55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析
一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型(共105种)Aspen Plus数据库包括5000多种纯组分的物性数据及下列数据库 Aspen Plus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。
用户也可以把自己的物数据与Aspen Plus系统连接。高度灵活的数据回归系统（DRS）此系统可使用实验数据求取物性参数，可以回归实际应用中任何类型的数据，计算任何模型参数，包括用户自编的模型。可以使用面积式或点测试方法自动检查汽液平衡数据的热力学一致性。
性质常数估算系统（PCES）能够通过输入分子结构和易测性质（例如沸点）来估算短缺的物性参数。
Redlich-Kwong-UNIFAC状态方程可用于非极性、极性和缔合组分体系。 2）Aspen Plus模拟固体系统
Aspen Plus在煤的净化和液化、流化床燃烧、高温冶金和湿法冶金，以及固体废物、聚合物、生物和食品加工业中都得到了应用。
Aspen Plus中固体性质数据有两个来源：一是Solid数据库，它广泛收集了约3314种纯无机和有机物质的热化学数据；二是和CSIRO数据库的接口。第10版已合并成新的SOLIDS数据库，这些数据在模拟冶金、陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的。还具有一套通用的处理固体的单元操作模型，包括破碎机、旋风分离器、筛分、文杜里洗涤器、静电沉淀器、过滤洗涤机和倾析器。此外，Aspen Plus中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热器模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型RGIBBS可用最小GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在。
3）Aspen Plus模拟电解质系统
许多公司已经用Aspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提、苛性盐水结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收等。
Aspen Plus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型（由本公司的陈超群博士开发)计算物质的活度系数，包括强弱电解质、盐类和含有机化合物的电解质系统。这些模型已广泛地在工业中应用，计算结果准确可靠。
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电解质系统有三个电解质物性参数数据库：水数据库包括纯物质的各种离子和分子溶质的性质；固体和Barin数据库包括盐类组分性质；一些特殊的电解质系统和应用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司应用部门和用户一起开发的。
模拟电解质过程的功能在整套Aspen Plus都可以应用。用户可以用数据回归系统（DRS）确定电解质物性模型参数。所有Aspen Plus的单元操作模型均可处理电解质系统。例如，Aspen Plus闪蒸和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。
4）Aspen Plus具有完整的单元操作模型库
Aspen Plus有一套完整的单元操作模型，可以模拟各种操作过程,由单个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。
由于Aspen Plus系统采用了先进的PLEX数据结构，对于组分数、进出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制，这是Aspen Plus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所能比拟。
此外，所有模型都可以处理固体和电解质。单元操作模型库约由50种单元操作模型构成。
用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USER MODEL）加入到Aspen Plus系统之中，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。
5）Aspen Plus具有完整的单元操作模型—分馏模型
Aspen Plus的多级严格分离模型是基于内外两层结构（双层）、结合最新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由AspenTech总裁J. Boston博士首创的。他自1981年起一直担任本公司总裁。此法必须提供初值，在大范围内应用十分可靠。
RADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、有再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分馏过程。RADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在，也可以简单地假设第二液相为纯水。MULTIFRAC可以有效地计算互连的多塔分馏系统，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、解吸塔、空气分馏塔以及有热交换的塔系统。
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Aspen Plus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，该模型可在塔的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应、化学平衡反应，以及气、液相反应。反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供的反应动力学程序来计算。Aspen Plus的简捷算法蒸馏模型需要输入的数据较少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的情况下可以使用这些模型。
6）Aspen Plus具有完整的单元操作模型—反应器模型 Aspen Plus的反应器模型可应用于很广泛的范围。
简单的化学计量模型（RSTOIC）只需要规定化学计量或反应中一个关键组分的转化率即可应用。
已知反应动力学的情况下，可以用更精确的模型，如连续搅拌釜式反应模型（RCSTR）或活塞流反应模型（RPLUG）。
RBATCH反应模型可处理单相或两相的动态反应，可选用连续进料和出料。 RGIBBS是根据GIBBS自由能极小的基本原理，它能描述单相化学平衡、相平衡，也能同时描述化学平衡和相平衡，可以处理固、液多相系统。RGIBBS能自动决定实际存在的相数。 1.5.3 Aspen Plus工艺流程模拟
流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且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。
在Aspen Plus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：MultiFrac(严格法多塔精馏模型)、PetroFrac(严格法分馏塔)、RateFrac(精馏的核算与设计模型)、Extract(严格萃取塔模型)。
其中RateFrac是一个基于流率的非平衡的模型，用于模拟各种类型的多级气一液精馏操作，可用于一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸馏。适用于两相系统、窄沸程和宽沸程系统以及液相具有强的非理想程度系统。其构成包括任意组输人、任意组侧线、任意组加热器(或热流)和任意组倾析器。
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对于精馏模拟必须确定以下条件：
(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、回流比、气相产品占塔顶总产品比率或塔顶出料、塔底出料、回流量等。
其它如侧线出料、加热器和再沸器的热负荷、蒸气组分初值、塔板效率、回流温度、填料性质或塔板性质等，都可以由模拟者根据要求设定。
对于一个模拟过程来说，准确无误地选择物性是模拟结果好坏的关键。Aspen Plus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质，在典型的Aspen Plus模拟中，常用的物理性质参数有逸度系数、烩、密度、嫡和自由能。
ASPEN PLUS模拟思路如下：
通过物料恒算得出塔顶采出量D，通过DSTWU模块进行四塔的简捷计算，得出Actual reflux ratio（即回流比R）、Number of stages(即塔板数)、Feed stage（进料板）的数值，考虑到实际情况，用以上值乘一适当的安全系数做为实际四塔的模拟数据，结合物料恒算的结果，在RadFrac模型下进行整个四塔的实际模拟。
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第二章 甲醇精馏工段物料衡算
2.1 操作条件
1．原料为粗甲醇，成份及含量如下表：
表2.1 粗甲醇组成
成分 N2和Ar CO2 CH3OH CH3OCH3 C2H5OH C4H9OH H2O 合计
含量（wt%） 0.02 1.69 90.29 0.20 0.15 0.15 7.50 100 2. 粗甲醇中甲醇回收率不小于99%(重量百分含量)。
3．精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不小于99.95%(重量百分含量)。
2.2 甲醇精馏工段物料衡算[16]
按年55万吨精甲醇计算，而粗甲醇中含甲醇量为90.29%。 年工作日按330天计，则精甲醇每日，每小时产量为
550000330 = 1666.67吨/日 = 69.44吨/时 = 69444.4千克/时
每小时所需粗甲醇的量
69444.490.29% = 76912.6千克/时
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