Aspen Plus中的简捷计算和严格计算操作应用

王文霞，曹凯超

（西北大学现代学院，陕西西安 71030）

Aspen Plus中的简捷计算和严格计算操作应用

王文霞，曹凯超

（西北大学现代学院，陕西西安 71030）

采用Aspen Plus模拟三元物系精馏分离。用Dstwu模块设计流程进行简捷计算，初步确定设计所需数据参数，再用Radfrdc模块进行严格计算得出理论数据。

Aspen Plus；精馏；简捷计算；严格计算

Aspen Plus是一种通用型化工流程模拟软件，可用于单元过程及化工流程的模拟、设计和优化，具有界面友好、工作效率高、结果准确等优点。Aspen Plus用简捷和严格的计算方法，进行单元和全过程的计算，提供准确的单元操作模型。

1 工艺流程图

分离塔T1是简单精馏塔，常压操作，来自原料罐的甲苯-苯-氯苯混合溶液进入塔T1的顶部，通过简单精馏操作分离后塔顶馏出苯。含有少量甲苯、苯和氯苯的混合液相经输送泵P2进入精馏塔T2。

精馏塔T2是筛板塔，常压操作。精馏塔T2塔釜为氯苯，浓度大于99.0%，塔顶产品为甲苯，浓度大于99.0%。

2 工艺流程模型的建立

2.1 模型的建立

工艺流程模型如图1所示。在Aspen Plus模拟计算中，精馏塔均采用Radfrac模块。

图1 20t/h甲苯-苯-氯苯分离工艺模拟流程

2.2 物性计算方法的选择

为适应加压下非电解质溶液的应用计算，Aspen Plus把五种活度系数方程与不同的状态方程配合，对基本活度系数方程进行改造，形成30多种性质计算方法。根据经验，此次模拟中使用NRTL状态方程。

3 甲苯-苯-氯苯分离工艺精馏塔的简捷计算

Dstwu简捷塔模块的任务是为严格计算提供初值。点击“Next”按钮，输入组分、选择热力学方法“NRTL”、输入数据物料组成状态。

点击“Next”按钮，填入R/Rmin为1.2，B1，B2塔的塔顶、底压力，轻重关键组分和塔顶回收率。

点击“Next”按钮，运行，右下角显示计算收敛。在“Blocks-Results” 中的“Summary”页面，可看到精馏塔简捷计算的结果。

点击“Next”，点击“确定”。在“Material”可以查看物料计算结果见图2和图3。从表1可以看出，达到题目的设计要求，甲苯、苯、氯苯的摩尔分数分别是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

图2 B1塔Dstwu 结果

图3 B2塔Dstwu结果

表1 热量和物料衡算

4 甲苯-苯-氯苯分离工艺精馏塔的严格算法

简捷法可以得出初步计算结果，考虑到塔板之间有效率。

根据奥康奈公式∶ET=0.49（αμL）-0.245=0.49（4.1×0.34）-0.245=0.452，板效率大约为45%，得到B1和B2两个精馏塔塔板数∶27/0.45=60，总板数∶60+2=62；进料板是第23块。后续通过Aspen 模拟优化发现B1塔只需要总板数∶40块，B2塔总板数50块。

以B1塔为例，设置组分。

B1塔∶双击“Radfrac”模块，如下填入数据。

在“Streams”页面，填入进料位置为23，在“Pressure”页面，填入塔顶压力和板压降。

点击Blocks下B1中setup的Vapor-liquid，选择默弗里效率（单板效率），点击Next，设置板效率。

在“Blocks-Profiles” 里的“TPFQ”页面，查看浓度变化，可看到精馏塔内第23块塔板组成与进料组成相似，所以不用修改进料位置。

在“Material”可以查看物料计算结果如下图所示，从下表中可以看出达到题目的设计要求，甲苯、苯、氯苯的摩尔分数分别是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

在“Blocks-Results Summary”中的“Summary”页面，能得出精馏塔严格计算其中一部分结果。在“View”中选择 “Condenser/Top stage”，塔顶温度为82.86℃，冷凝器负荷为-5 231.315 2kW。在“View”里面的“Reboiler/Bottom stage”中能得到塔底的计算结果。

图4 塔顶输出结果

图5 塔底输出结果

在“Blocks-Profiles”里面的“TPFQ”中能得到查看液相组成图∶

图6 B1塔温度分布

图7 B1塔组成分布

B2塔∶双击“Radfrac”模块，如下填入数据。

在“Streams”页面，填入进料位置为20，在“Pressure”页面，填入塔顶压力和板压降

点击Blocks下的B2中的setup的Vapor-liquid，选择默弗里效率（单板效率）点击Next，设置板效率

点击“Next”，点击“确定”。在“Material”可以查看物料计算结果如下图所示，从下表中可以看出达到题目的设计要求，甲苯、苯、氯苯的摩尔分数分别是98.3%，98.7%，99.7%，均大于98%。

在“Blocks-Profiles” 里的“TPFQ”页面，查看浓度变化，可看到精馏塔内第20块塔板组成与进料组成相似，所以不用修改进料位置。

在“Blocks-Results Summary”中的“Summary”页面，能得出精馏塔严格计算其中一部分结果。在“View”中选择“Condenser/Top stage”，塔顶温度为113.535℃，冷凝器负荷为-3 599.172 2kW。在“View”里面的“Re boiler/Bottom stage”中能得到塔底的计算结果

图8 塔顶输出结果

图9 塔底输出结果

在“Blocks-Profiles”里面的“TPFQ”中能得到查看液相组成图∶

图10 B2塔温度分布图

图11 B2塔组成分布图

结果与表1一致，符合设计要求。

5 结束语

以苯-甲苯-氯苯精馏过程模拟研究为背景，利用Aspen Plus流程模拟软件进行模拟。通过实际例子介绍软件中的简捷计算和严格计算，熟悉Aspen Plus流程模拟软件在精馏塔模拟过程中的应用。

[1] 宋海华.精馏模拟[M].天津大学出版社，2005.

[2] 孙红先，赵听友，蔡冠梁.化工模拟软件的应用与开发[J].计算机与应用化学，2007，24（90）∶1285-1288.

[3] 黄鸿鼎，陈远明，张松敏.内热虹吸式再沸器[J].化工学报，1987，38∶293-299.

[4] 杨友麒.化工过程模拟[J]化工进展，1996，（3）∶1-7.

[5] 谢扬，沈庆扬.ASPEN PLUS化工模拟系统在精馏过程中的应用[J].化工生产与技术，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，陕西西安人，主要研究方向为化学工程与工艺。