Aspen教程-3模块操作

111ASPENPLUS模块操作报告人：宋维仁导师：漆志文教授华东理工大学联合化学反应工程研究所2010年6月30日星期三2单元操作模块用来表示实际装臵的各个单元操作设备，例如泵、换热器、精馏塔和反应器等。要运行一个模拟模型，必须至少规定一个单元操作。每个不同的单元模块都有各自必需的输入数据。AspenPlus中的单元模块主要包括如下9类：单元模块操作23混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块塔模块反应器模块4模型说明目的用途Mixer物流混合器把多股物流混合成一股物流混合三通，物流混合操作，添加热流股，添加功流股FSplit物流分流器把物流分成多个流股物流分流器，排气阀SSplit子物流分流器把子物流分成多个流股固体物流分流器，排气阀混合器/分流器是用于混合或分离流程物流的模型。混合器/分流器模型有以下三种:混合器/分流器35混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块塔模块反应器模块6混合器可用于模拟混合三通或其它类型的物流混合操作设备。它通过对混合进料物流进行一次绝热相平衡闪蒸计算，决定混合出口物流的温度和相态。在MIXER模型库中，第一个图是物流混合器，第二个图是热流混合器，带W标记的是功流混合器。混合器47下面这是一个混合器的例子，首先建立工艺流程图。进料物流1进料物流2混合器例子流程图混合器模块的名称为B18输入进料物流1数据输入进料物流2数据物性方法选用NRTL输入进料数据注意：进料物流1的压力为101.3KPa，而进料物流2的压力为200KPa。后面的讲解要用到这两个压力。59对于物流混合器来说，需要规定出口压力(或压降)以及物流的有效相态。当混合热流或功流时，不需要任何规定。如果你规定了压降，混合器确定入口物流压力的最小值，并采用这个最小入口物流压力计算出口压力。首先规定压力为0（表示压降为0），结果显示如下页：B1-Input–FlashOptions10可以看到最终的出口物流压力为两股进料压力中最小的那一个压力，即101.3KPa。查看模块结果611规定压力为-10KPa（表示压降为10KPa），看看结果如何？改变压力设臵12可以看到最终的出口物流压力为两股进料压力中最小的那一个压力101.3KPa减去压降。查看模块结果713规定压力为150KPa，看看结果如何？改变压力设臵14可以看到最终的出口物流压力为150KPa。查看模块结果总结：在混合器模块的压力项输入值0,为出口绝对压力，在混合器模块的压力项输入值=0,表示压降为0，在混合器模块的压力项输入值0,表示压降值，且后两项取的出口压力基准都为进料中压力最小的那一个。815混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块塔模块反应器模块161.分流器是把相同类型的物流混合并把结果物流分成两股或多股相同类型的物流。2.用Fsplit模块可以模拟物流的分流、吹扫或放空。所有的出口物流都有同样的组成和物性。3.建立如下工艺流程图分流器分流器模块的名称为B1。917输入进料数据输入进料数据18对于Fsplit，你只需规定每个出口物流的分流分率即可。当然，你也可以采用其他的规定方式，在这里选择一个你所需要的规定参数。不仅可以输入分流分率，而且可以输入各种分流流率值。B1-Input-Specifications1019如果只有两股出口物流，那么你只需规定其中的一个就可以了。输入OUT1物流的分流分率为0.8，表示此物流的流率占进料物流流率的80%。B1-Input-Specifications20在此规定所有出口物流的压力或压降（同混合器压力输入规则一样）。B1-Input–FlashOptions1121所有出口物流的性质（温度、压力、气相分率等）一样分流分率对应的值所有出口物流的组成一样查看物流结果22我们再研究一下有两股进料的情况分流器两股进料例子1223输入进料物流1数据输入进料物流2数据物性方法选用NRTL输入进料数据注意：进料物流1的压力为101.3KPa，而进料物流2的压力为200KPa。后面的讲解要用到这两个压力。24输入出料物流1的分流分率B1-Input-Specifications1325在此规定所有出口物流的压力或压降（同混合器压力输入规则一样）。B1-Input–FlashOptions26由最终压力为两股进料压力中最小的那个压力即101.3KPa，可以看出Fsplit先是作为混合器，然后作为分流器。查看物流结果1427混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块塔模块反应器模块28模型说明目的用法Pump泵或水力透平机当知道压力、功率需求或性能曲线时，可改变物流压力泵和水力学透平机Compr压缩机或透平机当知道压力、功率需求或性能曲线时，可改变物流压力多变压缩机,多变正位移压缩机，等熵曲线压缩机透平机MCompr多级压缩机或透平机通过带有内冷器的多级压缩改变物流压力.允许从内冷器中采出液体物流多级多变压缩机，多级正位移压缩机,等熵曲线压缩机，等熵曲线透平机.Valve控制阀确定压降或阀系数(CV)多相,绝热球型流量阀或蝶阀Pipe单段管确定单段管或环型空间的压降或传热多相,一维,稳态和全充满管线流动Pipeline多段管确定多段管或环型空间的压降或传热多相,一维,稳态和全充满管线流动压力变送器主要讲解Pump和Compr模块1529混合器/分流器模块压力变送器模块（Pump模块）换热器模块塔模块反应器模块30Pump模块可以用于模拟泵和液压透平机。当给定出口压力时，该模型计算所需的功率或产生的功率。也可以给定功率，计算出口压力。首先建立例子工艺流程图。Pump模块此模块的名称为Pump。1631输入进料数据输入进料数据321.选择模型类型：泵或透平机2.规定泵的出口条件3.输入泵或驱动器的效率，不输入取软件默认值泵的出口压力为400KPaPump-Setup-Specifications1733所需的净功查看模块结果34温度略有上升出口压力查看物流结果1835在前面我们选择的是输入泵的出口压力值，在此我们选择Pressureratio,此项表示出口物流压力与进料压力的比值。当然我们也可已选择其他的选项。Pump-Setup-Specifications36出口物流压力与进料压力的比值为2查看物流结果1937混合器/分流器模块压力变送器模块（Compr模块）换热器模块塔模块反应器模块38建立CO2压缩机工艺流程图。Compr压缩机模块模块的名称改为CO2COMPR。2039在此选择压缩机的类型。此模块可以模拟多变离心压缩机、多变正位移压缩机和等熵压缩机。CO2COMPR-Setup-Specifications40在此规定出口条件（和泵的输入相似）在此可以输入各种效率（不输入即为软件的默认值）CO2COMPR-Setup-Specifications2141混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块塔模块反应器模块42换热器模块可以模拟加热器、冷却器、两个或多个物流换热器的性能，还能生成所有模块的加热、冷却曲线表。换热器模块有以下几种：换热器模块2243模型说明目的用法Heater加热器或冷却器确定热和相态条件换热器,冷却器,阀门.当与功有关的结果不需要时的泵和压缩机.HeatX两物流换热器两股物流的换热器两股物流换热器.当知道管壳换热器尺寸时可以进行核算.MHeatX多物流换热器任何数量物流的换热器多股热流和冷流换热器.两股物流换热器.LNG换热器.Hetran*BJACHetran程序界面管壳式换热器的设计和模拟具有多种结构的管壳式换热器.Aerotran*BJACAerotran程序界面空冷器的设计和模拟具有多种结构的空冷器.用于模拟节煤器和加热炉的对流段.换热器模块分类我们主要学习Heater和HeatX模块44混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块（Heater模块）塔模块反应器模块2345Heater模块可以用来模拟：加热器或冷却器已知压降的阀不需要与功有关的结果时的泵和压缩机它可以进行以下类型的单相或多相计算：泡点或露点计算按用户规定的热负荷计算过热或过冷的匹配温度需要达到某一气相分率所必须的冷热负荷Heater模块46输入进料数据，同时物性方法选择NRTL。输入进料数据2447输入换热器闪蒸计算的数据，这里是温度和压力（或压降），当然你也可以在下拉框中选择其它项。B1-Input-Specifications48输入估计的温度和压力在此规定收敛的相关参数此页一般不用改变,点击运行。B1-Input–FlashOptions2549换热器出口温度与压力与上页输入规定一致。此处给出了换热器操作所需的热能。查看模块结果50前面我们输入的的是压力和温度，下面我们再看看输入压力和过热度为20℃对结果有什么影响？B1-Input-Specifications2651出口温度变为了124.174386℃，那么我们就能反推得到在101.3KPa，在进料组成下，进料的露点是104.174386℃。我们来验证一下。查看模块结果52在Specifications页上输入压力和气相分率。气相分率=1，表示露点计算;气相分率=0，表示泡点计算。B1-Input-Specifications2753出口温度确实为104.174386℃（即露点温度）。我们再来用相图验证一下。查看模块结果54DMF质量分数为0.2时，露点温度确实为104℃左右。T-X-Y相图2855同理，过冷度就是指比一定压力、一定组成下的泡点温度所低的温度。B1-Input-Specifications56点击模块中的Hcurves可以用来绘制换热器的加热（冷却）曲线。点击New按钮，输入曲线ID。换热器加热（冷却）曲线2957选择加热（冷却）曲线的自变量，在此例中选择气相分率为自变量。选择气相分率范围内的数据点数B1-Hcurves-1-Setup58注意这里的气相分率范围是0~1。为什么？查看曲线数据结果3059绘制换热器加热曲线图–X轴以气相分率为自变量。用鼠标选中气相分率这一列数据，单击菜单栏上Plot–XAxisVariable。60绘制换热器加热曲线图–Y轴以热负荷为因变量。用鼠标选中Heatduty这一列数据，单击菜单栏上Plot–YAxisVariable。3161得到加热量与气相分率的曲线图换热器加热曲线图62混合器/分流器模块压力变送器模块换热器模块（HeatX模块）塔模块反应器模块3263HeatX模块可以对大多类型的双物流交换器进行简捷的或严格的计算。HeatX有两种核算模型：简捷法(Shortcut)和严格法(Detailed)。简捷法总是采用用户规定的（或缺省的）总的传热系数值。如果换热器的几何尺寸不知道或不重要，HeatX模型可进行简单的核算，例如，只进行能量和物料平衡计算。严格法采用膜系数的严格传递方程，但必须提供换热器的几何尺寸。HeatX模块64在简捷法核算模型中，你可以使用最少的输入量来模拟一个换热器。简捷法核算不需要换热器结构或几何尺寸数据。对于严格法核算模型，你可以用换热器几何尺寸去估算：膜系数压降对数平均温差校正因子严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，但也需要较多的输入。简捷法与严格法的比较3365HeatX能模拟如下管壳换热器类型:逆流和并流弓形折流板TEMAE,F,G,H,J和X壳型圆形折流板TEMAE和F壳型裸管和翅片管HeatX模拟类型66设计条件：烃物流：温度：200℃，压力0.4MPa；流量：10000Kg/h；组成：苯50%，苯乙烯20%，乙苯20%，水10%冷却水物流：温度20℃，压力1MPa；流量：60000Kg/h。要求：壳程烃出口气化分率为0（饱和液相）HeatX简捷计算例子3467使用用户定义的单位集作为全局单位集对于烃-水系统，有两个液相，所以有效相态是V-L-L.Setup输入68输入组分，物性方法选择NRTL-RK。Components&Properties