Aspen流程模拟——精馏塔的动态模拟上

采用软件为Aspen Plus Dynamics V12、Aspen Plus V12、Origin 2018，语言中文。本人所学有限，内容讲解难免有所疏漏，敬请指正。

本文所用文献资料及bkp、dynf文件等见本文结尾链接。由于专栏仅插入100张图片，因此本模块分为上下两部分

本文塔参数来自

加入公用工程低压蒸汽（LP）及冷却水（WATER）

塔压降设定为0.4bar

在流程中加入流股运输所必须的泵及阀门，其中流股进口阀门V101的排出压力应当与进料板压力相同，设定为1.33529bar，泵的排出压力均为3bar，其他阀门压降均为0.2bar

为确定动态模拟的三个必要部分输入

首先添加塔内件，点击自动分段得出参考值

对塔参数进行圆整，并选择核算模式，重置后运行

发现如下问题

加大侧璧降液管宽度使其侧壁降液管停留时间满足4秒的要求

发现CS-1满足了要求，但CS-2出现了液泛率过高的警告（液泛率大于80%Aspen就会警告）

为降低液泛，加大板间距，重置运行无报错

但CS-2的侧璧降液管停留时间仍然不满足要求

降低堰高，增大侧璧降液管宽度；同时为避免液泛警告，增大板间距，重置运行后满足要求

在左上角点击动态功能，点击动态模式

在塔模块T1出现了输入不完整

对塔的回流罐及塔釜进行设计，参考《HG/T 3154-85 卧式椭圆封头储罐系列》对回流罐进行设计，流股为塔板1的液相

塔釜的流股为倒数第二块板的液相

计算结果如下

进行输入，回流罐请按自己的设计要求选择是水平（卧式）还是垂直（立式）及封头类型

水力学参数按照塔内件的参数进行输入

参数均输入后点击测压器

点击确定即可

如果塔的进口流股的压力与塔的进料板压力不同会有如下报错（就不翻译了）

点击压力驱动或者更新压力驱动均可

如果参数选择的好没有报错，只会提示要对精馏塔进行液位控制，泵模拟时为典型的泵特性曲线，这些可以忽略

但一般都会有塔板压降过小的报错，此时导出动态文件中止

可通过提高设定的塔压降或者降低溢流堰高度解决。改变塔压降会导致稳态流程的流股变化，而改变溢流堰高度对稳态结果无影响，降低溢流堰高度使塔板压降变大。此时在塔内件与动态的参数均应改变，直至同时符合全国大学生化工设计竞赛-现代设计方法评审细则-2021及导出要求

(在往届国赛作品中，很多团队在这里设计的塔内件并没有达到全国大学生化工设计竞赛-现代设计方法评审细则-2021的塔设计要求，即板式塔液泛率在60%~85%、降液管液位高度/板间距（指降液管持液量(充气)）在20%~50%、降液管液体停留时间（指侧壁降液管停留时间）>4s；填料塔能力因子(Fractional Capacity)即液泛率 （常数L/V）在40%~80% )

调整参数使得运行结果符合要求，调整结果如下

点击压力驱动，点击保存，等待一会会弹出APD的文件窗口

动态模拟，一般采用比例积分微分控制器（PID）进行调控，在化工仪表及过程控制中给出塔的控制方案一般为

将其简化，得出最简单的塔控制系统：进料流股流量控制、塔压力控制、回流罐液位控制、塔釜液位控制、灵敏板温度控制。导出的塔动态模拟文件会自动生成塔压力控制

对应灵敏板的选择，本文采用简单的斜率判据（塔板温度曲线的斜率最大处为灵敏板）与灵敏度判据（增减操作变量的0.1%-△X，得出塔板温度变化量△T，做出△T/△X~塔板数曲线，最大处为灵敏板）（只需一种方法的计算结果即可，不同方法计算得出灵敏度结果会有差异）

将三个塔的塔板温度结果复制到excel中，进行数据处理

将excel文件导入origin。斜率判据首先绘制塔板-温度曲线

点击曲线，在上方工具栏找到分析，选择数学，选择微分，打开对话框

勾选画出导数曲线，点击确定

会自动添加一阶导数的数据，得出图像如下，图像框内右键选择添加标注，双击最高点回车后得到坐标值，即灵敏板为34

灵敏度判据通过如下开环增益与塔板数曲线，得出灵敏板为34

动态模拟的软件设计非评分要求，但往届国赛作品中部分队伍做了动态模拟设计，可与PID图相参考呼应。如果选择做动态模拟，最好搭配详细的设计报告说明书

本文所用文件链接：https://pan.baidu.com/s/17JCn_SkNSJHBjTyUbWTBCQ?pwd=adcd 

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