重度（gravity）
17
塔顶馏分中一个组分的体积分数
18
回流的分子流率
19
回流的质量流率
其中，模式“-1”表示有冷凝器，但不对冷凝器做规定而是对一块塔板做规定。
模式“0”表示无冷凝器（如吸收塔）。
其它＞0的模式都表示有冷凝器，并且提供其右侧栏目作相应的规定。
注：
组分的任何纯度规定（模式5、6、7、12、17），都能通过提供组分i和j的方法，从单一组分纯度扩展到多元组分的纯度。
这将使程序应用于从组分i至j的一组组分的纯度规定。
关于冷凝器参数规定（Condenserspecification）：
根据上述冷凝器模式选择，输入冷凝器规定。
冷凝器热负荷必须是负实数。
如选“-1”或“0”模式，该值则不需要。
冷凝器组分i规定（Condensercomponentispec.）：
冷凝器模式5、6、7、9、12、17需要该规定。
如果规定馏分中某一组分，必须输入该组分在组分表上的排位序号。
冷凝器组分j规定（Condensercomponentjspec.）：
对需规定两个组分的模式9，要求有该项规定。
对模式5、6、7、12、17，它允许规定组分组的纯度。
输入组分j的排位序号，对模式9是在分母的组分；
对模式5、6、7、12、17，则是组分组中排序在最上面的组分。
（2）Reboilermode（再沸器模式），有以下选项：
规格
有再沸器但无规定
无再沸器
蒸出比（V/B）
再沸器热负荷，正值
再沸器温度
塔底产品总分子流率
塔底产品一种组分的分子流率
塔底产品一种组分的分子分数
进料流中一个组分向塔底产品的分配率
进料想塔底产品的分配率
塔底产品中两个组分的分子流率比
塔底产品体积流率
塔底产品质量流率
塔底产品中一个组分的重量分数
塔底产品的分子量
塔底产品的API重度
塔底产品中一个组分的体积分数
模式“-1”表示有再沸器但不做规定，而是在一块塔板上作出规定。
模式“0”表示无再沸器（如吸收塔）。
其它＞0的模式都表示有再沸器且提供右侧栏目相应规定。
组分的任何纯度规定（模式5、6、7、12、17），都能通过提供组之和J的方法，从单一组分纯度扩展到一组组分的纯度。
这将使程序应用于从组分i至j一组组分的纯度规定。
再沸器参数规定（Reboilerspecification）：
按照上述再沸器模式输入再沸器规格。
再沸器热负荷必须为一个正实数。
如果模式选为-1或0，这个值则不需要。
再沸器组分i规定（Reboilercomponentispec.）：
对于再沸器模式5、6、7、9、12、17，需要该项。
如有必要规定底部组分，输入其在组分列表中的位置。
再沸器组分j规定（Reboilercomponentjspec.）：
输入组分j的排位序号，对于模式9，组分j是在分母的组分；
对模式5、6、7、12、17，则是组中排序在最上面的组分。
（3）定义塔板状态级数（Traynumberfortrayspecification）
输入要定义塔板状态的级数。
如果不定义塔板状态，则不输入。
如果冷凝器和再沸器都已经定义（即模式>
0），则不必输入塔板状态级数；
否则将破坏塔方程中的自由度，只有冷凝器模式为-1、或再沸器模式为-1时，才规定塔板。
再沸器被看成N号塔板。
塔板模式规定（Modefortrayspecification），有如下选项：
塔板模式
无规定
温度
液体摩尔流量
液体组分流量
液体组分摩尔分率
气体摩尔流量
气体组分流量
气体组分摩尔分率
液体体积流量
液体质量流量
液体组分重量分率
13
液体分子量
14
液体API重度
气/液比
100℉下的气体真实蒸汽压
20
100℉下的液体真实蒸汽压
22
气体闪蒸点
23
液体闪蒸点
24
气体倾点
25
液体倾点
27
Reid气体蒸汽压
28
Reid液体蒸汽压
塔板规定（Trayspecifications）：
根据所选的塔板模式输入塔板的规定。
塔板组分规定（Traycomponentidentification）：
如果塔板模式为3、4、6、7、10，输入组分在列表中的位置。
侧线产品位置（Sideproductstagelocations）：
副产品的级数必须从上至下。
副产品的级数编号必须与塔布局中定义的产品物流号一致。
侧线产品模式规定（Sideproductmodes）：
气体侧线流为正值，液体侧线流为负值。
侧线采出流股可选择下列模式：
1或-1
侧线流抽出率
2或-2
侧线流摩尔流率
3或-3
一个组分在侧线流的摩尔流率
4或-4
一个组分在侧线流的摩尔分数
5或-5
侧线流体积流率（桶/日或M3/日）
6或-6
侧线流质量流率
7或-7
一个组分在侧线流的重量分数
模式1的侧线抽出率定义为SV/Vm或SL/Lm。
侧线流股组分规定（Sidestreamspecifications）：
用户可按所选模式输入侧线流规定。
3．收敛规定屏（Convergences）
图4-9示为TOWR用于促进收敛性的参数规定屏。
图4-9收敛性参数规定屏
（1）Generalestimates（概算）
Dist.rate：
估计的塔顶流股流率，建议用户输入。
如果不能估计，则不输入，TOWR会产生估算值。
Refluxrate：
估计的回流流股流率，对较大回流量的塔建议输入。
须注意的是，此处要求规定的是回流量而不是回流比。
若用户未能估算，则不建议输入。
（2）Temperatureestimates（温度估算）
Ttop：
输入冷凝器或塔顶板的估计温度，建议输入。
如果冷凝器是极度过冷，或者冷凝器与第2板的温差很大，则建议输入第2板温度T2。
Tbottom：
输入估计的再沸器或最后一块板温度，建议输入。
T2：
如果冷凝器与塔顶板存在大温差，则应输入第2板温度T2。
（3）Sideproductestimations
Stage：
采出位置，级
Estimatedflowrates：
估计的侧线产品流率，若未知则可空缺。
（4）Convergence
Iterations：
最大迭代次数，缺省值是20，可根据实际情况作调整。
Initialflag：
精馏计算初值的提供方法。
缺省选项是0，这种选择输入量最少（馏出率、回流率等不必输入），并且用软件内插的方法估算分布。
通常，使用缺省选项计算收敛都没有问题。
选项1：
从前一次模拟的结果，重新进行全塔分布计算，这对工况研究是最高效的；
选择1之前，要保证已经有一个先前运行的基础情况；
塔板数与组分数必须和先前的情况保持一致；
如果塔是在循环回路中，则内定使用这一选项。
如果由于塔内气相或液相温度分布的极端非线性导致计算不收敛，则可以估计初始分布；
根据用户所需要的信息的多少，塔内各分布有如下选项：
选项2：
估算温度分布。
选项3：
估算温度及气相流率分布。
选项4：
估算温度及液相分布
升级会员 