第四章 aspen多组分平衡级分离过程计算(一)

ASPENPLUS在化工过程设计中的应用第四章多组分平衡级分离过程计算（一）第2页ASPENPLUS的单元操作模型（1）p182类型模型说明混合器/分流器MixerFsplitSsplit物流混合物流分流子物流分流分离器Flash2Flash3DecanterSepSep2双出口闪蒸三出口闪蒸液-液倾析器多出口组分分离器双出口组分分离器换热器(Chap5)HeaterHeatXMHeatXHetranAerotran加热器/冷却器双物流换热器多物流换热器与BJAC管壳式换热器的接口程序与BJAC空气冷却换热器的接口程序塔(Chap4)DSTWUDistlRadFracExtractMultiFracSCFracPetroFracRate-FracBatchFrac简捷蒸馏设计简捷蒸馏核算严格蒸馏严格液-液萃取器复杂塔的严格蒸馏石油的简捷蒸馏石油的严格蒸馏非平衡级连续蒸馏严格的间歇蒸馏第3页ASPENPLUS的单元操作模型（2）类型模型说明反应器(Chap6)REquilRStoicRYieldRgibbsRCSTRRPlugRBatch平衡反应器化学计量反应器收率反应器平衡反应器连续搅拌罐式反应器活塞流反应器间歇反应器压力变送器PumpComprMcomprPipelinePipeValve泵/液压透平压缩机/透平多级压缩机/透平多段管线压降单段管线压降严格阀压降手动操作器MultDuplClChong物流倍增器物流复制器物流类变送器第4页ASPENPLUS的单元操作模型（3）类型模型说明固体CrystallizerCrusherScreenFabFlCycloneVscrubESPHyCycCFugeFilterSWashCCD除去混合产品的结晶器固体粉碎器固体分离器滤布过滤器旋风分离器文丘里洗涤器电解质沉降器水力旋风分离器离心式过滤器旋转真空过滤器单级固体洗涤器逆流倾析器用户模型UserUser2用户提供的单元操作模型用户提供的单元操作模型第5页第四章多组分平衡级分离过程计算4.1多组分单级分离过程4.2多组分多级分离塔的简捷计算4.3多组分多级分离塔的严格计算核算型（精馏塔参数——〉分离性能？）设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）第6页4.1多组分单级分离过程4.1.1分离过程模型的分类AspenPlus中的分离过程模型：简单分离单元模型：Separators塔设备单元模型：Columns第7页简单分离单元模型包含五个模块：两相闪蒸器：Flash2三相闪蒸器：Flash3倾析器：Decanter组份分离器：Sep两出口组份分离器：Sep2第8页Flash2两相闪蒸器Flash2模块执行给定热力学条件下的汽-液平衡或汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、分液罐等。第9页Flash3—三相闪蒸器Flash3模块执行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、汽-液-液分离器等。第10页Decanter---倾析器Decanter模块执行给定热力学条件下的液-液平衡或液-游离水平衡计算，输出两股液相产物。用于模拟液-液分离器(沉降槽，离心机)、水倾析器等。第11页Sep---组份分离器Sep模块可以接受多股输入物流，输出多股物流，并把输入混合物中的各个组份分别按照指定的比例分配到每一股输出物流中去。第12页第13页4.1.2闪蒸的理论模型单级蒸馏过程，使进料混合物部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。第14页闪蒸过程的数学模型组分物料衡算式（ComponentMassBalance）相平衡关系式（Equilibrium）摩尔分数加和式（Summations）热量衡算式（Heatbalance）ciyVxLFziii,,2,1cixKyiii,,2,1011ciiciixyVLFVHLHQFH其他关联式：相平衡常数（Ki）气相摩尔焓（HV）液相摩尔焓（HL）第15页流股输入表单第16页模块表单第17页规定变量闪蒸形式输出变量p、T等温Q、V、yi、L、xip、Q=0绝热T、V、yi、L、xip、Q≠0非绝热T、V、yi、L、xip、L部分冷凝Q、T、V、yi、xiP（或T）、L部分汽化Q、T（或p）、yi、L、xiASPENPLUS的闪蒸计算模型Flash2Flash3第18页常见的闪蒸计算类型等温闪蒸—指定温度、压力下的汽液相平衡计算（Isothermalflash）绝热闪蒸(Q=0)—等焓节流计算（Adiabaticflsah）泡、露点温度或者压力计算（bubblepointordewpoint）1)1(FViiiKzx01)1(1111ciFViiciiciiciiKzyxy0)1(1FLFVHHFVHHFV第19页第20页Flash2两相闪蒸器Flash2模块执行给定热力学条件下的汽-液平衡或汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、气液分离器等。第21页闪蒸模型可以用来模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐和其它的单级分离器。通常要固定入口物流的热力学状态必须规定：温度、压力、热负荷和气相摩尔分率中的任意两项。需要注意的是，在闪蒸模型中不允许同时规定热负荷和气相摩尔分率。第22页Flash2---模型参数（1）Flash2模块的模型参数有3组：1、闪蒸设定(FlashSpecifications)（1）温度（Temperature)（2）压力（Pressure)（3）蒸气分率（VaporFraction)（4）热负荷（HeatDuty)从以上4个参数中选定2个。第23页Flash2---模型参数（1）第24页2、有效相态(ValidPhase)（1）汽-液相（Vapor-Liquid)（2）汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid)（3）汽-液-游离水相（Vapor-Liquid-FreeWater)从以上3个参数中选定1个。Flash2---模型参数（2）第25页Flash2---模型参数（2）第26页3、液沫夹带(LiquidEntrainmentinVaporStream)液相被带入汽相中的分率。Flash2---模型参数（3）第27页Flash2---模型参数（3）第28页等温闪蒸计算例4-1（P70）：用闪蒸分离器分离某气体混合物，已知气体进料温度为400℉，压力为21psi，组成为氢气（30.0lbmol/h），氮气（15.0lbmol/h），甲烷（43.0lbmol/h），环己胺（144.2lbmol/h），苯（0.2lbmol/h）。闪蒸器在120℉下操作，压力降为零，分离后气相中夹带的液相分率为0.012,。闪蒸器用flash2模型，物性：RK-SOAVE。通过模拟确定气相的组成和流率。第29页露点或泡点计算露点或泡点计算计算混合物的露点可以设置气相摩尔分率为1；计算混合物的泡点可以设置气相摩尔分率为0；据此可以确定具有一个或多个入口物流的混合物的热状态和相态。第30页例4-2（P75）第31页例4-3：乙醇水溶液的摩尔组成为20%乙醇和80%水，试确定该混合物在1.0、1.5、2.0和2.5atm下的泡点温度和露点温度。热力学模型采用UNIQUAC模型。第32页温度、压力和总流率可以任意给定，组成必须和题目所给一样第33页选中流股1，在tools选项中如图所示第34页计算类型计算区间第35页第36页变量关系图绘制---Plot在查看和分析灵敏度分析的列表数据时，用图形描述的函数关系曲线常常能让我们更直观和全面地了解过程变量间的依赖趋势，ASPTENPlus为此提供了绘图(Plot)功能，可以将列表数据中的任意两列绘制成X~Y曲线图。第37页变量关系图---Plot（1）步骤1：选择横坐标变量在列表数据中选中一列，从窗口菜单Plot项的下拉框里选择X轴变量(X-AxisVariable)；第38页变量关系图---Plot（1）第39页变量关系图---Plot（2）步骤2：选择纵坐标变量再选中列表数据的另一列，从窗口菜单Plot项的下拉框里选择Y轴变量(Y-AxisVariable)；第40页变量关系图---Plot（2）第41页变量关系图---Plot（3）步骤3：绘制曲线然后点击窗口菜单Plot项的下拉框里的显示绘图(DisplayPlot),即可得到曲线图。第42页变量关系图---Plot（3）第43页变量关系图---Plot第44页Flash3—三相闪蒸器Flash3模块执行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液-液分离器、汽-液-液分离器等。第45页Flash3—三相闪蒸器第46页Flash3—模型参数（1）Flash3的模型参数有3组：1、闪蒸设定(FlashSpecifications)（1）温度（Temperature)（2）压力（Pressure)（3）蒸汽分率（VaporFraction)（4）热负荷（HeatDuty)从以上4个参数中选定2个。第47页第48页Flash3—模型参数（2）2、关键组份(KeyComponent)指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大的液相作为第二液相。如未指定关键组份，则密度大的液相作为第二液相。第49页第50页3、液沫夹带(LiquidEntrainmentinVaporStream)分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。Flash3—模型参数（3）第51页第52页4.1.3Decanter---倾析器Decanter模块执行给定热力学条件下的液-液平衡或液-游离水平衡计算，输出两股液相产物。用于模拟液-液分离器、水倾析器等。第53页Decanter第54页Decanter—模型参数（1）Decanter模块的模型参数有3组：1、倾析设定(DecanterSpecifications)（1）压力（Pressure)（2）温度/热负荷（Temperature/HeatDuty)第55页Decanter—模型参数（1）第56页2、关键组份(KeyComponent)指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大的液相作为第二液相。如未指定关键组份，则密度大的液相作为第二液相。Decanter—模型参数（2）第57页Decanter—模型参数（3）第58页Decanter—模型参数（3）3、组份分离效率(SeparationEfficiencies)分别设定每个组份在两相中的分离效率（代表了相组成偏离平衡组成的程度）。第59页4.1.4Sep---组份分离器Sep模块可以接受多股输入物流，输出多股物流，并把输入混合物中的各个组份分别按照指定的比例分配到每一股输出物流中去。第60页Sep----组份分离器第61页Sep—模型参数（1）Sep模块的模型参数有3组：1、规定(Specifications)输出物流条件设定，指定每个组份在各股输出物流中的分率或流量。第62页Sep—模型参数（1）第63页Sep—模型参数（2）2、进料闪蒸(FeedFlash)指定输入物流混合后的闪蒸压力和有效相态。第64页Sep—模型参数（2）第65页3、出口闪蒸(OutletFlash)指定每一股输出物流的闪蒸压力、温度、气相分率和有效相态。Sep—模型参数（3）第66页Sep—模型参数（3）第67页Sep2—两出口组份分离器Sep2模块可以接受多股输入物流，输出两股物流，并把输入混合物中的各个组份分别按照指定的比例或浓度分配到输出物流中去。第68页Sep2—两出口组份分离器第69页Sep2—两出口组份分离器（1）Sep2模块可以设定分配给各输出物流的流量(Flow)/流量分率(Splitfraction)、各个组份的流量/流量分率、以及摩尔分率/质量分率。可自由设定的参数个数由物料平衡自由度决定。第70页Sep2—两出口组份分离器