Separation i Aspen. Grundläggande moduler Short-cut-metoder Rigorös destillation

Transkript

1 Separation i Aspen Grundläggande moduler Short-cut-metoder Rigorös destillation

2 Enkel separation Kan utföras utan destillationsmodell Flashning Flash2 för modellering av flashning, indunstning, med V-L- eller V-L-L-jämvikter Bygger på mass-, energi- och jämviktsberäkningar Komponentseparation Sep och Sep2 Separerar baserat på specificerade andelar Kan användas i enklare fall om man vet splittfaktor

3 Enkel separation med FLASH 2 alternativt SEP 197 VAPF SEP VAPS 158 FEEDF FLASH FEEDS LIQS LIQF

4 Radfrac allmänt Radfrac-modulen kan användas för att simulera i stort sett alla multisteg VL-separationer: Destillation Absorption Strippning Extraktiv och azeotropisk destillation Radfrac kan hantera fasta ämnen och elektrolyter Även kemiska reaktioner kan få förekomma i kolonnen Verkningsgrader, t.ex. Murphree Bottnar eller packning FEED RADFRAC DIST BOTTOM

5 Radfrac Rigorös fraktionering i en kolonn Välj lämpliga indata för att specificera kolonnens funktion Design eller kontroll av driftsfunktion (Rating) Allmänt kan inte Aspen designa en kolonn direkt m.a.p. på antal steg.

6 Exempel: Separation av alkaner OVRHD RadFrac specifications FEED Flow = 1000 lbmol/hr T = 190 F P = 315 psia Mole fractions C1 = 0.26 C2 = 0.09 C3 = 0.25 nc4= 0.17 nc5 = 0.11 nc6 = 0.12 COLUMN Partial Condensor Kettle Reboiler 15 stages Reflux Ratio = 1.5 (mole) Distillate to feed ratio = 0.6 Column pressure = 315 psia Feed stage = 8 BTMMS Select a suitable Property method Use the RKS-BM Property method Using the Methods Assistant

7 Ikonerna har en symbolisk betydelse Stripper eller Absorber

8 Kan vara svårt nå konvergens för icke-ideal system Ändra lösningsmetod: Azeotropic vid azeotropdestillation, speciellt om man använder ett ämne som fasbrytare Strongly non-ideal för vätskefaser som är starkt icke-ideala Konvergens

9 Kolonnkonfiguration Kolonner utan: Kondensor Återkokare Kolonn numreras från toppen

10 Specificering Ange två Operating specifications Återflödesförhållande Återkokareffekt Kondensoreffekt Destillatflöde

11 Metanol-vatten övning Ger troligen en Warning. Vad kan ändras för att fixa till felet? Vad blir Condenser resp. Reboiler Duty? Vad blir Mass Fraction MeOH i destillatet? Vad blir Mass Fraction H2O i botten? Kolla gärna med olika enheter på effektbehoven

12 Radfrac hanterar två återkokartyper Kettle Modelleras som sista botten i kolonnen Termosifon Modelleras som om den pumpas in/ut från sista botten Kan modelleras som en extern vvx! Kan ge ytor mm Återkokare

13 Önskad produkt? Begränsade möjligheter att direkt specificera renhet och återvinningsgrad Görs lämpligen genom en Design-Spec Två variabler för att variera Återflödesförhållande och återkokareffekt Återflödesförhållande och destillatflöde Specificera önskad renhet och återvinning (mål)

14 Hur få en viss konc? Hur få en viss återvinning? Design-Spec Två variabler som mål Purity & Recovery Två som varieras Distill rate Reflux ratio Reflux ratio Reboiler duty Design-Spec

15 Design-Spec RadFrac Mass flow: lbmol/hr Mass fractions: Methanol 36.8 wt% Water: 63.2 wt% Pressure: 18 psia Saturated liquid FEED Set up Design specifications so that: * wt% MeOH in the distillate * wt% in the bottom product Vary: *Distillate rate ( lbmol/hr) *Reflux Ratio (0.8-2) What are the final value for: * Distillate rate * Reflux ratio * Condenser duty * Reboiler duty COLUMN DIST 38 trays (40 stages) (Why 40?) Feed tray: 23 (stage 24, why?) Total condenser Top stage pressure: 16.1 psia Pressure drop per stage: 0.1 psia Distillate flowrate: 1245 lbmol/hr Molar reflux ratio: 1.3 Use the NRTL-RK property method BTTMS H 2 O!!

16 Lämpliga självstudier Getting started Aspen Plus Kap. 1 Aspen Plus basics (30 min) Kap. 2 Building and running a process simulation model (50 min) Kap. 7 Analyzing properties (20 min) (Före BU2 a) Kap. 6 Estimating physical properties for a nondatabank component (30 min) Kap. 5 Creating a process flow diagram (20 min) Kap. 4 Meeting process design specifications (20 min) Kap. 3 Performing a sensitivity analysis (20 min)

17 Öva Uppgift (Dist-001 Uppgift D1 Bu 2b Industriellt schema (Onsdag e.m.)

18 Aspen kräver att antal steg och feedplacering är givna! Om möjligt kan preliminär design underlätta McCabe-Thiele ger antal steg och lämplig feed-placering Alternativt DSTWU eller DSTL, som utnyttjar s.k. short-cut metoder Antal steg måste anges som indata

19 Short-cut destillation DSTWU modulen DSTWU (Winn-Underwood-Gilliland) Bygger på approx. konstant relativ flyktighet (binära eller multikomp.) DSTWU uppskattar även: Optimal feedplacering Kondensoreffekt Återkokareffekt Specifikation Recovery av light och heavy key komponenter Antal teoretiska steg Reflux förhållande Resultat Min. refluxförhållande och min. teoretiska steg Nödv. refluxförhållande Nödv. antal teoretiska steg

20 Heavy-key/Light key Vid multikomponentseparation används begreppet Heavy-key/light key Baseras på relativ flyktighet Kan gruppera komponenter som light eller heavy Mer flyktiga än LK hamnar i destillat Mindre flyktiga än HK i bottenuttag