aspen吸收、精餾塔模擬設計(轉載).doc

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aspen模擬塔設計（轉載） 一、板式塔工藝設計 首先要知道工藝計算要算什么？要得到那些結果？如何算？然后再進行下面的計算步驟。（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計任務。 記?。耗闶枪に囋O計者，沒有 aspen 你必須知道計算過程及方法，能將塔設計出來，這是你經過課程學習應該具有的能力，理論上講也是進入畢業(yè)設計的前提。只是設計過程中將復雜的計算過程交給 aspen 完成， aspen 只替你計算，不能替你完成你的設計。做不到這一點說明工藝設計部份還不合格，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。 設計方案，包括設計方法、路線、分析優(yōu)化方案等，應該是設計開題報告中的一部份。沒有很好的設計方案，具體作時就會思路不清晰，足見開題的重要性。下面給出工藝設計計算方案參考，希望借此對今后的結構和強度設計作一個詳細的設計方案，明確的一下接下來所有工作詳細步驟和方法，以便以后設計工作順利進行。 板式塔工藝計算步驟 1.物料衡算（手算） 目的：求解 aspen 簡捷設計模擬的輸入條件。 內容：(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。 得出結果：塔頂餾出液的中關鍵輕組份與關鍵重組份的回收率 參考：《化工原理》有關精餾多組份物料平衡的內容。 2.用簡捷模塊（DSTWU）進行設計計算 目的：結合后面的靈敏度分析，確定合適的回流比和塔板數。 方法：選擇設計計算，確定一個最小回流比倍數。 得出結果：理論塔板數、實際板數、加料板位置、回流比，蒸發(fā)率等等 RadFarce 所需要的所有數據。 3.靈敏度分析 目的：1.研究回流比與塔徑的關系（NT-R），確定合適的回流比與塔板數。 2.研究加料板位置對產品的影響，確定合適的加料板位置。 方法：可以作回流比與塔徑的關系曲線（NT-R），從曲線上找到你所期望的回流比及塔板數。 得到結果：實際回流比、實際板數、加料板位置。 4. 用DSTWU再次計算 目的：求解aspen塔詳細計算所需要的輸入參數。 方法：依據步驟3得到的結果，進行簡捷計算。 得出結果：加料板位置、回流比，蒸發(fā)率等等 RadFarce 所需要的所有數據。 5. 用詳細計算模塊（RadFrace）進行初步設計計算 目的：得出結構初步設計數據。 方法：用 RadFrace 模塊的Tray Sizing（填料塔用PAking Sizing），利用第4步（DSTWU）得出的數據進行精確設計計算。 主要結果：塔徑。 6. 核算 目的：確定工藝計算的最后結果。 方法：對第 5 步的計算結果（如：塔徑等）按設計規(guī)范要求進行必要的圓整，用 RateFrace 或 RateFrace 模塊的Tray Rating（填料塔用PAking Sizing），對塔進行設計核算。 結果：塔工藝設計的所有需要的結果。 如果僅是完成設計，至此，工藝計算全部完成。 工藝計算說明書內容要求 1.給出 aspen 每步輸入參數（除給定的設計條件外）和選項的依據。 2.給出輸入的結果畫面。 注意：不要每一步的輸入方法，且記你在寫設計報告，而不是軟件的使用教程。 3.給出運算結果（表格） 注意： (1)不是生成的計算結果畫面，而是生成的表格，最好是Excel 的，然后插入說明中時要對其進行必要的編輯，比如，分子式的角標的寫法等。 (2)插入說明書中的單位必須是法定計量單位。 二、填料塔工藝設計 填料塔吸收塔設計比板式塔復雜，具有一點挑戰(zhàn)性，原因是由于填料塔設計本身的復雜性，設計軟件無法依據給定的設計參數，按照某一個不變的設計路線作出最后的設計結果，需要設計者利用各模塊的功能，自己設計一個計算路線，完成給定的設計任務。因此，需要設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 做吸收塔設計的3種的計算路線，僅供設計參考，當然你可能有更好的設計方法。 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 計算填料高度準備數據。 2.確定理論板數（手算） 目的：為 RadFrace 詳細設計計算準備數據（ RadFrace 模型需要理論平衡級數）。 3.用 RateFrace 模塊確定填料高度 目的：為 RadFrace 詳細設計計算提供數據。 4.用 RadFrace 模塊詳細設計計算 5.核算 該方案手算內容較多。 方案二：用RateFrace計算 1.吸收劑用量的初步估算（手算） 目的：為 RateFrace 計算填料高度準備數據。 2. 初步計算填料高度 估算一塔徑，用 RateFrace 模塊的設計規(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系，選擇合適的塔徑及對應的填料高度， 4.核算 對確定的塔徑和填料高度的塔進行最后核算，得出最后結果。 rate給出的計算結果不夠充分。 方案三：用RateFrace和RadFrace結合計算 1.吸收劑用量的初步估算（手算） 2. 確定平衡級數 用 RateFrace 模塊的設計規(guī)定，計算填料高度 H 和等板高度 HEPT。進而得到理論板數 NT=H / HEPT。 3.用RadFrace 進行初步設計 4.用RadFrace 進行最后核算 aspen模擬塔設計之二 1. 如用何用DSTUW 和 RadFRac 進行精餾塔模擬計算 經過簡單的訓練，初學都便能夠用DSTUW 和 RadFRac 進行塔模擬計算，似乎會用aspen做塔的設計和操作模擬了。但計算思路是不是很清楚就不一定了。如可用DSTUW 和 RadFRac完成一個塔的設計，或對一個已知的塔進行模擬，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？ 在有aspen之前你首先回答不用aspen你能不能做塔設計？如果答案是肯定的，那就可以往下用aspen了，否則先進搞清楚精餾塔的設計原理與方法，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，它能夠對進行設計計算和操作計算（也就是核算）。 如何用DSTUW進行設計和操作模擬？ 這兩種功能通過選擇輸入回流比和理論板數來實現(xiàn)。 設計計算：輸入參數：回流比（或最小回流比倍數）和其它設計必須的工藝參數，但不需要結構尺寸數據。計算結果：實際回流比、實際塔板數、進料板位置、蒸出率（D/F）和傳熱面積及其它的工藝數據等。為精確設計計算提供必要的設計參數。 操作模擬：輸入參數：塔板數、進料板位置等必要的操作參數。計算結果：為回流比、塔頂組成等。 當然很多輸入參數是可以選擇的，但一定要保證設計或操作必須的自由度數。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、填料塔等進行嚴格模擬計算。功能主要有基本設計計算、結構設計計算、操作（設計）核算三個方面。 （1）基本設計計算：不區(qū)別填料和板式塔等類型，當然不需要塔盤或填料的結構尺寸，也不能給出詳細的結構尺寸。但它和用 DSTUW模擬不同，結果也會略有差別。 （2）結構設計計算：需要要給定塔盤等或填料的詳細結構，計算必要的結構尺寸。板式塔通過對 TraySizing 設置實現(xiàn)，填料通過對PackingSizing設置實現(xiàn)。這兩種類型的塔可以在一個流程中進行不同的設置完成，十分方便。 （3）操作（設計）核算：對于設計計算，（2）只得到的結果可能需要做一些圓整（比如塔徑要圓整到系列尺寸）。圓整后其它參數也會發(fā)生改變，需要對已知結構參數的塔進行核算，得到最后的設計結果。同樣操作計算是對已存在的塔進行模擬。 綜上內容，我們知道完成一個塔的設計計算，可以按下面步驟進行 （1） 簡捷計算（DSTUW） （2） 詳細計算（RadFRac），將計算結果與DSTUW 對比，相差不是很大。 （3） 結構計算（RadFRac TrayRsting 或RadFRac PackingRating）輸入塔盤或填料必要的參數。 （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 允許進行設計模式和核算模式操作。 首先我們要知道如何用RateFrac 進行設計計算？ RateRac用于吸收塔設計模式可以用 Block Dsign Spes 規(guī)定設計參數（例如純度或回收率）；用 Packing Specification 定義填料結構。 做吸收塔設計想得到什么結果？ 每一個設計者都知道，吸收塔工藝設計計算是依據分離精度要求，即出塔氣相和液相中的組分指標，得到填料高度、塔徑、吸收劑用量等參數。 問題是：在RateRac吸收設計模式中，填料高度、吸收劑量是必須輸入的參數。 那么我們就會問：設計還沒開始，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計變量，其中填料高度是必給的參數之一。 如果只給定設計，則RateFRac就會按給定的填料高度進行計算。 但如果將填料高度做為設計規(guī)定的操作變量，RateFrace 會按設計規(guī)定搜索填料高度，計算結束后，用計算得到的填料高度值改寫初值。設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。 （2）吸收劑量：至于吸收劑量，我們可以將它作為與設計規(guī)定相對應的可控制操作變量，給出它的調整范圍，RateFrac 就會給出滿足設計規(guī)定的吸收劑用量。 （3）塔徑是必須輸入的參數之一，但如果定義填料高度為設計規(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不是理論板數，是計算將填料塔分成的份數，份數越多計算越精確。 進行吸收塔設計的步驟是什么？ 知道了上面的方法，我們如著手進行設計模擬呢？ Aspen 用于吸收模擬有兩個模塊：核算模塊（Packing Rating）、設計模塊（Packing Sizing）。 如果對已有塔進行核算（操作）模擬，只用核算模塊就夠了。如果做設計計算要兩個模塊同時交替使用。下面給出的吸收塔設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反應的過程，我們須先依據反應用量，計算出吸收劑用量，確定一個大至的范圍。 （2）Packing Sizing 模塊進行設計計算，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、填料高度。 段數（Packing Segment）：將填料劃為幾段計算，它即不是平衡級數，也不是實際段數。這個段數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，如不使用設計規(guī)定改變它，rate模塊就按這個高度給出計算結果。我們可以估算一個初值。然后用設計規(guī)定去改變它。 （3）用設計規(guī)定確定填料高度，就是將填料設計作為某一設計規(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搜索滿足設計規(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、填料設計可能需要圓整，圓整后用 Packing Rating 進行核算。此時可以將吸收劑用量作為某一設計規(guī)定的操作變量，求其最佳用量。 當然，你可能有更好的設計方案，比如將rad和rate結合起來完成設計?？傊產spen給設計者很大的靈活性。