ASPEN软件模拟在分离中的应用.doc

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1、ASPEN软件模拟在分离中的应用工艺092刘峰当前化学研究已达到分子设计的水平，化工生产和管理也多采用计算机控制。计算机进入化学化工领域后，在帮助深入研究化学基础理论呵促进化工生产方面都显示出强大的作用流程模拟是将一个由多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果如操作条件等。这一方法是计算机技术在化工方面最重要的应用之一。随着计算机技术的发展及应用软件技术的开发，化工过程模拟技术日趋成熟和实用，商业化软件广泛出现于化工模拟中，它已成为一种普遍采用的常规手段而广泛应用于化工过程的研究开发；设计生产过

2、程的控制、优化及技术改造等方面。各种软件的模拟计算不但大大减少了计算工作量，也便于对工艺条件进行优化，其主要的代表Aspen，PROⅡ，ChemOffice。同时应用这些流程模拟软件，还可确定工艺操作条件，优化操作参数，比较直观的看到各种参数条件下的分离的效果与塔的状态。先简要介绍ASPENPLUS软件的功能，再举例介绍该软件在各类分离工艺中的应用。1ASPLEN软件的功能概述ASPENPLUS是世界性标准流程模拟软件，也是国际上功能最强的商品化流程模拟软件，这套软件系统已广泛应用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食

3、品加工等许多工业领域。使用ASPENPLUS工作页面可以建立、显示模拟流程图及PFD—STYLE绘图。这款流程模拟软件主要具有以下六项功能：建立基本流程模拟模型、灵敏度分析、设计规定、物性分析、物性估计以及物性数据回归[1]。在AspenPlus中关于精馏的模块有：（1）简捷法模型：包括DSTWU（简捷法精馏设计模型）、Distl（简捷法精馏核算模型）、SCFrac（简捷法多塔蒸馏模型）；（2）严格法模型：Radfrac（严格法精馏模型）、MultiFrac（严格法多塔精馏模型）、PetroFrac（严格法分馏塔）、RateFrac（精馏的核算

4、与设计模型）、Extract（严格萃取塔模型）[2]。例如ASPENPLUS的RADFRAC模块是一个严格模型，可用于模拟所有类型的多级气、液分离操作，如普通精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取、萃取蒸馏和共沸蒸馏等。适用体系包括气—液两相传质体系，气—液—液三相传质体系，窄沸程和宽沸程传质体系等。对气、液两相存在强非理想物系和理想物系都有良好的模拟效果。使用ASPEN中的灵敏度分析工具可以方便地确定过程对关键操作变量和设计变量的响应，即一个或多个流程变量变化对其他流程变量造成的影响。使用灵敏度分析工具，进行不同工艺参数条件下的对象特性的

5、研究，从而得出最佳的操作参数[3]。2ASPLEN软件的具体应用2.1常规精馏塔分离工艺计算过程中最常见的就是对精馏塔分离，以ASPEN在二甲醚精馏塔的模拟与优化为例。汽相甲醇脱水法生产DEM具有操作简单，自动化程度高，排放量少的工艺特点，其工艺生产过程包括甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、甲醚冷却、粗甲醚精馏。从反应器出来的气体含有二甲醚、未反应的甲醇、水等物质，它们都是以气体形式存在。在进入分离塔之前，要将气体冷却成液体或气液两相共存。三组分的混合体系，至少要采用两个精馏塔，即一个二甲醚精馏塔和一个甲醇回收塔来将三种物质分离。整个流程采用Aspen

6、Plus进行模拟，采用的热力学方法是UNI-QUAC。作一个精馏塔的模拟必须确定以下条件[4]：（1）进料性质（包括进料的组成、温度、压力、进料量、相数等）和进料位置；（2）出料性质（包括相数等）和出料位置；（3）塔的性质。如塔板数、塔的压力分布、RR（回流比）和RD（VDV/V气相产品占塔顶总产品的比率）或D（塔顶出料）、B（塔底出料）、Li（回流量）等。图2.1模拟流程图Figure2.1SimulationFlowchart首先确定反应流程，如图2.1，根据各物料的特性及产品产率要求，设定系统压力，分析理论板数、进料板位置和回流比与分离效

7、果的关系。结合模拟出的几个参数条件下的影响关系图可以得知，当理论板数一定时，回流比随进料板位置变化出现最小值，这说明进料板存在最佳位置，使得该塔达到分离效果时需要最小的回流。随着理论板的增加，达到分离要求的最佳进料板位置也相应发生变化，从而可以确定最佳进料位置。当理论板数增加到一定数目达到分离要求，继续增加对分离效果增加不明显的话，考虑投资成本即可确定理论板数。同样改变回流比，模拟结果，当回流比低于一定值时，产品纯度达不到分离要求；回流比增大，塔顶产品的纯度得到了提升；当回流比大于某数值时，曲线趋于平直，说明再增大回流比对分离效果的提高不大[5

8、]。2.2旋转填料床分离旋转填料床技术是一种新型强化传递过程的技术，通过高速旋转的床体产生强大的离心力场模拟超重力环境，气—液、液—液和液—固两相在超