化工設(shè)計(jì)-10分離設(shè)備閃蒸

1、化工設(shè)計(jì) 任課教師：張宇第七章第七章 分離設(shè)備工藝設(shè)計(jì)分離設(shè)備工藝設(shè)計(jì) Aspen Plus 中分離過(guò)程模型包含兩大類別：中分離過(guò)程模型包含兩大類別：簡(jiǎn)單分離單元模型簡(jiǎn)單分離單元模型 Separators塔設(shè)備單元模型塔設(shè)備單元模型 Columns簡(jiǎn)單分離單元模型包含五個(gè)模塊：簡(jiǎn)單分離單元模型包含五個(gè)模塊：兩相閃蒸器兩相閃蒸器 Flash2三相閃蒸器三相閃蒸器 Flash3傾析器傾析器 Decanter組份分離器組份分離器 Sep兩出口組份分兩出口組份分離器離器 Sep2 簡(jiǎn)單分離單元模型 Flash2 兩相閃蒸器 Flash2模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的汽模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的汽-液平衡或

2、汽液平衡或汽-液液-液平衡計(jì)算，輸出一股液平衡計(jì)算，輸出一股汽相和一股液相產(chǎn)物。用于模擬閃蒸器、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。蒸發(fā)器、氣液分離器等。Flash2 連接Flash2 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：Flash2 模型參數(shù)Flash2 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：1、閃蒸設(shè)定閃蒸設(shè)定 (Flash Specifications)(1) 溫度溫度 (Temperature)(2) 壓力壓力 (Pressure)(3) 蒸氣分率蒸氣分率 (Vapor Fraction)(4) 熱負(fù)荷熱負(fù)荷 (Heat Duty) 從以上從以上 4 個(gè)參

3、數(shù)中選定個(gè)參數(shù)中選定 2 個(gè)。個(gè)。2、有效相態(tài)有效相態(tài) (Valid Phase)(1) 汽汽-液相液相 (Vapor-Liquid)(2)汽汽-液液-液相液相 (Vapor-Liquid-Liquid)(3)汽汽-液液-游離水相游離水相 (Vapor-Liquid-Free Water) 從以上從以上 3個(gè)參數(shù)中選定個(gè)參數(shù)中選定 1 個(gè)。個(gè)。Flash2 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：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。Flash2 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3

4、 組：組：Flash2 應(yīng)用示例(1) 流量為流量為1000 kg/hr、壓力為、壓力為0.11 MPa、含乙、含乙醇醇70%w、水、水30%w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽部分冷凝，冷凝物流的汽/液比液比(摩爾摩爾)=1/3。求。求離開冷凝器的汽、液兩相的溫度和組成。離開冷凝器的汽、液兩相的溫度和組成。Flash2 應(yīng)用示例(2) 流量為流量為1000 kg/hr、壓力為、壓力為0.5 MPa 溫度為溫度為120、含乙醇、含乙醇 70%w、水、水30 %w的物料絕熱閃的物料絕熱閃蒸到蒸到0.15 MPa。求離開閃蒸器的汽、液兩相的。求離開閃蒸器的汽、液

5、兩相的溫度、流量和組成。溫度、流量和組成。Flash2 應(yīng)用示例(3) 流量為流量為1000 kg/hr、壓力為、壓力為0.2 MPa 溫度溫度20、含丙酮、含丙酮30%w、水、水70%w的物料進(jìn)行部分的物料進(jìn)行部分蒸發(fā)回收丙酮，求丙酮回收率為蒸發(fā)回收丙酮，求丙酮回收率為90%時(shí)的蒸發(fā)時(shí)的蒸發(fā)器溫度和熱負(fù)荷以及汽、液兩相的流量和組成器溫度和熱負(fù)荷以及汽、液兩相的流量和組成。靈敏度分析 Sensitivity在進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)和分析時(shí)，常常需要了解某些在進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)和分析時(shí)，常常需要了解某些過(guò)程變量受其它過(guò)程變量影響的敏感程度，過(guò)程變量受其它過(guò)程變量影響的敏感程度，ASPTEN Plus為此提供了一

6、個(gè)非常有用的分析為此提供了一個(gè)非常有用的分析工具：模型分析工具工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下的下的靈敏度靈敏度(Sensitivity)對(duì)象。對(duì)象。創(chuàng)建靈敏度對(duì)象時(shí)，按以下步驟操作：創(chuàng)建靈敏度對(duì)象時(shí)，按以下步驟操作： 1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對(duì)象管理器、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對(duì)象管理器(Object Manager)中點(diǎn)擊新建中點(diǎn)擊新建(New)按鈕；按鈕； 2、在彈出對(duì)話框中為新對(duì)象指定一個(gè)辨識(shí)、在彈出對(duì)話框中為新對(duì)象指定一個(gè)辨識(shí)號(hào)號(hào)(ID)；步驟步驟1和步驟和步驟2：3、在定義、在定義(Define)表單中點(diǎn)擊新建表單中點(diǎn)擊新建(New)按鈕，按鈕，創(chuàng)建靈敏度對(duì)

7、象所需的變量；創(chuàng)建靈敏度對(duì)象所需的變量；4、在彈出對(duì)話框中輸入新變量的變量名、在彈出對(duì)話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；步驟步驟3和步驟和步驟4：5、在變量定義、在變量定義(Variable Definition)對(duì)話框中對(duì)話框中的 下 拉 式 選 擇 框 中 選 擇 變 量 的 類 別的 下 拉 式 選 擇 框 中 選 擇 變 量 的 類 別(Category)、類型、類型(Type)、流股、流股(Stream)或或模塊模塊(Block)代號(hào)，并指定具體變量代號(hào)，并指定具體變量(Variable)。步驟步驟5：可以定義多個(gè)分析所需的變量，如下圖所示：可以定義多個(gè)分析所需

8、的變量，如下圖所示：步驟步驟6：在變化：在變化(Vary)表單中輸入調(diào)節(jié)變量表單中輸入調(diào)節(jié)變量(Manupulated variable)的類型、名的類型、名稱和具體變量稱和具體變量(variable),并指定體調(diào)并指定體調(diào)節(jié)上、下限節(jié)上、下限(Upper/Lower limits) 和和增量增量(Incr)。步驟步驟6：步驟步驟7：在列表：在列表(Tabulate)表單中輸入需要進(jìn)表單中輸入需要進(jìn)行 靈 敏 度 分 析 的 列 表 變 量行 靈 敏 度 分 析 的 列 表 變 量(Tabulated variable)或組合變量的或組合變量的表達(dá)式表達(dá)式(Expression)，以及列表時(shí)，

9、以及列表時(shí)的列序號(hào)的列序號(hào)(Column No.)。步驟步驟7：步驟步驟8：結(jié)果查看：結(jié)果查看 從左側(cè)索引欄中選擇靈敏度對(duì)象下的結(jié)果從左側(cè)索引欄中選擇靈敏度對(duì)象下的結(jié)果(Results)項(xiàng)目，右側(cè)的匯總項(xiàng)目，右側(cè)的匯總(Summary)表單中表單中按照指定的列序號(hào)列表給出調(diào)節(jié)變量和列表變按照指定的列序號(hào)列表給出調(diào)節(jié)變量和列表變量的對(duì)應(yīng)值。量的對(duì)應(yīng)值。步驟步驟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(shí)，在查看和分析靈敏度分析的列表數(shù)據(jù)時(shí)，用圖形描述的函數(shù)關(guān)系曲線常常能讓我們更直用圖形描述的函數(shù)關(guān)系曲線常常能讓我們更直觀和全面地了解過(guò)程變量間的依賴趨勢(shì)，觀和全面地了解過(guò)程變量間的

10、依賴趨勢(shì)，ASPTEN Plus為此提供了繪圖為此提供了繪圖(Plot)功能，可以功能，可以將列表數(shù)據(jù)中的任意兩列繪制成將列表數(shù)據(jù)中的任意兩列繪制成XY曲線圖。曲線圖。步驟步驟1：選擇橫坐標(biāo)變量：選擇橫坐標(biāo)變量 在列表數(shù)據(jù)中選中一列，從窗口菜單在列表數(shù)據(jù)中選中一列，從窗口菜單Plot項(xiàng)的下拉框里選擇項(xiàng)的下拉框里選擇X軸變量軸變量(X-Axis Variable)；步驟步驟2：選擇縱坐標(biāo)變量：選擇縱坐標(biāo)變量 再選中列表數(shù)據(jù)的另一列，從窗口菜單再選中列表數(shù)據(jù)的另一列，從窗口菜單Plot項(xiàng)的下拉框里選擇項(xiàng)的下拉框里選擇Y軸變量軸變量(Y-Axis Variable)；步驟步驟3：繪制曲線：繪制曲線

11、然后點(diǎn)擊窗口菜單然后點(diǎn)擊窗口菜單Plot項(xiàng)的下拉框里的項(xiàng)的下拉框里的顯示繪圖顯示繪圖(Display Plot), 即可得到曲線圖。即可得到曲線圖。Flash2 應(yīng)用示例(4) 流量為流量為1000 kg/hr、壓力為、壓力為0.2 MPa溫度為溫度為20、含丙酮、含丙酮 30%w、水、水 70%w的物料進(jìn)行部的物料進(jìn)行部分蒸發(fā)回收丙酮，蒸發(fā)器熱負(fù)荷為分蒸發(fā)回收丙酮，蒸發(fā)器熱負(fù)荷為250 kW。分。分析液沫夾帶對(duì)汽相丙酮分率和丙酮回收率的影析液沫夾帶對(duì)汽相丙酮分率和丙酮回收率的影響。響。 Flash3 三相閃蒸器Flash3 模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的汽模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的汽-液液-液平

12、衡計(jì)算，輸出一股汽相和兩股液相產(chǎn)物。液平衡計(jì)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、液用于模擬閃蒸器、蒸發(fā)器、液-液分離器、汽液分離器、汽-液液-液分離器等液分離器等Flash3 連接Flash3 的連接圖如下：的連接圖如下：Flash3 模型參數(shù)Flash3 的模型參數(shù)有的模型參數(shù)有 3 組：組：1、閃蒸設(shè)定閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications)(1) 溫度溫度(Temperature)(2) 壓力壓力 (Pressure)(3) 蒸汽分率蒸汽分率(Vapor Fraction)(4) 熱負(fù)荷熱負(fù)荷(Heat Duty) 從以上從以上 4 個(gè)參數(shù)中選定個(gè)參數(shù)

13、中選定 2 個(gè)。個(gè)。2、關(guān)鍵組份關(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。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如未指定關(guān)鍵組份，則密度大的液相作為第二液相。第二液相。Flash3 的模型參數(shù)有的模型參數(shù)有 3 組：組：3、液沫夾帶液沫夾帶 (Liquid Entrainment in Vapor Stream) 分別設(shè)定兩個(gè)液相被夾帶入汽相中的分率。分別設(shè)定兩個(gè)液相被夾帶入汽相中的分率。Flash3 的模型參數(shù)有的模型參數(shù)有 3 組：組：Flash3 應(yīng)用示例(1)流量為流量為1

14、000 kg/hr、壓力為、壓力為0.11 MPa、含乙、含乙醇醇30%w、正己烷、正己烷30%w、水、水40%w的飽和蒸汽在的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比液比(摩爾摩爾)=1/9。求離開冷凝器的汽、液、液三相的溫度、。求離開冷凝器的汽、液、液三相的溫度、質(zhì)量流量和組成。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 含乙醇含乙醇70%w、水、水30%w的物流與的物流與F=500 kg/hr、P=0.8 MPa、T=70 含正己烷含正己烷60%w、乙醇、乙醇40%w的物的物流在閃蒸器中

15、混合并絕熱閃蒸到流在閃蒸器中混合并絕熱閃蒸到P=0.11 MPa，求，求離開閃蒸器的汽、液、液三相的溫度、質(zhì)量流量離開閃蒸器的汽、液、液三相的溫度、質(zhì)量流量和組成。和組成。 Decanter 傾析器Decanter 模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條件下的液液-液平衡或液液平衡或液-游離水平衡計(jì)算，輸出兩股液游離水平衡計(jì)算，輸出兩股液相產(chǎn)物。用于模擬液相產(chǎn)物。用于模擬液-液分離器、水傾析器等。液分離器、水傾析器等。Decanter 連接Decanter 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：Decanter 模型參數(shù)Decanter 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：1、

16、傾析設(shè)定傾析設(shè)定 (Decanter Specifications) (1) 壓力壓力 (Pressure) (2) 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷 (Temperature/Heat Duty)2、關(guān)鍵組份關(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。大的液相作為第二液相。 如未指定關(guān)鍵組份，則密度大的液相作如未指定關(guān)鍵組份，則密度大的液相作為第二液相。為第二液相。Decanter 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：Decanter 應(yīng)用示例(1) 用水用水(P=0.2 MPa、T=20 )從含乙醇從含

17、乙醇40%w、正己烷、正己烷60%w的混合液的混合液(F=500 kg/hr、P=0.2 MPa、T=20 )中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率達(dá)到達(dá)到97%，求需要的水流量和萃取相和萃余相的，求需要的水流量和萃取相和萃余相的組成組成。 Sep 組份分離器Sep模塊可以接受多股輸入物流，輸出多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(gè)組份分別按股物流，并把輸入混合物中的各個(gè)組份分別按照指定的比例分配到每一股輸出物流中去。照指定的比例分配到每一股輸出物流中去。Sep 連接Sep 模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：Sep 模型參數(shù)Sep 模塊的模型參數(shù)有

18、模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：1、規(guī)定規(guī)定 (Specifications) 輸出物流條件設(shè)定，指定每個(gè)組份在輸出物流條件設(shè)定，指定每個(gè)組份在各股輸出物流中的分率或流量。各股輸出物流中的分率或流量。2、進(jìn)料閃蒸進(jìn)料閃蒸 (Feed Flash) 指定輸入物流混合后的閃蒸壓力和有效相指定輸入物流混合后的閃蒸壓力和有效相態(tài)。態(tài)。Sep 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：3、出口閃蒸出口閃蒸 (Outlet Flash) 指定每一股輸出物流的閃蒸壓力、溫度、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)。氣相分率和有效相態(tài)。Sep 模塊的模型參數(shù)有模塊的模型參數(shù)有 3 組：組：Sep 應(yīng)用示例(1) 把把F=500 kg/hr、P=0.15 MPa、T=20 含乙醇含乙醇30%w、正丙醇、正丙醇20%w、正丁醇、正丁醇10%w、水、水40 %w的物流分成四股輸出物流，各組份在輸出物流中的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：分配比例為： 乙醇乙醇