Моделирование сложной ректификационной колонны в Aspen Hysys

• Цель урока: показать моделирование сложной колонны в AspenHYSYS на примере выделения 1,2-дихлорэтана.  

• Задачи: задать компоненты, настроить пакет свойств, построить топологию потоков, настроить параметры колонны и выполнить расчет.  

• Описание фазового равновесия и свойств системы компонентов.  

• Определение логики внешних и внутренних потоков колонны.  

• Спецификации колонны.  

• Колонна работает в нескольких режимах, получая 1,2-дихлорэтан высокой чистоты.  

• Компоненты делятся на четыре группы: газы, легкие компоненты, тяжелые компоненты и целевой компонент 1,2-дихлорэтан.  

• В колонну подаются четыре потока: паровой поток с реактором и три жидких потока.  

• Целевой компонент 1,2-дихлорэтан присутствует во всех потоках.  

• Легкие и тяжелые компоненты, а также газы азот, кислород, углекислый газ.  

• Хлор может создавать жидкую фазу при высоких температурах, что может вызвать проблемы при моделировании.  

• Хлорное железо не является летучим компонентом и не учитывается в расчетах.  

• Неизвестные компоненты ассоциируются с близкими по температурам кипения веществами.  

• Выбор компонентов в базе данных AspenHYSYS и моделирование фазового равновесия.  

• Первичная настройка среды: выбор единиц измерения и создание собственной системы единиц.  

• Выбор мегапаскалей для измерения давления и создание избыточного давления.  

• Перевод мольных расходов в кубометры газа при стандартных условиях.  

• Массовый поток измеряется в килограммах в час.  

• Завершение первичной настройки среды.  

• Выбор пункта меню "Файл" и создание нового кейса.  

• Переход в среду моделирования свойств.  

• Выбор компонентов из базы данных.  

• Использование фильтра для поиска компонентов по формуле.  

• Добавление выбранных компонентов в пустой лист.  

• Выбор пакета свойств для расчета фазового равновесия.  

• Использование модели НТЛ для органических веществ.  

• Выбор уравнения состояния Пенга-Робинсона для расчета.  

• Определение основных и дополнительных потоков питания.  

• Отбор целевого дихлорэтана с промежуточной тарелки.  

• Отвод побочных продуктов с кубом колонны и дистиллятом.  

• Описание колонны с 54 тарелками.  

• Подача парового и жидкого питания на первую тарелку.  

• Отбор целевого дихлорэтана как промежуточного продукта.  

• Нижний продукт формируется как остаток.  

• Питание подается сразу под первую ступень разделения.  

• Определение спецификаций для моделирования ректификационной колонны.  

• Выделение исходных данных для расчета, таких как температуры и составы пара и жидкости.  

• Количество спецификаций определяется числом степеней свободы.  

• Для типовых колонн достаточно двух спецификаций: содержание компонента в дистилляте и кубе.  

• Для сложной колонны необходимо учитывать температуру конденсации паров и расход дистиллята.  

• Расход дистиллята должен быть минимальным, чтобы отводить легкие компоненты.  

• Расход флегмы для обеспечения заданного уровня орошения и отбора целевого продукта.  

• Расход или концентрация целевого дихлорэтана.  

• Нижний продукт рассчитывается автоматически.  

• Задание компонентов и свойств для расчета фазового равновесия.  

• Переход в среду моделирования и добавление потоков питания.  

• Задание состава и параметров парового потока из реактора.  

• Задание температуры, давления и массового расхода.  

• Нормализация состава для приведения к массовым долям.  

• Определение параметров для всех потоков питания.  

• Смешение трех жидких потоков в единый поток для подачи на первую тарелку.  

• Подключение потоков к модели смешения.  

• Вывод единого выходящего потока для подачи на первую тарелку.  

• Выбор модели ректификационной колонны на палитре модели.  

• Подключение модели к потокам питания.  

• Задание потоков газа, дистиллята и кубового остатка.  

• Обозначение тепловых потоков для конденсации и испарения.  

• Задание топологии всех входящих и выходящих потоков.  

• Двойной клик на колонне для первичной настройки.  

• Задание названий потоков и общего числа тарелок.  

• Настройка подачи питания на первую тарелку.  

• Выбор типа испарителя для расчета колонны.  

• Задание давления в верхней и нижней части колонны.  

• Задание температур в зоне конденсации и реболере.  

• Задание начальных спецификаций: расход пара, жидкости и флегмовое число.  

• Логика алгоритма расчета ректификационной колонны.  

• Задание спецификаций для первичного расчета: температура конденсации, расход дистиллята, флегмы и целевого продукта.  

• Двойной клик на колонне для настройки спецификаций.  

• Снятие ненужных спецификаций для начала расчета.  

• Учет счетчика степеней свободы для определения необходимых параметров.  

• Расход дистиллята задается в мольных единицах, но удобнее использовать кубометры.  

• Двойным кликом открываем окно настройки спецификации и выбираем объемный расход.  

• Устанавливаем расход дистиллята на 10 кубометров в час.  

• Расход флегмы также задается в объемных величинах и устанавливается на 110 кубометров в час.  

• Устанавливаем расход потока на 60 кубометров в час.  

• Добавляем спецификацию температуры в сборной емкости, выбираем температуру конденсации 50 градусов Цельсия.  

• Включаем расчетчик и запускаем расчет.  

• Добавляем спецификацию для состава дистиллята, целевого дихлорэтана и кубового остатка.  

• Устанавливаем массовую долю и фазу для каждого потока.  

• Проверяем концентрацию дихлорэтана в дистилляте и целевом продукте.  

• По умолчанию в колонне устанавливается КПД тарелок на 100%.  

• Для реальных тарелок устанавливаем КПД на 60%.  

• Выключаем расчетчик и изменяем КПД для всех тарелок, кроме первой, для которой устанавливаем КПД на 1.  

• Включаем расчетчик и проводим новый расчет с учетом новых тарелок.  

• Проверяем изменения в концентрации выходящего продукта.  

• Исследуем влияние расхода целевого дихлорэтана на его состав.  

• Просчитаны концентрации дихлорэтана при разных расходах.  

• Обнаружен максимум, но он выражен в сотых долях процента.  

• Переход к третьему этапу расчетов для определения нужного расхода.  

• Активна спецификация по расходу, но нужно узнать расход для заданной концентрации.  

• Концентрация продукта не является расчетной спецификацией.  

• Выключение параметра расхода дихлорэтана для пересчета модели.  

• Модель не сходится, добавлен параметр чистоты продукта.  

• Пересчет колонны с новыми исходными данными.  

• Концентрация продукта стала 99.75%, пересчитан расход дихлорэтана.  

• Новый расход дихлорэтана для заданной концентрации 74 кубометра в час.  

• Возможность варьирования параметрами для проектных и поисковых задач.  

• Выбор оптимального режима работы колонны для заданных потоков.  

• Урок завершен, рассмотрены первичные сведения по расчету сложных колонн.  

• Хайсис способен выполнять расчеты даже сложных задач.