aspen吸收、精餾塔模擬設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)載).doc

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aspen模擬塔設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)載） 一、板式塔工藝設(shè)計(jì) 首先要知道工藝計(jì)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(jì)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(jì)任務(wù)。 記住：你是工藝設(shè)計(jì)者，沒(méi)有 aspen 你必須知道計(jì)算過(guò)程及方法，能將塔設(shè)計(jì)出來(lái)，這是你經(jīng)過(guò)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(jì)的前提。只是設(shè)計(jì)過(guò)程中將復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程交給 aspen 完成， aspen 只替你計(jì)算，不能替你完成你的設(shè)計(jì)。做不到這一點(diǎn)說(shuō)明工藝設(shè)計(jì)部份還不合格，畢業(yè)答辯就可能要出問(wèn)題，實(shí)際的這是開(kāi)題時(shí)要做的事的一部份，開(kāi)題答辯就是要考察這個(gè)方面的問(wèn)題。 設(shè)計(jì)方案，包括設(shè)計(jì)方法、路線、分析優(yōu)化方案等，應(yīng)該是設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告中的一部份。沒(méi)有很好的設(shè)計(jì)方案，具體作時(shí)就會(huì)思路不清晰，足見(jiàn)開(kāi)題的重要性。下面給出工藝設(shè)計(jì)計(jì)算方案參考，希望借此對(duì)今后的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)作一個(gè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，明確的一下接下來(lái)所有工作詳細(xì)步驟和方法，以便以后設(shè)計(jì)工作順利進(jìn)行。 板式塔工藝計(jì)算步驟 1.物料衡算（手算） 目的：求解 aspen 簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)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(jì)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(jiǎn)捷模塊（DSTWU）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算，確定一個(gè)最小回流比倍數(shù)。 得出結(jié)果：理論塔板數(shù)、實(shí)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(duì)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(shí)際回流比、實(shí)際板數(shù)、加料板位置。 4. 用DSTWU再次計(jì)算 目的：求解aspen塔詳細(xì)計(jì)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(jiǎn)捷計(jì)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(jì)算模塊（RadFrace）進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算 目的：得出結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算。 主要結(jié)果：塔徑。 6. 核算 目的：確定工藝計(jì)算的最后結(jié)果。 方法：對(duì)第 5 步的計(jì)算結(jié)果（如：塔徑等）按設(shè)計(jì)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(duì)塔進(jìn)行設(shè)計(jì)核算。 結(jié)果：塔工藝設(shè)計(jì)的所有需要的結(jié)果。 如果僅是完成設(shè)計(jì)，至此，工藝計(jì)算全部完成。 工藝計(jì)算說(shuō)明書(shū)內(nèi)容要求 1.給出 aspen 每步輸入?yún)?shù)（除給定的設(shè)計(jì)條件外）和選項(xiàng)的依據(jù)。 2.給出輸入的結(jié)果畫(huà)面。 注意：不要每一步的輸入方法，且記你在寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，而不是軟件的使用教程。 3.給出運(yùn)算結(jié)果（表格） 注意： (1)不是生成的計(jì)算結(jié)果畫(huà)面，而是生成的表格，最好是Excel 的，然后插入說(shuō)明中時(shí)要對(duì)其進(jìn)行必要的編輯，比如，分子式的角標(biāo)的寫(xiě)法等。 (2)插入說(shuō)明書(shū)中的單位必須是法定計(jì)量單位。 二、填料塔工藝設(shè)計(jì) 填料塔吸收塔設(shè)計(jì)比板式塔復(fù)雜，具有一點(diǎn)挑戰(zhàn)性，原因是由于填料塔設(shè)計(jì)本身的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)軟件無(wú)法依據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照某一個(gè)不變的設(shè)計(jì)路線作出最后的設(shè)計(jì)結(jié)果，需要設(shè)計(jì)者利用各模塊的功能，自己設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算路線，完成給定的設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，需要設(shè)計(jì)者有一定的獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。下面的給出利用RatdFrace 做吸收塔設(shè)計(jì)的3種的計(jì)算路線，僅供設(shè)計(jì)參考，當(dāng)然你可能有更好的設(shè)計(jì)方法。 填料吸收塔工藝計(jì)算步驟 方案一：用RadFrace計(jì)算 1.吸收劑用量的初步估算（手算） 目的：為 RateFrace 計(jì)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(jì)計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)（ RadFrace 模型需要理論平衡級(jí)數(shù)）。 3.用 RateFrace 模塊確定填料高度 目的：為 RadFrace 詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算提供數(shù)據(jù)。 4.用 RadFrace 模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算 5.核算 該方案手算內(nèi)容較多。 方案二：用RateFrace計(jì)算 1.吸收劑用量的初步估算（手算） 目的：為 RateFrace 計(jì)算填料高度準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。 2. 初步計(jì)算填料高度 估算一塔徑，用 RateFrace 模塊的設(shè)計(jì)規(guī)定，初步計(jì)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(duì)應(yīng)的填料高度， 4.核算 對(duì)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(jì)算結(jié)果不夠充分。 方案三：用RateFrace和RadFrace結(jié)合計(jì)算 1.吸收劑用量的初步估算（手算） 2. 確定平衡級(jí)數(shù) 用 RateFrace 模塊的設(shè)計(jì)規(guī)定，計(jì)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(jì) 4.用RadFrace 進(jìn)行最后核算 aspen模擬塔設(shè)計(jì)之二 1. 如用何用DSTUW 和 RadFRac 進(jìn)行精餾塔模擬計(jì)算 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的訓(xùn)練，初學(xué)都便能夠用DSTUW 和 RadFRac 進(jìn)行塔模擬計(jì)算，似乎會(huì)用aspen做塔的設(shè)計(jì)和操作模擬了。但計(jì)算思路是不是很清楚就不一定了。如可用DSTUW 和 RadFRac完成一個(gè)塔的設(shè)計(jì)，或?qū)σ粋€(gè)已知的塔進(jìn)行模擬，需要有清晰的過(guò)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(jì)？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(jì)原理與方法，再來(lái)研究如何用aspen做精餾模擬。 DSTUW能做什么？ DSTUW是塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算模塊，它能夠?qū)M(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和操作計(jì)算（也就是核算）。 如何用DSTUW進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作模擬？ 這兩種功能通過(guò)選擇輸入回流比和理論板數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)計(jì)算：輸入?yún)?shù)：回流比（或最小回流比倍數(shù)）和其它設(shè)計(jì)必須的工藝參數(shù)，但不需要結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)。計(jì)算結(jié)果：實(shí)際回流比、實(shí)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(jì)計(jì)算提供必要的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)板式塔、填料塔等進(jìn)行嚴(yán)格模擬計(jì)算。功能主要有基本設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、操作（設(shè)計(jì)）核算三個(gè)方面。 （1）基本設(shè)計(jì)計(jì)算：不區(qū)別填料和板式塔等類(lèi)型，當(dāng)然不需要塔盤(pán)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(huì)略有差別。 （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算：需要要給定塔盤(pán)等或填料的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，計(jì)算必要的結(jié)構(gòu)尺寸。板式塔通過(guò)對(duì) TraySizing 設(shè)置實(shí)現(xiàn)，填料通過(guò)對(duì)PackingSizing設(shè)置實(shí)現(xiàn)。這兩種類(lèi)型的塔可以在一個(gè)流程中進(jìn)行不同的設(shè)置完成，十分方便。 （3）操作（設(shè)計(jì)）核算：對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)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(huì)發(fā)生改變，需要對(duì)已知結(jié)構(gòu)參數(shù)的塔進(jìn)行核算，得到最后的設(shè)計(jì)結(jié)果。同樣操作計(jì)算是對(duì)已存在的塔進(jìn)行模擬。 綜上內(nèi)容，我們知道完成一個(gè)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，可以按下面步驟進(jìn)行 （1） 簡(jiǎn)捷計(jì)算（DSTUW） （2） 詳細(xì)計(jì)算（RadFRac），將計(jì)算結(jié)果與DSTUW 對(duì)比，相差不是很大。 （3） 結(jié)構(gòu)計(jì)算（RadFRac TrayRsting 或RadFRac PackingRating）輸入塔盤(pán)或填料必要的參數(shù)。 （4） 核算（RadFRac Tray Sizing 或RadFRac Packing Sizing）上面計(jì)算圓整后做最后的計(jì)算。 2.如何用 Aspen 的 RateRac 做吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算 填料吸收塔與精餾比具有一定的挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼪](méi)有太固定的計(jì)算模式。和RadFrace一樣，RateRac 允許進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算？ RateRac用于吸收塔設(shè)計(jì)模式可以用 Block Dsign Spes 規(guī)定設(shè)計(jì)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(jì)想得到什么結(jié)果？ 每一個(gè)設(shè)計(jì)者都知道，吸收塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)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(wèn)題是：在RateRac吸收設(shè)計(jì)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(huì)問(wèn)：設(shè)計(jì)還沒(méi)開(kāi)始，那來(lái)的填料高度、吸收劑量、塔徑？ 對(duì)上面問(wèn)題的回答是： （1） 填料高度：想要RateFRac模塊運(yùn)行就必須給定足夠的設(shè)計(jì)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(jì)，則RateFRac就會(huì)按給定的填料高度進(jìn)行計(jì)算。 但如果將填料高度做為設(shè)計(jì)規(guī)定的操作變量，RateFrace 會(huì)按設(shè)計(jì)規(guī)定搜索填料高度，計(jì)算結(jié)束后，用計(jì)算得到的填料高度值改寫(xiě)初值。設(shè)計(jì)者如能提供較為接近實(shí)際值的初值，可以減少迭代計(jì)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(jì)規(guī)定相對(duì)應(yīng)的可控制操作變量，給出它的調(diào)整范圍，RateFrac 就會(huì)給出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)定的操作變量，輸入的這個(gè)塔徑成為了初值，運(yùn)行中要對(duì)其進(jìn)行改寫(xiě)，與填料高度匹配。 順便說(shuō)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(jì)算將填料塔分成的份數(shù)，份數(shù)越多計(jì)算越精確。 進(jìn)行吸收塔設(shè)計(jì)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(jì)模擬呢？ Aspen 用于吸收模擬有兩個(gè)模塊：核算模塊（Packing Rating）、設(shè)計(jì)模塊（Packing Sizing）。 如果對(duì)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(jì)計(jì)算要兩個(gè)模塊同時(shí)交替使用。下面給出的吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程可供參考。 （1）初步估算吸收劑用量。吸收是一個(gè)具有的化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，我們須先依據(jù)反應(yīng)用量，計(jì)算出吸收劑用量，確定一個(gè)大至的范圍。 （2）Packing Sizing 模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在這里除了要定義填料的類(lèi)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(jì)算，它即不是平衡級(jí)數(shù)，也不是實(shí)際段數(shù)。這個(gè)段數(shù)的多少并無(wú)實(shí)際意義，只影響計(jì)算精義。 填料高度：這個(gè)填料高度是有實(shí)際意義的，如不使用設(shè)計(jì)規(guī)定改變它，rate模塊就按這個(gè)高度給出計(jì)算結(jié)果。我們可以估算一個(gè)初值。然后用設(shè)計(jì)規(guī)定去改變它。 （3）用設(shè)計(jì)規(guī)定確定填料高度，就是將填料設(shè)計(jì)作為某一設(shè)計(jì)規(guī)定的操作變量，并給出估計(jì)范圍，rate運(yùn)行后將在給定的范圍內(nèi)搜索滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(jì)可能需要圓整，圓整后用 Packing Rating 進(jìn)行核算。此時(shí)可以將吸收劑用量作為某一設(shè)計(jì)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(jì)方案，比如將rad和rate結(jié)合起來(lái)完成設(shè)計(jì)。總之a(chǎn)spen給設(shè)計(jì)者很大的靈活性。