CHEMCAD.4-操作单元-蒸馏塔

北京方通正信科技有限公司 S4—CHEMCAD蒸馏塔模型 4‐1 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 本节纲要 CC‐STEADY STATE的塔模型介绍 • 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 型：Shortcut • 操作型：SCDS、TOWER、TOWER PLUS 塔规格设置 • 塔板序号规定 • 自由度 • 规格设置推荐方法 • 初始估计值的给定 • 塔设计 练习 Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型（甲醇—水分离塔的模拟和设计） Workshop 2: Tower plus模型（原油蒸馏塔的模拟和计算） Workshop 3：吸收塔的模拟（灵敏度 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ） Workshop 4: 乙醇与水共沸精馏模拟 4-2 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 4-3 计算方法： Fenske‐Underwood‐Gilliland法 ¾ Fenske方程 计算理论板数 ¾ Underwood方程 计算最小回流比 ¾ Gilliland关联式 计算实际板数及回流比 ¾ Kirkbride或Fenske方程 计算最佳进料位置 基本原则： 将多组分精馏简化为轻 重关键组分的“两组分精 馏”，故可采用芬斯克方程 及吉利兰图求理论板层数 芬斯克方程： Shortcut 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 ¾ Topology:     一个进料、两个出料（塔顶塔底各一个产品） ¾ 计算模式 • 1 核算 给定： 理论板数及回流比 推算： 轻重组分分率、热负荷 • 2 设计 给定： 轻重组分分率、回流比或回流比/最小回流比 推算： 理论板数及适当进料位置（Fenske法） • 3 设计 同2，用Kirkbride法计算适当进料位置 ¾ 工况研究：设计模式下，在规定范围内改变R/Rmin，观察塔的运行效果 4-4 Shortcut Shortcut简捷计算模型一般用于初步设计或初步估算 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 • 简捷计算不能给出各塔板上的浓度、温度等信息，也难以处理具 有多股进料、多股侧线采出及有侧线换热等复杂分离过程 • 简捷计算法中，引入了假设的“恒摩尔流和相对挥发度为常数”， 但在高压及塔顶、塔釜温差很大情况下，偏差较大 • 特殊精馏，多组分吸收，多组分萃取等过程也以采用严格计算 为宜 4-5 严格计算的必要性 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 在给定条件下，对每块塔板同时进行物料衡算、热量衡 算及相平衡和归一化计算 4-6 Uj Wj Fj Lj Vj Lj-1 Vj+1 Qj zi,j, HF,j, TF,j, PF,j yi,j+1, Hj+1, Tj+1, pj+1 xi,j, hj, Tj, pj xi,j-1, hj-1, Tj-1, pj-1 yi,j, Hj, Tj, pj 第j级 建模原则：MESH方程 M—物料衡算 E—相平衡关系 S—组分摩尔分率加和式 H—热量衡算 严格计算的思想 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 ¾ 基本情况:   多股进料、多股出料（可侧线产品） 无侧线汽提、泵回流、侧线换热 可考虑每板的板效率和组分 提供多种规定方式（Specifications） 可优化塔规格设置，以达到某一操作目标 ¾ 适用范围 操作单元：一般蒸馏塔、吸收塔、再沸式吸收塔及汽提塔 适用于：一般精馏、反应精馏、电解质精馏、三相精馏 ¾ 收敛情况 • 对非理想的化学系统收敛较为稳定 • 收敛速度 Run Time = B × (Ncomp)2× (Nstage) 4-7 Simultaneous Corrections Distillation Method 严格多级汽‐液平衡塔模型SCDS 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 ¾ 基本情况:   多股进料、多股出料（可侧线产品） 无侧线汽提、泵回流、塔侧换热 可考虑每板的板效率和组分 提供多种规定方式 ¾ 适用范围 一般蒸馏塔、吸收塔、再沸式吸收塔及汽提塔 不适用于极端非理想体系 ¾ 收敛速度 Run Time = = A × (Ncomp)× (Nstage) 2 4-8 TOWER Rigorous In‐Out    内外环法严格蒸馏 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 ¾ 基本情况:   多股进料、多股出料（可侧线产品） 有侧线汽提、泵回流、塔侧换热 可考虑每板的板效率和组分 可规定冷凝器、再沸器或任一塔板条件 ¾ 适用范围 蒸馏塔、吸收塔及汽提塔 适用于：原油蒸馏 （不适用于极端非理想体系） ¾ 收敛速度 Run Time = = A × (Ncomp)× (Nstage) 2 4-9 TOWER Plus Rigorous In‐Out    内外环法严格蒸馏 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 塔规格设置 塔板序号自上而下 进料流 输入顺序必须自上而下 第一产品流 塔顶馏分 第二产品流 塔底产品 侧线产品 自上而下顺序输入 4-10 自建单元设备模型时，尤其需要注意塔的产品流序号规定的顺序 塔板序号的规定 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 塔规格设置 操作设备 自由度 简单吸收 0 再沸器、冷凝器、塔侧换 热器、侧线抽出产品 1 侧线带泵 2 侧线汽提 1 所有蒸馏模型都要定义塔板数、进料位置、塔压、 全部输入流 4-11 自由度 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 塔规格设置 • 冷凝器 • 再沸器 • 塔侧线换热（加热或冷凝） • 侧线产品流 • 泵 • 塔板条件 4-12 规格设置种类 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 塔规格设置 • Relatively “Safe”（推荐） 一个质量平衡规定 (Dist.or Bot) 一个能量平衡规定 (R/D, V/B) • 较差设置 塔顶和塔底流量 某一纯物流的温度 • 较佳设置 某一纯物流的组成 混合流股的温度 热负荷 Best Choice 4-13 规格设置方法（典型塔操作） 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 塔规格设置 • 不恰当的估计值不如让软件 自动给估计值 • 避免给纯物流的泡露点温度 • 避免用共沸温度作估计值 • 参考相图 • 参考物料平衡情况 • 对于比较难收敛的体系，参 考profile选项给估计值 • 对于一些特殊问题，可对第 2块板和倒数第2块板的温度 给估计值 4-14 估计值的设定 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 塔规格设置 ¾ 板式塔 • 筛板 • 浮阀 • 泡罩 ¾ 填料塔（含130+种填料数据库） • Sherwood-Eckert 散装填料 • Mackowiak 规整/散装填料 • Billet and Schultes Correlation 规整/散装填料 4-15 塔设计（精馏塔、吸收塔、汽提塔） 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型 设计一个常压精馏塔 将 1000 kg/hr MeOH与1000 kg/hr H2O at 25 ℃， 2 bar下的混合 物分离成：水含 MeOH 100ppm 以下 MeOH 纯度 0.999以上 Step 1: 先用 Short-Cut 进行设计， 求得理论板数、 回流比、进料位置、热负荷 Step 2: 再用严格精馏模型（SCDS）进行较精密的 核算， 求得操作条件 Step 3: 设计蒸馏塔大小、规格 4-16 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型 4-17 浮阀塔板 筛板 泡罩塔板 板式塔设计 菜单Sizing—Distillation—Trays  北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 板式塔设计 系统性质 系统因子 无发泡常规系统 1.00 氟化物系统，如BF3，氟利昂 0.90 中等发泡，如:油吸收塔，胺和乙二 醇再生塔 0.85 较重发泡，如胺和乙二醇吸收塔 0.73 严重发泡，如MEK（丁酮）单元 0.60 稳定发泡系统，如苛性再生塔 0.30 System factor   系统因子 用于计算降液管的设计速度和气相动能因 子， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示塔板上的发泡类型。 Flood percent 液泛百分数，核算模式不必输入 4-18 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 板式塔设计 阀板型号和材质 盖板和阀卡厚度 4-19 No. of passes 浮阀板流程数 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 板式塔设计 4-20 Downcomer 降液管设置 间隙、可选降液管流动面积、 降液管宽度 Thickness specification 塔壁厚度设置： 设计压力、焊接系数 许用应力、允许腐蚀度 Hole A/Act A  孔面积/有效面积,确定浮阀数 Weir height 溢流堰高度,影响塔板上总液体 负载和塔板压降 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 填料塔设计 选择关联模型： ¾ 用于散堆填料的Sherwood‐Eckert 法 ¾ 用于散堆/规整填料的Mackowiak法 ¾ Billet‐Schultes关系式 ¾ Excel interface file（与Sulzer软件档 案相连接的接口） 4-21 菜单Sizing—Distillation—Packing  北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 填料塔设计——散堆填料的Sherwood-Eckert 法 Packing factor:填料系数，描述填料尺寸和型号或其水力特性 4-22 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 填料塔设计——散堆/规整填料的Mackowiak法 ¾ 可选择填料种类 ¾ 可编辑填料参数 4-23 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 填料塔设计——Billet-Schultes关系式 Packing surface area: 单位体积填料面积 Void fraction: 空隙率 Nominal packing size: 公称填料尺寸 4-24 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 组 分 ID Name 62 Water 4 Propane 5 i-Butane 6 n-Butane 5001+ pseudo comps. (From Crude Characterization) 见S2-Dillation Curve.cc6 热力学模型 K-VALUES - Grayson-Streed ENTHALPY - Lee Kesler WATER - Immiscible STREAM 1 –原油进料条件 Temp, F 300（加热至400 F进塔） Pres, psia 100 4-25 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-26 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-27 TOWER CONFIGURATION No. of side strippers 1 No. of pumparounds 1 No. of side exchangers 1 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-28 MAIN COLUMN No. of stages 13 Pres. of tower top psia 53 Col. Pres. drop psi 2 Bottom steam, lbmol/hr 83.3 Steam temp., F 335 Steam pres, psia 115 First feed stage 11 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-29 CONDENSER Condenser type  2 (Total   w/H2O decant) Condenser pres., psia 48 Est. cond. temp, F 100 Subcooled cond. temp, F 100 (Specification) 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-30 SIDE STRIPPERS Stripper no. 1 No. of stages 2 Draw stage 8 Return stage 7 Bottom vol., BPSD    5420 Steam lbmol/hr 50 Temp. F 335 Pres. psia 115 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-31 PUMPAROUNDS Pumparound no. 1 Draw stage 8 Return stage 6 Vol. flow rate, BPSD 5200 Heatduty, MMBTU/HR ‐5 SIDE EXCHANGERS Side exchanger no.  1 Location 14 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-32 TRAY CONDITIONS Tray no. 10 400 BPSD Tray no. 13 16800 BPSD 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-33 ID 2塔底产品加热至600 F再分离 练习 设置tower plus的条件，模拟计算分离ID 2塔底产品 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 2：Tower Plus模型 4-34 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 3：吸收塔的模拟 进 料: 100 lbmoles N2 和 11 lbmoles HCl SCDS Col: 10 块板，HCl/N2 在第10块板进料，water从第1块板进料 塔顶压力15 psia，全塔压降 2psia Spec set 1: No reboiler and No condenser 热力学方法: PPAQ，SRK，Use heat of solution file （1）用灵敏度分析确定所需水量 （2）热力学设置不当对结果的影响 Case 1: Heat of solution for enthalpy correction Case 2: No Heat of solution for enthalpy correction 比较两个 Case 的 Temperature Profile 4-35 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 3：吸收塔的模拟 4-36 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 3：吸收塔的模拟 4-37 菜单Run—Sensitivity study—New Analysis—water flow 灵敏度分析 确定水的用量 运算 菜单Run —Sensitivity study —water flow — Run Selected 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 3：吸收塔的模拟 4-38 菜单Run—Sensitivity study —water flow—Plot Result 灵敏度分析 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 3：吸收塔的模拟 4-39 Case 1: Heat of solution for enthalpy correction Case 2: No Heat of solution for enthalpy correction 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-40 COMPONENTS ID Name 8 N-Pentane 134 Ethanol 62 Water Global Phase Option：Vapor/Liquid/Liquid/Solid 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-41 The NRTL BIPs for this flowsheet were regressed from ternary data. These are not the standard CHEMCAD BIPs. 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-42 SCDS Specification No. of stages 19 Entrainer return stage 1 Pentane makeup stage 2 Main Feed stage 3 Top pressure, psia 47.56 Column pressure drop 2.44 Reboiler spec. EtOH 99.99 wt% Condenser - Receiver Data(LLVF) Condenser Temperature Bubble point Condenser pressure 44.18 psia 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-43 菜单Run —Mass and Energy Balances 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-44 菜单Plot —Residue Curves 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-45 Step 1: ID ① Run this UnitOp Step 2: ID ② Run this UnitOp Step 3: ID ③④⑤ Run this UnitOp 北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 4-46 S4—CHEMCAD蒸馏塔模型 本节纲要 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 CC-STEADY STATE的塔模型介绍 塔规格设置 塔规格设置 塔规格设置 塔规格设置 塔规格设置 塔规格设置 Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型 Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型 板式塔设计 板式塔设计 板式塔设计 填料塔设计 填料塔设计——散堆填料的Sherwood-Eckert 法 填料塔设计——散堆/规整填料的Mackowiak法 填料塔设计——Billet-Schultes关系式 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 2：Tower Plus模型 Workshop 3：吸收塔的模拟 Workshop 3：吸收塔的模拟 Workshop 3：吸收塔的模拟 Workshop 3：吸收塔的模拟 Workshop 3：吸收塔的模拟 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏 Workshop 4：乙醇与水共沸精馏