Simulation Design ofSimulation Design of Separation Processes Separation Processes分离单元的仿真设计分离单元的仿真设计 ( (二二二二) ) 化工CAD基础 第五讲第五讲分离过程模型的分类Aspen Plus 中的分离中的分离过程模型包含两大类别：过程模型包含两大类别：简单分离单元模型塔设备单元模型塔设备单元模型 分类1.DSTWU2.Distl3.RadFrac4.Extract塔设备塔设备塔设备塔设备(Columns)(Columns)单元共有单元共有单元共有单元共有9 9种模块种模块种模块种模块：5.MultiFrac6.SCFrac7.PetroFrac8.RateFrac9.BatchFrac塔设备单元模型分类（2 2）DSTWU 简捷精馏（设计）DSTWU 模块用模块用Winn-Underwood-Gilliland捷算法进行精馏塔的设计，根捷算法进行精馏塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板数和加料板位置。比下的理论板数和加料板位置。DSTWU 简捷精馏 （2 2）DSTWU 连接DSTWU 模型的连接图如下：1、塔设定塔设定 ( Column specifications)（1）塔板数）塔板数 ( Number of stages)（2）回流比 ( Reflux ratio) 0, 实际回流比；实际回流比； -1, 绝对值绝对值=实际回流比实际回流比/最小回流比最小回流比DSTWU 模型参数DSTWU模型模型有四组有四组模型设定模型设定参数参数：DSTWU 模型参数（2）2、关键组分回收率关键组分回收率 ( Key component recoveries )（1 1）轻关键组分在馏出物中的回收率轻关键组分在馏出物中的回收率馏出物中的轻关键组分馏出物中的轻关键组分馏出物中的轻关键组分馏出物中的轻关键组分/ / / /进料中的轻关键组分进料中的轻关键组分进料中的轻关键组分进料中的轻关键组分（2 2）重关键组分在馏出物中的回收率）重关键组分在馏出物中的回收率馏出物中的重关键组分馏出物中的重关键组分馏出物中的重关键组分馏出物中的重关键组分/ / / /进料中的重关键组分进料中的重关键组分进料中的重关键组分进料中的重关键组分DSTWU 模型参数（3 3）DSTWU模型模型有四组有四组模型设定模型设定参数参数：DSTWU 模型参数（4 4）3、压力压力 ( Pressure)（1） 冷凝器冷凝器 ( Condenser)（2） 再沸器 ( Reboiler)DSTWU 模型参数（5 5）DSTWU模型模型有四组有四组模型设定模型设定参数参数：DSTWU 模型参数（6 6）4、冷凝器设定冷凝器设定 ( Condenser specifications)（1） 全凝器全凝器 ( Total condenser)（2） 带汽相馏出物的部分冷凝器带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate)（3） 带汽、液相馏出物的部分冷凝器带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)DSTWU 模型参数（7 7）DSTWU模型模型有四组有四组模型设定模型设定参数参数：DSTWU 模型参数（8 8） 含含乙乙苯苯 30%w、苯苯乙乙烯烯 70%w的的混混合合物物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30 C）用用精精馏馏塔塔（塔塔压压0.02MPa ）分分离离，要要求求99.8%的的乙乙苯苯从从塔塔顶顶排排出出，99.9%的的苯苯乙乙烯烯从从塔塔底底排出，采用全凝器。求：排出，采用全凝器。求： Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 时的时的R、NT和和NF 。DSTWU 应用示例 (1)1、生成回流比生成回流比理论板数关系表理论板数关系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages )2、计算等板高度计算等板高度 ( Calculate HETP )DSTWU 计算选项DSTWU模型模型有两个计算选项：有两个计算选项：DSTWU 计算选项（2 2） “ “生生生生成成成成回回回回流流流流比比比比理理理理论论论论板板板板数数数数关关关关系系系系表表表表” ”对对对对选选选选取取取取合合合合理理理理的的的的理理理理论论论论板板板板数数数数很很很很有有有有参参参参考考考考价价价价值值值值。在在在在实实实实际际际际回回回回流流流流比比比比对对对对理理理理论论论论板板板板数数数数栏栏栏栏目目目目中中中中输输输输入入入入我我我我们们们们想想想想分分分分析析析析的的的的理理理理论论论论板板板板数数数数的的的的最最最最小小小小值值值值 ( (Initial Initial number number of of stagesstages) )、 最最最最 大大大大 值值值值 ( (Final Final number number of of stagesstages) )和和和和增增增增量量量量值值值值( (Increment Increment size size for for number number of of stagesstages) )。计计计计算算算算完完完完成成成成后后后后的的的的结结结结果果果果中中中中会会会会包包包包括括括括回回回回流流流流比比比比剖剖剖剖形形形形( (Reflux Reflux ratio ratio profileprofile), ), 据据据据此此此此可可可可以以以以绘绘绘绘制制制制回回回回流比流比流比流比理论板数曲线。理论板数曲线。理论板数曲线。理论板数曲线。DSTWU 计算选项（3 3）DSTWU 计算选项（4 4）DSTWU 计算选项（5 5）合合合合理理理理的的的的理理理理论论论论板板板板数数数数应应应应在在在在曲曲曲曲线线线线斜斜斜斜率率率率绝绝绝绝对对对对值值值值较较较较小小小小的的的的区区区区域域域域内内内内选选选选择择择择。绘绘制制示示例例（1）的的NTR关关系系图图，根根据据该该图图选选取取合合理理的的R值值，求求取取相相应应的的 NT、NF、冷冷凝凝器器和和再再沸沸器器的的温温度和热负荷。度和热负荷。DSTWU 应用示例 (2)Distl 简捷精馏（操作） Distl 模块用 Edmister 方法计算给定精馏塔的操作结果。Distl 连接Distl 模块的连接图如下：Distl 模型参数在在Specification表单中设定以下参数：表单中设定以下参数： 理论板数 Number of stages 加料板位置 Feed stage 回流比 Reflux ratio 馏出物/进料摩尔比 Distillate to feed mole 冷凝器类型 Condenser type 冷凝器压强 Condenser pressure 再沸器压强 Reboiler pressureDistl 模型参数（2）Distl 计算结果计算给出以下模块信息： 冷凝器热负荷 Condenser duty 再沸器热负荷 Reboiler duty 进料板温度 Feed stage temperature 塔顶温度 Top stage temperature 塔底温度 Bottom stage temperature 进料 q 值 Feed qualityDistl 计算结果（2 2） 含含水水30%w、甲甲醇醇70%w的的混混合合物物( F= 1000 kg/hr、P=0.12 MPa、T=20 C )用用精精馏馏塔塔 (塔塔压压0.12MPa) 分分离离，采采用用全全凝凝器器，22块块理理论论塔塔板板，加加料料板板在在第第15块块，摩摩尔尔回回流流比比0.56775，馏馏出出物物/加加料料摩摩尔尔比比0.641。核算分离效果，再沸器功率。核算分离效果，再沸器功率。Distl 应用示例 (1)RadFrac 精密分离模块 RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。 RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备参数。RadFrac 精密分离模块（2 2）RadFrac 连接 RadFrac 模块的连接图如下：RadFrac模型设定RadFrac 模型具有以下设定表单： 1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压强（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、再沸器（Reboiler） 6、三相（3-Phase）RadFrac 配置配置表单包含以下项目： 1、塔板数（Number of Stages） 2、冷凝器（Condenser） 3、再沸器（Reboiler） 4、有效相态（Valid Phase） 5、收敛方法 （Convergence) 6、操作设定操作设定 （Operation Specifications)RadFrac 配置（2 2）RadFrac 配置（冷凝器）冷凝器配置从四个选项中选择一种： 1、全凝器全凝器（Total） 2、部分冷凝部分冷凝-汽相馏出物汽相馏出物 （Partial-Vapor） 3、部分冷凝部分冷凝-汽相和液相馏出物汽相和液相馏出物 （Partial-Vapor-Liquid） 4、无冷凝器无冷凝器 (None)RadFrac配置（冷凝器）（2 2）RadFrac 配置（再沸器）再沸器配置从三个选项中选择一种： 1、釜式再沸器釜式再沸器（Kettle） 2、热虹吸式再沸器热虹吸式再沸器（Thermosyphon） 3、无再沸器无再沸器 (None)RadFrac配置（再沸器）（2 2）RadFrac 配置（有效相态）有效相态从四个选项中选择一种有效相态从四个选项中选择一种： 1、汽汽-液液（Vapor-Liquid） 2、汽汽-液液-液液（Vapor-Liquid -Liquid ） 3、汽汽-液液- 冷凝器游离水冷凝器游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor） 4、汽汽-液液- 任意塔板游离水任意塔板游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）RadFrac配置 (有效相态)（2 2）RadFrac配置（收敛方法）收敛方法从六个选项中选择一种：收敛方法从六个选项中选择一种： 1、标准方法标准方法（Standard） 2、石油石油/宽沸程宽沸程（Petroleum/Wide-Boiling） 3、强非理想液相强非理想液相（Strongly Non-ideal LiquidStrongly Non-ideal Liquid） 4、共沸体系共沸体系（Azeotropic） 5、深度冷冻体系深度冷冻体系（Cryogenic） 6、用户定义用户定义（Custom）RadFrac配置 (收敛方法) (2)(2)RadFrac 配置（操作设定）1、回流比回流比（Reflux Ratio）2、回流速率回流速率（Reflux Rate）3、馏出物速率馏出物速率（Distillate Rate)4、塔底物速率塔底物速率（Bottoms Rate)5、上升蒸汽速率上升蒸汽速率（Boilup Rate)操作设定从十个选项中选择：操作设定从十个选项中选择：6、上升蒸汽比上升蒸汽比（Boilup Ratio)7、上升蒸汽上升蒸汽/进料比进料比（Boilup to Feed Ratio)8、馏出物馏出物/进料比进料比（Distillate to Feed Ratio)9、冷凝器热负荷冷凝器热负荷（Condenser Duty)10、再沸器热负荷再沸器热负荷（Reboiler Duty)RadFrac配置 (操作设定) (2)(2)操作设定从十个选项中选择：操作设定从十个选项中选择：RadFrac配置 (操作设定) (3)(3)RadFrac 流股1、进料流股进料流股（Feed Streams） 指定每一股进料的加料板位置。2、产品流股产品流股（Product Streams） 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。在流股表单中设置以下参数：在流股表单中设置以下参数：RadFrac流股（2 2）RadFrac 压强从三种方式从三种方式（View）中选择一种 1、塔顶塔顶/塔底塔底（Top/Bottom） 指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。 2、压力剖型压力剖型（Pressure Profile） 指定每一块塔板压力。指定每一块塔板压力。 3、塔段压降塔段压降（Section Pressure Drop） 指定每一塔段的压降。指定每一塔段的压降。在压强表单中设置以下参数：在压强表单中设置以下参数：RadFrac压强（2 2）RadFrac 冷凝器冷凝器设定有两组参数冷凝器设定有两组参数：1、冷凝器指标冷凝器指标（Condenser Specification） 仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度度（Temperature）和蒸汽分率和蒸汽分率（Vapor Fraction）两个参数之一。两个参数之一。RadFrac 冷凝器（2）2、过冷态过冷态（SubcoolingSubcooling）1）过冷选项过冷选项（Subcooling optionSubcooling option） 回流物和馏出物都过冷回流物和馏出物都过冷 (Both reflux and (Both reflux and liquid distillate are subcooled) liquid distillate are subcooled) /仅仅回流物过冷仅仅回流物过冷 (Only reflux is (Only reflux is subcooledsubcooled) )2）过冷指标）过冷指标（Subcooling specificationSubcooling specification） 过冷物温度过冷物温度 ( (SubcooledSubcooled temperature) temperature) /过冷度过冷度 (Degrees of (Degrees of subcooledsubcooled) )RadFrac 冷凝器（3）冷凝器设定有两组参数冷凝器设定有两组参数：RadFrac 冷凝器（4）RadFrac 再沸器如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置：1、指定再沸器流量再沸器流量 （Specify reboiler flow rate）2、指定再沸器出口条件再沸器出口条件 （ Specify reboiler outlet condition）3、同时指定流量和出口条件流量和出口条件 （Specify both flow and outlet condition ）RadFrac 再沸器RadFrac 的计算结果从三部分查看：的计算结果从三部分查看： 1 1、结果简汇结果简汇（Results summary） 2 2、分布剖形分布剖形（Profiles） 3 3、流股结果流股结果（Stream results）RadFrac 结果查看结果简汇结果简汇给出塔顶（冷凝器）给出塔顶（冷凝器）和塔底（再沸器）的温度、热负和塔底（再沸器）的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在各出塔等参数，以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。物流中的分配比率。RadFrac 结果简汇RadFrac 结果简汇（2） 分分布布剖剖形形给给出出塔塔内内各各塔塔板板上上的的温温度度、压压力力、热热负负荷荷、相相平平衡衡参参数数，以以及及每每一一相相态态的的流流量量、组组成成和和物物性性。据据此此可可确确定定最最佳佳加加料料板和侧线出料板位置。板和侧线出料板位置。RadFrac 分布剖形RadFrac 分布剖形（2）RadFrac 分布剖形（3） 根根据据DSTWU示示例例（2）的的结结果果，选选 取取 R=25、 NT=69、 NF =40 ，用用RadFrac 模模块块进进行行精精确确计计算算。再再根根据据浓浓度度分分布布剖剖形形结结果果选选取取最最佳佳进进料料板板位位置，重新进行校核计算。置，重新进行校核计算。 RadFrac 应用示例 (1)RadFrac 设计规定RadFrac 模型带有内部的设计规模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定定功能，通过设计规定(Design Specs)和变化和变化(Vary)两组对象进行设两组对象进行设定。定。可以设置多个设计规定对象和多可以设置多个设计规定对象和多个变化对象，但要注意两者间的依赖个变化对象，但要注意两者间的依赖关系和自由度必须吻合，否则不能收关系和自由度必须吻合，否则不能收敛。敛。RadFrac 设计规定 (2)(2)RadFrac 设计规定对象 设计规定对象通过以下三张表单设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标设置规定指标 1、规定、规定 (Specification) 2、组分、组分 (Components) 3、进料、进料/产物流股产物流股 (Feed/Product Streams) RadFrac设计规定对象 (2)(2)RadFrac设计规定对象 (3)(3)在规定表单中输入以下指标在规定表单中输入以下指标 1、类型、类型 (Type) 有有36种变量类型共选用种变量类型共选用 2、目标、目标 (Target) 设定规定变量的目标值设定规定变量的目标值 3、流股类型、流股类型 (Stream type) 产产 物物 (Product)/内内 部部 (Internal)/倾析倾析 器器(Decanter)RadFrac设计规定对象 (4)(4)RadFrac设计规定对象 (5)(5) 在在组组分分表表单单中中输输入入定定义义目目标标值值的的组组分分 (Components)（分分子子）和和基基准准组组分分 (Base Components)（分分母母）。从从左左 侧侧 可可 用用 组组 分分 (Available components)框框中中选选择择需需用用组组分分到到右右侧侧的的选选用用组组分分 (Selected Components) 框中框中.RadFrac设计规定对象 (6)(6)RadFrac设计规定对象 (7)(7) 在在进进料料/ /产产物物流流股股表表单单中中选选择择定定义义设设计计规规定定目目标标值值的的流流股股名名称称.RadFrac设计规定对象 (8)(8)RadFrac 变化对象 在变化对象的在变化对象的Specification表单中输入调节变量及其调节表单中输入调节变量及其调节范围的上、下限值。范围的上、下限值。 RadFrac 变化对象（2 2）RadFrac 应用示例 (2)如如将将示示例例（1）的的塔塔压压调调到到0.01 MPa，全全塔塔压压降降0.005 MPa，试试求求满满足足分分离离要要求求所所需需的的回回流流比比和和馏馏出出物物流量。流量。 RadFrac 塔板效率RadFrac 模模块块可可以以设设定定实实际际塔塔板板的的板板效效率率(Efficiencies)。用用户户可可选选用用蒸蒸发发效效率率(Vaporization Efficiencies) 或或墨墨弗弗里里效效率率(Murphree Efficiencies)，并并选选择择指指定定单单块块板板的的效效率率，单单个个组组分分的的效效率率，或或者者塔塔段段的的效效率。率。RadFrac 塔板效率（2 2）RadFrac 塔板效率（3 3）RadFrac 蒸发效率Vaporization Efficiencies 定义如下定义如下下标下标 i 代表组分，代表组分，j 代表塔板编号。代表塔板编号。RadFrac 墨弗里效率Murphree Efficiencies定义如下定义如下下标下标 i 代表组分，代表组分，j 代表塔板编号。代表塔板编号。RadFrac 应用示例 (3)如如果果示示例例（2）中中的的精精馏馏段段的的墨墨弗弗里里效效率率为为0.45，提提馏馏段段的的墨墨弗弗里里效效率率为为0.55，试试求求满满足足分分离离要要求求所所需需的的塔塔板板数数、加加料料板板位位置置和和回回流比。流比。 RadFrac 报告选项 报报告告（Report）中中有有一一项项对对塔塔板板设设计计非非常常重重要要，即即性性质质选选项项（Property options）里里的的包包括括水水力力学学参参数数（Include hydraulic parameters）选选项项。另另外外剖剖形形选选项项（Profile options）里里包包括括哪哪些些塔塔板板（Stages to be included in report）也也很很有有用。用。RadFrac 报告选项（2 2）RadFrac 报告选项（3 3）RadFrac 报告选项（4 4）选选 择择 了了 包包 括括 水水 力力 学学 参参 数数（Include hydraulic parameters）选选项项后后，剖剖形形结结果果中中将将给给出出指指定定塔塔板板上上的的汽汽、液液两两相相的的体体积积流流量量、密密度度、粘粘度度和和表表面面张张力力等等塔塔板板设设计计所所需的参数。需的参数。RadFrac 报告选项（5 5）RadFrac 应用示例 (4)在在示示例例（3）的的基基础础上上选选定定性性质质选选项项中中的的包包括括水水力力学学参参数数，计算后查看结果。计算后查看结果。RadFrac 塔板设计 塔塔板板设设计计(Tray sizing)计计算算给给定定板板间间距距下下的的塔塔径径。可可将将塔塔分分成成多多个个塔塔段段分分别别设设计计合合适适的的塔塔板板。在在Specification表表单单中中输输入入该该塔塔段段(Trayed section)的的起起始始塔塔板板(Starting stage)和和结结束束塔塔板板(Ending stage)序序号号，塔塔板板类类型型(Tray type)，塔塔板板流流型型程程数数(Number of passes)，以以及及板板间间距距(Tray spacing)等几何结构等几何结构(Geometry)参数。参数。RadFrac 塔板设计（2 2）RadFrac 塔板设计（2 2）塔板类型提供了五种塔板供选用塔板类型提供了五种塔板供选用： 1、泡罩塔板、泡罩塔板（Bubble Cap） 2、筛板筛板（Sieve） 3、浮阀塔板浮阀塔板（Glistch Ballast） 4、弹性浮阀塔板弹性浮阀塔板（Koch Flexitray） 5、条形浮阀塔板条形浮阀塔板（Nutter Float Valve)RadFrac 塔板设计（3 3）RadFrac 塔板设计（4 4） 结结果果 (Results) 表表单单中中给给出出计计算算得得到到的的塔塔内内径径 (Column diameter)、对对应应最最大大塔塔内内径径的的塔塔板板序序号号(Stage with maximum diameter)、降降液液管管截截面面积积/塔塔截截面面积积 (Downcomer area / Column area)、 侧侧 降降 液液 管管 流流 速速 (Side downcomer velocity)、侧侧堰堰长长 (Side weir length)。RadFrac 塔板设计（5 5）RadFrac 塔板设计（6 6） 剖剖形形 (Profiles) 表表单单中中给给出出每每一一块块塔塔板板对对应应的的塔塔内内径径 (Diameter)、塔塔板板总总面面积积(Total area)、塔塔板板有有效效区区面面积积 (Active area)、侧侧降降液液管管截截面面积积 (Side downcomer area) 。RadFrac 塔板设计（7 7）RadFrac 塔板核算 塔塔板板核核算算（Tray rating）计计算算给给定定结结构构参参数数的的塔塔板板的的负负荷荷情情况况，可可供供选选用用的的塔塔板板类类型型与与“塔塔板板设设计计”中中相相同。同。 “塔塔板板设设计计”与与“塔塔板板核核算算”配配合合使使用用，可可以以完完成成塔塔板板选选型型和和工工艺艺参参数设计。数设计。RadFrac 塔板核算（2 2） “塔塔板板核核算算”的的输输入入参参数数除除了了从从“塔塔板板设设计计” 带带来来的的之之外外，还还应应补补充充塔塔盘盘厚厚度度(Deck thickness)和和溢溢流流堰堰高高度度(Weir heights)，多多流流型型塔塔板板应应对对每一种塔盘都输入堰高。每一种塔盘都输入堰高。RadFrac 塔板核算（3 3）RadFrac 塔板核算 （4 4）在塔板布置在塔板布置(Layout)表单中输入：表单中输入：浮浮阀阀的的类类型型(Valve type)、材材质质(Material)、 厚厚 度度 (Thickness)、有有效效区区浮浮阀阀数数目目(Number of valves to active area) ；筛筛孔孔直直径径(Hole diameter)和和开开孔孔率率(Sieve hole area to active area fraction)。RadFrac 塔板核算 （5 5）RadFrac 塔板核算 （6 6）RadFrac 塔板核算 （7 7）在降液管在降液管(Downcomer)表单中输入：表单中输入：降液管底隙降液管底隙(Clearance)；顶部宽度顶部宽度(Width at top)；底部宽度底部宽度(Width at bottom)；直段高度直段高度(Straight height) 。RadFrac 塔板核算 （8 8）RadFrac 塔板核算 （9 9） 塔塔板板核核算算结结果果在在结结果果(Results)表表单中列出，有三个参数应重点关注：单中列出，有三个参数应重点关注：1、最大液泛因子、最大液泛因子(Maximum flooding factor) ，应该小于，应该小于0.8 ；2、塔塔段段压压降降(Section pressure drop)；3、最大降液管液位、最大降液管液位/板间距板间距(Maximum backup / Tray spacing)，应该在，应该在 0.25 0.5之间。之间。RadFrac 塔板核算 （1010）RadFrac 应用示例 (5)在在示示例例（4）的的基基础础上上进进行行塔塔板板设设计计和和塔塔板板核核算算，分分别别选选用用浮浮阀阀塔塔板板和和弹弹性性浮浮阀阀塔塔板板计计算算后后对对比结果。比结果。RadFrac 填料设计 填填料料设设计计(Pack sizing)计计算算选选用用某某种种填填料料时时的的塔塔内内径径。在在Specification表表单单中中输输入入填填料料类类型型 (Type)、生生产产厂厂商商(Vendor)、材材料料 (Material)、板板材材厚厚度度(Sheet thickness)、尺尺寸寸 (Size)、等等板板 高高 度度 (Height equivalent to a theoritical plate) 等参数。等参数。RadFrac 填料设计（2 2）RadFrac 填料设计（3 3） 填料类型共有填料类型共有 40 种填料供选用，种填料供选用，以下是以下是 5 种典型的散堆填料：种典型的散堆填料：1、拉西环拉西环（RASCHIG）2、鲍尔环鲍尔环（PALL）3、阶梯环阶梯环（CMR）4、矩鞍环矩鞍环（INTX）5、超级环超级环（SUPER RING）RadFrac 填料设计（4 4） 填料类型共有填料类型共有 40 种填料供选用，种填料供选用，以下是以下是 5 种典型的规整填料：种典型的规整填料：1、带孔、带孔板波填料板波填料（MELLAPAK）2、带孔带孔网波填料网波填料（CY）3、带缝带缝板波填料板波填料（RALU-PAK）4、陶瓷陶瓷板波填料板波填料（KERAPAK）5、格栅规整填料格栅规整填料（FLEXIGRID）RadFrac 填料设计（5 5）RadFrac 填料设计（6 6） 结结果果 (Results) 表表单单中中给给出出计计算算塔塔内内径径 (Column diameter)、最最大大负负荷荷分分率率(Maximum fractional capacity)、最最大大负负荷荷因因子子 (Maximum capacity fractor)、 塔塔 段段 压压 降降 (Section pressure drop)、比比表表面面积积 (Surface area) 等参数。等参数。RadFrac 填料核算 填填料料核核算算（Pack rating）计计算算给给定定结结构构参参数数的的填填料料的的负负荷荷情情况况，可可供供选选用的填料类型与用的填料类型与“填料设计填料设计”中相同。中相同。 “填填料料设设计计”与与“填填料料核核算算”配配合合使使用用，可可以以完完成成填填料料选选型型和和工工艺艺参参数设计。数设计。RadFrac 填料核算（2 2）RadFrac 应用示例 (6)在在示示例例（2）的的基基础础上上进进行行填填料料设设计计和和填填料料核核算算，分分别别选选用用MELLPAK和和RALU-PAK计计 算算 后后对比结果。对比结果。RadFrac 吸收计算RadFrac 模块用于吸收计算时，模块用于吸收计算时， 1）在在Configuration表单中将表单中将冷凝器冷凝器和再沸器类型选为和再沸器类型选为 “None”； 2）在在Streams表表单单中中将将塔塔底底气气体体进进料料板板位位置置设设为为塔塔板板总总数数加加 1 ，并并将将加加 料料 规规 则则 (Convention) 设设 为为 “Above-Stage”；RadFrac 吸收计算 (2)(2)RadFrac 吸收计算 (3)(3)RadFrac 吸收计算 (4)(4)在收敛在收敛（Convergence）项目中将项目中将1、基本、基本(Basic) 表单里的算法表单里的算法(algorithm)设置为设置为“Standard”，并将最大迭代次数并将最大迭代次数(maximum iterations)设置为设置为200;2、将将高高级级 (Advance) 表表单单里里的的第第一一栏栏吸吸收器收器 (Absorber) 设置为设置为“yes” 。RadFrac 吸收计算 (5)(5)RadFrac 吸收计算 (6)(6)摩摩尔尔组组成成为为CO2 ( 12%)、N2 ( 23%)和和H2 ( 65%)的的混混合合气气体体（F=1000kg/hr、P=2.9 MPa、T=20 C）用用甲甲醇醇（F= 60 t/hr、P=2.9MPa、T=-40 C）吸吸收收脱脱除除CO2。吸吸收收塔塔有有30块块理理论论板板，在在2.8 MPa 下下操操作作。求求出出塔塔气气体体中中的的CO2浓浓度。度。RadFrac 吸收示例 (1)在在吸吸收收示示例例（1）的的基基础础上上求求使使出出塔塔气气体体中中的的CO2浓浓度度达达到到0.5%所需的吸收剂所需的吸收剂（甲醇甲醇）用量用量。RadFrac 吸收示例 (2)在在吸吸收收示示例例（2）的的基基础础上上求求使使出出塔塔气气体体中中的的CO2浓浓度度达达到到0.5%所所需需的的吸吸收收剂剂（甲甲醇醇）用用量量与理论板数的关系与理论板数的关系。RadFrac 吸收示例 (3)选用选用10块理论板，求使出塔气块理论板，求使出塔气体中的体中的CO2浓度达到浓度达到0.5%所需的吸所需的吸收剂收剂（甲醇甲醇）用量以及采用典型塔用量以及采用典型塔板和填料时的塔径板和填料时的塔径。RadFrac 吸收示例 (4)RadFrac 脱吸计算脱吸是吸收的逆过程，脱脱吸是吸收的逆过程，脱吸计算与吸收计算的模型参数吸计算与吸收计算的模型参数设置相同，只是物料初始组成设置相同，只是物料初始组成不同。不同。将吸收示例（将吸收示例（4）所得到的吸收富）所得到的吸收富液减压到液减压到0.15 MPa进行闪蒸，低压液体进行闪蒸，低压液体再进入脱吸塔在再进入脱吸塔在0.12 MPa下用氮气进行下用氮气进行气提脱吸，要求出塔贫液中的气提脱吸，要求出塔贫液中的CO2浓度浓度达到达到0.1%。求合理的理论板数、所需。求合理的理论板数、所需氮气流量、采用不同塔板和填料时的氮气流量、采用不同塔板和填料时的脱吸塔尺寸、压降和负荷情况。脱吸塔尺寸、压降和负荷情况。RadFrac 脱吸示例（1）Extract 连续萃取塔 Extract 模块用逐级计算法精确计算连续逆流萃取过程的操作结果。Extract连续萃取塔（2）Extract 连接 Extract模块的连接图如下：模块的连接图如下：1、塔设定塔设定 (Specs)表单表单 1) 塔板数塔板数 (Number of stages) 2) 热状态选项热状态选项 (Thermal options) (1) 绝热绝热 (Adiabatic) (2) 指定温度剖形指定温度剖形 (Specify temperature) (3) 指定热负荷剖形指定热负荷剖形 (Specify heat duty )Extract 模型参数Extract 模块模块有四组基本模型有四组基本模型参数参数：Extract 模型参数（2）2、关键组分关键组分 ( Key components)表单表单 (1) 第一液相第一液相( 1st liquid phase) 即比重较大的液相，从塔底出料。即比重较大的液相，从塔底出料。 (2) 第二液相第二液相( 2nd liquid phase) 即比重较小的液相，从塔顶出料。即比重较小的液相，从塔顶出料。Extract 模型参数（3 3）Extract 模型参数（4 4）Extract 模型参数（5 5）3、物流物流 ( Streams )表单表单 塔塔顶顶和和塔塔底底必必须须各各有有一一股股进进料料和和出出料料物物流流。如如果果还还有有侧侧线线物物流流，则则在在此此表表单单中中设设置置侧侧线线进进料料物物流流的的加加料料板板位位置置和和侧线出料物流的出料板位置和流量。侧线出料物流的出料板位置和流量。Extract 模型参数（6 6）Extract 模型参数（7 7）4、压强压强 ( Pressure )表单表单 设设置置塔塔内内的的压压强强剖剖形形。至至少少指指定定一一块块板板的的压压强强。未未指指定定板板的的压压强强通通过过内内插或外推决定。插或外推决定。Extract 模型参数（8 8）Extract 级效率1、选项、选项 ( Options )表单表单 选选择择使使用用通通用用级级效效率率(Specify stage efficiencies)还还是是为为每每一一个个组组分分分分别别指指定定 级级 效效 率率 (Specify efficiencies for individual components)。 Extract模块采用级效率来处理两液模块采用级效率来处理两液相组成未达到平衡的真实过程，缺省的级相组成未达到平衡的真实过程，缺省的级效率为效率为 1（平衡级平衡级）。Extract 级效率（2 2）Extract 级效率（3 3）2、级、级 ( Stages )表单表单 输入每一块板上的通用板效率。输入每一块板上的通用板效率。 3、组分组分( Components )表单表单 输输入入每每一一个个组组分分在在每每一一块块板板上上的的组组分分板效率。板效率。Extract 级效率（4 4）Extract 物性方法1、选项、选项 ( Options )表单表单 首先选择下列三类方法之一：首先选择下列三类方法之一：1）用给定的物性方法（活度系数法或）用给定的物性方法（活度系数法或 状态方程法）；状态方程法）；2）KLL温度关联式；温度关联式；3）用户子程序。用户子程序。 Extract模块模块提供三类方法求取液提供三类方法求取液液平衡分配系数。液平衡分配系数。 Extract 物性方法（2 2）Extract 物性方法（3 3）2、 KLL关联式关联式 ( KLL correlation )表单表单 如果选择KLL温度关联式方法，则在温度关联式方法，则在此输入各关联式中的系数。此输入各关联式中的系数。Extract 物性方法（4 4） 用用甲甲基基异异丁丁基基甲甲酮酮(CH3COC4H9)从从含含丙丙酮酮45%w 的的水水溶溶液液中中萃萃取取回回收收丙丙酮酮，处处理理量量 500 kg/hr。采采用用逆逆流流连连续续萃萃取取塔塔，在在 0.12 MPa下下操操作作。求求萃萃取取塔塔理理论论板板数数和和萃萃取取剂剂用用量量对对萃萃余余相相中丙酮浓度的影响。中丙酮浓度的影响。Extract 萃取示例 (1)