化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第4章简单单元模拟

第4章简单单元模拟作者：王俊孙兰义目录4.1混合器/分流器4.1.1混合器Mixer4.1.2分流器FSplit4.2两种调节器4.2.1物流倍增器Mult4.2.2物流复制器Dupl4.3简单分离器4.3.1两相闪蒸器Flash24.3.2三相闪蒸器Flash34.3.3液-液分相器Decanter4.3.4组分分离器Sep4.3.5两出口组分分离器Sep24.1混合器/分流器模块说明功能适用对象Mixer混合器把多股物流混合成一股物流混合三通型、物流混合操作、增加热流或增加功流的操作FSplit分流器把一股或多股物流混合后分成多股物流分流器、排气阀4.1.1混合器Mixer混合器Mixer的输入物流可以为任意数量，通过一次简单的物料平衡混合为一股物流。混合器Mixer的输入物流也可以是热流和功流。混合器Mixer有多种图标可选用。4.1.1混合器Mixer对于相应的热流和功流可以分别从模型库中选择HEAT（Q）和WORK（W）Mixer图标。单一的混合器Mixer不能同时混合物流、热流、功流。4.1.1混合器MixerMixer计算时需要指定4.1.1混合器Mixer出口物流的压力（或模块压降）出口物流的有效相态如果不指定压力或压降，模块将自动默认进料的最低压力为出口物流的压力。例4.1.1将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA。4.1.1混合器Mixer物流组分流率kmol/hr温度℃压力MPa气相分率进料（FEED1）丙烷（C3）101002正丁烷（NC4）15正戊烷（NC5）15正己烷（NC6）10进料（FEED2）丙烷（C3）151202.5正丁烷（NC4）15正戊烷（NC5）10正己烷（NC6）10进料（FEED3）丙烷（C3）251000.5正丁烷（NC4）0正戊烷（NC5）15正己烷（NC6）10分流器FSplit可以将已知状态（如温度、压力、流率、组成等）的一股或几股物流混合后分割成相同状态的任意股出口物流。所有出口物流具有与混合后的入口物流相同的组成和条件。分流器FSplit有多种图标可选用。4.1.2分流器FSplit4.1.2分流器FSplit对应的热流和功流可以分别从模型库中选择HEAT（Q）和WORK（W）FSplit图标。分流器FSplit不能把一个流股分成不同类型的流股，例如分流器FSplit不能把一股物流分成一股功流和一股物流。4.1.2分流器FSplit可以通过指定产品分率（SplitFraction，产品流率与进料总流率的比值）、质量流率、摩尔流率、体积流率或组分流率（需要指定关键组分Keycomponents）来确定出口产品的参数。4.1.2分流器FSplit4.1.2分流器FSplitFSplit计算时需要指定出口物流的压力（或模块压降）出口物流的有效相态如果不指定压力或压降，模块将自动默认进料的最低压力为出口物流的压力。4.1.2分流器FSplit例4.1.2将三股进料通过分流器分成三股产品PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料物流依然选用例4.1.1的三股进料，物性方法选用CHAO-SEA。要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的50%；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的正丁烷。4.1.2分流器FSplit4.2两种调节器物流倍增器Mult与物流复制器Dupl设置在模块库Manipulators下。模块说明功能Mult物流倍增器将物流按比例放大或缩小Dupl物流复制器将物流复制成任意数量的出口物流4.2.1物流倍增器Mult4.2.1物流倍增器Mult物流倍增器Mult通过指定缩放因子将一股进口物流的所有与流率相关的参数按照一定比例缩放而不改变其状态参数。主要模块参数为缩放因子（Multiplicationfactor）。4.2.2物流复制器Dupl物流复制器Dupl用于将一股输入物流复制为多股完全相同的输出物流。在同一股进料下，物流复制器Dupl可复制物流和能流，不遵循物料和能量衡算。4.2.2物流复制器Dupl4.3简单分离器模块说明功能适用对象Flash2两相闪蒸器用严格汽-液平衡或汽-液-液平衡，把进料分成两股出口物流闪蒸器、蒸发器、分液罐Flash3三相闪蒸器用严格汽-液-液平衡，把进料分成三股出口物流分相器、有两个液相的单级分离器Decanter液-液分相器把进料分成两股液相出口物流分相器、有两个液相而无气相的单级分离器Sep组分分离器根据规定的组分流率或分率，把入口物流分成多股出口物流组分分离操作，不考虑分离过程，例如蒸馏和吸收Sep2两出口组分分离器根据规定的流率、分率或纯度，把入口物流分成两股出口物流组分分离操作，不考虑分离过程，例如蒸馏和吸收4.3.1两相闪蒸器Flash24.3.1两相闪蒸器Flash2Flash2模块的连接图如下：Flash2模块的模型参数有：1.闪蒸设定(FlashSpecifications)2.有效相态(ValidPhase)3.液沫夹带(LiquidEntrainmentinVaporStream)4.3.1两相闪蒸器Flash21.闪蒸设定(FlashSpecifications)需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参数中的任意两个。4.3.1两相闪蒸器Flash22.有效相态(ValidPhase)4.3.1两相闪蒸器Flash2汽-液相(Vapor-Liquid)汽-液-液相(Vapor-Liquid-Liquid)汽-液-游离水相(Vapor-Liquid-FreeWater)汽-液-污水相(Vapor-Liquid-DirtyWater)3.液沫夹带(LiquidEntrainmentinVaporStream)液相被带入汽相中的分率。4.3.1两相闪蒸器Flash2例4.3.1进料物流进入第一个闪蒸器FLASH1分离为汽液两相，液相再进入第二个闪蒸器FLASH2进行闪蒸分离。已知进料温度为100℃，压力为3.8MPa，进料中氢气、甲烷、苯、甲苯的流率分别为185kmol/hr、45kmol/hr、45kmol/hr、5kmol/hr。闪蒸器FLASH1温度为100℃，压降为0，闪蒸器FLASH2绝热，压力为0.1MPa，物性方法选用PENG-ROB。求闪蒸器FLASH2的温度。4.3.1两相闪蒸器Flash24.3.2三相闪蒸器Flash3三相闪蒸器Flash3可进行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，出口产品为一股气相和两股液相。4.3.2三相闪蒸器Flash34.3.2三相闪蒸器Flash3Flash3模块的连接图如下：Flash3模块的模型参数有：1.闪蒸设定(FlashSpecifications)2.关键组分(KeyComponent)3.液沫夹带(LiquidEntrainmentinVaporStream)4.3.2三相闪蒸器Flash31.闪蒸设定(FlashSpecifications)需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参数中的任意两个。4.3.2三相闪蒸器Flash32.关键组分(KeyComponent)指定关键组分后，含关键组分多的液相作为第二液相，否则默认密度大的液相作为第二液相。4.3.2三相闪蒸器Flash33.液沫夹带(LiquidEntrainmentinVaporStream)需要分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。4.3.2三相闪蒸器Flash34.3.2三相闪蒸器Flash3例4.3.2两股进料进入三相闪蒸器Flash3进行一次闪蒸。进料FEED1中乙醇、甲苯的流率分别为5kmol/hr、25kmol/hr，进料FEED2中水的流率为20kmol/hr，两股进料的温度均为25℃，压力均为0.1MPa，闪蒸器温度为80℃，压力为0.1MPa，物性方法选用UNIQUAC。求产品中各组分的流率是多少？4.3.3液-液分相器Decanter液-液分相器Decanter可进行给定热力学条件下的液-液平衡或液-自由水平衡计算，出口产品为两股液相。4.3.3液-液分相器DecanterDecanter模块的连接图如下：4.3.3液-液分相器Decanter4.3.3液-液分相器DecanterDecanter模块的模型参数有：1.液-液分相器设定(DecanterSpecifications)2.关键组分(KeyComponent)3.分离效率(SeparationEfficiencies)4.3.3液-液分相器Decanter1.液-液分相器设定(DecanterSpecifications)需要规定压力，以及温度、热负荷的其中一个。4.3.3液-液分相器Decanter2.关键组分(KeyComponent)指定关键组分后，含关键组分多的液相作为第二液相，否则默认密度大的液相作为第二液相4.3.3液-液分相器Decanter3.分离效率(SeparationEfficiencies)分离效率代表相组成偏离平衡组成的程度。x1,i和x2,i——第一和第二液相中组分i的摩尔分数；Ki——组分i的平衡常数；Ei——组分i的分离效率。,,2iii1ixEKx4.3.3液-液分相器Decanter当不指定分离效率时，软件默认其值为1。4.3.3液-液分相器Decanter例4.3.3两股进料进入液-液分相器Decanter进行液-液分离。进料采用例4.3.2中的进料，液-液分相器温度为25℃，压力为0.1MPa，乙醇的分离效率为0.9。4.3.4组分分离器Sep组分分离器Sep可将任意股入口物流，按照每个组分的分离规定分成两股或多股出口物流。当未知分离过程，但已知每个组分的分离结果时，可以用组分分离器Sep代替严格分离模块以节省计算时间。4.3.4组分分离器Sep4.3.4组分分离器SepSep模块的连接图如下：4.3.4组分分离器SepSep模块的模型参数有：1.设定(Specifications)2.进料闪蒸(FeedFlash)3.出料闪蒸(OutletFlash)4.3.4组分分离器Sep1.设定(Specifications)指定每个组分在各输出物流中的分率（Splitfraction，组分由进料进入到产品中的分数）或者流率。4.3.4组分分离器Sep2.进料闪蒸(FeedFlash)指定入口物流混合后的闪蒸压力和有效相态。4.3.4组分分离器Sep3.出料闪蒸(OutletFlash)可以在该页面直接设置每一股输出物流的闪蒸压力、温度、气相分率和有效相态。4.3.4组分分离器Sep例4.3.4采用组分分离器Sep将一股温度为70℃，压力为0.1MPa的进料物流分离成两股产品，进料中甲醇、水、乙醇的流率分别为50kmol/hr、100kmol/hr、150kmol/hr，要求塔顶产品流率为50kmol/hr，甲醇的摩尔分数为0.95，乙醇的摩尔分数为0.04，物性方法采用UNIQUAC。求塔底产品的流率与组成。4.3.5两出口组分分离器Sep2两出口组分分离器Sep2可以有一股或多股输入物流，但只能有两股输出物流。并把输入物流中的各个组分按照指定的比例或浓度分配到输出物流中。4.3.5两出口组分分离器Sep24.3.5两出口组分分离器Sep2Sep模块的模型参数有：1.设定(Specifications)2.进料闪蒸(FeedFlash)3.出料闪蒸(OutletFlash)4.3.5两出口组分分离器Sep21.设定(Specifications)可以指定各输出物流的流量(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。4.3.5两出口组分分离器Sep22.进料闪蒸(FeedFlash)指定入口物流混合后的闪蒸压力和有效相态。4.3.5两出口组分分离器Sep23.出料闪蒸(OutletFlas