如何使用aspen软件模拟完成精馏的设计和控制马后炮终审稿)

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。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。

方法概要

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。

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%）。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。

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。

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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s vd 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.

i

ij Δu k

j

2.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/ΔQ

9

8

7

6

5

4

3

2

1

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= U ΣV T

- Σ= 9 V T = -

U=

?

.3452 0

- -

- -

-

- - ?

?

?

?

?

- -

-

-

-

则矩阵U 的第一列中最大的元素是, 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: 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。

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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)

其中σmax(A)和σmin(A)分别是矩阵A 奇异值的极大和极小值.

κ(A)= max

σ(A)

min

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 着，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。

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。对于多组分体系，尤其如此，非关键组分可能的改变会严重影响塔板温度，尤其在靠近塔两端处。

产品变化最小判据

满足产品变化最小判据的要点在于选择面对进料组成波动，塔盘的温度保持不变，引起的产品纯度变化最小的塔板。

选择几个候选塔板位置。固定某一块塔板的温度，及第二控制自由度，如回流比或回流流量。然后，在预期范围内改变进料组成，计算产品的组成。对于其他塔板位置，重复上述过程。选择面对进料组成波动，其温度保持不变，引起产品纯度变化最小的那块塔板。

小结

上述各节中，我们描述了五个最常用的判据。有时候，这些判据推荐的控制塔板位置相同。而在其他情况下，它们推荐不同的控制塔板位置。下一部分，我们将这些判据应用到几种典型的工业精馏体系中，评估其相对有效性。

丙烷/异丁烷二元体系

我们研究的第一个分离体系是丙烷和异丁烷的二元混合物。进料流率为1Kmol/s，设计进料组成为丙烷摩尔分数40%。按照习惯的符号标注，进料组成记为z，馏出物组成为x D，塔底产品组成为x（B均以丙烷的摩尔分率计）。塔压设定在，

冷凝水可以用于冷却冷凝器（回流罐的温度为315K）。这个塔使用Aspen 的编号习惯给塔板编号，从回流罐直到塔釜有37 块理论板。进料由第16 块理论板引入。

馏出物纯度设定为摩尔分率为98%的丙烷，塔底产品的杂质含量设定为丙烷的摩尔分率为2%。实现上述纯度所需的回流为。

斜率判据

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

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我们研究的第一个分离体系是丙烷和异丁烷的二元混合物。进料流率为1Kmol/s，设计进料组成为丙烷摩尔分数40%。按照习惯的符号标注，进料组成记为z，馏出物组成为x D，塔底产品组成为x（B均以丙烷的摩尔分率计）。塔压设定在，

冷凝水可以用于冷却冷凝器（回流罐的温度为315K）。这个塔使用Aspen 的编号习惯给塔板编号，从回流罐直到塔釜有37 块理论板。进料由第16 块理论板引入。

馏出物纯度设定为摩尔分率为98%的丙烷，塔底产品的杂质含量设定为丙烷的摩尔分率为2%。实现上述纯度所需的回流为。

灵敏度判据

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如图所示，上图给出了塔板温度和两个受控变量--回流流量R 和再沸器热量输入Q R--之间的开环回路增益。实线

对应回流流量的变化，虚线对应再沸器热量输入的变化。这两个输入信号在稳态值的基础上有很小（+%）的增加。正如

所预料的，塔板温度针对回流之间的增益是负的，而塔板温度对再沸器热量输入之间的增益是正的。

两曲线说明了第8 块理论板对回流流量的变化敏感，而第8 块理论板和第29 块理论板均对再沸器热量输入敏感。因此，第8 块理论板的温度既可由回流流量控制也可由再沸器热量输入控制；而第29 块理论板温度只能由再沸器热量输入控制。

应该记住的是，这些都是稳态结果，并没有反映任何动态信息。所有塔板的温度由热量输入的变化而快速变化，因此将热量输入和任何塔板的温度组对在动态上均是可行的。

然而，回流流量的变化需要相当长的时间去影响靠近塔釜塔板的温度，这是因为液相的流体滞后（每块塔板约3-6s）。因此，将回流流量与离塔顶较远的塔板温度组对，可以预期只会出现糟糕的控制效果。

奇异值分解判据

如图下图所示，给出了奇异值分解(SVD)分析中U1 和U2 向量的值。前者用实线表示，与回流有关。后者用虚线表示，与热量输入有关。

奇异值分解的结果类似于灵敏度的结果。它们说明第8 块理论板可由回流控制，而第29 块理论板由热量输入控制。稳态增益矩阵的奇异值σ1=，σ2=，故条件数CN=σ1/σ2=。这表明这两个温度彼此相当独立，因此二元温度控

制模式是可行的，至少从稳态角度如此。

温度恒定判据

Figure 丙烷/异丁烷; 保持产品纯度不变，由进料组成改变引起的温度剖面图的变化图给出了在稳态值（丙烷40mol%）的正负两侧两个进料组成下温度剖面的变化。实线代表了组成为35mol%丙烷

的进料，虚线则代表了组成为45mol%丙烷的进料。对于两种进料组成，馏出物和塔底产品的组成分别设为98mol%和2mol%。

正如所预期的，在二元恒压体系中恒定组成就确定了温度。因此，塔顶和塔釜的温度均不发生变化。理论上讲，控制这些端部温度可以取得恒定的产品纯度。然而，实际上，少量其他组分或者压力变化将导致使用端部温度控制效果不佳。在讨论多组分体系时，这个结论将被证实。

产品变化最小判据

图给出了当某一特定塔板温度不变，进料组成变化时，产品纯度如何变化。在这个图中，恒定的第二控制自由度是

回流流量。

表给出了选择恒定的回流流量而不是恒定回流比的理由。这里用到在上一部分获得的信息。产品纯度一定，进料组

成变化。不用观察温度剖面图，我们注意到回流流量和回流比的所需要的变化。正如表所清楚表明的，回流流量所需变

化比回流比所需变化要小的多。

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Figure (a) 丙烷/异丁烷：保持回流和塔盘温度不变，由进料组成改变引起的馏出物纯度变化; (b) 保持回流和塔盘温度

不变，由进料组成改变引起的塔底产品杂质含量变化.

表恒定产品纯度条件下,进料组分对回流量和回流比的影响

体系产品纯度或杂质含量

(mol %)

z (mol %)

回流量

(kmol/s)

回流比

D/P 98/2 35 C3

40 C3

45 C3

苯/甲苯/二甲苯25 B

30 B

35 B

多组分98/2 35 C3/34 IC4

40 C3/29 IC4

45 C3/24 IC4

醋酸甲酯25 MeAc

30 MeAc

33 MeAc

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因此，在图中，回流流量固定在s，固定一个塔板上的温度（理论板2 号，8 号，12 号，20 号，29

号，和37 号）。表中横坐标表示进料中丙烷的摩尔分率；纵坐标为馏出物的纯度x D，塔底产品的杂质含量x B。

图中显示了一些不合常理的结果。控制靠近塔顶的第8 块理论板的温度比控制靠近塔釜的第29 块理论板温度能够

获得更好的塔底产品纯度。塔底产品的杂质含量很接近、甚至低于预期的2mol%丙烷。另一方面，控制靠近塔釜的第29 块理论板的温度能够获得更好的馏出物纯度，等于甚至高于预期的98mol%丙烷。而传统知识认为，控制靠近产品物流的塔板使得其纯度更恒定。

这些结果说明在这二元系统中，运用单回路温度控制方法，控制第8 块和第29 块理论板均能够获得相当好的产品纯度。如果使用二元温度控制方法，即控制精馏塔两端的温度，在压力恒定时，可以使产品纯度完全维持在稳态条件下预期的值。

苯/甲苯/二甲苯三元体系

下一个的研究的分离体系是苯/甲苯/邻二甲苯三元混合物。进料量1Kmol/s，进料组成（摩尔分数）设定为，苯30%，甲苯40%，邻二甲苯40%。操作目标是从重关键组分甲苯中分离出轻关键组分苯。当然，比重关键组分甲苯更重的二甲苯会随着甲苯进入塔底产品。塔压为常压。塔的理论板数为32 块，原料由第16 块理论板引入。馏出物杂质含量为%（摩

尔分数）的甲苯，塔底产品的杂质含量为%（摩尔分数）的苯。实现上述纯度所需的回流比为。

斜率判据

如图所示，上图给出了在设计条件下温度的剖面图，下图显示了邻近塔板之间温度的差异。在进料板处有一个很大

的变化。由于在该处引入进料，所以此处不适于温度控制。在靠近塔底位置同样有一个大的温度变化，这是因为比重关键组分更重的二甲苯在该处的聚集。由于我们竭力探究苯和甲苯的组成，因此此处也不是温度控制的好位置。斜率分析建议第21 块理论板作为温度控制的位置。

灵敏度判据

如图所示，上表给出了塔板温度和两个被控制变量之间的开环回路稳态增益。这些曲线表明第21 块理论板对热量

输入变化敏感，第22 块理论板对回流流量变化敏感。

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奇异值分解判据

如图所示，下表给出了奇异值分解分析中U1 和U2 的值。前者由实线表示，与回流量相关。后者由虚线表示，与

热量输入相关。

奇异值分解的结果与灵敏度的结果类似。它们表明第21 块理论板可由回流流量控制，而第23 块理论板可由热量输入控制。稳态增益矩阵的奇异值σ1=，σ2=，故条件数CN=σ1/σ2=。这表明这两个温度并不像丙烷/异丁烷体系

中的两个温度那样独立无关，因此二元温度控制体系可能并不有效。这很容易理解，因为第21 块理论板和第23 块理论板靠的太近以至于不能相互独立。

恒定温度判据

Figure 苯/甲苯/二甲苯体系:保持产品纯度不变时,由苯和二甲苯进料组成的变化引起的温度分布曲线变化

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图给出了这个三元体系中3 个不同进料组成下的温度剖面图。进料组成（摩尔分数）苯/甲苯/二甲苯（BTX）设定

为30%/30%/40%。塔底产品和馏出物的杂质含量分别设定为苯%（摩尔分数），甲苯%（摩尔分数）。实线表示BTX

进料组成（摩尔分数）为25%/35%/40%；虚线表示BTX 进料组成（摩尔分数）为35%/25%/40%；点线虚线表示BTX 进料组成（摩尔分数）为25%/25%/50%。

对于进料中苯和甲苯比例的变化，得到的结果表明在产品纯度恒定时，第27 块理论板的温度保持恒定。因此，如果预期的进料组成波动是这种类型，控制第27 块理论板应该有效。

然而，对于进料中二甲苯浓度的变化，第27 块理论板的温度几乎变化了3K。

Figure 苯/甲苯/二甲苯体系: 保持回流和塔盘温度不变，由苯和二甲苯进料组成改变引起的馏出物纯度变化.

最小产品波动判据

图表明了当一块特定塔板的温度恒定，及进料组成变化时产品的纯度如何变化。在本图中固定的第二控制自由度

是回流流量。

表指出了选择恒定回流流量而非恒定回流比的合理性。在BTX 体系中回流流量所需要的变化比回流比所需的变化

要小的多。回流流量固定在s。

图给出了当第2，8，12 和23 块理论板的温度固定，及进料组成变化时产品纯度的变化。上图显示了进料中苯摩

尔比例的变化。二甲苯的摩尔比例固定在，因此进料中甲苯的组成与苯的组成呈反向变化。对于这种类型的波动，保持

第23 块理论板温度恒定可以实现产品纯度变化最小。

图中的下图表明，当进料中二甲苯组成变化时，保持第23 块理论板的温度恒定同样有效。然而，降低进料中二甲

苯的组成严重影响馏出物的纯度。

这些结果说明了恒定温度判据的问题所在――进料中何种组分的变化会强烈影响其有效性。

多组分烃类分离体系

下一个讨论的分离体系是一个含有五个组分的烃类混合物。进料量1Kmol/s，进料组成（摩尔分率）设定为乙烷（C2）1%，丙烷（C3）40%，异丁烷（iC4）29%，正丁烷（nC4）29%，异戊烷（iC5）1%。操作目标是将轻关键组分丙烷从重关键组分异丁烷中分离出来。当然，比重关键组分更重的nC4、iC5 会随着iC4 一起进入塔底产品。比轻关键组分更轻的C2 会

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随着丙烷一起进入塔顶。塔压设定在atm。该塔有37 个理论板数，进料由第18 块理论板引入。馏出物杂质含量（摩

尔分数）为2%的iC4，而塔底产品杂质含量（摩尔分数）为2%的C3。实现上述产品纯度所需的回流比为。

斜率判据

如图所示，上表给出在设计条件下的温度剖面图，下表显示了邻近塔板之间温度的差异。温度变化最大的是第31

块理论板。在塔顶处，同样有个大的温度变化，这是由于比轻关键组分更轻的C2 在该处的聚集。在第8 块理论板处，也有一个小峰。

灵敏度判据

如图所示，上表给出了塔板温度和两个受控变量之间的开环回路增益。这些曲线表明，第30 块理论板对热量输

入敏感，而第8 块理论板对回流流量变化敏感。在这个体系中，斜率判据和灵敏度判据得出了同样的结果。

奇异值分解判据

如图所示，下图给出了奇异值分解分析中的U1 和U2 向量的值。奇异值分解的结果类似于灵敏度的结果。它们

表明第8 块理论板可由回流流量控制，而第30 块理论板可由热量输入控制。稳态增益矩阵的奇异值σ1=，σ2=，

从而条件数CN=σ1/σ2=。这表明这两个温度相当独立，因此如需要，二元温度控制模式是可行的。

恒定温度判据

图给出了对于四个不同进料组成温度剖面图的变化。进料组成（摩尔分率）C2/ C3 /iC4 /nC4/ nC4 设定为

1%/40%/29%/29%/1%。塔底产品和馏出物杂质含量（摩尔分数）分别固定为2%的C3，2%的iC4。实线代表一进料组成，其丙烷组成由40%降为35%，异丁烷由29%增加到34%。虚线代表一进料组成，其丙烷组成由40%增加到45%，异丁烷由29%降为24%。点线代表一进料组成，其乙烷组成由1%增加到2%，异丁烷和正丁烷均由29%降为%。虚点线代表

一进料组成，其异戊烷组成由1%增加到10%，异丁烷由29%降为25%，正丁烷有29%降为24%。

结果表明，当产品纯度恒定时，对于进料中丙烷和异丁烷组成比例的变化及乙烷组成的变化，第34 块理论板的温度不

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Aspen plus模拟精馏塔说明书要点

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；

aspen吸收、精馏塔模拟设计(转载)

aspen模拟塔设计（转载） 一、板式塔工艺设计 首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步骤。（参考） 其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。 记住：你是工艺设计者，没有 aspen 你必须知道计算过程及方法，能将塔设计出来，这是你经过课程学习应该具有的能力，理论上讲也是进入毕业设计的前提。只是设计过程中将复杂的计算过程交给 aspen 完成， aspen 只替你计算，不能替你完成你的设计。做不到这一点说明工艺设计部份还不合格，毕业答辩就可能要出问题，实际的这是开题时要做的事的一部份，开题答辩就是要考察这个方面的问题。 设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的结构和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进行。 板式塔工艺计算步骤 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) 组份分割，确定是否为清晰分割； (2)估计塔顶与塔底的组成。 得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率 参考：《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的内容。 2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算 目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。 方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。 得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。

aspen模拟间歇精馏的简单程序

[注意]随便看看吧 BLOCK: COL MODEL: BATCHFRAC --------------------------------- CHARGE - FEED OPSTEP O-1 STAGE 10 OUTLETS - PROD COL-CONTENTS OPSTEP O-1 STAGE 10 DIST DISTILLATE OPSTEP O-1 STAGE 1 PROPERTY OPTION SET: NRTL-RK RENON (NRTL) / REDLICH-KWONG *** MASS AND ENERGY BALANCE *** IN OUT RELATIVE DIFF. TOTAL BALANCE MOLE(KMOL/HR ) 35.5310 35.5310 -0.651964E-07 MASS(KG/HR ) 1000.00 1000.00 0.346421E-06 ENTHALPY(MMKCAL/H) -2.18172 -2.13628 -0.208274E-01 ********************** **** INPUT DATA **** ********************** **** INPUT PARAMETERS **** NUMBER OF PHASES 2 NUMBER OF THEORETICAL STAGES 10 NUMBER OF OPERATION STEPS 1 NUMBER OF ACCUMULATORS 1 ALGORITHM OPTION STANDARD MAXIMUM NO. OF TOTAL REFLUX LOOPS 60 MAXIMUM NO. OF OUTSIDE LOOPS 50 MAX NO. OF INSIDE LOOPS/OUTSIDE LOOP 10 MAXIMUM NUMBER OF FLASH ITERATIONS 50 REPORT TIME INTERVAL HR 2.00000 FLASH TOLERANCE 0.000100000 DISTILLATION ALGORITHM OUTSIDE LOOP TOL 0.100000-04 DISTILLATION ALGORITHM INSIDE LOOP TOL 0.100000-05 TOTAL REFLUX ALGORITHM TOLERANCE 0.100000-05 INTEGRATION ERROR TOLERANCE 0.000100000 INITIAL TIME STEP USED BY INTEGRATOR HR 0.00027778 ************************************ **** OPERATION STEP O-1 **** ************************************ **** COL-SPECS **** MOLAR VAPOR DIST / TOTAL DIST 0.0 MASS DISTILLATE RATE KG/HR 10.0000 MOLAR REFLUX RATIO 2.00000 MOLAR BOILUP RATE (TOTAL REF) KMOL/HR 3.55310 **** COLUMN PROFILES **** TRAY HOLDUP PRESSURE BAR 1 10.0000 KG 1.01000 2 1.00000 KG 1.02000 3 1.00000 KG 1.03000 4 1.00000 KG 1.04000 5 1.00000 KG 1.05000 6 1.00000 KG 1.06000 7 1.00000 KG 1.07000 8 1.00000 KG 1.08000 9 1.00000 KG 1.09000 10 0.0 CUM 1.10000 **** STOP CRITERION **** RUN UNTIL MASS FRACTION IN STAGE LIQUID FALLS ABOVE STOP CRITERION

《化工流程模拟实训—Aspen Plus教程(孙兰义主编)》配套PPS课件第7章 分离单元模拟PartB

第7章分离单元模拟Part B 作者：武佳孙兰义

第7章分离单元模拟Part B ?7.1 概述 ?7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU ?7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl ?7.4 精馏塔的严格计算模块RadFrac ?7.5 塔板和填料的设计与校核 ?7.6 连续萃取模块Extract ?7.7 吸收示例

7.1 概述 模块说明功能适用对象 DSTWU 使用Winn-Underwood-Gilliland 方法的多组分精馏的简捷设计模 块 确定最小回流比、最小理论板数以 及实际回流比、实际理论板数等 仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔 Distl 使用Edmister方法的多组分精馏 的简捷校核模块 计算产品组成 仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔 RadFrac 单个塔的两相或三相严格计算模 块 精馏塔的严格核算和设计计算 普通精馏、吸收、汽提、萃取 精馏、共沸精馏、三相精馏、 反应精馏等 Extract液-液萃取严格计算模块液-液萃取严格计算萃取塔 MultiFrac严格法多塔蒸馏模块对一些复杂的多塔进行严格核算和 设计计算 原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提 塔组合等 SCFrac简捷法多塔蒸馏模块确定产品组成和流率、估算每个塔 段理论板数和热负荷等 原油常减压蒸馏塔等 PetroFrac石油蒸馏模块对石油炼制工业中的复杂塔进行严 格核算和设计计算预闪蒸塔、原油常减压蒸馏塔、催化裂化主分馏塔、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合等 RateFrac非平衡级速率模块精馏塔的严格核算和设计计算 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共

DSTWU是多组分精馏的简捷设计模块，针对相对挥发度近似恒定的物系开发，用于计算仅有一股进料和两股产品的简单精馏塔。 DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland方法进行精馏塔的简捷设计计算。

Aspen间歇精馏模拟教程

Aspen间歇精馏模拟教程 Use this Getting Started section to become familiar with the steps to set up a batch simulation using Aspen Batch Modeler. You will be modeling a system to recover methanol from a mixture of methanol and water. The objective is to separate methanol from the mixture with a purity of 99%. This mixture is not ideal given the polarity of the molecules; therefore, for a working pressure of 1atm, you will choose NRTL to model its physical properties. There are four steps in this process. Click a step to go the instructions for the step. Step 1 – Set up the Properties for Aspen Batch Modeler Step 2 – Enter structural data and specifications for the Aspen Batch Modeler block Step 3 – Enter Operating Steps Step 4 – Run the simulation and view the results Step 1 - Set up the Properties for Aspen Batch Modeler We want to define a Properties file that has the following defined. Components Property Method Water NRTL Methanol To define this Properties file, follow the steps below. To set up the Problem Definition file from within Aspen Batch Modeler: 1. Start Aspen Batch Modeler. 2. On the Species form, click Edit Using Aspen Properties.

aspen精馏模拟步骤

Aspen精馏模拟的步骤 一、板式塔工艺设计 首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步骤。 其次要知道您用的软件(或软件模块)能做什么,不能做什么？您如何借助它完成给定的设计任务。 设计方案,包括设计方法、路线、分析优化方案等,应该就是设计开题报告中的一部份。没有很好的设计方案,具体作时就会思路不清晰,足见开题的重要性。下面给出工艺设计计算方案参考,希望借此对今后的结构与强度设计作一个详细的设计方案,明确的一下接下来所有工作详细步骤与方法,以便以后设计工作顺利进行。 板式塔工艺计算步骤 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) 组份分割,确定就是否为清晰分割; (2)估计塔顶与塔底的组成。 得出结果:塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率 参考:《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的内容。 2、用简捷模块(DSTWU)进行设计计算 目的:结合后面的灵敏度分析,确定合适的回流比与塔板数。 方法:选择设计计算,确定一个最小回流比倍数。 得出结果:理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比,蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。 3、灵敏度分析 目的:1、研究回流比与塔径的关系(NT-R),确定合适的回流比与塔板数。 2、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:可以作回流比与塔径的关系曲线(NT-R),从曲线上找到您所期望的回流比及塔板数。 得到结果:实际回流比、实际板数、加料板位置。 4、用DSTWU再次计算 目的:求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。 方法:依据步骤3得到的结果,进行简捷计算。 得出结果:加料板位置、回流比,蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。 5、用详细计算模块(RadFrace)进行初步设计计算 目的:得出结构初步设计数据。 方法:用 RadFrace 模块的Tray Sizing(填料塔用PAking Sizing),利用第4步(DSTWU)得出的数据进行精确设计计算。 主要结果:塔径。 6、核算 目的:确定工艺计算的最后结果。 方法:对第 5 步的计算结果(如:塔径等)按设计规范要求进行必要的圆整,用 RateFrace 或 RateFrace 模块的Tray Rating(填料塔用PAking Sizing),对塔进行设计核算。 结果:塔工艺设计的所有需要的结果。 如果仅就是完成设计,至此,工艺计算全部完成。 工艺计算说明书内容要求 1、给出 aspen 每步输入参数(除给定的设计条件外)与选项的依据。

Aspenplus模拟精馏塔说明书

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。 方法:用RadFrac模块进行精确计算，经过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定，检验计算数据是否收敛，计算出塔径等主要尺寸。 5. 塔板设计 目的：经过塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。

aspen 精馏模拟详细过程及探讨疑问

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。不知道合理否。 通过灵敏度分析得到，进料流量以及压强对计算的实际塔板数没有影响。 通过检验也再次印证：进料流量对详细计算所需的数据没有影响。

Aspen plus模拟精馏塔说明书

A s p e n p l u s模拟精馏 塔说明书 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

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 %w，丙醇%w；产品组成：甲醇≥%w；废水组成：水≥%w；进料温度：；全塔压降：；所有塔板Murphree 效率。 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*= 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%w，丙醇%w； 产品:甲醇≥%w；废水组成：水≥%w。 (3).温度及压降： 进料温度：；全塔压降：； 所有塔板Murphree 效率。 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。