Aspen Plus中的簡捷計算和嚴格計算操作應用

王文霞，曹凱超

（西北大學現代學院，陜西西安 71030）

Aspen Plus中的簡捷計算和嚴格計算操作應用

王文霞，曹凱超

（西北大學現代學院，陜西西安 71030）

采用Aspen Plus模擬三元物系精餾分離。用Dstwu模塊設計流程進行簡捷計算，初步確定設計所需數據參數，再用Radfrdc模塊進行嚴格計算得出理論數據。

Aspen Plus；精餾；簡捷計算；嚴格計算

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、設計和優化，具有界面友好、工作效率高、結果準確等優點。Aspen Plus用簡捷和嚴格的計算方法，進行單元和全過程的計算，提供準確的單元操作模型。

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輸送泵P2進入精餾塔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

為適應加壓下非電解質溶液的應用計算，Aspen Plus把五種活度系數方程與不同的狀態方程配合，對基本活度系數方程進行改造，形成30多種性質計算方法。根據經驗，此次模擬中使用NRTL狀態方程。

3 甲苯-苯-氯苯分離工藝精餾塔的簡捷計算

Dstwu簡捷塔模塊的任務是為嚴格計算提供初值。點擊“Next”按鈕，輸入組分、選擇熱力學方法“NRTL”、輸入數據物料組成狀態。

點擊“Next”按鈕，填入R/Rmin為1.2，B1，B2塔的塔頂、底壓力，輕重關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果。

點擊“Next”，點擊“確定”。在“Material”可以查看物料計算結果見圖2和圖3。從表1可以看出，達到題目的設計要求，甲苯、苯、氯苯的摩爾分數分別是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

圖2 B1塔Dstwu 結果

圖3 B2塔Dstwu結果

表1 熱量和物料衡算

4 甲苯-苯-氯苯分離工藝精餾塔的嚴格算法

簡捷法可以得出初步計算結果，考慮到塔板之間有效率。

根據奧康奈公式∶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∶27/0.45=60，總板數∶60+2=62；進料板是第23塊。后續通過Aspen 模擬優化發現B1塔只需要總板數∶40塊，B2塔總板數50塊。

以B1塔為例，設置組分。

B1塔∶雙擊“Radfrac”模塊，如下填入數據。

在“Streams”頁面，填入進料位置為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，可看到精餾塔內第23塊塔板組成與進料組成相似，所以不用修改進料位置。

在“Material”可以查看物料計算結果如下圖所示，從下表中可以看出達到題目的設計要求，甲苯、苯、氯苯的摩爾分數分別是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

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

圖4 塔頂輸出結果

圖5 塔底輸出結果

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，如下填入數據。

在“Streams”頁面，填入進料位置為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，設置板效率

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

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

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

圖8 塔頂輸出結果

圖9 塔底輸出結果

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

結果與表1一致，符合設計要求。

5 結束語

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

[1] 宋海華.精餾模擬[M].天津大學出版社，2005.

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

[3] 黃鴻鼎，陳遠明，張松敏.內熱虹吸式再沸器[J].化工學報，1987，38∶293-299.

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[5] 謝揚，沈慶揚.ASPEN PLUS化工模擬系統在精餾過程中的應用[J].化工生產與技術，1999，（3）∶17-22.

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工程與工藝。