aspen吸收、精餾塔模擬設(shè)計(轉(zhuǎn)載).doc

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aspen模擬塔設(shè)計（轉(zhuǎn)載）一、板式塔工藝設(shè)計首先要知道工藝計算要算什么？要得到那些結(jié)果？如何算？然后再進(jìn)行下面的計算步驟。（參考）其次要知道你用的軟件（或軟件模塊）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成給定的設(shè)計任務(wù)。記?。耗闶枪に囋O(shè)計者，沒有 aspen 你必須知道計算過程及方法，能將塔設(shè)計出來，這是你經(jīng)過課程學(xué)習(xí)應(yīng)該具有的能力，理論上講也是進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計的前提。只是設(shè)計過程中將復(fù)雜的計算過程交給 aspen 完成， aspen 只替你計算，不能替你完成你的設(shè)計。做不到這一點說明工藝設(shè)計部份還不合格，畢業(yè)答辯就可能要出問題，實際的這是開題時要做的事的一部份，開題答辯就是要考察這個方面的問題。設(shè)計方案，包括設(shè)計方法、路線、分析優(yōu)化方案等，應(yīng)該是設(shè)計開題報告中的一部份。沒有很好的設(shè)計方案，具體作時就會思路不清晰，足見開題的重要性。下面給出工藝設(shè)計計算方案參考，希望借此對今后的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計作一個詳細(xì)的設(shè)計方案，明確的一下接下來所有工作詳細(xì)步驟和方法，以便以后設(shè)計工作順利進(jìn)行。板式塔工藝計算步驟1.物料衡算（手算）目的：求解 aspen 簡捷設(shè)計模擬的輸入條件。內(nèi)容：(1) 組份分割，確定是否為清晰分割； (2)估計塔頂與塔底的組成。得出結(jié)果：塔頂餾出液的中關(guān)鍵輕組份與關(guān)鍵重組份的回收率參考：化工原理有關(guān)精餾多組份物料平衡的內(nèi)容。2.用簡捷模塊（DSTWU）進(jìn)行設(shè)計計算目的：結(jié)合后面的靈敏度分析，確定合適的回流比和塔板數(shù)。方法：選擇設(shè)計計算，確定一個最小回流比倍數(shù)。得出結(jié)果：理論塔板數(shù)、實際板數(shù)、加料板位置、回流比，蒸發(fā)率等等 RadFarce 所需要的所有數(shù)據(jù)。3.靈敏度分析目的：1.研究回流比與塔徑的關(guān)系（NT-R），確定合適的回流比與塔板數(shù)。 2.研究加料板位置對產(chǎn)品的影響，確定合適的加料板位置。方法：可以作回流比與塔徑的關(guān)系曲線（NT-R），從曲線上找到你所期望的回流比及塔板數(shù)。得到結(jié)果：實際回流比、實際板數(shù)、加料板位置。4. 用DSTWU再次計算目的：求解aspen塔詳細(xì)計算所需要的輸入?yún)?shù)。方法：依據(jù)步驟3得到的結(jié)果，進(jìn)行簡捷計算。得出結(jié)果：加料板位置、回流比，蒸發(fā)率等等 RadFarce 所需要的所有數(shù)據(jù)。5. 用詳細(xì)計算模塊（RadFrace）進(jìn)行初步設(shè)計計算目的：得出結(jié)構(gòu)初步設(shè)計數(shù)據(jù)。方法：用 RadFrace 模塊的Tray Sizing（填料塔用PAking Sizing），利用第4步（DSTWU）得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確設(shè)計計算。主要結(jié)果：塔徑。6. 核算目的：確定工藝計算的最后結(jié)果。方法：對第 5 步的計算結(jié)果（如：塔徑等）按設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行必要的圓整，用 RateFrace 或 RateFrace 模塊的Tray Rating（填料塔用PAking Sizing），對塔進(jìn)行設(shè)計核算。結(jié)果：塔工藝設(shè)計的所有需要的結(jié)果。如果僅是完成設(shè)計，至此，工藝計算全部完成。工藝計算說明書內(nèi)容要求1.給出 aspen 每步輸入?yún)?shù)（除給定的設(shè)計條件外）和選項的依據(jù)。2.給出輸入的結(jié)果畫面。注意：不要每一步的輸入方法，且記你在寫設(shè)計報告，而不是軟件的使用教程。3.給出運算結(jié)果（表格）注意：(1)不是生成的計算結(jié)果畫面，而是生成的表格，最好是Excel 的，然后插入說明中時要對其進(jìn)行必要的編輯，比如，分子式的角標(biāo)的寫法等。(2)插入說明書中的單位必須是法定計量單位。二、填料塔工藝設(shè)計填料塔吸收塔設(shè)計比板式塔復(fù)雜，具有一點挑戰(zhàn)性，原因是由于填料塔設(shè)計本身的復(fù)雜性，設(shè)計軟件無法依據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，按照某一個不變的設(shè)計路線作出最后的設(shè)計結(jié)果，需要設(shè)計者利用各模塊的功能，自己設(shè)計一個計算路線，完成給定的設(shè)計任務(wù)。因此，需要設(shè)計者有一定的獨立思考和解決問題的能力。下面的給出利用RatdFrace 做吸收塔設(shè)計的3種的計算路線，僅供設(shè)計參考，當(dāng)然你可能有更好的設(shè)計方法。填料吸收塔工藝計算步驟方案一：用RadFrace計算1.吸收劑用量的初步估算（手算）目的：為 RateFrace 計算填料高度準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。2.確定理論板數(shù)（手算）目的：為 RadFrace 詳細(xì)設(shè)計計算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)（ RadFrace 模型需要理論平衡級數(shù)）。3.用 RateFrace 模塊確定填料高度目的：為 RadFrace 詳細(xì)設(shè)計計算提供數(shù)據(jù)。4.用 RadFrace 模塊詳細(xì)設(shè)計計算5.核算該方案手算內(nèi)容較多。方案二：用RateFrace計算1.吸收劑用量的初步估算（手算）目的：為 RateFrace 計算填料高度準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。2. 初步計算填料高度估算一塔徑，用 RateFrace 模塊的設(shè)計規(guī)定，初步計算填料高度。3.確定塔徑與填料高度用靈敏度分析，研究填料高度與塔徑的關(guān)系，選擇合適的塔徑及對應(yīng)的填料高度，4.核算對確定的塔徑和填料高度的塔進(jìn)行最后核算，得出最后結(jié)果。rate給出的計算結(jié)果不夠充分。方案三：用RateFrace和RadFrace結(jié)合計算1.吸收劑用量的初步估算（手算）2. 確定平衡級數(shù)用 RateFrace 模塊的設(shè)計規(guī)定，計算填料高度 H 和等板高度 HEPT。進(jìn)而得到理論板數(shù) NT=H / HEPT。3.用RadFrace 進(jìn)行初步設(shè)計4.用RadFrace 進(jìn)行最后核算aspen模擬塔設(shè)計之二1. 如用何用DSTUW 和 RadFRac 進(jìn)行精餾塔模擬計算經(jīng)過簡單的訓(xùn)練，初學(xué)都便能夠用DSTUW 和 RadFRac 進(jìn)行塔模擬計算，似乎會用aspen做塔的設(shè)計和操作模擬了。但計算思路是不是很清楚就不一定了。如可用DSTUW 和 RadFRac完成一個塔的設(shè)計，或?qū)σ粋€已知的塔進(jìn)行模擬，需要有清晰的過程思路，這樣才能用好模擬軟件。使用DSTUW 和 RadFRac塔單元模塊，首先我們應(yīng)該知道模塊能做什么？然后知道如何用它做我們想做的事？需要輸入那些參數(shù)？在有aspen之前你首先回答不用aspen你能不能做塔設(shè)計？如果答案是肯定的，那就可以往下用aspen了，否則先進(jìn)搞清楚精餾塔的設(shè)計原理與方法，再來研究如何用aspen做精餾模擬。DSTUW能做什么？ DSTUW是塔的簡捷計算模塊，它能夠?qū)M(jìn)行設(shè)計計算和操作計算（也就是核算）。如何用DSTUW進(jìn)行設(shè)計和操作模擬？ 這兩種功能通過選擇輸入回流比和理論板數(shù)來實現(xiàn)。設(shè)計計算：輸入?yún)?shù)：回流比（或最小回流比倍數(shù)）和其它設(shè)計必須的工藝參數(shù)，但不需要結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)。計算結(jié)果：實際回流比、實際塔板數(shù)、進(jìn)料板位置、蒸出率（D/F）和傳熱面積及其它的工藝數(shù)據(jù)等。為精確設(shè)計計算提供必要的設(shè)計參數(shù)。操作模擬：輸入?yún)?shù)：塔板數(shù)、進(jìn)料板位置等必要的操作參數(shù)。計算結(jié)果：為回流比、塔頂組成等。當(dāng)然很多輸入?yún)?shù)是可以選擇的，但一定要保證設(shè)計或操作必須的自由度數(shù)。也就是條件必須足夠，且不能有多余。RadFRac能做什么？ RadFRac能對板式塔、填料塔等進(jìn)行嚴(yán)格模擬計算。功能主要有基本設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、操作（設(shè)計）核算三個方面。（1）基本設(shè)計計算：不區(qū)別填料和板式塔等類型，當(dāng)然不需要塔盤或填料的結(jié)構(gòu)尺寸，也不能給出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)尺寸。但它和用 DSTUW模擬不同，結(jié)果也會略有差別。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計計算：需要要給定塔盤等或填料的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，計算必要的結(jié)構(gòu)尺寸。板式塔通過對 TraySizing 設(shè)置實現(xiàn)，填料通過對PackingSizing設(shè)置實現(xiàn)。這兩種類型的塔可以在一個流程中進(jìn)行不同的設(shè)置完成，十分方便。（3）操作（設(shè)計）核算：對于設(shè)計計算，（2）只得到的結(jié)果可能需要做一些圓整（比如塔徑要圓整到系列尺寸）。圓整后其它參數(shù)也會發(fā)生改變，需要對已知結(jié)構(gòu)參數(shù)的塔進(jìn)行核算，得到最后的設(shè)計結(jié)果。同樣操作計算是對已存在的塔進(jìn)行模擬。綜上內(nèi)容，我們知道完成一個塔的設(shè)計計算，可以按下面步驟進(jìn)行（1） 簡捷計算（DSTUW）（2） 詳細(xì)計算（RadFRac），將計算結(jié)果與DSTUW 對比，相差不是很大。（3） 結(jié)構(gòu)計算（RadFRac TrayRsting 或RadFRac PackingRating）輸入塔盤或填料必要的參數(shù)。 （4） 核算（RadFRac Tray Sizing 或RadFRac Packing Sizing）上面計算圓整后做最后的計算。2.如何用 Aspen 的 RateRac 做吸收塔設(shè)計計算填料吸收塔與精餾比具有一定的挑戰(zhàn)性，因為它沒有太固定的計算模式。和RadFrace一樣，RateRac 允許進(jìn)行設(shè)計模式和核算模式操作。首先我們要知道如何用RateFrac 進(jìn)行設(shè)計計算？RateRac用于吸收塔設(shè)計模式可以用 Block Dsign Spes 規(guī)定設(shè)計參數(shù)（例如純度或回收率）；用 Packing Specification 定義填料結(jié)構(gòu)。做吸收塔設(shè)計想得到什么結(jié)果？每一個設(shè)計者都知道，吸收塔工藝設(shè)計計算是依據(jù)分離精度要求，即出塔氣相和液相中的組分指標(biāo)，得到填料高度、塔徑、吸收劑用量等參數(shù)。問題是：在RateRac吸收設(shè)計模式中，填料高度、吸收劑量是必須輸入的參數(shù)。那么我們就會問：設(shè)計還沒開始，那來的填料高度、吸收劑量、塔徑？對上面問題的回答是：（1） 填料高度：想要RateFRac模塊運行就必須給定足夠的設(shè)計變量，其中填料高度是必給的參數(shù)之一。如果只給定設(shè)計，則RateFRac就會按給定的填料高度進(jìn)行計算。但如果將填料高度做為設(shè)計規(guī)定的操作變量，RateFrace 會按設(shè)計規(guī)定搜索填料高度，計算結(jié)束后，用計算得到的填料高度值改寫初值。設(shè)計者如能提供較為接近實際值的初值，可以減少迭代計算次數(shù)。（2）吸收劑量：至于吸收劑量，我們可以將它作為與設(shè)計規(guī)定相對應(yīng)的可控制操作變量，給出它的調(diào)整范圍，RateFrac 就會給出滿足設(shè)計規(guī)定的吸收劑用量。（3）塔徑是必須輸入的參數(shù)之一，但如果定義填料高度為設(shè)計規(guī)定的操作變量，輸入的這個塔徑成為了初值，運行中要對其進(jìn)行改寫，與填料高度匹配。順便說一句，aspen的RateFrace模塊要求給出的塔板數(shù)不是理論板數(shù)，是計算將填料塔分成的份數(shù)，份數(shù)越多計算越精確。進(jìn)行吸收塔設(shè)計的步驟是什么？知道了上面的方法，我們?nèi)缰诌M(jìn)行設(shè)計模擬呢？Aspen 用于吸收模擬有兩個模塊：核算模塊（Packing Rating）、設(shè)計模塊（Packing Sizing）。如果對已有塔進(jìn)行核算（操作）模擬，只用核算模塊就夠了。如果做設(shè)計計算要兩個模塊同時交替使用。下面給出的吸收塔設(shè)計計算的過程可供參考。（1）初步估算吸收劑用量。吸收是一個具有的化學(xué)反應(yīng)的過程，我們須先依據(jù)反應(yīng)用量，計算出吸收劑用量，確定一個大至的范圍。（2）Packing Sizing 模塊進(jìn)行設(shè)計計算，在這里除了要定義填料的類型與尺寸以外，還要定義填料段數(shù)、填料高度。段數(shù)（Packing Segment）：將填料劃為幾段計算，它即不是平衡級數(shù)，也不是實際段數(shù)。這個段數(shù)的多少并無實際意義，只影響計算精義。填料高度：這個填料高度是有實際意義的，如不使用設(shè)計規(guī)定改變它，rate模塊就按這個高度給出計算結(jié)果。我們可以估算一個初值。然后用設(shè)計規(guī)定去改變它。（3）用設(shè)計規(guī)定確定填料高度，就是將填料設(shè)計作為某一設(shè)計規(guī)定的操作變量，并給出估計范圍，rate運行后將在給定的范圍內(nèi)搜索滿足設(shè)計規(guī)定的填料高度。（4）用靈敏度分析得出填料高度與塔徑的關(guān)系，確定合適的塔徑和和填料高度。（5）前面得到的塔徑、填料設(shè)計可能需要圓整，圓整后用 Packing Rating 進(jìn)行核算。此時可以將吸收劑用量作為某一設(shè)計規(guī)定的操作變量，求其最佳用量。當(dāng)然，你可能有更好的設(shè)計方案，比如將rad和rate結(jié)合起來完成設(shè)計。總之a(chǎn)spen給設(shè)計者很大的靈活性。