Моделирование сложной ректификационной колонны в Aspen Hysys

• Цель урока: показать моделирование сложной колонны в Aspen Hysys 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 газы, легкие и тяжелые компоненты.  

• Примеры компонентов: кислород, углекислый газ, 1,2-дихлорэтан, винилхлорид, трихлорэтилен.  

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

• 1,2-дихлорэтан является преимущественным компонентом во всех потоках.  

• Обсуждение компонентов, которые могут создавать сложности при моделировании фазового равновесия.  

• Хлор может создавать жидкую фазу при высоких температурах.  

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

• Хроматограмма может не распознавать все компоненты.  

• Неизвестные компоненты ассоциируются с близкими по температурам кипения веществами.  

• Легкие компоненты ассоциируются с бензолом, высококипящие компоненты с тетрахлорэтаном.  

• Первичная настройка среды Aspen Hysys: выбор единиц измерения и создание новой системы единиц.  

• Выбор единиц измерения для давления и мольных расходов.  

• Создание нового пустого кейса в Aspen Hysys.  

• Выбор компонентов из базы данных по их формуле.  

• Добавление компонентов в кейс для моделирования.  

• Выбраны все необходимые компоненты для создания смеси.  

• Хлорное железо не выбрано, так как оно нелетучее и не влияет на ректификацию.  

• Метан и этан разбиты на два разных компонента.  

• Неидентифицированные легкие компоненты ассоциированы с вензолом, а высококипящие компоненты с тетрахлорэтаном.  

• Выбор пакета свойств для расчета фазового равновесия и других свойств.  

• Рекомендуется использовать модель НРТЛ для органических веществ.  

• Из-за наличия хлора в системе, НРТЛ не подходит, поэтому выбрана модель Пенга-Робинсона ПРФ.  

• Определение логики внешних и внутренних потоков ректификационного аппарата.  

• Основной поток питания - паровая смесь из реактора Р-401.  

• Дополнительные жидкие потоки из П-301, Е-3025 и С-404.  

• Цель - получение чистого дихлорэтана, который отбирается с промежуточной тарелки.  

• Побочные тяжелые продукты отводятся с кубом колонны.  

• Легкие компоненты отводятся в качестве дистиллята.  

• Все три потока содержат дихлорэтаны с разной концентрацией.  

• Газы не конденсируются и отводятся отдельным потоком.  

• Паровая смесь подается под первую тарелку колонны.  

• Жидкие потоки подаются на первую тарелку.  

• Целевой дихлорэтана отбирается с 51-й тарелки как промежуточный продукт.  

• Нижний продукт - дихлорэтана с тяжелыми компонентами.  

• Питание подается сразу под первую ступень или на первую ступень разделения.  

• Остаток формируется из того, что не испарилось в испарителе.  

• Определение спецификаций для расчета параметров колонны.  

• Спецификации включают температуры, составы пара и жидкости, потоки флегмы и дистиллята.  

• Количество спецификаций определяется числом степеней свободы для решения задачи.  

• Ректификационная колонна имеет четыре степени свободы.  

• Для расчета колонны необходимо задать четыре параметра.  

• В типовых колоннах задаются содержание компонента в дистилляте и кубе.  

• Для определения состава и количества газовых потоков нужна температура конденсации.  

• Дистиллят должен отводить легкие компоненты, но не дихлорэтана.  

• Расход дистиллята задается для упрощения расчета.  

• Расход флегмы и целевого дихлорэтана задается для упрощения расчета.  

• Концентрация дихлорэтана может быть задана или рассчитана.  

• Нижний продукт рассчитывается автоматически.  

• Заданы все компоненты и свойства для расчета фазового равновесия.  

• Переход к среде моделирования Aspen HYSYS.  

• Добавление потоков питания и их настройка.  

• Создание материального потока и задание его параметров.  

• Определение состава потока на основе аналитических данных.  

• Нормализация состава для перехода к массовым долям.  

• Задание двух интенсивных параметров и одного экстенсивного.  

• Определение массового расхода потока.  

• Завершение задания потока и проверка статуса.  

• Смешение трех жидких потоков в единый поток.  

• Подключение потоков к модели смешения.  

• Вывод единого потока для подачи на первую тарелку.  

• Выбор модели ректификационной колонны.  

• Подключение потоков питания к колонне.  

• Задание продуктовых потоков: газ, дистиллят, легкие компоненты.  

• Задаем кубовый остаток, обозначаем его как тяжелые компоненты.  

• Отбираем целевой дихлорэтан как промежуточный поток.  

• Обозначаем два тепловых потока: для конденсации и для испарителя.  

• Задаем топологию всех входящих и выходящих потоков.  

• Начинаем первичную настройку колонны в HYSYS.  

• Задаем названия потоков и общее число тарелок.  

• Подаем питание на первую тарелку снизу.  

• Отбираем дихлорэтан с 51-й тарелки.  

• Обозначаем все входящие и выходящие потоки.  

• Выбираем тип испарителя по умолчанию.  

• Задаем давление в верхней и нижней частях колонны.  

• Учитываем гидравлическое сопротивление для давления в верхней части колонны.  

• Задаем температуры в зоне конденсации и реболере.  

• Оставляем поля для расхода пара и флегмового числа пустыми.  

• Завершаем первичную настройку колонны.  

• Колонна не просчитана из-за отсутствия спецификаций.  

• Для решения задачи необходимы исходные условия.  

• Первичный расчет проводится при мягких спецификациях.  

• Температура конденсации в сборной емкости: 50 градусов.  

• Расход дистиллята: 10 кубометров в час.  

• Расход флегмы: 110 кубометров в час.  

• Расход целевого продукта: 60 кубометров в час.  

• Двойной клик на колонну для вызова окна настройки.  

• Спецификации задаются на вкладке "Дизайн" и в меню "Монитор".  

• Снятие галочки с ненужных спецификаций для начала расчета.  

• Снятие галочки с флегмового числа и расхода газа.  

• Добавление расхода дистиллята в кубометрах.  

• Добавление расхода флегмы и целевого продукта.  

• Добавление температуры в сборной емкости.  

• Установка температуры конденсации: 50 градусов Цельсия.  

• Обнуление счетчика степеней свободы для начала расчета.  

• Включение расчетчика и запуск расчета.  

• Получение первых данных: флегмовое число, расход флегмы, расход дистиллята, температура.  

• Добавление спецификаций для составов дистиллята, целевого продукта и кубового остатка.  

• Настройка массовой доли дихлорэтана в дистилляте и целевом продукте.  

• Контроль концентрации дихлорэтана в целевом продукте и кубовом остатке.  

• Сохранение текущего состояния модели.  

• Переход к расчету с учетом эффективности контактных устройств.  

• Выключение расчетчика для внесения изменений.  

• Задание эффективности контактных устройств для всех тарелок.  

• Задание эффективности для всех тарелок: 0.6.  

• Установка КПД для тарелки питания: 1 для расчетных целей.  

• Завершение настройки и повторный запуск расчета.  

• Включаем расчетчик и проводим расчет с новыми тарелками.  

• Колонна просчиталась, но концентрация выходящего продукта изменилась.  

• Модель сошлась, можно варьировать параметры для исследования.  

• При малом расходе 20 кубометров в час концентрация упала до 99.76%.  

• При большом расходе 100 кубометров в час концентрация составила 0.9974%.  

• Обнаружен максимум концентрации, который может быть расчетной ошибкой.  

• Переходим к третьему этапу расчета для определения оптимального расхода.  

• Задаем концентрацию целевого продукта 99.75%.  

• Выключаем расход дихлората как параметр для расчета.  

• Колонна пересчитывается с новыми исходными данными.  

• Концентрация продукта стала 99.75%, что соответствует цели.  

• Новый расход дихлората составляет 74 кубометра в час.  

• Вариация параметров позволяет выбирать оптимальные режимы работы колонн.  

• Можно добавлять любое число входящих потоков и пересчитывать колонну.  

• Хайсис способен выполнять расчеты сложных систем.