分離單元的仿真設(shè)計.ppt

CAPD基礎(chǔ) 第七講,Simulation Design of Separation Processes 分離單元的仿真設(shè)計 (一),分離過程模型的分類,Aspen Plus 中的分離過程模型包含兩大類別：,簡單分離單元模型 Separators 塔設(shè)備單元模型 Columns,簡單分離單元模型,簡單分離單元模型包含五個模塊：,兩相閃蒸器 Flash2 三相閃蒸器 Flash3 傾析器 Decanter,組份分離器 Sep 兩出口組份分離器 Sep2,簡單分離單元模型（2）,Flash2 兩相閃蒸器,Flash2 模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的汽-液平衡或汽-液-液平衡計算，輸出一股汽相和一股液相產(chǎn)物。用于模擬閃蒸器、蒸發(fā)器、氣液分離器等。,Flash2 兩相閃蒸器（2）,Flash2 連接,Flash2 模塊的連接圖如下：,Flash2 模型參數(shù),Flash2 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,1、閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications) （1） 溫度（Temperature) （2） 壓力 （Pressure) （3） 蒸氣分率（Vapor Fraction) （4） 熱負荷（Heat Duty) 從以上 4 個參數(shù)中選定 2 個。,Flash2 模型參數(shù) （2）,2、有效相態(tài) ( Valid Phase) （1） 汽-液相（Vapor-Liquid) （2）汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid) （3）汽-液-游離水相 （Vapor-Liquid-Free Water) 從以上 3個參數(shù)中選定 1 個。,Flash2 模型參數(shù) （3）,Flash2 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,Flash2 模型參數(shù) （4）,Flash2 模型參數(shù) （5）,Flash2 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,3、液沫夾帶 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 液相被帶入汽相中的分率。,Flash2 模型參數(shù) （6）,Flash2 應(yīng)用示例（1）,流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.11 MPa、含乙醇 70 %w、水 30 %w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩爾）=1/3。求離開冷凝器的汽、液兩相的溫度和組成。,Flash2 應(yīng)用示例（2）,流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.5 MPa 溫度為 120、含乙醇 70 %w、水 30 %w的物料絕熱閃蒸到 0.15 MPa。求離開閃蒸器的汽、液兩相的溫度、流量和組成。,Flash2 應(yīng)用示例（3）,流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.2 MPa 溫度為20 、含丙酮 30%w、水 70%w的物料進行部分蒸發(fā)回收丙酮，求丙酮回收率為90%時的蒸發(fā)器溫度和熱負荷以及汽、液兩相的流量和組成。,靈敏度分析Sensitivity,在進行過程設(shè)計和分析時，常常需要了解某些過程變量受其它過程變量影響的敏感程度，Aspen PLUS為此提供了一個非常有用的分析工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下的靈敏度(Sensitivity)對象。,靈敏度分析Sensitivity (2),靈敏度分析Sensitivity (3),創(chuàng)建靈敏度對象時，按以下步驟操作： 1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對象管理器(Object Manager)中點擊新建(New)按鈕； 2、在彈出對話框中為新對象指定一個辨識號(ID)；,靈敏度分析Sensitivity (4),步驟1和步驟2：,靈敏度分析Sensitivity (5),3、在定義(Define)表單中點擊新建(New) 按鈕，創(chuàng)建靈敏度對象所需的變量； 4、在彈出對話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；,靈敏度分析Sensitivity (6),步驟3和步驟4：,靈敏度分析Sensitivity (7),5、在變量定義(Variable Definition)對話框中的下拉式選擇框中選擇變量的類別(Category)、類型(Type)、流股(Stream)或模塊(Block)代號，并指定具體變量(Variable)。,靈敏度分析Sensitivity (8),步驟5：,靈敏度分析Sensitivity (9),可以定義多個分析所需的變量，如下圖所示：,靈敏度分析Sensitivity (10),步驟6：在變化(Vary)表單中輸入調(diào)節(jié)變量(Manupulated variable)的類型、名稱和具體變量(variable),并指定體調(diào)節(jié)上、下限(Upper/Lower limits) 和增量(Incr)。,靈敏度分析Sensitivity (11),步驟6：,靈敏度分析Sensitivity (12),步驟7：在列表(Tabulate)表單中輸入需要進行靈敏度分析的列表變量(Tabulated variable)或組合變量的表達式(Expression) ，以及列表時的列序號(Column No.)。,靈敏度分析Sensitivity (13),步驟7：,靈敏度分析Sensitivity (14),步驟8：結(jié)果查看 從左側(cè)索引欄中選擇靈敏度對象下的結(jié)果(Results)項目，右側(cè)的匯總(Summary)表單中按照指定的列序號列表給出調(diào)節(jié)變量和列表變量的對應(yīng)值。,靈敏度分析Sensitivity (15),步驟8：,變量關(guān)系圖Plot,在查看和分析靈敏度分析的列表數(shù)據(jù)時，用圖形描述的函數(shù)關(guān)系曲線常常能讓我們更直觀和全面地了解過程變量間的依賴趨勢，ASPTEN Plus為此提供了繪圖(Plot)功能，可以將列表數(shù)據(jù)中的任意兩列繪制成XY曲線圖。,變量關(guān)系圖Plot （2）,步驟1：選擇橫坐標變量 在列表數(shù)據(jù)中選中一列，從窗口菜單Plot項的下拉框里選擇X軸變量(X-Axis Variable)；,變量關(guān)系圖Plot （3）,變量關(guān)系圖Plot （4）,步驟2：選擇縱坐標變量 再選中列表數(shù)據(jù)的另一列，從窗口菜單Plot項的下拉框里選擇Y軸變量(Y-Axis Variable)；,變量關(guān)系圖Plot （5）,變量關(guān)系圖Plot （6）,步驟3：繪制曲線 然后點擊窗口菜單Plot項的下拉框里的顯示繪圖(Display Plot), 即可得到曲線圖。,變量關(guān)系圖Plot （7）,變量關(guān)系圖Plot （8）,Flash2 應(yīng)用示例（4）,流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.2 MPa 溫度為 20、含丙酮 30%w、水 70 %w的物料進行部分蒸發(fā)回收丙酮，蒸發(fā)器熱負荷為 250 kW。分析液沫夾帶對汽相丙酮分率和丙酮回收率的影響。,Flash3 三相閃蒸器,Flash3 模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的汽-液-液平衡計算，輸出一股汽相和兩股液相產(chǎn)物。用于模擬閃蒸器、蒸發(fā)器、液-液分離器、汽-液-液分離器等。,Flash3 三相閃蒸器 （2）,Flash3 連接,Flash3 的連接圖如下：,Flash3 模型參數(shù),Flash3 的模型參數(shù)有 3 組：,1、閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications) （1） 溫度（Temperature) （2） 壓力 （Pressure) （3） 蒸汽分率（Vapor Fraction) （4） 熱負荷（Heat Duty) 從以上 4 個參數(shù)中選定 2 個。,Flash3 模型參數(shù)（2）,Flash3 模型參數(shù)（3）,Flash3 的模型參數(shù)有 3 組：,2、關(guān)鍵組份 ( Key Component) 指定關(guān)鍵組份后，含關(guān)鍵組份摩爾分率大的液相作為第二液相。 如未指定關(guān)鍵組份，則密度大的液相作為第二液相。,Flash3 模型參數(shù)（4）,3、液沫夾帶 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 分別設(shè)定兩個液相被夾帶入汽相中的分率。,Flash3 模型參數(shù)（5）,Flash3 的模型參數(shù)有 3 組：,Flash3 模型參數(shù)（6）,Flash3 應(yīng)用示例（1）,流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.11 MPa、含乙醇 30 %w、正己烷 30%w、水 40 %w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩爾）=1/9。求離開冷凝器的汽、液、液三相的溫度、質(zhì)量流量和組成。,Flash3 應(yīng)用示例（2）,F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=100 含乙醇 70 %w、水 30 %w的物流與F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=70 含正己烷 60%w、乙醇 40 %w的物流在閃蒸器中混合并絕熱閃蒸到P= 0.11 MPa，求離開閃蒸器的汽、液、液三相的溫度、質(zhì)量流量和組成。,Flash3 應(yīng)用示例（3）,在示例（2）中分別設(shè)置乙醇和己烷為關(guān)鍵組份，觀察輸出結(jié)果有什么變化。,Decanter 傾析器,Decanter 模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的液-液平衡或液-游離水平衡計算，輸出兩股液相產(chǎn)物。用于模擬液-液分離器、水傾析器等。,Decanter傾析器（2）,Decanter 連接,Decanter 模塊的連接圖如下：,Decanter 模型參數(shù),Decanter 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,1、傾析設(shè)定 ( Decanter Specifications) （1） 壓力 （Pressure) （2） 溫度/熱負荷 （Temperature/Heat Duty ),Decanter 模型參數(shù)（2）,2、關(guān)鍵組份 ( Key Component) 指定關(guān)鍵組份后，含關(guān)鍵組份摩爾分率大的液相作為第二液相。 如未指定關(guān)鍵組份，則密度大的液相作為第二液相。,Decanter 模型參數(shù)（3）,Decanter 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,Decanter 模型參數(shù)（4）,Decanter 模型參數(shù)（5）,Decanter 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,3、組份分離效率 ( Separation Efficiencies) 分別設(shè)定每個組份在兩相中的分離效率（代表了相組成偏離平衡組成的程度）。,Decanter 應(yīng)用示例(1),用水（P= 0.2 MPa、T=20 ）從含乙醇 40 %w、正己烷 60%w的混合液（F= 500 kg/hr、P= 0.2 MPa、T=20 ）中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率達到97%，求需要的水流量和萃取相和萃余相的組成。,Decanter 應(yīng)用示例(2),同示例（1），求乙醇分離效率為0.9時需要的水流量和萃取相組成。,Sep 組份分離器,Sep 模塊可以接受多股輸入物流，輸出多股物流，并把輸入混合物中的各個組份分別按照指定的比例分配到每一股輸出物流中去。,Sep 組份分離器（2）,Sep 連接,Sep 模塊的連接圖如下：,Sep 模型參數(shù),Sep 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,1、規(guī)定 (Specifications) 輸出物流條件設(shè)定，指定每個組份在各股輸出物流中的分率或流量。,Sep 模型參數(shù) （2）,Sep 模型參數(shù) （3）,Sep 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,2、進料閃蒸 ( Feed Flash) 指定輸入物流混合后的閃蒸壓力和有效相態(tài)。,Sep 模型參數(shù) （4）,3、出口閃蒸 ( Outlet Flash) 指定每一股輸出物流的閃蒸壓力、溫度、氣相分率和有效相態(tài)。,Sep 模型參數(shù) （5）,Sep 模塊的模型參數(shù)有 3 組：,Sep 模型參數(shù) （6）,Sep 應(yīng)用示例（1）,把F=500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=20 含乙醇 30 %w、正丙醇 20%w、正丁醇 10%w、水 40 %w的物流分成四股輸出物流，各組份在輸出物流中的分配比例為： 乙醇 0.96 : 0.02 : 0.01 : 0.01 正丙醇 0.01 : 0.95 : 0.02 : 0.02 正丁醇 0.01 : 0.05 : 0.92 : 0.02 水 0.01 : 0.02 : 0.03 : 0.94 求輸出物流組成。,Sep2兩出口組份分離器,Sep2 模塊可以接受多股輸入物流，輸出兩股物流，并把輸入混合物中的各個組份分別按照指定的比例或濃度分配到輸出物流中去。,Sep2兩出口組份分離器（2）,Sep2兩出口組份分離器（3）,Sep2 模塊可以設(shè)定分配給各輸出物流的流量(Flow)/流量分率(Split fraction)、各個組份的流量/流量分率、以及摩爾分率/質(zhì)量分率?？勺杂稍O(shè)定的參數(shù)個數(shù)由物料平衡自由度決定。,Sep2兩出口組份分離器（4）,Sep2 應(yīng)用示例（1）,從F= 500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T= 20 、含乙醇 60 %w、正丙醇 25%w、正丁 醇 15 %w 的物流中回收乙醇，要求： 乙醇濃度達到 98%w、正丁醇含量不大于 1%w; 乙醇回收率達到 95%。 求輸出物流的組成和流量。,Sep2 應(yīng)用示例（2）,同示例（1），如果分離過程是在精餾塔中實現(xiàn)，塔頂出料是 0.11 MPa 的飽和蒸汽，塔底出料是 0.13 MPa 的飽和液體，求輸出物流的溫度和體積流量。,計算器 Calculator,在進行過程設(shè)計和分析時，有時無法預(yù)先確定某些過程變量的設(shè)定值，而是需要根據(jù)過程運行的中間結(jié)果按一定的函數(shù)關(guān)系式計算。ASPTEN Plus為此提供了一個在線計算工具： 流程選項(Flowsheeting Options)下的計算器(Calculator)對象。,計算器 Calculator（2）,創(chuàng)建計算器對象時，按以下步驟操作： 1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對象管理器(Object Manager)中點擊新建(New)按鈕； 2、在彈出對話框中為新對象指定一個辨識號(ID)；,計算器 Calculator（3）,步驟 1 和步驟 2 ：,計算器 Calculator（4）,3、在定義(Define)表單中點擊新建(New) 按鈕，創(chuàng)建計算器對象所需的變量； 4、在彈出對話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；,計算器 Calculator（5）,步驟 3 和步驟 4 ：,計算器 Calculator（6）,5、在變量定義(Variable Definition)對話框中的下拉式選擇框中選擇變量的類別(Category)、類型(Type)、流股(Stream)或模塊(Block)代號，并指定具體變量(Variable)。,計算器 Calculator（7）,步驟 5 ：,計算器 Calculator（8）,可以定義多個計算所需的變量，如下圖所示：,計算器 Calculator（9）,步驟6： 在計算(Calculate)表