第四章多組分平衡級分離過程計算(一)

1、ASPEN PLUS在化工過程設(shè)計中的應(yīng)用在化工過程設(shè)計中的應(yīng)用第四章第四章多組分平衡級分離過程計算多組分平衡級分離過程計算（一）（一）ASPEN PLUSASPEN PLUS的單元操作模型（的單元操作模型（1 1） p182p182 類型類型模型模型說明說明混合器/分流器MixerFsplitSsplit物流混合物流分流子物流分流分離器Flash2Flash3DecanterSepSep2雙出口閃蒸三出口閃蒸液-液傾析器多出口組分分離器雙出口組分分離器換熱器(Chap 5)HeaterHeatXMHeatXHetranAerotran加熱器/冷卻器雙物流換熱器多物流換熱器與BJAC 管殼式換

2、熱器的接口程序與BJAC 空氣冷卻換熱器的接口程序塔塔(Chap4)DSTWUDistlRadFracExtractMultiFracSCFracPetroFracRate-FracBatchFrac簡捷蒸餾設(shè)計簡捷蒸餾設(shè)計簡捷蒸餾核算簡捷蒸餾核算嚴(yán)格蒸餾嚴(yán)格蒸餾嚴(yán)格液嚴(yán)格液-液萃取器液萃取器復(fù)雜塔的嚴(yán)格蒸餾復(fù)雜塔的嚴(yán)格蒸餾石油的簡捷蒸餾石油的簡捷蒸餾石油的嚴(yán)格蒸餾石油的嚴(yán)格蒸餾非平衡級連續(xù)蒸餾非平衡級連續(xù)蒸餾嚴(yán)格的間歇蒸餾嚴(yán)格的間歇蒸餾ASPEN PLUSASPEN PLUS的單元操作模型（的單元操作模型（2 2）類型類型模型模型說明說明反應(yīng)器(Chap 6)REquilRStoicRYie

3、ldRgibbsRCSTRRPlugRBatch平衡反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器收率反應(yīng)器平衡反應(yīng)器連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器間歇反應(yīng)器壓力變送器PumpComprMcomprPipelinePipeValve泵/液壓透平壓縮機(jī)/透平多級壓縮機(jī)/透平多段管線壓降單段管線壓降嚴(yán)格閥壓降手動操作器MultDuplClChong物流倍增器物流復(fù)制器物流類變送器ASPEN PLUSASPEN PLUS的單元操作模型（的單元操作模型（3 3）類型類型模型模型說明說明固體CrystallizerCrusherScreenFabFlCycloneVscrubESPHyCycCFugeFilterSWashCCD

4、除去混合產(chǎn)品的結(jié)晶器固體粉碎器固體分離器濾布過濾器旋風(fēng)分離器文丘里洗滌器電解質(zhì)沉降器水力旋風(fēng)分離器離心式過濾器旋轉(zhuǎn)真空過濾器單級固體洗滌器逆流傾析器用戶模型UserUser2用戶提供的單元操作模型用戶提供的單元操作模型第四章第四章 多組分平衡級分離過程計算多組分平衡級分離過程計算C4.1 多組分單級分離過程 C4.2 多組分多級分離塔的簡捷計算 C4.3 多組分多級分離塔的嚴(yán)格計算A 核算型（精餾塔參數(shù)分離性能？）A 設(shè)計型（分離性能精餾塔結(jié)構(gòu)尺寸？）4.1 多組分單級分離過程多組分單級分離過程4.1.1 分離過程模型的分類CAspen Plus中的分離過程模型： 簡單分離單元模型：Separ

5、ators 塔設(shè)備單元模型：ColumnsC簡單分離單元模型包含五個模塊：簡單分離單元模型包含五個模塊： A 兩相閃蒸器： Flash2A 三相閃蒸器：Flash3A 傾析器：DecanterA 組份分離器：SepA 兩出口組份分離器：Sep2 Flash2 兩相閃蒸器兩相閃蒸器 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、分液罐等。Flash3 三相閃蒸器三相閃蒸器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、汽-液-液分離器等。Decanter

6、-傾析器傾析器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(沉降槽，離心機(jī))、水傾析器等。Sep - 組份分離器組份分離器 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。4.1.2 閃蒸的理論模型閃蒸的理論模型C 單級蒸餾過程，使進(jìn)料混合物部分汽化或冷凝得到含易揮發(fā)單級蒸餾過程，使進(jìn)料混合物部分汽化或冷凝得到含易揮發(fā)組分較多的蒸汽和含難揮發(fā)組分較多的液體。組分較多的蒸汽和含難揮發(fā)組分較多的液體。閃蒸過程的數(shù)學(xué)模型閃蒸過程的數(shù)學(xué)模型C 組分物料衡算式（組分

7、物料衡算式（Component Mass Balance） C 相平衡關(guān)系式（相平衡關(guān)系式（Equilibrium） C 摩爾分?jǐn)?shù)加和式（摩爾分?jǐn)?shù)加和式（Summations） C 熱量衡算式（熱量衡算式（Heat balance） ciyVxLFziii, 2 , 1cixKyiii, 2 , 1011ciiciixyVLFVHLHQFH其他關(guān)聯(lián)式 ：相平衡常數(shù)（Ki）氣相摩爾焓（HV）液相摩爾焓（HL）規(guī)定變量規(guī)定變量閃蒸形式閃蒸形式輸出變量輸出變量p、T等溫等溫Q、V、yi、L、xip、Q=0絕熱絕熱T、V、yi、L、xip、Q0非絕熱非絕熱T、V、yi、L、xip、L部分冷凝部分冷凝Q

8、、T、V、yi、xiP（或（或T）、）、L部分汽化部分汽化Q、T（或（或p）、）、yi、L、xiC ASPEN PLUS的閃蒸計算模型Flash2Flash3常見的閃蒸計算類型常見的閃蒸計算類型C 等溫閃蒸指定溫度、壓力下的汽液相平衡計算（Isothermal flash）C 絕熱閃蒸(Q=0)等焓節(jié)流計算（Adiabatic flsah）C 泡、露點溫度或者壓力計算（bubble point or dew point）1) 1(FViiiKzx01) 1(1111ciFViiciiciiciiKzyxy0)1 (1FLFVHHFVHHFV Flash2 兩相閃蒸器兩相閃蒸器 Flash2 模

9、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-液平衡或汽液平衡或汽-液液-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。器、蒸發(fā)器、氣液分離器等。C閃蒸模型可以用來模擬閃蒸罐、蒸發(fā)器、分液罐和其它的單級分離器。C通常要固定入口物流的熱力學(xué)狀態(tài)必須規(guī)定：A 溫度、壓力、熱負(fù)荷和氣相摩爾分率中的任意兩項。A 需要注意的是，在閃蒸模型中不允許同時規(guī)定熱負(fù)荷和氣相摩爾分率。Flash2 - 模型參數(shù)模型參數(shù)（1）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 ( Flas

10、h 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 個參數(shù)中選定個參數(shù)中選定 2 個。個。Flash2 - 模型參數(shù)模型參數(shù)（1）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個參數(shù)中選定個

11、參數(shù)中選定 1 個。個。Flash2 - 模型參數(shù)模型參數(shù)（2）Flash2 - 模型參數(shù)模型參數(shù)（2）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 - 模型參數(shù)模型參數(shù)（3）Flash2 - 模型參數(shù)模型參數(shù)（3）等溫閃蒸計算等溫閃蒸計算 C 例4-1（P70）：用閃蒸分離器分離某氣體混合物，已知氣體進(jìn)料溫度為400 ，壓力為21psi，組成為氫氣（30.0lbmol/h），氮氣（15.0lbmol/h），甲烷（43.0lbmol/h ），環(huán)己胺（ 144.2lbmol/h ），

12、苯（ 0.2lbmol/h ）。閃蒸器在120 下操作，壓力降為零，分離后氣相中夾帶的液相分率為0.012,。閃蒸器用flash2模型，物性：RK-SOAVE。通過模擬確定氣相的組成和流率。露點或泡點計算露點或泡點計算C 露點或泡點計算A 計算混合物的露點可以設(shè)置氣相摩爾分率為1；A 計算混合物的泡點可以設(shè)置氣相摩爾分率為0；A 據(jù)此可以確定具有一個或多個入口物流的混合物的熱狀態(tài)和相態(tài)。 C例4-2（P75）C例4-3：乙醇水溶液的摩爾組成為20%乙醇和80%水，試確定該混合物在1.0、1.5、2.0和2.5 atm下的泡點溫度和露點溫度。熱力學(xué)模型采用UNIQUAC模型。溫度、壓力和總流率可

13、以任意給定，溫度、壓力和總流率可以任意給定，組成必須和題目所給一樣組成必須和題目所給一樣選中流股選中流股1 1，在，在toolstools選項中如圖所示選項中如圖所示計算類型計算類型計算區(qū)間計算區(qū)間變量關(guān)系圖變量關(guān)系圖繪制繪制-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)系圖變量關(guān)系圖-Plot （1）步驟1：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Plot項的下拉框里選擇X軸變量(X-Axis Variab

14、le)；變量關(guān)系圖變量關(guān)系圖-Plot （1）變量關(guān)系圖變量關(guān)系圖-Plot （2）步驟2：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Plot項的下拉框里選擇Y軸變量(Y-Axis Variable)；變量關(guān)系圖變量關(guān)系圖-Plot （2）變量關(guān)系圖變量關(guān)系圖-Plot （3）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)系圖變量關(guān)系圖-Plot （3）變量關(guān)系圖變量關(guān)系圖-PlotFlash3 三相閃蒸器三相閃蒸器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

15、器、蒸發(fā)器、液-液分離器、汽-液-液分離器等。Flash3 三相閃蒸器三相閃蒸器Flash3 模型參數(shù)模型參數(shù)（1）Flash3 的模型參數(shù)有 3 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 個參數(shù)中選定個參數(shù)中選定 2 個。個。Flash3 模型參數(shù)（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。

16、 如未指定關(guān)鍵組份，則密度大的液相作為第二液相。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)（模型參數(shù)（3）4.1.3 Decanter -傾析器傾析器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 Decanter 模型參數(shù)模型參數(shù)（1）Decanter 模塊的模型參數(shù)有 3 組：1、傾析設(shè)定、傾析設(shè)定 ( Decanter Specifications)（1） 壓力壓力 （Pressure

17、)（2） 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷（Temperature/Heat Duty )Decanter 模型參數(shù)（模型參數(shù)（1）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)（模型參數(shù)（2）Decanter 模型參數(shù)（模型參數(shù)（3）Decanter 模型參數(shù)（模型參數(shù)（3）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）。4.1.4 Sep - 組份分離器組份分離器 Sep 模塊

18、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 - 組份分離器組份分離器Sep 模型參數(shù)模型參數(shù)（1）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)模型參數(shù) （1）Sep 模型參數(shù)模型參數(shù) （2）2、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態(tài)。Sep 模型參數(shù)模型參數(shù) （2）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)模型參數(shù) （3）Sep 模型參數(shù)模型參數(shù) （3）Sep2兩出口組份