四塔连续精馏塔设计说明.docx

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1、十阂儿池八号（华东）CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM化工原理课程设计说明书题目：四塔连续精储塔设计说明学生姓名:学号:专业班级：化学工程与工艺班指导教师:2023年12月30日目录1 .摘要31.1 ASPENPLUS概述31.2 精僧塔概述31.2.1 精微塔的分类41.2.2 精镭操作对塔设备的要求51.3 国内外发展现状62 方案的选择82.1 课题主要研究内容82.2 课题的研究方案93 ASPENPLUS工艺流程模拟103.1 AspenPlus模拟精t8简介103.2 ASPENPLUS精储塔的简捷计算103.2.1 定义模拟流程113.3 ASPENPLUS精

2、储塔的精确计算183.3.1 定义流程183.3.2 初始化（同前）193.3.3 定义组分（同前）193.3.4 定义物性计算方法（同前）193.3.5 定义股流（同前）19参考文献本论文研究了四塔连续精储塔的设计。连续精储是化工过程中常用的分离技术，而四塔连续精馈系统是一种复杂且高效的精偶装置。本研究旨在探索四塔连续精储塔的优化设计方法，以提高分离效率和能源利用率。在本论文中，我们首先介绍了连续精微的基本原理和四塔连续精储系统的结构。然后，我们详细讨论了四塔连续精储系统的设计要点，包括输入参数的选择、塔板数量和布局的确定，以及顶部和底部产物的回流比例等。我们还介绍了常用的设计方法和数学模型

3、，如McCabe-Thiele图和RigorousTray-to-Tray模拟器，用于辅助四塔连续精储系统的设计和优化。接下来，我们描述了四塔连续精储系统设计中的挑战和难点，并提出了一些解决方案。通过使用现代计算机仿真软件和优化算法，我们可以对系统进行模拟和优化，以寻找最佳操作条件和塔内流体分布。此外，我们还讨论了与精馈塔设计相关的经济和环境因素，以提高系统的可持续性和经济效益。最后，本论文总结了四塔连续精储塔设计的研究成果，并提出了未来研究的方向。我们希望本研究能为化工工程师、研究人员和相关领域的专家提供有价值的参考，促进精储技术的发展和应用，从而推动化工过程的效率和可持续性。关键词：精镭塔

4、；化工原理；AspenPlus1.1.1 ASPENPLUS概述AspenPlus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院(Mrr)组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”(AdvancedSystemforProcessEngineering,简称ASPEN),并于I98l年底完成。1982年为了将其商品化，成立了ASPenTeCh公司，并称之为ASPenPluso该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的

5、工程公司都是ASPenPklS的用户。1-2精僧塔概述精储塔是进行精储的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸僧塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精储塔与间歇精储塔。蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精微塔中，其余的部分则作为微出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸

6、发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。1.1.2 精微塔的分类气一液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精储操作既可采用板式塔,也可采用填料塔，填料塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍板式塔。板式塔为逐级接触型气一液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气一液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动

7、喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛，因此，本章只讨论浮阀塔与筛板塔的设计。(a)筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：(1)结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右。(2)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加(3)塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。(4)压降较低，每板压力比泡罩塔约低30%左右。筛板塔的缺点是：(1)塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。(2)操作弹性较小(约23)。(3)小孔筛板容易堵塞。(b)浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进

8、是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精储、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从200mm到6400mm,使用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达10m,塔高可达80m,板数有的多达数百块。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：(1)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加2040%,而接近于筛板塔。(2)操作弹性大，一般约为59,比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。(

9、3)塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。(4)压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400660Nm20(5)液面梯度小。(6)使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。(7)结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的6080%,为筛板塔的120-130%O1.1.3 精微操作对塔设备的要求精馆所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：(1)气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏

10、操作的现象。(2)操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。(3)流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馈操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。(4)结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。(5)耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。(6)塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要

11、矛盾，进行选型。1.3国内外发展现状AspenPlus过程模拟系统是目前是国外最先进的系统之一，可用于分析和优化现场生产和设计，也可以诊断现场故障以至发生故障的隐患。国外的石油行业采用此系统作为标准系统，用于核算和设计(如埃克森、杜邦公司等)。从1979年初开发成功Aspen并投入使用开始，经过后续的开发和完善工作正式推出AspenPluSoASPenPlUS被广泛的用于化学和石油行业、发电、金属加工、食品、医药、生物工程、炼油工业等领域，在过程开发、过程设计、老厂房改造中也发挥着重要作用。AspenPIUS在科研生产中同样有着许多应用，由于ASPenPlUS软件的优越性在化工设计、模拟计算、

12、生产优化等诸多领域有着广泛应用。以甲醇和水分离为例进行模拟，甲醇水分离塔为低温甲醇洗装置降低系统水含量及降低外排废水中的甲醇含量所设计32L中石化早在2001年就引进和使用该软件，并在整个石化系统推广使用。我国的用户目前有几十个，多以大型化工单位及国家级科研单位为主，如中石化、大庆集团、燕山石化公司、国家电网公司西安热工研究所等。同时，我国许多高校和研究机构越来越注重ASPenPhIS软件的应用，就此软件做了一些改进，取得了一些成果1网。基于AspenPlus工业系统流程软件，华东理工大学洁净煤技术研究所在气流床气化的洗涤冷却室性能模拟及烟分析中，建立了气流床气化系统中的洗涤冷却室模型，模拟预

13、测了入口合成气的温度、压力和洗涤冷却黑水的温度、水量等操作参数对洗涤冷却室出口合成气水汽比的影响，并对洗涤冷却过程进行了热力学分析。模拟结果表明:入口合成气或洗涤黑水的温度升高使洗涤冷却室的温度升高，出口合成气的水汽比增大;出口合成气的水汽比随进口合成气的压力升高而减小;洗涤冷却室入口黑水流量增大，出口合成气的水汽比有所降低。对洗涤冷却室的调分析的结果表明:随着洗涤冷却室室内压力增大和入口合成气温度的升高，洗涤冷却过程的调损失增大【。2方案的选择1 .原始数据：处理量：380吨/天:组成（质量分率）：nC4,0.38,nC5O52,nC6,0.1;进料状态（摩尔气化分率）：OJ塔顶产品：nC4

14、收率98.5%；塔底产品：nC5收率99%2 .工艺计算：（1）物料衡算；（2）热量衡算；（3）回流比的确定；（4）理论塔板数的确定；3 .塔板及其塔的主要尺寸的设计：（1）塔板间距的确定；（2）塔径的确定（3）塔板的布置及其板上流流程的确定；4 .流体力学的计算及其有关水力性质的校核；5 .板式精储塔辅助设备的选型；6 .绘制带控制的点工艺流程图及精候塔设备的条件图。2.1 课题主要研究内容利用AspenPlus软件当中的相关单元模块对精馈塔进行工艺设计，根据工艺计算结果进行结构设计，以及后续的校验。基本原理：AspenPlus软件当中DSTWU模块可以用Winn-Underwood-Gil

15、liland便捷算法进行精储塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论塔板数、给定回流比下的理论塔板数和加料板位置。同时RadfraC模块联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，利用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果及校核。设计要求：熟悉AspenPlus流程模拟软件和精馀塔设计规范；利用AspenPlus对精馀塔进行工艺设计；利用AspenPlus对精储塔进行结构设计和校验；绘制精储塔装配图与相关零件图。2.2 课题的研究方案此次设计采用DSTWU模块简捷法精偶设计和Radfrac严格法精锵设计对精福进行工艺设计，然后进行结构设计和校验。3ASPENPLUS工艺流程模拟3.1 AspenPlus模拟精t8简介（1）塔模型分类做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算一塔的初步设计.计算结果为理论板数、进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷.然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精确计算的输入依据。AspenPlus塔模型分类如下表3.1表3.1AspenPlus塔模型分类.模型简捷蒸馈DSTWU、Distl、SCFrac严格蒸储RadFracMultiFrac、PetroFracRateFrac（2）精镭塔的模拟类型精储塔的模拟类型可以分为设计式和操作