Aspen自学笔记

类型模型说明描述?⽬的?⽤于

塔DSTWU简捷蒸馏设计?⽤Winn–Underwood-Gilliland⽅法设计简捷法蒸馏确定最?⼩回流?⽐、最?⼩级数或者实际回流?⽐、实际级数

⼀个进料物流和两个产品物流的塔

Distl简捷蒸馏核算使?⽤Edmister?⽅法进?⾏简捷法蒸馏核算确定以回流?⽐、级数、馏出与进料?⽐为基准的分离程度

⼀个进料物流和两个产品物流的塔

RadFrac严格蒸馏执?⾏各塔严格核算和设计计算普通蒸馏、吸收塔、汽提塔、萃取

和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏Extract严格液-液萃取器使?⽤?⼀个溶剂模拟?⼀个液体物流的逆流抽提液-液抽提塔

MultiFrac复杂塔的严格蒸

馏严格法多塔精馏对?⼀些复杂的多塔执?⾏严格核算和设计计算

热整合塔、空?⽓分离塔、吸收/汽提塔组合、?⼄烯装置初馏塔和急冷塔组合、?⽯油炼制应?⽤

SCFrac?⽯油的简捷蒸馏复杂的多个?⽯油分馏单元的简捷精馏确定产品组成和流率、每段的级数、使?⽤分馏指数的热负荷复杂塔例如原油单元和减压塔

PetroFrac?⽯油的严格蒸馏?⽯油炼制分馏对?⽯油炼制应?⽤中的复杂塔执?⾏严格

核算和设计计算预闪蒸塔、常压原油单元、减压单元、催化裂化主分馏器、延迟焦化主分馏器、减压润滑油分馏器、?⼄烯装置初馏塔和急冷塔组合DSTWU--简捷法精馏设计

DSTWU可对?⼀个带有分凝器或全凝器、?⼀股进料和两种产品的蒸馏塔进?⾏简捷法设计计算。DSTWU假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度。

DSTWU也估算适宜的进料位置、冷凝器和再沸器的热负荷，并产?⽣?⼀个可选的回流?⽐～级数的曲线图或表格。DSTWU 模块?⽤WinnWinn--UnderwoodUnderwood--GillilandGilliland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 模型有四组模型设定参数1、塔设定( Column specifications)

（1）塔板数( 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

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

3、压?⼒( Pressure)（1）冷凝器( Condenser)（2）再沸器( Reboiler)

4、冷凝器设定( Condenser speci?cations)（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)Rate-Frac?⾮平衡级连续蒸

馏基于流率的蒸馏对各塔和多塔执?⾏严格核算与设计。基于?⾮平衡级计算，不需要效率和HETPs。

蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、反应系统、热整合单元、?⽯油应?⽤例如原油和减压单元、吸收/汽提塔组合BatchFrac严格的间歇蒸馏DSTWU 模型有两个计算选项：

1、?⽣成回流?⽐——理论板数关系表( Generate table of re?ux ratio vs. number of theoretical stages )2、计算等板?⾼度( Calculate HETP )

“?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。在实际回流?⽐对理论板数栏?⽬中输?⼊我们想分析的理论板数的最?⼩值Initial number of stages 、最?⼤值((Final number of stages)和增量值((Increment size for number ofstages)。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。Distl 简捷精馏（操作）

Distl 模块?⽤Edmister?⽅法计算给定精馏塔的操作结果。Distl —— 模型参数

在Specification表单中设定以下参数：理论板数Number of stages加料板位置Feed stage回流?⽐Reflux ratio馏出物//进料摩尔?⽐Distillate to feed mole冷凝器类型Condenser type

冷凝器压强Condenser pressure再沸器压强Reboiler pressureDistl —— 计算结果计算给出以下模块信息：冷凝器热负荷Condenser duty再沸器热负荷Reboiler duty进料板温度Feed stage temperature塔顶温度Top stage temperature塔底温度Bottom stage temperature进料q 值Feed qualityRadFrac 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模拟的多级?⽓-液精馏操作⼀般精馏（Ordinary distillation）吸收（Absorption）

再沸吸收（Reboiledabsorption）汽提（Stripping）

再沸汽提（Reboiledstripping）萃取蒸馏（Extractive distillation）共沸蒸馏（Azeotropicdistillation）共沸蒸馏（Reactive distillation）RadFrac适?⽤的体系

两相蒸馏体系（Two-phase systems）三相蒸馏体系（Three-phase systems）

窄沸程和宽沸程体系（Narrow and wide-boiling systems）

液相具有?⾮理想性强的体系（Systems exhibiting strong liquid phase nonideality）

游离?⽔相或其它第?⼆液相（Free-water phase or other second liquid phase) RadFrac模拟发?⽣化学反应的塔固定转化率（Fixed conversion）平衡反应（Equilibrium）流率控制反应（Rate-controlled）电解质反应（Electrolytic）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)RadFrac — 配置（冷凝器）

冷凝器配置从四个选项中选择?⼀种：1、全凝器（TotalTotal）

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（再沸器）

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（有效相态）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—FreeWater Condensor）

4、汽--液- 任意塔板游离?⽔（（Vapor--Liquid—FreeWater Any Stage）RadFrac RadFrac—配置（收敛?⽅法）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（操作设定）操作设定从??⼗个选项中选择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)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)RadFrac —— 流股

在流股表单中设置以下参数：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。RadFrac —— 压强

在压强表单中设置以下参数：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。RadFrac —— 冷凝器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。2、过冷态（Subcooling ）

1）过冷选项（Subcooling optionoption）

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 subcooledsubcooled))

2）过冷指标（Subcooling specification）

过冷液温度（Subcooled temperature) /过冷度(Degrees of subcooled) RadFrac —— 再沸器如选?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— 结果查看

RadFrac 的计算结果从三部分查看：：1、结果简汇（Results summary）

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。2、分布剖形（Profiles）

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。3、流股结果（Stream results）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多个变化对象，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。RadFrac — 设计规定对象

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 RadFrac—设计规定对象在规定表单中输?⼊以下指标1、类型(Type)

有3636种变量类型共选?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 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.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 — 变化对象

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 —— 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 EfficienciesVaporization

Efficiencies) ) 或墨弗?⾥效率((MurphreeMurphreeEfficienciesEfficiencies))，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。(Efficiencies)Vaporization Efficiencies定义如下下标 i 代表组分，j 代表塔板编号。Murphree Efficiencies 定义如下下标 i 代表组分，j 代表塔板编号。RadFrac —— 报告选项

报告（Report）中有?⼀项对塔板设计?⾮常重要，即性质选项（（Property optionsoptions））?⾥的包括?⽔?⼒学参数（Include hydraulic parameters）选项。另外剖形选项（Profile options）?⾥包括哪些塔板（Stages to be included inreport）也很有?⽤。选择了包括?⽔?⼒学参数（Include hydraulic parameters）选项后，剖形结果中将给出指定塔板上的汽、液两相的体积流量、密度、粘度和表?⾯张?⼒等塔板设计所需的参数。RadFrac的两种计算模式核算模式计算：–温度–流率–摩尔分率分布设计模式计算：

–满?⾜塔的操作参数（例如纯度或回收率）或塔中任意物流的物性所需要满?⾜的规定–有?⼴泛的设计和核算塔板及填料的能?⼒RadFrac —— 塔板设计

塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。可将塔分成多个塔段分别设计合适的塔板。在Specification表单中输?⼊该塔段((Trayed section)的起始塔板(Starting stage)和结束塔板(Ending stage)序号，塔板类型(Tray type)，塔板流型程数(Numberof passes)，以及板间距(Tray spacing)等?⼏何结构(Geometry)参数。塔板类型提供了五种塔板供选?⽤：1、泡罩塔板（（Bubble Cap）2、筛板（（Sieve）

3、浮阀塔板（Glistch Ballast）4、弹性浮阀塔板（（Koch Flexitray

）

5、条形浮阀塔板（（Nutter Float Valve)

结果(Results) 表单中给出计算得到的塔内径(Column diameter)、对应最?⼤塔内径的塔板序号(Stage with maximum

diameter)、降液管截?⾯积//塔截?⾯积((Downcomer area / Column area )、侧降液管流速(Side downcomer velocity)、侧堰长(Side weir length)。

剖形(Profiles) 表单中给出每?⼀块塔板对应的塔内径(Diameter)、塔板总?⾯积(Total area)、塔板有效区?⾯积(Active area)、侧降液管截?⾯积(Side downcomer area)。RadFrac —— 塔板核算

塔板核算（（Tray rating）计算给定结构参数的塔板的负荷情况，可供选?⽤的塔板类型与“塔板设计”中相同。“塔板设计”与“塔板核算”配合使?⽤，可以完成塔板选型和?⼯艺参数设计。“塔板核算”的输?⼊参数除了从“塔板设计”带来的之外，还应补充塔盘厚度(Deck thickness)和溢流堰?⾼度(Weir heights)，多流型塔板应对，每?⼀种塔盘都输?⼊堰?⾼。●在塔板布置(Layout)表单中输?⼊：

浮阀的类型(Valve type)、材质(Material)、厚度(Thickness)、有效区浮阀数?⽬(Number of valves to active area)；筛孔直径(Hole diameter)和开孔率(Sieve hole area to active area fraction)。●在降液管((DowncomerDowncomer))表单中输?⼊：降液管底隙(Clearance)(Clearance)；顶部宽度(Width at top)(top)；底部宽度(Width at bottom)(bottom)；直段?⾼度(Straight height)(height)。

塔板核算结果在结果(Results)(Results)表单中列出，有三个参数应重点关注：1、最?⼤液泛因?⼦(Maximum flooding factor) ，应该?⼩于0.8 ；；2、塔段压降(Section pressure drop)；

3、最?⼤降液管液位//板间距(Maximum backup / Tray spacing) ，应该在0.25 ~0.5 之间。RadFrac —— 填料设计

填料设计(Pack sizing)计算选?⽤某种填料时的塔内径。在Specification表单中输?⼊填料类型(Type)、?⽣产?⼚商(Vendor)、材料(Material)、板材厚度(Sheet thickness)、尺?⼨(Size)、等板?⾼度(Height equivalent to a theoretical plate) 等参数。填料类型共有53 种填料供选?⽤，以下是5 种典型的散堆填料：1、拉西环（RASCHIG）2、鲍尔环（PALL）3、阶梯环（CMR）4、矩鞍环（INTX）

5、超级环（SUPER RING）以下是5

种典型的规整填料：

1、带孔板波填料（MELLAPAK）2、带孔?⽹波填料（CY）3、带缝板波填料（RALU--PAK）

4、陶瓷板波填料（ERAPAK）5、格栅规整填料（FLEXIGRID）

结果(Results) 表单中给出计算塔内径(Column diameter)、最?⼤负荷分率(Maximum fractional capacity)、最?⼤负荷因?⼦(Maximum capacity fractor)、塔段压降(Section pressure drop)、?⽐表?⾯积(Surface area)等参数。RadFrac —— 填料核算

填料核算（Pack rating）计算给定结构参数的填料的负荷情况，可供选?⽤的填料类型与“填料设计”中相同。“填料设计”与“填料核算”配合使?⽤，可以完成填料选型和?⼯艺参数设计。RadFrac — 吸收计算

RadFrac 模块?⽤于吸收计算时，

1）在Configuration表单中将冷凝器和再沸器类型选为“None”；

2）在Streams表单中将塔底?⽓体进料板位置设为塔板总数加1 ，并将加料规则(Convention) 设为“Above--Stage”；在收敛（Convergence）项?⽬中将

1、基本(Basic)表单?⾥的算法(algorithm)设置为“Standard”，并将最?⼤迭代次，数(maximum iterations)设置为200;2、将?⾼级(Advance) 表单?⾥的第?⼀栏吸收器(Absorber) 设置为“yes”。RadFrac —— 脱吸计算脱吸是吸收的逆过程，脱吸计算与吸收计算的模型参数设置相同，只是物料初始组成不同。Extract — 连续萃取塔

Extract 模块?⽤逐级计算法精确计算连续逆流萃取过程的操作结果。Extract — 模型参数

Extract 模块有四组基本模型参数：：1、塔设定(Specs)表单1) 塔板数

(Number of stages)

2) 热状态选项(Thermal options)(1) 绝热(Adiabatic)

(2) 指定温度剖形(Specify temperature)(3) 指定热负荷剖形(Specify heat duty)2、关键组分( Key components)表单(1) 第?⼀液相( 1st liquid phase)即?⽐重较?⼤的液相，从塔底出料。(2) 第?⼆液相( 2nd liquid phase)即?⽐重较?⼩的液相，从塔顶出料。

3、物流( Streams )( )表单

塔顶和塔底必须各有?⼀股进料和出料物流。如果还有侧线物流，则在此表单中设置侧线进料物流的加料板位置和侧线出料物流的出料板位置和流量。4、压强( Pressure )( )表单

设置塔内的压强剖形。?⾄少指定?⼀块板的压强。未指定板的压强通过内插或外推决定。Extract —— 级效率

Extract 模块采?⽤级效率来处理两液相组成未达到平衡的真实过程，缺省的级效率为1（平衡级）。1、选项( Options )表单

选择使?⽤通?⽤级效率(Specify stage efficiencies)还是为每?⼀个组分分别指定级效率(Specify efficiencies for individualcomponents)。2、级( Stages )表单

输?⼊每?⼀块板上的通?⽤板效率。3、组分( Components )表单输?⼊每?⼀个组分在每?⼀块板上的组分板效率。Extract —— 物性?⽅法

Extract 模块提供三类?⽅法求取液——液平衡分配系数。1、选项( Options )表单

⾸先选择下列三类?⽅法之?⼀：

1）?⽤给定的物性?⽅法（活度系数法或状态?⽅程法）；2）KLL温度关联式；3）?⽤户?⼦程序。

2、KLL关联式( KLL correlation )表单

如果选择KLL温度关联式?⽅法，则在此输?⼊各关联式中的系数。