第4章Aspen簡單單元模擬

1、第第4章章 簡單單元模擬簡單單元模擬目錄目錄4.1 混合器/分流器4.1.1 混合器 Mixer4.1.2 分流器 FSplit4.2 兩種調(diào)節(jié)器4.2.1 物流倍增器 Mult4.2.2 物流復(fù)制器 Dupl4.3 簡單分離器4.3.1 兩相閃蒸器 Flash24.3.2 三相閃蒸器 Flash34.3.3 液-液分相器 Decanter4.3.4 組分分離器 Sep4.3.5 兩出口組分分離器 Sep24.1 混合器混合器/分流器分流器模塊模塊說說明明功能功能適用對象適用對象Mixer混混合合器器把多股物流混合成一把多股物流混合成一股物流股物流混合三通型、物流混合操作、混合三通型、物流混合

2、操作、增加熱流或增加功流的操作增加熱流或增加功流的操作FSplit分分流流器器把一股或多股物流混把一股或多股物流混合后分成多股物流合后分成多股物流分流器、排氣閥分流器、排氣閥4.1.1 混合器混合器 Mixern混合器混合器Mixer的輸入物流可以為的輸入物流可以為任意數(shù)量任意數(shù)量，通過一次簡單的通過一次簡單的物料平衡物料平衡混合為混合為一股物流一股物流。n混合器混合器Mixer的輸入物流也可以是的輸入物流也可以是熱流熱流和和功功流流。n混合器混合器Mixer有多種圖標(biāo)可選用。有多種圖標(biāo)可選用。4.1.1 混合器混合器 Mixern對于相應(yīng)的對于相應(yīng)的熱流熱流和和功流功流可以分別從模型可以分別

3、從模型庫中選擇庫中選擇HEAT（Q）和和WORK（W）Mixer圖標(biāo)。圖標(biāo)。n單一的混合器單一的混合器Mixer不能同時混合物流、不能同時混合物流、熱流、功流。熱流、功流。4.1.1 混合器混合器 MixerMixer計算時需要指定計算時需要指定4.1.1 混合器混合器 Mixer出口物流的壓力（或出口物流的壓力（或模塊壓降）模塊壓降）出口物流的有效相態(tài)出口物流的有效相態(tài)如果不指定壓力或壓降，模塊將自動默認(rèn)進(jìn)如果不指定壓力或壓降，模塊將自動默認(rèn)進(jìn)料的最低壓力為出口物流的壓力。料的最低壓力為出口物流的壓力。 例例4.1.1 將下表中的三股物流混合，求混合后的產(chǎn)品溫度、將下表中的三股物流混合，求混

4、合后的產(chǎn)品溫度、壓力及各組分流率，物性方法選用壓力及各組分流率，物性方法選用CHAO-SEA。4.1.1 混合器混合器 Mixer物流物流組分組分流率流率kmol/hr溫度溫度壓力壓力MPa氣相分率氣相分率進(jìn)料進(jìn)料（FEED1）丙烷（丙烷（C3）101002正丁烷（正丁烷（NC4）15正戊烷（正戊烷（NC5）15正己烷（正己烷（NC6）10進(jìn)料進(jìn)料（FEED2）丙烷（丙烷（C3）151202.5正丁烷（正丁烷（NC4）15正戊烷（正戊烷（NC5）10正己烷（正己烷（NC6）10進(jìn)料進(jìn)料（FEED3）丙烷（丙烷（C3）251000.5正丁烷（正丁烷（NC4）0正戊烷（正戊烷（NC5）15正己烷（

5、正己烷（NC6）10n分流器分流器FSplit可以將已知狀態(tài)（如溫度、壓可以將已知狀態(tài)（如溫度、壓力、流率、組成等）的力、流率、組成等）的一股或幾股物流一股或幾股物流混合混合后分割成后分割成相同狀態(tài)相同狀態(tài)的的任意股出口物流任意股出口物流。n所有出口物流具有與混合后的入口物流相同所有出口物流具有與混合后的入口物流相同的組成和條件的組成和條件。n分流器分流器FSplit有多種圖標(biāo)可選用。有多種圖標(biāo)可選用。4.1.2 分流器分流器 FSplit4.1.2 分流器分流器 FSplitn對應(yīng)的對應(yīng)的熱流熱流和和功流功流可以分別從模型庫中選擇可以分別從模型庫中選擇HEAT（Q）和和WORK（W）FSpl

6、it圖標(biāo)。圖標(biāo)。n分流器分流器FSplit不能把一個流股分成不同類型不能把一個流股分成不同類型的流股，例如分流器的流股，例如分流器FSplit不能把一股物流不能把一股物流分成一股功流和一股物流。分成一股功流和一股物流。4.1.2 分流器分流器 FSplitn可以通過指定可以通過指定產(chǎn)品分率產(chǎn)品分率（Split Fraction，產(chǎn)品流率與進(jìn)料總流率的比值）、，產(chǎn)品流率與進(jìn)料總流率的比值）、質(zhì)量質(zhì)量流率流率、摩爾流率摩爾流率、體積流率體積流率或或組分流率組分流率（需要指定關(guān)鍵組分需要指定關(guān)鍵組分Key components）來）來確定出口產(chǎn)品的參數(shù)。確定出口產(chǎn)品的參數(shù)。4.1.2 分流器分流器

7、FSplit4.1.2 分流器分流器 FSplitFSplit計算時需要指定計算時需要指定出口物流的壓力（或出口物流的壓力（或模塊壓降）模塊壓降）出口物流的有效相態(tài)出口物流的有效相態(tài)如果不指定壓力或壓降，模塊將自動默認(rèn)進(jìn)如果不指定壓力或壓降，模塊將自動默認(rèn)進(jìn)料的最低壓力為出口物流的壓力。料的最低壓力為出口物流的壓力。 4.1.2 分流器分流器 FSplit例例4.1.2 將三股進(jìn)料通過分流器分成三股產(chǎn)品將三股進(jìn)料通過分流器分成三股產(chǎn)品PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，進(jìn)料，進(jìn)料物流依然選用例物流依然選用例4.1.1的三股進(jìn)料，物性方法選用的三股進(jìn)料，物性方法選用CHAO-S

8、EA。要求：物流要求：物流PRODUCT1的摩爾流率為進(jìn)料的的摩爾流率為進(jìn)料的50%；物流；物流PRODUCT2中含有中含有10kmol/hr的的正丁烷。正丁烷。4.1.2 分流器分流器 FSplit4.2 兩種調(diào)節(jié)器兩種調(diào)節(jié)器n物流倍增器物流倍增器Mult與物流復(fù)制器與物流復(fù)制器Dupl設(shè)置在設(shè)置在模塊庫模塊庫Manipulators下下。模塊模塊說明說明功能功能Mult物流倍增器物流倍增器將物流按比例放大或縮小將物流按比例放大或縮小Dupl物流復(fù)制器物流復(fù)制器將物流復(fù)制成任意數(shù)量的出口物流將物流復(fù)制成任意數(shù)量的出口物流4.2.1 物流倍增器物流倍增器Mult4.2.1 物流倍增器物流倍增器

9、Multl物流倍增器物流倍增器Mult通過指定通過指定縮放因子縮放因子將一股進(jìn)口物將一股進(jìn)口物流的所有與流率相關(guān)的參數(shù)按照一定比例縮放而不流的所有與流率相關(guān)的參數(shù)按照一定比例縮放而不改變其狀態(tài)參數(shù)。改變其狀態(tài)參數(shù)。l主要模塊參數(shù)為主要模塊參數(shù)為縮放因子縮放因子（Multiplication factor）。）。4.2.2 物流復(fù)制器物流復(fù)制器Dupln物流復(fù)制器物流復(fù)制器Dupl用于將用于將一股輸入物流一股輸入物流復(fù)制為復(fù)制為多股多股完全相同的輸出物流完全相同的輸出物流。n在同一股進(jìn)料下，物流復(fù)制器在同一股進(jìn)料下，物流復(fù)制器Dupl可復(fù)制物流和可復(fù)制物流和能流，不遵循物料和能量衡算。能流，不遵

10、循物料和能量衡算。4.2.2 物流復(fù)制器物流復(fù)制器Dupl4.3 簡單分離器簡單分離器模塊模塊說明說明功能功能適用對象適用對象Flash2兩相閃蒸兩相閃蒸器器用嚴(yán)格汽用嚴(yán)格汽-液平衡或汽液平衡或汽-液液-液液平衡，把進(jìn)料分成兩股出口平衡，把進(jìn)料分成兩股出口物流物流閃蒸器、蒸發(fā)器、分液罐閃蒸器、蒸發(fā)器、分液罐Flash3三相閃蒸三相閃蒸器器用嚴(yán)格汽用嚴(yán)格汽-液液-液平衡，把進(jìn)液平衡，把進(jìn)料分成三股出口物流料分成三股出口物流分相器、有兩個液相的單級分相器、有兩個液相的單級分離器分離器Decanter液液 - 液 分液 分相器相器把進(jìn)料分成兩股液相出口物把進(jìn)料分成兩股液相出口物流流分相器、有兩個液相

11、而無氣分相器、有兩個液相而無氣相的單級分離器相的單級分離器Sep組分分離組分分離器器根據(jù)規(guī)定的組分流率或分率，根據(jù)規(guī)定的組分流率或分率，把入口物流分成多股出口物把入口物流分成多股出口物流流組分分離操作，不考慮分離組分分離操作，不考慮分離過程，例如蒸餾和吸收過程，例如蒸餾和吸收Sep2兩出口組兩出口組分分離器分分離器根據(jù)規(guī)定的流率、分率或純根據(jù)規(guī)定的流率、分率或純度，把入口物流分成兩股出度，把入口物流分成兩股出口物流口物流組分分離操作，不考慮分離組分分離操作，不考慮分離過程，例如蒸餾和吸收過程，例如蒸餾和吸收4.3.1 兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash24.3.1兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash2n

12、Flash2 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下： nFlash2 模塊的模型參數(shù)有：模塊的模型參數(shù)有：1.閃蒸設(shè)定閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications)2.有效相態(tài)有效相態(tài) ( Valid Phase)3.液沫夾帶液沫夾帶 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)4.3.1兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash21.閃蒸設(shè)定閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications)需要規(guī)定需要規(guī)定溫度、壓力、氣相分率、熱負(fù)荷溫度、壓力、氣相分率、熱負(fù)荷這四個參這四個參數(shù)中的任意兩個數(shù)中的任意兩個。4.3.1兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash22.有效相態(tài)

13、有效相態(tài) ( Valid Phase)4.3.1兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash2l汽汽-液相液相(Vapor-Liquid)l汽汽-液液-液相液相(Vapor-Liquid-Liquid)l汽汽-液液-游離水相游離水相(Vapor-Liquid-Free Water)l汽汽-液液-污水相污水相 (Vapor-Liquid-Dirty Water)3.液沫夾帶液沫夾帶( Liquid Entrainment in Vapor Stream)液相被帶入汽相中的分率。液相被帶入汽相中的分率。4.3.1兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash2例例4.3.1 進(jìn)料物流進(jìn)入第一個閃蒸器進(jìn)料物流進(jìn)入第一個閃蒸器FL

14、ASH1分離為汽液兩分離為汽液兩相，液相再進(jìn)入第二個閃蒸器相，液相再進(jìn)入第二個閃蒸器FLASH2進(jìn)行閃蒸分離。已知進(jìn)行閃蒸分離。已知進(jìn)料溫度為進(jìn)料溫度為100，壓力為，壓力為3.8MPa，進(jìn)料中氫氣、甲烷、，進(jìn)料中氫氣、甲烷、苯、甲苯的流率分別為苯、甲苯的流率分別為185kmol/hr、45kmol/hr、45kmol/hr、5kmol/hr。閃蒸器。閃蒸器FLASH1溫度為溫度為100，壓降為壓降為0，閃蒸器，閃蒸器FLASH2絕熱，壓力為絕熱，壓力為0.1MPa，物性方法，物性方法選用選用PENG-ROB。求閃蒸器求閃蒸器FLASH2的溫度。的溫度。4.3.1兩相閃蒸器兩相閃蒸器Flash

15、24.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash3n三相閃蒸器三相閃蒸器Flash3可進(jìn)行給定熱力學(xué)條件下可進(jìn)行給定熱力學(xué)條件下的的汽汽-液液-液液平衡計算，平衡計算，n出口產(chǎn)品為出口產(chǎn)品為一股氣相一股氣相和和兩股液相兩股液相。4.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash34.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash3nFlash3 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下： nFlash3 模塊的模型參數(shù)有：模塊的模型參數(shù)有：1.閃蒸設(shè)定閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications)2.關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分 ( Key Component)3.液沫夾帶液沫夾帶 ( Liquid Entrainmen

16、t in Vapor Stream)4.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash31.閃蒸設(shè)定閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications)需要規(guī)定需要規(guī)定溫度、壓力、氣相分率、熱負(fù)荷溫度、壓力、氣相分率、熱負(fù)荷這四個參這四個參數(shù)中的任意兩個數(shù)中的任意兩個。4.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash32.關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分 ( Key Component)指定關(guān)鍵組分后，含指定關(guān)鍵組分后，含關(guān)鍵組分多關(guān)鍵組分多的液相作為第二液的液相作為第二液相，否則默認(rèn)相，否則默認(rèn)密度大密度大的液相作為第二液相。的液相作為第二液相。4.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash33.液沫夾帶液沫夾帶( Li

17、quid Entrainment in Vapor Stream)需要分別設(shè)定兩個液相被夾帶入汽相中的分率。需要分別設(shè)定兩個液相被夾帶入汽相中的分率。4.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash34.3.2 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash3例例4.3.2 兩股進(jìn)料進(jìn)入三相閃蒸器兩股進(jìn)料進(jìn)入三相閃蒸器Flash3進(jìn)行一次閃蒸進(jìn)行一次閃蒸。進(jìn)料。進(jìn)料FEED1中乙醇、甲苯的流率分別為中乙醇、甲苯的流率分別為5kmol/hr、25kmol/hr，進(jìn)料，進(jìn)料FEED2中水的流率為中水的流率為20kmol/hr，兩股進(jìn)料的溫度均為兩股進(jìn)料的溫度均為25，壓力均為，壓力均為0.1MPa，閃蒸器，閃蒸器溫度為

18、溫度為80，壓力為，壓力為0.1MPa，物性方法選用，物性方法選用UNIQUAC。求產(chǎn)品中各組分的流率是多少？求產(chǎn)品中各組分的流率是多少？4.3.3 液液-液分相器液分相器Decantern液液-液分相器液分相器Decanter可進(jìn)行給定熱力學(xué)條可進(jìn)行給定熱力學(xué)條件下的液件下的液-液平衡或液液平衡或液-自由水平衡計算，出自由水平衡計算，出口產(chǎn)品為口產(chǎn)品為兩股液相兩股液相。4.3.3 液液-液分相器液分相器DecanternDecanter 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下： 4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter4.3.3 液液-液分相器液分相器DecanternDecanter

19、 模塊的模型參數(shù)有：模塊的模型參數(shù)有：1.液液-液分相器設(shè)定液分相器設(shè)定(Decanter Specifications)2.關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分(Key Component)3. 分離效率分離效率(Separation Efficiencies)4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter1.液液-液分相器設(shè)定液分相器設(shè)定(Decanter Specifications)需要規(guī)定需要規(guī)定壓力壓力，以及以及溫度溫度、熱負(fù)荷熱負(fù)荷的其中一個。的其中一個。4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter2.關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分(Key Component)指定關(guān)鍵組分后，含指定關(guān)鍵組分后，含關(guān)鍵組

20、分多關(guān)鍵組分多的液相作為第二液的液相作為第二液相，否則默認(rèn)相，否則默認(rèn)密度大密度大的液相作為第二液相的液相作為第二液相4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter3. 分離效率分離效率 (Separation Efficiencies)分離效率代表分離效率代表相組成偏離平衡組成的程度相組成偏離平衡組成的程度。lx1,i和和x2,i第一和第二液相中組分第一和第二液相中組分i的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)；lKi組分組分i的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)；lEi組分組分i的分離效率的分離效率。,2 iii1 ixE K x4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter當(dāng)不指定分離效率時，軟件默認(rèn)其值為當(dāng)不指定

21、分離效率時，軟件默認(rèn)其值為1。4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter例例4.3.3 兩股進(jìn)料進(jìn)入液兩股進(jìn)料進(jìn)入液-液分相器液分相器Decanter進(jìn)進(jìn)行液行液-液分離。液分離。進(jìn)料采用例進(jìn)料采用例4.3.2中的進(jìn)料，液中的進(jìn)料，液-液分相器溫度為液分相器溫度為25，壓力為，壓力為0.1MPa，乙醇的分離效率為，乙醇的分離效率為0.9。4.3.4 組分分離器組分分離器Sepn組分分離器組分分離器Sep可將可將任意股任意股入口物流，按照入口物流，按照每個組分的分離規(guī)定分成每個組分的分離規(guī)定分成兩股或多股兩股或多股出口物出口物流。流。n當(dāng)未知分離過程，但已知每個組分的分離結(jié)當(dāng)未知分離過程

22、，但已知每個組分的分離結(jié)果時，可以用組分分離器果時，可以用組分分離器Sep代替嚴(yán)格分離代替嚴(yán)格分離模塊模塊以節(jié)省計算時間。以節(jié)省計算時間。4.3.4 組分分離器組分分離器Sep4.3.4 組分分離器組分分離器SepnSep 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下： 4.3.4 組分分離器組分分離器SepnSep 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 ：1. 設(shè)定設(shè)定(Specifications)2. 進(jìn)料閃蒸進(jìn)料閃蒸(Feed Flash)3. 出料閃蒸出料閃蒸(Outlet Flash)4.3.4 組分分離器組分分離器Sep1. 設(shè)定設(shè)定(Specifications)指定每個組分在各輸出物流中的

23、分率（指定每個組分在各輸出物流中的分率（Split fraction，組分由進(jìn)料進(jìn)入到產(chǎn)品中的分?jǐn)?shù)）或者，組分由進(jìn)料進(jìn)入到產(chǎn)品中的分?jǐn)?shù)）或者流率。流率。4.3.4 組分分離器組分分離器Sep2. 進(jìn)料閃蒸進(jìn)料閃蒸(Feed Flash)指定入口物流混合后的指定入口物流混合后的閃蒸壓力閃蒸壓力和和有效相態(tài)有效相態(tài)。4.3.4 組分分離器組分分離器Sep3. 出料閃蒸出料閃蒸(Outlet Flash)可以在該可以在該頁面直接設(shè)置每一股輸出物流的閃蒸壓力、溫度頁面直接設(shè)置每一股輸出物流的閃蒸壓力、溫度、氣相分率和有效相態(tài)。、氣相分率和有效相態(tài)。4.3.4 組分分離器組分分離器Sep例例4.3.4

24、采用組分分離器采用組分分離器Sep將一股溫度為將一股溫度為70，壓力為，壓力為0.1MPa的進(jìn)料物流分離成兩股產(chǎn)品，進(jìn)的進(jìn)料物流分離成兩股產(chǎn)品，進(jìn)料中甲醇、水、乙醇的流率分別為料中甲醇、水、乙醇的流率分別為50kmol/hr、100kmol/hr、150kmol/hr，要求塔頂產(chǎn)品流率，要求塔頂產(chǎn)品流率為為50kmol/hr，甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為，甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95，乙醇的，乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)為摩爾分?jǐn)?shù)為0.04，物性方法采用，物性方法采用UNIQUAC。求塔底產(chǎn)品的流率與組成。求塔底產(chǎn)品的流率與組成。4.3.5 兩出口組分分離器兩出口組分分離器Sep2n兩出口組分分離器兩出口組分分離器Sep2可以有可以有一股或多股一股或多股輸入物流，但只能有輸入物流，但只能有兩股兩股輸出物流