Aspen Plus在精餾操作分析中的應用

摘要：精餾是化工行業中應用很廣的一種工藝操作。影響精餾效果的因素很多，往往一個因素發生變化時，會牽扯到一些其他因素發生變化。這使得精餾過程變得頗為靈活和復雜。如何有效的對精餾操作進行全面詳細的分析一直是技術人員的研究難點和重點。本文簡要介紹了Aspen Plus軟件，并詳細探討了它在精餾操作分析中的實際應用，供大家學習交流。

關鍵詞：Aspen Plus；精餾操作；分析；應用

前言

精餾是化工行業中應用很廣的一種工藝操作。影響精餾效果的因素的是多方面的，主要包括分離物的組成和性質、操作過程和設備的物理參數等等。往往一個因素發生變化時，會牽扯到一些其他因素發生變化。由于這些影響因素多呈非線性變化，使精餾過程變得頗為靈活和復雜，如何有效的對精餾操作進行全面詳細的分析一直是技術人員的研究難點和重點。

1 精餾塔的分類和原理簡介

精餾塔又名蒸餾塔，是一種進行蒸餾的氣液塔式接觸裝置，主要有填料塔和板式塔兩種類型，根據操作方式的不同又可以分為間隙精餾塔和連續精餾塔。整個物料變化過程就是氣相物質和液相物質相互作用的過程，首先氣相從塔底進入塔內，與塔內下降的液相接觸，氣相中難揮發的物質源源不斷的向液相轉化，與此同時，液相中容易揮發的物質也會轉化到氣相中去，隨著工序的繼續，重組分在塔底積聚，輕組分流向塔頂，逐步實現輕重組分的分離。分離出的氣相進入冷凝器，液相組分一部分作為蒸餾的液體取出，另一部分繼續返回塔頂進入蒸餾塔中。塔底流出的液體，部分送入再沸器加熱蒸發成氣相，其它的液體作為釜殘液取出。

2 Aspen Plus軟件簡介

Aspen是由美國麻省理工學院（MIT）主持、多個部門共同參與聯合開發的。它是一款用于模擬化工生產工藝的模擬軟件。Aspen Plus擁有最完善的物性數據庫，包含六千多種純組分的物性數據。其次，它還具有超強的熱力學計算系統，以及各種單元操作模塊。Aspen Plu在整個化工工藝裝置的研發、設計和安置中都發揮著巨大的作用。它和其他軟件方便的組合在一起，將模型功能帶到工程桌面上來，為企業發展和工業生產帶來了巨大的經濟效益。

Aspen Plus可以方便準確的模擬化工生產流程，能為精餾操作型問題提供一種有效的分析途徑。在實際生產中，它已經廣泛應用于工藝方法設計和比較、工廠設計、設備裝置的標定、方案可行性分析、技術人員的操作培訓等，有效幫助生產企業降低了生產成本和操作費用、優化了設備裝置和實現了節能降耗的新途徑等。

3 Aspen的具體使用方法

Aspen Plus軟件的使用方法通常分為四個步驟，分別是定義模擬流程、設置模擬參數、模擬分析和輸出結果，具體過程如下：

3.1 定義模擬流程。模擬流程的定義主要是選擇合理的單元過程模塊，并設置合理有效的能流和物料流，并將各模塊連接起來。當在實際生產中，工藝流程并非和模擬流程完全相同，但模擬流程要盡可能的接近實際生產過程，建立合理有效的數學模型。

3.2 設置模擬參數。整個模擬過程比較復雜，要設置的參數也比較多。總的來看，這部分主要模擬熱力學方法、化學組分、模塊參數、流股信息和計算方法等等。整個設置過程都能在軟件導航鍵NEXT的提示下操作完成，設置簡單方便。要想模擬出與實際生產相符的工藝過程，其中選擇合理適宜的熱力學方法和工藝參數也是至關重要的。

3.3 模擬分析。設置完模擬流程和模擬參數之后，就可以借用軟件的分析工具進行分析。如設備靈敏度分析、系統優化設計、操作性能定性分析和經濟優化分析等等。

3.4 模擬結果的輸出。模擬分析完成后，就可以將分析結果以各種不同的方式輸出給技術人員，針對不同目的的模擬，可以采用不同的輸出方式，如數表、圖形、分析報告等等多種形式。

4 Aspen Plus在精餾操作分析中的具體應用

RadFrac模塊是Aspen Plus軟件中非常重要的一個模塊。它應用十分廣泛，能夠模擬不同類型的多級氣液分離操作。對氣液兩相混合存在，具備強非理想非線性的物系都能實現良好的模擬。靈敏度分析模塊也是不可缺少的一個重要模塊，它能分析一個或多個參數對其他操作流程變量的影響大小。

現利用Aspen Plus軟件，對某公司的精餾操作過程進行模擬和分析。此精餾塔共有13塊理論板，其中包括塔頂冷凝器和塔釜再沸器，用于分離甲苯和苯的混合液體。具體操作過程為：首先泡點進料，進料點設置在第6塊理論板，進料量為110kmol/h；進料苯的摩爾分數為40%；塔頂得到96%的苯；塔釜液中苯含量低于4%。具體工藝流程如圖1所示。

在正常工況下，為了達到分離的目標，采用軟件的設計規定功能進行模擬計算。設置回流比HL=3;塔頂采出D=40kmol/h，再沸器熱負荷QW=1459kw。

下面來分析基于Aspen Plus軟件下，回流比和進料位置的變化對精餾操作性能的影響。

（1）回流比的影響。保持其他操作條件不變，僅改變回流比的大小。模擬結果如圖2、圖3所示。從圖中可以明顯看出，隨著回流比依次增大，塔釜和塔頂產品純度也變大了，同時，加熱蒸汽用量和冷卻水用量也提高。

（2）進料位置的影響。設置回流比HL=3，塔頂采出D=38kmol/h，僅改變進料位置進行模擬分析。模擬結果如圖4、圖5所示。從圖中可以明顯看出，進料位置對產品分離程度影響比較明顯。進料位置偏移最優值時，都會降低產品分離效果，同時增加塔釜蒸汽的用量。

5 結束語

本文簡要介紹了Aspen Plus軟件，并詳細探討了它在精餾操作分析中的實際應用。通過分析可以得出結論：在滿足產品生產質量的前提下，可以改變回流比和進料位置來模擬操作，以便實現更經濟、更穩定的操作。

參考文獻

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