王文霞，曹凱超

（西北大學(xué)現(xiàn)代學(xué)院，陜西西安 71030）

Aspen Plus中的簡捷計算和嚴(yán)格計算操作應(yīng)用

王文霞，曹凱超

（西北大學(xué)現(xiàn)代學(xué)院，陜西西安 71030）

采用Aspen Plus模擬三元物系精餾分離。用Dstwu模塊設(shè)計流程進(jìn)行簡捷計算，初步確定設(shè)計所需數(shù)據(jù)參數(shù)，再用Radfrdc模塊進(jìn)行嚴(yán)格計算得出理論數(shù)據(jù)。

Aspen Plus；精餾；簡捷計算；嚴(yán)格計算

Aspen Plus是一種通用型化工流程模擬軟件，可用于單元過程及化工流程的模擬、設(shè)計和優(yōu)化，具有界面友好、工作效率高、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點。Aspen Plus用簡捷和嚴(yán)格的計算方法，進(jìn)行單元和全過程的計算，提供準(zhǔn)確的單元操作模型。

1 工藝流程圖

分離塔T1是簡單精餾塔，常壓操作，來自原料罐的甲苯-苯-氯苯混合溶液進(jìn)入塔T1的頂部，通過簡單精餾操作分離后塔頂餾出苯。含有少量甲苯、苯和氯苯的混合液相經(jīng)輸送泵P2進(jìn)入精餾塔T2。

精餾塔T2是篩板塔，常壓操作。精餾塔T2塔釜為氯苯，濃度大于99.0%，塔頂產(chǎn)品為甲苯，濃度大于99.0%。

2 工藝流程模型的建立

2.1 模型的建立

工藝流程模型如圖1所示。在Aspen Plus模擬計算中，精餾塔均采用Radfrac模塊。

圖1 20t/h甲苯-苯-氯苯分離工藝模擬流程

2.2 物性計算方法的選擇

為適應(yīng)加壓下非電解質(zhì)溶液的應(yīng)用計算，Aspen Plus把五種活度系數(shù)方程與不同的狀態(tài)方程配合，對基本活度系數(shù)方程進(jìn)行改造，形成30多種性質(zhì)計算方法。根據(jù)經(jīng)驗，此次模擬中使用NRTL狀態(tài)方程。

3 甲苯-苯-氯苯分離工藝精餾塔的簡捷計算

Dstwu簡捷塔模塊的任務(wù)是為嚴(yán)格計算提供初值。點擊“Next”按鈕，輸入組分、選擇熱力學(xué)方法“NRTL”、輸入數(shù)據(jù)物料組成狀態(tài)。

點擊“Next”按鈕，填入R/Rmin為1.2，B1，B2塔的塔頂、底壓力，輕重關(guān)鍵組分和塔頂回收率。

點擊“Next”按鈕，運行，右下角顯示計算收斂。在“Blocks-Results” 中的“Summary”頁面，可看到精餾塔簡捷計算的結(jié)果。

點擊“Next”，點擊“確定”。在“Material”可以查看物料計算結(jié)果見圖2和圖3。從表1可以看出，達(dá)到題目的設(shè)計要求，甲苯、苯、氯苯的摩爾分?jǐn)?shù)分別是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

圖2 B1塔Dstwu 結(jié)果

圖3 B2塔Dstwu結(jié)果

表1 熱量和物料衡算

4 甲苯-苯-氯苯分離工藝精餾塔的嚴(yán)格算法

簡捷法可以得出初步計算結(jié)果，考慮到塔板之間有效率。

根據(jù)奧康奈公式∶ET=0.49（αμL）-0.245=0.49（4.1×0.34）-0.245=0.452，板效率大約為45%，得到B1和B2兩個精餾塔塔板數(shù)∶27/0.45=60，總板數(shù)∶60+2=62；進(jìn)料板是第23塊。后續(xù)通過Aspen 模擬優(yōu)化發(fā)現(xiàn)B1塔只需要總板數(shù)∶40塊，B2塔總板數(shù)50塊。

以B1塔為例，設(shè)置組分。

B1塔∶雙擊“Radfrac”模塊，如下填入數(shù)據(jù)。

在“Streams”頁面，填入進(jìn)料位置為23，在“Pressure”頁面，填入塔頂壓力和板壓降。

點擊Blocks下B1中setup的Vapor-liquid，選擇默弗里效率（單板效率），點擊Next，設(shè)置板效率。

在“Blocks-Profiles” 里的“TPFQ”頁面，查看濃度變化，可看到精餾塔內(nèi)第23塊塔板組成與進(jìn)料組成相似，所以不用修改進(jìn)料位置。

在“Material”可以查看物料計算結(jié)果如下圖所示，從下表中可以看出達(dá)到題目的設(shè)計要求，甲苯、苯、氯苯的摩爾分?jǐn)?shù)分別是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

在“Blocks-Results Summary”中的“Summary”頁面，能得出精餾塔嚴(yán)格計算其中一部分結(jié)果。在“View”中選擇 “Condenser/Top stage”，塔頂溫度為82.86℃，冷凝器負(fù)荷為-5 231.315 2kW。在“View”里面的“Reboiler/Bottom stage”中能得到塔底的計算結(jié)果。

圖4 塔頂輸出結(jié)果

圖5 塔底輸出結(jié)果

在“Blocks-Profiles”里面的“TPFQ”中能得到查看液相組成圖∶

圖6 B1塔溫度分布

圖7 B1塔組成分布

B2塔∶雙擊“Radfrac”模塊，如下填入數(shù)據(jù)。

在“Streams”頁面，填入進(jìn)料位置為20，在“Pressure”頁面，填入塔頂壓力和板壓降

點擊Blocks下的B2中的setup的Vapor-liquid，選擇默弗里效率（單板效率）點擊Next，設(shè)置板效率

點擊“Next”，點擊“確定”。在“Material”可以查看物料計算結(jié)果如下圖所示，從下表中可以看出達(dá)到題目的設(shè)計要求，甲苯、苯、氯苯的摩爾分?jǐn)?shù)分別是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

在“Blocks-Profiles” 里的“TPFQ”頁面，查看濃度變化，可看到精餾塔內(nèi)第20塊塔板組成與進(jìn)料組成相似，所以不用修改進(jìn)料位置。

在“Blocks-Results Summary”中的“Summary”頁面，能得出精餾塔嚴(yán)格計算其中一部分結(jié)果。在“View”中選擇“Condenser/Top stage”，塔頂溫度為113.535℃，冷凝器負(fù)荷為-3 599.172 2kW。在“View”里面的“Re boiler/Bottom stage”中能得到塔底的計算結(jié)果

圖8 塔頂輸出結(jié)果

圖9 塔底輸出結(jié)果

在“Blocks-Profiles”里面的“TPFQ”中能得到查看液相組成圖∶

圖10 B2塔溫度分布圖

圖11 B2塔組成分布圖

結(jié)果與表1一致，符合設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

以苯-甲苯-氯苯精餾過程模擬研究為背景，利用Aspen Plus流程模擬軟件進(jìn)行模擬。通過實際例子介紹軟件中的簡捷計算和嚴(yán)格計算，熟悉Aspen Plus流程模擬軟件在精餾塔模擬過程中的應(yīng)用。

[1] 宋海華.精餾模擬[M].天津大學(xué)出版社，2005.

[2] 孫紅先，趙聽友，蔡冠梁.化工模擬軟件的應(yīng)用與開發(fā)[J].計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2007，24（90）∶1285-1288.

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Aspen Plus in the Simple Calculation and Strict Calculation of Operational Applications

Wang Wen-xia，Cao Kai-chao

This design uses Aspen Plus to simulate the separation of ternary system distillation.Dstwu module design process for simple calculation，the initial design parameters required to determine the parameters，and then use the Radfrac module to calculate the theoretical data.

Aapen Plus；distillation；simple calculation；strict calculation

TQ223.162

A

1003-6490（2017）02-0082-02

2017-02-05

王文霞（1993—），女，陜西西安人，主要研究方向為化學(xué)工程與工藝。