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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,DSTWU Distl RadFrac Extract,塔设备(Columns)单元共有9种模块：,MultiFrac SCFrac PetroFrac RateFrac BatchFrac,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
2、板数 (Number 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 (Reboi
3、ler),DSTWU模型有四组模型设定参数：,4、冷凝器设定 (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
4、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 。,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
5、值(Final number of stages)和增量值(Increment size for 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。 Ra
6、dFrac 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 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 (Val
7、id Phase) 5、收敛方法 (Convergence) 6、操作设定 (Operation Specifications),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 (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：
8、 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 Condensor) 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、
9、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) 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
10、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。,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。
11、,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 (Sub
12、cooling 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 (Specify 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 (Resu
13、lts 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，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
14、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 (Specification) 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 (
15、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Specifi
16、cation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。,