ASPEN软件进行精馏塔设计.pdf

1 引言
ASPEN PLUS 概述
Aspen Plus 是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省
理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为 “过
程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称 ASPEN），
并于 1981 年底完成。1982 年为了将其商品化，成立了 AspenTech 公司，并称之
为 Aspen Plus。该软件经过 20 多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了
十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全
球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus
的用户。
精馏塔概述
精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置， 又称为蒸馏塔。 有板式塔
与填料塔两种主要类型。 根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，
下降液中的易挥发 (低沸点 )组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发 (高
沸点 )组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈
高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分 分离的
目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返
回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，
其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为
釜残液取出。
精馏塔的分类
气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，
也可采用填料塔，填料塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍板
式塔。
板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触
元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌
形塔和浮动喷射塔等多种。
板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813 年)、筛板塔(1832 年)，其后，特
别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了
大批新型塔板，如 S 型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔
板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类
型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛，因此，本章只讨论浮阀
塔与筛板塔的设计。
（a）筛板塔
筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：
(１) 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的 60％，为浮阀塔
的 80％左右。
(２) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 10～15％。
(３) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。
(４) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30％左右。
筛板塔的缺点是：
(１) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
(２) 操作弹性较小(约 2～3)。
(３) 小孔筛板容易堵塞。
（b）浮阀塔
浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡
罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，
使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、
生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又
不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从
200mm 到 6400mm，使用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达 10m，塔高可
达 80m，板数有的多达数百块。
浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：
(１) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 20～40％，而接近于筛板塔。
(２) 操作弹性大，一般约为 5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要