Aspen进阶篇5—塔设备单元
在这一篇将给大家介绍塔设备单元，在工业生产过程中，塔是不可或缺的重要组成部分，根据不同的用途，可将塔分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔和洗涤塔等等。毫无疑问，塔是一个比较复杂的模块，这篇里我就不按照前面仔细介绍各种模块的方式来叙述，我想通过设计精馏塔的一个实例来进行分析，希望大家能好好学习这个设计案例。
首先我把这个案例的题目给出来：
接下来我将进行详细的说明：
首先我们得分析清楚思路，有了好的思路做起来才能快。
设计思路如下：
1. 首先用简捷精馏模块（DSTWU）确定满足要求的理论塔板数、进料位置和采出率的初始值；
2. 分析得到塔板数随回流比的变化曲线，确定合适的回流比；
3. 结合以上两条确定严格精馏RadFrac模块的输入条件，并用RadFrac模块进行模拟；
4. 用灵敏度分析和设计规定辅助求解，使之达到分离要求
Step1 ：新建空白模拟
点击New，新建空白模拟
?进入到软件主界面
? Step2 ：输入物质
输入物质甲醇和水
? Step3 ：选择物性方法
选用Wilson方程，并查看二元交互作用参数
? Step4 ：建立流程模拟
建立如下流程图，并修改名称
? Step5 ：输入进料物流条件
输入进料物流FEED的条件
? Step6 ：输入DSTWU模块参数
? Step7 ：至此我们把简捷计算模块参数输入完毕，运行模拟，收敛
我们可以在Blocks/DSTWU/Results里查看模块结果：
? Step8 ：确定最佳回流比
根据回流比和理论板数的关系，确定最佳回流比。
在Blocks/DSTWU/Input/Calculation Options界面勾选Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages，重新运行
在Results/Reflux Ratio Profile界面查看回流比对理论板数表
?点击Custom，以回流比为X轴，理论塔板数为Y轴，做出图像
?通过数值方法可以求出，上述曲线斜率变化最快（二阶导数值最大）的点在R=1.692，根据精馏理论，该店是最佳回流比值，对应的塔板数为14块。
以此回流比为条件重新运行
?结果如下：
理论板数：14
进料位置：11
塔顶采出率：0.26354
? 结论：
对同一产品质量要求而言，
若回流比R增加，则：
1.? 塔板数减少，投资费用降低；
2.? 能耗增加，操作费用上升
严格精馏条件：
回流比：R=1.692
理论板数：NT=14
进料位置：NF=11
塔顶采出率：D/F=0.26354（摩尔比）
接下来我们来做严格精馏，使用Radfrac模块
Step9 ： 在流程图窗口插入RadFrac模块，用Manipulators的Dupl模块复制FEED进料流股作为RadFrac模块的进料，然后连接各流股，如下图
? Step10 ：输入模块参数
首先是Configuration界面：
?然后是Streams界面
?最后是Pressure界面
? Step11 ：运行，收敛，查看结果
这里我们需要设置一下，在Setup/Report Options/Stream界面勾选mass，就可以查看了
在Streams/D1/Results/Mass Frac查看，质量纯度为：98.85wt%
? Step12 ：接下来通过灵敏度分析和设计规定进行分析，使结果达到分离要求
1. 灵敏度分析（使塔顶中甲醇含量最高）
定义操纵变量和目标变量
?运行，查看结果，并绘图
?由此可以看出，最佳进料位置为第9快板，修改条件重新输入并运行
查看分离结果：此时为质量纯度为0.991792
2. 接下来通过设计规定修改回流比来达到分离要求， 在此之前我们不激活灵敏度分析，防止设计规定中的目标变量与灵敏度分析的目标变量相冲突，引起警告
(1)先是纯度设定
?(2)再是回收率的设定
?然后设计操纵变量，即回流比RR
?运行，收敛
可以看出当回流比为1.769时满足了要求
? Step13 ：塔板设计
点击Tray Sizing，新建一个，然后输入条件，选择筛板塔（这里第一块塔板和最后一块塔板分别是冷凝器和再沸器，不予进料）
运行，查看尺寸，如下图
?以上就是甲醇-水精馏塔的设计，请大家仔细学习，后面还有更为复杂的塔设计，希望大家夯实基础，学得更好！
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