ASPENPLUS軟件講座4.單元操作

1、1陳定江 副研究員清華大學(xué)化學(xué)工程系，工物館343Email: Tel: 6279-2451,136-9353-08422內(nèi)容提要Aspen Plus單元操作模型簡介塔器 Columns混合器/分流器 Mixers/Spliters分離器 Sepatators換熱器 Heat Exchangers反應(yīng)器 Reactors固體單元操作 Solids操作器 Manipulator3嚴(yán)格塔模型模型說明說明目的目的用法用法RadFrac嚴(yán)格分餾單個塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計蒸餾, 吸收, 汽提, 萃取和恒沸蒸餾, 反應(yīng)蒸餾MultiFrac復(fù)雜塔嚴(yán)格分餾多級塔和復(fù)雜塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計熱集成塔, 空氣分離器,

2、吸收塔/汽提塔 結(jié)合, 乙烯主分餾塔/急冷塔組合, 石油煉制PetroFrac石油煉制分餾石油煉制應(yīng)用的嚴(yán)格核算和設(shè)計預(yù)閃蒸塔, 常壓原油單元, 減壓單元, 催化裂解塔 或焦碳分餾塔, 減壓潤滑油分餾塔, 乙烯分餾塔和急冷塔BatchFrac*+嚴(yán)格間歇蒸餾單個間歇塔的嚴(yán)格核算一般恒沸蒸餾, 3-相, 和反應(yīng)間歇蒸餾RateFrac*基于速率的蒸餾單個和多級塔的嚴(yán)格核算和設(shè)計. 建立在非平衡計算基礎(chǔ)上蒸餾塔, 吸收塔, 汽提塔, 反應(yīng)系統(tǒng), 熱集成單元, 石油應(yīng)用Extract液-液萃取液-液萃取塔的嚴(yán)格核算液-液萃取* 要求單獨許可4吸收塔的模擬 冷凝器和再沸器類型選“None”； 氣體進料

3、板設(shè)置為above “N+1”； Convergence設(shè)置 Basic表中的algorithm=“Standard” Basic表中的maximum iterations增加 Advance表中的Absorber=“yes”N15簡捷塔 模型模型說明說明目的目的用途用途DSTWU簡捷法蒸餾設(shè)計確定最小回流比, 最小理論板數(shù), 和用 Winn-Underwood-Gilliland 方法得到的實際回流比或?qū)嶋H塔板數(shù).帶有一個進料物流和兩個產(chǎn)品物流的塔Distl簡捷法蒸餾核算用 Edmister 方法在回流比、理論板數(shù)和 D:F 比的基礎(chǔ)上確定分離.帶有一個進料物流和兩個產(chǎn)品物流的塔SCFrac

4、石油餾分的簡捷法蒸餾用分離指數(shù)確定產(chǎn)品的組成和流量, 每段的塔板數(shù),負(fù)荷復(fù)雜塔, 例如原油加工裝置和減壓塔6DSTWU 使用 WUG(Winn-Underwood-Gilliland) 方法，根據(jù)給定的加料條件和分離要求計算最小回流比、最小理論板數(shù)、給定回流比下的理論板數(shù)和加料板位置。Winn：Minimum number of stagesUnderwood：Minimum reflux ratioGilliland ： Required reflux ratio for a specified number of stages Required number of stages for a

5、 specified reflux ratio化工原理7 芬斯克方程(化原(下),2版,P145;3版 P136) 恩德伍德方程(化原(下),2版,P177;3版 P166)minlglgAABBDWxxxxN ,1,min111nijF iiijnijD iiijxqxR FUG(Fenske-Underwood-Gilliland) 方法8 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖(化原(下),2版,P148;3版, P139)Required reflux ratio (R) for a specified number of stages (N) the required number of stages (N)

6、 for a specified reflux ratio (R) 910混合器/分流器模型模型說明說明目的目的用途用途Mixer物流混合器把多股物流混合成一股物流混合三通，物流混合操作，添加熱流股，添加功流股FSplit物流分流器把物流分成多個流股物流分流器，排氣閥SSplit子物流分流器把子物流分成多個流股固體物流分流器，排氣閥11 T = 150CP = 23 barT = 200 CPdrop = 1 barBenzene conv =0.998T = 50 CPdrop = 0.5 bar去物流去物流 H2RCY的流量為的流量為92% 去物流去物流 CHRCY的流量為的流量為30%

7、REACTFEED-MIXH2INBZINH2RCYCHRCYRXINRXOUTHP-SEPVAPCOLUMNCOLFDLTENDSPRODUCTVFLOWPURGELFLOW12分離器模型說明說明目的目的用法用法Flash2兩股出料閃蒸確定熱和相態(tài)條件閃蒸器, 蒸發(fā)器, 分離罐, 單級分離罐Flash3三股出料閃蒸確定熱和相態(tài)條件傾析器, 帶有兩個液相的單級分離罐D(zhuǎn)ecanter液-液傾析器確定熱和相態(tài)條件傾析器, 帶有兩個液相無汽相的單級分離罐Sep組分分離器把入口物流組分分離到出口物流組分分離操作，例如，當(dāng)分離的詳細(xì)資料不知道或不重要時的蒸餾和吸收Sep2兩股出料組分分離器把入口物流組分

8、分離到兩個出口物流組分分離操作，例如，當(dāng)分離的詳細(xì)資料不知道或不重要時的蒸餾和吸收13換熱器模型說明說明目的目的用法用法Heater加熱器或冷卻器確定熱和相態(tài)條件換熱器, 冷卻器, 閥門. 當(dāng)與功有關(guān)的結(jié)果不需要時的泵和壓縮機.HeatX兩物流換熱器兩股物流的換熱器兩股物流換熱器. 當(dāng)知道管殼換熱器尺寸時可以進行核算.MHeatX多物流換熱器任何數(shù)量物流的換熱器多股熱流和冷流換熱器. 兩股物流換熱器. LNG 換熱器.Hetran*BJAC Hetran 程序界面管殼式換熱器的設(shè)計和模擬具有多種結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器.Aerotran*BJAC Aerotran 程序界面空冷器的設(shè)計和模擬具有多種

9、結(jié)構(gòu)的空冷器. 用于模擬節(jié)煤器和加熱爐的對流段.* Requires separate license14換熱器 15HeatX.ShortcutQ=U A F LMTDQ=Wh cph (Thi - Tho) =Wc cpc (Tco - Tci)Q=K A TmQ=K A f f T TmSHEATXSCLD-INSHOT-INSHOT-OUTSCLD-OUT16HeatX.DetailedQ=U A F LMTDWith the detailed calculation method, you can use exchanger geometry to estimate Film coe

10、fficients Pressure drops LMTD correction factor000011111osisoiiimososioiimKddbdRRddddbdRRdd 化工原理17課堂練習(xí):HeatX用水冷卻混合烴烴出口汽化分率為0.1兩物流無壓降烴物流溫度: 200壓力: 4 bar流量: 10000 kg/hr組成: 50 wt% 苯, 20% 苯乙烯(C8H8), 20% 乙苯(C8H10), 10% 水冷卻水 溫度: 20 壓力: 10 bar流量: 50000 kg/hrSHEATXSCLD-INSHOT-INSHOT-OUTSCLD-OUTLearning by D

11、oing做中學(xué)18化工原理(上) 表4-3 列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K化工原理19反應(yīng)器概述Reators(反應(yīng)器反應(yīng)器)以物料平衡為基礎(chǔ)以物料平衡為基礎(chǔ)Ryield(收率反應(yīng)器收率反應(yīng)器)Rstioc(化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器)以反應(yīng)平衡為基礎(chǔ)以反應(yīng)平衡為基礎(chǔ)REquil(平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器)RGibbs(吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器)以動力學(xué)為基礎(chǔ)以動力學(xué)為基礎(chǔ)RCSTR(連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器)RPlug(活塞流反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器)RBatch(間歇反應(yīng)器間歇反應(yīng)器)20模型模型說明說明目的目的用法用法RStoic化學(xué)計量反應(yīng)器規(guī)定反應(yīng)程度和轉(zhuǎn)化率的化學(xué)計量反應(yīng)器動力學(xué)

12、數(shù)據(jù)不知道或不重要的反應(yīng)器，但知道化學(xué)計量數(shù)據(jù)和反應(yīng)程度RYield收率反應(yīng)器規(guī)定收率的反應(yīng)器化學(xué)計量系數(shù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)不知道或不重要的反應(yīng)器 但知道收率分配REquil平衡反應(yīng)器化學(xué)計量計算化學(xué)平衡和相平衡單相和兩相化學(xué)平衡，同時存在相平衡RGibbs平衡反應(yīng)器用吉布斯最小自由能計算化學(xué)平衡和相平衡化學(xué)和/或 同時發(fā)生的相平衡和化學(xué)平衡. 包括固體相平衡.RCSTR連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器在液相或汽相下具有動力學(xué)反應(yīng)的 1相,2 相, 或 3 相攪拌釜反應(yīng)器RPlug活塞流反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器有任何相態(tài)下具有動力學(xué)反應(yīng)的 1相,2 相, 或 3 相 活塞流反應(yīng)器。帶有外部冷卻劑的活塞

13、流反應(yīng)器.RBatch間歇反應(yīng)器間歇或半間歇反應(yīng)器反應(yīng)動力學(xué)已知的間歇或半間歇反應(yīng)器反應(yīng)器反應(yīng)工程21壓力變化器模型模型說明說明目的目的用法用法Pump泵或水力透平當(dāng)知道壓力、功率需求或性能曲線時，可改變物流壓力泵和水力學(xué)透平Compr壓縮機或透平當(dāng)知道壓力、功率需求或性能曲線時，可改變物流壓力多變壓縮機,多變正位移壓縮機，等熵曲線壓縮機透平MCompr多級壓縮機或透平通過帶有內(nèi)冷器的多級壓縮改變物流壓力. 允許從內(nèi)冷器中采出液體物流多級多變壓縮機，多級正位移壓縮機, 等熵曲線壓縮機，等熵曲線透平.Valve控制閥確定壓降或閥系數(shù)(CV)多相, 絕熱球型流量閥或蝶閥Pipe單段管確定單段管或環(huán)

14、型空間的壓降或傳熱多相, 一維, 穩(wěn)態(tài)和全充滿管線流動Pipeline多段管確定多段管或環(huán)型空間的壓降或傳熱多相, 一維, 穩(wěn)態(tài)和全充滿管線流動22課后練習(xí):Compr用壓縮機將60, 2atm 的100kmol/hr的空氣壓縮到20atm,計算所需的壓縮功及出口氣體溫度。應(yīng)用物化知識手工計算并比較結(jié)果。Learning by Doing做中學(xué)23固體單元操作模型模型說明說明用法用法Crystallizer連續(xù)結(jié)晶器混合懸浮液, 混合產(chǎn)品脫除 (MSMPR) 結(jié)晶器，用于單固體產(chǎn)品Crusher粉碎機旋轉(zhuǎn)式/鉗夾式粉碎機, 籠式磨房式壓碎機和單輥或多輥粉碎機Screen篩用篩分離固體和固體Fa

15、bFl纖維過濾器用纖維過濾器分離氣體和固體Cyclone旋風(fēng)分離器用旋風(fēng)分離器分離氣體和固體VScrub文丘里管洗刷器用文丘里管洗刷器分離氣體和固體ESP干燥靜電沉淀器用干燥靜電沉淀器分離氣體和固體HyCyc旋流除砂器用旋流除砂器分離液體和固體CFuge離心分離過濾器用離心分離過濾器分離液體和固體Filter旋轉(zhuǎn)減壓過濾器用連續(xù)旋轉(zhuǎn)減壓過濾器分離液體和固體SWash單級固體洗滌器單級固體洗滌器CCD逆流傾析器多級洗滌器或一個逆流傾析器24操作器模型模型說明說明目的目的用法用法Mult物流乘法器用用戶提供的系數(shù)乘以物流流量把物流按比例放大或按比例縮小Dupl物流復(fù)制器把物流復(fù)制成任何數(shù)量的出口物

16、流在同一流程中復(fù)制物流來觀察不同方案ClChng物流類變化器改變物流類將使用不同物流類的段或模塊連接25課后閱讀： Teach yourself the basic of aspen plus，Chp7-10: Flashes & Decanter, Pressure Changers, Heat Exchangers, Reactors26小作業(yè)2：環(huán)己烷生產(chǎn)過程環(huán)己烷可以用苯加氫反應(yīng)得到，反應(yīng)如下:C6H6+3 H2 = C6H12在進入固定床接觸反應(yīng)器之前，苯和氫氣進料與循環(huán)氫氣和環(huán)己烷混合。 假設(shè)苯轉(zhuǎn)化率為 99.8%。反應(yīng)器出料被冷卻，輕氣體從產(chǎn)品物流中分離出去。 部分輕氣體

17、作為循環(huán)氫氣返回反應(yīng)器。從分離器出來的液體產(chǎn)品物流進入蒸餾塔進一步脫除溶解的輕氣體，使最終產(chǎn)品穩(wěn)定。部分環(huán)己烷產(chǎn)品循環(huán)進入反應(yīng)器，輔助控制溫度。27 C6H6 + 3 H2 = C6H12用用 RK-SOAVE 物性方法物性方法要求精餾塔環(huán)己烷摩爾回收率達(dá)到要求精餾塔環(huán)己烷摩爾回收率達(dá)到0.9999Bottoms rate = 99 kmol/hrP = 25 barT = 50 CMolefrac H2 = 0.975N2 = 0.005CH4 = 0.02Total flow = 330 kmol/hrT = 40 CP = 1 barBenzene flow = 100 kmol/hrT

18、 = 150CP = 23 barT = 200 CPdrop = 1 barBenzene conv =0.998T = 50 CPdrop = 0.5 bar去物流去物流 H2RCY的流量為的流量為92% 去物流去物流 CHRCY的流量為的流量為30% Stages = 12Reflux ratio = 1.2只有氣體蒸餾物只有氣體蒸餾物的部分冷凝器的部分冷凝器P = 15 barFeed stage = 8REACTFEED-MIXH2INBZINH2RCYCHRCYRXINRXOUTHP-SEPVAPCOLUMNCOLFDLTENDSPRODUCTVFLOWPURGELFLOW流程模擬流程模擬目的:創(chuàng)建一個流程來模擬環(huán)己烷生產(chǎn)過程28靈敏度分析A:在精餾塔環(huán)己烷摩爾回收率為0.9999的前提下(使用塔自身的設(shè)計規(guī)定，通過Bottom rate在 97到 101 kmol/hr之間改變來滿足要求)， 當(dāng)LFLOW中的循環(huán)分流分率從0.1到0.4改變時，繪制