Учебный курс по Aspen Plus. Методическое пособие для учебного курса
 Скачать 2.58 Mb.
|
|
Partial ( парциальный ) Reboiler ( кипятильник ) Kettle ( котловой ) Reflux Ratio ( флегмовое число ) 1.5 Distillate to feed ratio ( отношение расхода дистиллята к расходу входящего потока ) 0.6 Тарелка питания (Streams>Feed streams) 8 Column pressure ( давление колонны ) 21.72 bar • Сохраните файл под именем RADFRAC.BKP. Настройка модели RadFrac На закладке «Configuration» укажите : • Количество тарелок • Конфигурацию испарителя и кипятильника • Рабочие условия двух колонн ⇒ По умолчанию выбраны : 1) флегмовое число и 2) выход дистиллятов • Возможные фазы • Сходимость 34 На закладке «Streams» укажите : • Размещение питающей тарелки • Фаза ввода питания ⇒ В пар ⇒ В жидкость • Отборы дистиллята и кубового продукта • Боковые погоны 35 Обозначение фазы ввода для питающей тарелки В жидкость n В пар ( по умолчанию ) n-1 n Пар Питание n-1 Жидкость Питание Форма установки давления Укажите один из параметров : • Давление верха / низа колонны • Профиль давлений • Перепад давления на тарелке Мастер отображения графиков • Используйте мастер отображения графиков (Plot Wizard в меню Plot) для быстрого построения графиков с результатами моделирования Вы можете использовать мастер для отображения результатов работы следующих блоков и утилит : ⇒ Анализ оценки данных ⇒ Анализ физических свойств ⇒ Анализ регрессии данных ⇒ Профили всех моделей колонн , в том числе RadFrac, MultiFrac и PetroFrac • Нажмите на интересующий вас объект в обозревателе данных для создания графиков Меню Plot видимо только в том случае , когда открыт Data Browser. • Мастер Plot Wizard проведёт Вас по основным этапам создания графика • На шаге 2 выберите тип графика , который хотите построить , и нажмите «Next>» для продолжения • Нажмите кнопку «Finish» для создания графика с установками по умолчанию 36 Демонстрация мастера отображения графиков Используйте мастер отображения графиков для создания потарельчатых профилей температуры , расхода и состава для колонны Для построения графика , приведённого выше , в разделе “plot type” выберите тип ‘’comp”. В следующем окне укажите компоненты ( пропан и бутан ) и постройте график для пара Далее аналогичным способом постройте график для жидкой фазы Для того , чтобы графики оказались на одной форме , отметьте поле “Add to plot” и выберите уже построенный на первом этапе график Спецификации и независимые переменные • В блоке RadFrac на формах DesignSpecs и Vary можно задать спецификации колонны и независимые переменные • Для достижения указанных условий по одной или нескольким спецификациям может изменяться один или несколько входных параметров RadFrac • В общем случае количество спецификаций должно совпадать с количеством независимых переменных 37 • Спецификации в RadFrac решаются на « среднем цикле ». Если вы получили сообщение об ошибке отсутствия сходимости среднего цикла , проверьте правильность задания спецификаций и независимых переменных Спецификации и просмотр изменений • Часть A ⇒ Запишите мольную долю C3 в потоке OVHD _______ Перейдите на поле Setup>Report Options>Stream и вместо Flow basis укажите Fraction basis>Mole. В итоговом отчёте будут показаны мольные доли компонентов в потоках ⇒ Каково должно быть значение флегмового числа , чтобы эта величина равнялась 0.41? _______ Окно Blocks>COLUMN>Design Specs Окно Blocks>COLUMN>Vary • Часть B ⇒ Измените спецификации таким образом , чтобы сумма мольных долей лёгких фракций (C1 + C2 + C3) в потоке OVHD составляла 0.99. Какое значение флегмового числа будет рассчитано ? ___________________________________ Решение проблем сходимости RadFrac Если сходимости колонны RadFrac не произошло , попробуйте выполнить один или несколько приведённых ниже шагов : 1. Убедитесь в правильности выбора пакета свойств ( тип пакета свойств , доступность параметров и т п .) 2. Убедитесь , что спецификации колонны выполнимы 3. Если параметр err/tol ( отношение ошибки баланса к допуску на сходимость ) колонны постоянно сокращается , увеличьте максимальное число итераций на форме RadFrac>Convergence>Basic 38 4. Дайте оценку температуры на некоторых тарелках колонны на форме RadFrac Estimates Temperature ( полезно для абсорберов ) 5. Дайте оценку состава смеси на некоторых тарелках колонны на форме RadFrac Estimates Liquid Composition и Vapor Composition ( полезно для сильно неидеальных систем ) 6. Экспериментируйте с различными методами сходимости на форме RadFrac Setup Configuration Примечание : Если колонна не сходится , обычно бывает полезно провести повторную инициализацию после внесения изменений 2.3 Задание . Расчёт ректификационной колонны производства метанола Поток FEED Условия P 1.24 bar Vapor fraction 0 ( жидкость на линии насыщения ) Расход 54431 kg/hr Массовые доли компонентов , % Water ( Вода , H2O) 63.2 Methanol ( Метанол , CH4O) 36.8 Используйте пакет свойств NRTL-RK Колонна COLUMN Number of stages ( число тарелок ) 40 Condenser ( конденсатор ) Total ( полная конденсация ) Reboiler ( кипятильник ) Kettle ( котловой ) Distillate flowrate ( расход дистиллята ) 564.7 kmol/hr Molar reflux ratio ( мольное флегмовое число ) 1.3 Тарелка питания (Streams>Feed streams) 24 Top stage pressure ( давление наверху колонны ) 1.11 bar Pressure drop per stage ( перепад давления на тарелке ) 0.69 kPa 39 Часть A • Исправьте модель , устранив все предупреждающие сообщения • Запишите нагрузки на : Конденсатор : _____________________ Кипятильник : __________________ • Запишите состав : Массовая доля метанола в дистилляте : __________ Массовая доля воды в кубовом продукте : __________ • Постройте профили температуры , расхода и состава по колонне Часть B • Установите спецификации (Design Specs) таким образом , чтобы : ⇒ в дистилляте было 99.95 массовых % метанола ⇒ в кубовом продукте было 99.90 массовых % воды • Изменяйте отбор дистиллята (373-771 kmol/hr) и флегмовое число (0.8-2) • Запишите окончательные значения : Отбор дистиллята : _________ Флегмовое число : _________ Нагрузка конденсатора : _________ Нагрузка кипятильника : _________ Часть C • Выполните те же расчёты , указав КПД ( на форме Efficiencies) для каждой тарелки равным 65%. Предположите , что эффективность каскадов конденсатора и кипятильника составляет 90%. Определите , как эти эффективности влияют на нагрузку колонны : Нагрузка конденсатора : _________ Нагрузка кипятильника : _________ Часть D • Выполните расчёт размеров тарелки для всей колонны , предполагая , что используются тарелки колпачкового типа ( форма Tray Sizing) Запишите рассчитанный диаметр колонны : _________ 2.4 Дополнительный курс . Сходимость RadFrac Методы сходимости RadFrac RadFrac предлагает множество методов сходимости для решения задачи разделения смесей В каждом методе представлен алгоритм сходимости и способ инициализации Существуют следующие методы сходимости : Метод RadFrac>Setup>Configuration> поле Convergence Алгоритм RadFrac>Convergence> поле Algorithm Инициализация RadFrac>Convergence> поле Initialization method Standard Стандартный (поумолчанию) Standard Standard Petroleum/Wide-boiling Нефть/смесьскомпонентами, сильноотличающимисяпо температурекипения Sum-Rates Standard Strongly non-ideal liquid Сильнонеидеальнаяжидкость Nonideal Standard Azeotropic Азеотропнаядистилляция Newton Azeotropic Cryogenic Криогенныепроцессы Standard Cryogenic 40 Метод RadFrac>Setup>Configuration> поле Convergence Алгоритм RadFrac>Convergence> поле Algorithm Инициализация RadFrac>Convergence> поле Initialization method Custom Пользовательскийметод Любой Любая Standard Algorithm ( Стандартный алгоритм ) 1. В алгоритме Standard по умолчанию поле Convergence>Advanced>Absorber=No • Это самый простой метод • Эффективен и достаточно быстр для большинства задач • Спецификации рассчитываются в среднем цикле • Могут возникать сложности при расчёте смесей с широким диапазоном температур кипения компонентов и с сильно неидеальными смесями 2. Convergence>Advanced>Absorber=Yes • Это модифицированный алгоритм , похожий на классический алгоритм сумм – скоростей (Sum-Rates) • Применяется только к абсорберам и десорберам • Быстро сходится • Спецификации рассчитываются в среднем цикле • Могут возникать сложности с сильно неидеальными смесями Sum-Rates Algorithm • Это модифицированный алгоритм , похожий на классический алгоритм сумм – скоростей (Sum-Rates) • Рассчитывает спецификации одновременно с уравнениями , описывающими колонну • Быстрый и эффективный метод для расчёта смесей с широким диапазоном температур кипения компонентов и задач с большим количеством спецификаций • Могут возникать сложности с сильно неидеальными смесями Nonideal Algorithm • Включает зависимость состава смеси от моделей физических свойств на локальном уровне • Спецификации рассчитываются в среднем цикле • Эффективен для неидеальных смесей Newton Algorithm • Классическая реализация метода Ньютона • Одновременно решает все уравнения , описывающие колонну • Для обеспечения устойчивой сходимости использует метод Пауэлла • Может рассчитывать спецификации одновременно или в отдельном цикле • Хорошо работает с неидеальными жидкостями , отличается прекрасной сходимостью вблизи решения • Рекомендуется для колонн азеотропной дистилляции Расчёт колонн с тремя фазами : пар – жидкость – жидкость • Для расчёта колонн с двумя жидкими фазами в RadFrac используются алгоритмы Standard, Newton, и Nonideal • В поле Valid Phases на форме RadFrac>Setup>Configuration выберите Vapor-Liquid-Liquid • Можно добавлять декантаторы • Рассчитывает спецификации с помощью : ⇒ либо одновременно ( по умолчанию ) либо в среднем цикле для алгоритма Newton ⇒ в среднем цикле для всех остальных алгоритмов 41 Выбор метода сходимости • Для систем пар – жидкость начните с метода сходимости Standard. Если он не сработает , используйте : ⇒ Метод Petroleum/Wide-boiling для нефти / смеси с компонентами , сильно отличающимися по температуре кипения ( смотрите на TB отдельных компонентов ) ⇒ Метод Standard, изменив значение поля Convergence>Advanced>Absorber с No на Yes, если колонна является абсорбером или десорбером ⇒ Метод Strongly non-ideal liquid для сильно неидеальных жидкостей , если смесь неидеальна ⇒ Азеотропный метод – Azeotropic – применяется для задач азеотропной дистилляции с несколькими возможными решениями Азеотропный алгоритм также подходит для сильно неидеальных систем • Для парожидкостных систем с двумя жидкими фазами начните с выбора Vapor-Liquid- Liquid в поле Valid Phases на странице RadFrac>Setup>Configuration и используйте метод сходимости Standard ⇒ Если метод Standard не сработает , используйте пользовательский метод алгоритмом Non-ideal или алгоритмом Newton Способы инициализации RadFrac (Initialization methods) • По умолчанию RadFrac использует стандартный способ инициализации (Standard): ⇒ Выполняет расчёт фазового равновесия питающей смеси для определения среднего состава жидкости и пара ⇒ Предполагает , что профиль состава смеси – постоянный ⇒ Оценивает профили температуры на основании точки кипения и точки росы питающей смеси • Четыре специализированных способа инициализации для использования в : Процесс Описание Перегонка нефти Смеси с широким диапазоном температур кипения компонентов Химические процессы Узкокипящие химические системы Азеотропные смеси Колонны азеотропной дистилляции Криогенные процессы Криогенные установки Оценки (Estimates) • Как правило , в RadFrac не требуется оценка температуры , скорости потока или профилей состава смеси • В RadFrac могут потребоваться : ⇒ Оценка температуры в качестве первого приближения в случае проблем со сходимостью ⇒ Оценки расходов потоков жидкости или пара для разделения смесей с широким диапазоном температур кипения компонентов ⇒ Оценку состава для сильно неидеальных жидкостей , смесей с широким диапазоном температур кипения компонентов ( например , при избытке водорода ), колонн азеотропной дистилляции или парожидкостных систем с двумя жидкими фазами 42 Здесь показан пример оценок , необходимых для смесей с широким диапазоном температур кипения компонентов : • Кроме того , в Aspen Plus есть кнопка Generate Estimates для заполнения этих форм данными из решения , сходимость которого уже выполнена 2.5 Дополнительный курс . Задание для самостоятельного моделирования по сходимости RadFrac Имя файла VCMHCL.BKP Поток FEED Условия P 18 bar T 50 0 C Расход 130000 kg/hr 43 Массовые доли компонентов , % HCl 19.5 VCM (vinyl-chloride) 33.5 EDC (1,2-dichloroethane) 47.0 Используйте пакет свойств PENG-ROB Колонна COL Число теоретических тарелок 35 Condenser ( конденсатор ) Partial - Vapor Reboiler ( кипятильник ) Kettle ( котловой ) Distillate flowrate ( расход дистиллята ) Равен расходу HCl в потоке FEED = 25350 kg/hr Mass reflux ratio ( массовое флегмовое число ) 0.7 Тарелка питания (Streams>Feed streams) 17 Давление в конденсаторе 17.88 bar Давление в кипятильнике 18.24 bar Часть A • Оцените результаты • Постройте профили температуры и состава Часть B • Обратите внимание , что VCM в дистилляте и HCl в кубовом продукте содержатся в довольно большом количестве Используйте две спецификации и две переменные таким образом , чтобы в кубовом продукте осталось 5 ppm HCl (5*10 -6 ), а в дистилляте 10 ppm (10 -5 ) VCM • Примечание : У вас могут быть некоторые проблемы со сходимостью Следуйте руководству , приведённому в этом разделе • На форме Properties>Parameters>Pure Component>Review 1 можно увидеть нормальную температуру кипения (TB) отдельных компонентов ( они сильно отличаются ) 2.6 Модели реакторов В данном разделе представлены различные типы моделей реакторов в Aspen Plus и подробно рассмотрен каждый тип реактора Обзор реакторов Реакторы На основе материального баланса RYield RStoic На основе химического равновесия REquil RGibbs Кинетические RCSTR RPlug RBatch Реакторы На основе материального баланса RYield RStoic На основе химического равновесия REquil RGibbs Кинетические RCSTR RPlug RBatch |