化工過程數(shù)值模擬及AspenPlus軟件應(yīng)用

2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥1化工過程數(shù)值模擬

及AspenPlus軟件應(yīng)用劉華彥浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院新產(chǎn)品：研究與開發(fā)小試與實(shí)驗(yàn)室研究中間試驗(yàn)工業(yè)化試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)報告：MicrosoftOffice文本處理Chemoffice、AutoCAD、Visio等分子式、實(shí)驗(yàn)裝置Endnote引用參考文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：Matlab、Polymath等數(shù)值計算Origin、Excel作圖技術(shù)成熟產(chǎn)品：工程設(shè)計與生產(chǎn)管理前期研究市場調(diào)研、文獻(xiàn)調(diào)研項(xiàng)目建議書可行性研究報告環(huán)評、安評工程設(shè)計工藝、自控與設(shè)備工廠布置、總圖運(yùn)輸節(jié)能環(huán)保、勞動衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)社會效益評價生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理生產(chǎn)管理與調(diào)度節(jié)能降耗、過程強(qiáng)化可研報告、設(shè)計報告：MicrosoftOffice文本處理Chemoffice、AutoCAD、Visio等分子式、工藝流程圖、設(shè)備裝配圖、總圖、平立面布置圖PDMS、PDS等三維配管Endnote引用參考文獻(xiàn)流程模擬與優(yōu)化、設(shè)備核算、經(jīng)濟(jì)評價：Aspen、PROII、ChemCAD等參考書2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥42025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥5參考書2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥6緒論化工模擬流程模擬單元模擬單元模擬與流程模擬的關(guān)系2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥7化工模擬化學(xué)工程研究對象化學(xué)反應(yīng)過程：化學(xué)反應(yīng)器物理過程：單元操作化學(xué)工程研究對象的復(fù)雜性物系的復(fù)雜性物系流動時邊界的復(fù)雜性過程本身的復(fù)雜性化學(xué)工程研究方法早期：經(jīng)驗(yàn)逐級放大目前：數(shù)學(xué)模型方法2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥8化工模擬化工模擬的思想過程分解過程簡化過程綜合化工模擬的層次2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥9流程模擬/過程模擬根據(jù)化工過程的數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)哪M軟件，將一個由許多個單元過程組成的化工流程用數(shù)學(xué)模型描述，用計算機(jī)模擬實(shí)際的生產(chǎn)過程，并在計算機(jī)上通過改變各種有效條件得到所需要的結(jié)果：原材料消耗、公用工程消耗和產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等重要數(shù)據(jù)商業(yè)化化工過程模擬軟件AspenPlus、PRO/II、ChemCAD、HYSIS、DesignII、ECSS2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥10單元模擬在單元模擬中，用N-S方程這個高度復(fù)雜的非線性偏微分方程組來描述質(zhì)量、動量、能量之間的關(guān)系單元模擬技術(shù)通過離散方法求解這一耦合體系，以獲得空間和時間的速度分布、溫度分布、壓力分布、濃度分布、相分?jǐn)?shù)分布等2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥11單元模擬軟件CFD(ComputationalFlowDynamics)商業(yè)軟件CFX軟件FluentPHOENICS計算流體力學(xué)與傳熱學(xué)的商業(yè)化軟件適合模擬低速熱流輸運(yùn)現(xiàn)象STAR-CDSimulationofTurbulent-flowinArbitraryRegion縮寫，ComputationalDynamicsLtd基于有限容積法的通用流體計算軟件強(qiáng)項(xiàng)在于汽車發(fā)動機(jī)內(nèi)流動與傳熱的計算2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥12化工過程數(shù)值模擬軟件介紹流程模擬技術(shù)——AspenPlus2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥13流程模擬的步驟流程的建立根據(jù)模擬的實(shí)際過程，選擇合適的模型描述每一個單元操作過程根據(jù)實(shí)際流程中的物流走向?qū)卧僮鞯哪K連接起來，形成完整的模擬所需要的工藝流程變量的設(shè)置根據(jù)模擬的需要完成必須的和可選的變量的輸入程序的運(yùn)行根據(jù)需要采用合適的方式運(yùn)行流程模擬輸出報告2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥14AspenPlus流程模擬商業(yè)軟件ASPEN：先進(jìn)過程工程系統(tǒng)（AdvancedSystemforProcessEngineering）1976~1981年：美國能源部資助，MIT主持，55個高校和公司參與，開發(fā)的新型第三代流程模擬軟件1982年：AspenTech公司成立將其商品化，稱為ASPENPLUSASPENPLUS是基于序貫?zāi)K法的穩(wěn)態(tài)化工模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)評價的大型化工流程軟件2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥15AspenPlus軟件功能進(jìn)行工藝過程嚴(yán)格的能量和質(zhì)量平衡計算預(yù)測物流的流率、組成和性質(zhì)預(yù)測操作條件、設(shè)備尺寸減少裝置設(shè)計時間并進(jìn)行各種設(shè)計方案比較幫助改進(jìn)當(dāng)前工藝回答“如果…那會怎么樣”的問題在給定的限制內(nèi)優(yōu)化工藝條件輔助確定一個工藝約束部位（消除瓶頸）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥16ASPENPLUS的組成物性數(shù)據(jù)庫通用的數(shù)據(jù)庫：AspenCD——ASPENTECH公司自己開發(fā)的數(shù)據(jù)庫，DIPPR——美國化工協(xié)會物性數(shù)據(jù)設(shè)計院設(shè)計的數(shù)據(jù)庫專用的數(shù)據(jù)庫工業(yè)上最適用而完備的物性系統(tǒng)：1773種有機(jī)物、2450種無機(jī)物、3314種固體物、900種水溶液電解質(zhì)的基本物性參數(shù)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥17ASPENPLUS的組成物性數(shù)據(jù)庫豐富的狀態(tài)方程和活度系數(shù)法：理想混合物汽-液平衡的拉烏爾定律烴類混合物的Chao-Seader非極性和弱極性混合物的Redilch-Kwong-Soave、BWR-Lee-Staring、Peng-Robinson強(qiáng)的非理想液態(tài)混合物的活度系數(shù)模型：UNIFAC、Wilson、NRTL、UNIQUACASENPLUS還提供靈活的數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)(DRS)，使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來求物性參數(shù)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥18ASPENPLUS的組成單元操作模塊有五十多種單元操作模型：混合、分割、換熱、閃蒸、精餾、反應(yīng)等提供了靈敏度分析和工況分析模塊：利用靈敏度分析模塊，用戶可以設(shè)置某一變量作為靈敏度分析變量，通過改變此變量的值模擬操作結(jié)果的變化情況。采用工況分析模塊，用戶可以對同一流程幾種操作工況的進(jìn)行運(yùn)行分析2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥19ASPENPLUS的組成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略（數(shù)據(jù)輸入－解算－結(jié)果輸出）提供了交互式圖形界面(GUI)：操作方便、靈活按DXF標(biāo)準(zhǔn)格式輸出流程圖，再轉(zhuǎn)換成其他CAD系統(tǒng)如AUTOCAD所能調(diào)用的圖形文件先進(jìn)的數(shù)值計算方法：直接迭代法、正割法、擬牛頓法、Broyden法等可以同時收斂多股斷裂(Tear)流股、多個設(shè)計規(guī)定應(yīng)用ASPENPLUS的優(yōu)化功能，可尋求工廠操作條件的最優(yōu)值以達(dá)到任何目標(biāo)函數(shù)的最大值2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥20AspenPlus11.0的安裝運(yùn)行CD1內(nèi)的Setup.exe程序進(jìn)行安裝，單擊AspenEngineeringSuite選項(xiàng)，則開始進(jìn)行安裝，單擊Next2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥21AspenPlus11.0的安裝在個人PC上使用ASPENPLUS，選擇AllProducts選項(xiàng)(如選擇LicensedProducts則要先安裝ALM，ASPENLICENSEDMANAGER)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥22AspenPlus11.0的安裝單擊Next繼續(xù)，選擇StandardInstall

單擊Next2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥23AspenPlus11.0的安裝選擇要安裝的模塊，ASPENPLUS必選，第一次安裝時和Online,Web（網(wǎng)絡(luò)組件）相關(guān)的模塊不要選擇。單擊Next出現(xiàn)以下畫面×：不選2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥24選擇AspenLicenseManager

單擊Next進(jìn)行安裝出現(xiàn)插入CD2選項(xiàng)框時，選擇CD2內(nèi)文件所在的位置或插入CD2繼續(xù)安裝AspenPlus11.0的安裝2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥25AspenPlus11.0的安裝安裝完成后重新啟動計算機(jī)，指定license.dat文件的位置，完成整個軟件的安裝2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥26ASPENPLUS的啟動AspenTechASPENPLUSAspenEngineeringSuite空白模擬(BlankSimulation)基于模板（Tamplate）已有的模擬（OpenanExistingSimulation）ASPENPLUSUserInterface常用的模板：GeneralwithMetricUnitsChemicalswithMetricUnits2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥27AspenPlus的基本術(shù)語用戶界面（UserInterface）流程圖（FlowSheet）模型庫（ModelLibrary）數(shù)據(jù)瀏覽器（DataBrowser）流股（Stream）模塊（Block）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥28ASPENPLUS用戶界面——主窗口2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥29數(shù)據(jù)瀏覽器（DataBrowser）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥30狀態(tài)指示符各符號的含義2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥31NEXT按鈕的使用單擊此按鈕就可以調(diào)用ASPENPLUS專家系統(tǒng)借助顯示信息指導(dǎo)用戶對一個運(yùn)行進(jìn)行必需和可選的輸入，進(jìn)行下一步操作，當(dāng)用戶改變已經(jīng)輸入的選擇項(xiàng)和規(guī)定時，也確保用戶不會做出不完整或不一致的規(guī)定在其指導(dǎo)下，用戶可以安全、方便地完成模擬所必須經(jīng)歷的各步驟2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥32AspenPlus模擬必須的步驟畫出模擬流程圖：選用單元模塊(ModelBlocks)，連接流股(Streams)進(jìn)行全局級設(shè)置(SetupGlobalSpecification)，選擇或定義一個合適的單位集，還可以選擇輸出報告的格式和內(nèi)容輸入化學(xué)組分信息數(shù)據(jù)(Components)選擇物性方法和模型(PropertyMethods&Models)輸入外部物流數(shù)據(jù)(ExternalStreams)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥33AspenPlus模擬必須的步驟輸入模塊數(shù)據(jù)(BlockSpecification)，即規(guī)定每一個單元操作模塊的性能以表示工藝流程的設(shè)計條件或操作條件運(yùn)行模型查看計算結(jié)果輸出報告文件(Report)保存模擬項(xiàng)目(*.apw/*.bkp)退出2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥34流程的建立——定義一個流程定義一個流程步驟在View菜單下確認(rèn)PFD狀態(tài)已經(jīng)關(guān)閉選擇單元操作模塊放置到流程窗口選擇類別，再選單元操作模塊2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥35流程的建立——定義一個流程定義一個流程步驟(cont’)用物流連接模塊單擊STREAMS圖標(biāo)，選擇物流類型（物料、熱流或功流），移動鼠標(biāo)到流程窗口，單擊顯亮的流股連接點(diǎn)，引出至合適位置，完成連接紅色：必須連接藍(lán)色：其它可選連接注意檢查流程的完整性STREAMS2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥36流程的建立——定義一個流程物流連接過程示意2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥37流程的建立——定義一個流程2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥38流程的建立——定義一個流程修改流程對模塊或物流進(jìn)行刪除或重命名操作改變物流的連接單擊鼠標(biāo)右鍵：ReconnectSourceReconnectDestinationRenameStream……2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥39流程的建立——模擬變量的設(shè)置全局變量的設(shè)定全局規(guī)定為整個運(yùn)行設(shè)定缺省值在數(shù)據(jù)瀏覽器中單擊Setup，使用SetupSpecification包括：標(biāo)題、度量單位、全局設(shè)置(運(yùn)行類型、輸入模式、物流類、流率基準(zhǔn)、環(huán)境壓力、有效相態(tài)和使用游離水計算)對每個模塊，可以使用BlockOptions表格來替換單個單元操作的全局級規(guī)定2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥40流程的建立——模擬變量的設(shè)置SetupSpecification表Global頁1、標(biāo)題Title2、度量單位UnitsofMeasurement輸入數(shù)據(jù)InputData輸出結(jié)果OutputResults3、全局設(shè)定GlobalSettings流量基準(zhǔn)FlowBasis大氣壓力AmbientPressure有效相態(tài)ValidPhases游離水計算UseFreewatercalculation2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥41流程的建立——模擬變量的設(shè)置輸入化學(xué)組分信息每一個組分必須有唯一的ID組分可用英文名稱或分子式輸入利用彈出對話框區(qū)別同分異構(gòu)體利用Find查找化學(xué)物質(zhì)，ElecWizard定義電解質(zhì)等2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥42②③①④2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥43流程的建立——模擬變量的設(shè)置物性方法用于計算熱力學(xué)物性(包括逸度系數(shù)、K、焓、熵、吉布斯自由能、體積)和遷移性質(zhì)(包括粘度、熱導(dǎo)率、擴(kuò)散系數(shù)、表面張力)系統(tǒng)內(nèi)置的物性方法足以滿足大部分的應(yīng)用用戶也可建立新的適合自己模擬需要的物性方法包括：過程類型、基礎(chǔ)方法、亨利組分

(Processtype,Basemethod,Henrycomponents)

2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥44流程的建立——模擬變量的設(shè)置輸入外部流股信息每一外部流股都必須輸入信息狀態(tài)變量：溫度、壓力、氣相分率、流量組成：表達(dá)基準(zhǔn)、數(shù)值物流規(guī)定示意圖2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥45流程的建立——模擬變量的設(shè)置輸入單元模塊參數(shù)每一個單元模塊都必須輸入模型參數(shù)模型參數(shù)的數(shù)量因模型而異，請認(rèn)真理解其物理意義模型參數(shù)的合理選取對仿真模擬結(jié)果的質(zhì)量至關(guān)重要2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥46流程的建立——模擬程序的運(yùn)行在用戶完成輸入的過程中，規(guī)定的狀態(tài)會一直顯示在狀態(tài)欄中當(dāng)狀態(tài)欄顯示：RequiredInputComplete（輸入完成）或InputChanged（輸入被改變）或ReadytoExecuteBlock（可以執(zhí)行模塊）時，用戶就可以選擇Interactive（交互方式)或Batch（在后臺批處理方式)中的一種運(yùn)行模擬過程2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥471、選模塊，連接流股2、Setup：Specifications中Global規(guī)定Title，Units；

Accounting規(guī)定UserName，ProjectNameReportOptions中規(guī)定Stream3、Components：Specifications中Definedcomponents（注意使用Find）4、Properties：Specifications中規(guī)定Propertymethods5、Streams：規(guī)定進(jìn)口物流條件6、Blocks：Input中規(guī)定模塊操作條件7、FlowsheetingOptions：DesignSpec進(jìn)行設(shè)計規(guī)定運(yùn)算8、ModelAnalysisTools：Sensitivity進(jìn)行敏感性分析；Optimization進(jìn)行優(yōu)化；Constraint設(shè)定優(yōu)化和敏感性分析約束；DataFit進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合；CaseStudy進(jìn)行工況研究運(yùn)行，查看結(jié)果應(yīng)用擴(kuò)展2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥48舉例一：熟悉AspenPlus解題過程甲醇–水混合物進(jìn)入精餾塔，塔頂分離出以甲醇為主的混合物，塔底分離出以水為主要成分的混合物進(jìn)口條件：甲醇50%(wt)，水50%(wt)，進(jìn)口壓力0.2MPa，溫度25℃，摩爾流率100kmol/h精餾塔：總塔板數(shù)：30，進(jìn)料板位置：15，塔頂壓力0.1MPa，塔頂回流比2(摩爾)，塔頂出料：全部液相，50kmol/h給出精餾塔物料和能量衡算結(jié)果，每塊塔板的相關(guān)結(jié)果2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥49舉例二：熟悉AspenPlus解題過程通過壓縮機(jī)將空氣加壓進(jìn)口條件：空氣進(jìn)口壓力0.012MPa，溫度25℃，摩爾流率100kmol/h壓縮機(jī)：等熵壓縮、壓縮效率0.85、電機(jī)機(jī)械效率0.8給出壓縮機(jī)出口的空氣溫度、壓縮機(jī)功率等相關(guān)結(jié)果2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥50AspenPlus的單元操作模塊混合器/分流器（Mixers/Splitters）分離器（Separators）換熱器（HeatExchangers）塔（Columns）反應(yīng)器（Reactors）壓力變送設(shè)備（PressureChangers）控制器（Manipulators）固體（Solids）用戶模型（UserModels）泄壓（Pres-Relief）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥51混合器/分流（Mixers/Splitters）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥52混合器/分流（Mixers/Splitters）Mixer（物流混合器）操作單元模塊多股物流（物料流、熱流或功流）匯合成一股操作模型：主要有混合三通、物流混合操作、增加熱流、增加功流等注意：一個單一的Mixer模塊不能混合不同類型的物流（物料流、熱流和功流）

2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥53混合器/分流（Mixers/Splitters）

Mixer流程連接示意圖

2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥54混合器/分流（Mixers/Splitters）FSplit（分流器）操作單元模塊將同類物流（物料流、熱流或功流）混合并把結(jié)果物流分成兩股或更多相同類型的物流，主要有分流器Bleed(排氣)、閥等單元操作模型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FSplit同樣不能將一股物料流分成不同類型的物流2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥55混合器/分流（Mixers/Splitters）SSplit（子物流分流器）操作單元模塊混合物料流并把結(jié)果物料流分成兩股或多股物流（不包括熱流和功流），主要有分流器、流體固體分離器等操作模型。SSplit出口物流中的子物流與混合入口子物流一樣，具有相同的組成溫度和壓力，只有子物流流率不同如要模擬出口物流中組成和性質(zhì)不同的子物流則要選擇使用使用Sep模塊或Sep2模塊SSplit的流程連接和參數(shù)輸入的規(guī)定與FSplit類似2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥56創(chuàng)建第一個AspenPlus仿真模型建立以下過程的AspenPlus仿真模型將1000m3/hr低濃度酒精(乙醇30%w，水70%w，30℃，1bar)與700m3/hr高濃度酒精(乙醇95%w，水5%w，20℃，1.5bar)混合計算混合后的溫度和體積流量、各組分的摩爾分率和質(zhì)量分率Mixer模塊兩股進(jìn)料流股，一股出料流股2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥57創(chuàng)建第一個AspenPlus仿真模型上述兩股物流混合后于出口分成兩股物流，其中一股占總流量的30%求出口兩股物流的流量和成分2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥58分離器（Separators）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥59分離器（Separators）

——Flash（閃蒸罐）Flash2：模擬閃蒸罐、蒸發(fā)器、分液罐和其它的單級分離器用嚴(yán)格氣-液或氣-液-液平衡把進(jìn)料分成兩股出口物流，完成氣-液或氣-液-液平衡計算Flash3：模擬閃蒸罐、蒸發(fā)器、分液罐、傾析器和其它的在產(chǎn)品中有兩液相出口物流的單級分離器Flash3用嚴(yán)格氣-液-液平衡把進(jìn)料分成三股出口物流，完成氣-液-液平衡計算2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥60分離器（Separators）

——Flash（閃蒸罐）

閃蒸罐（Flash）的流程連接示意圖Matrials物流Vapor（蒸汽）Water（Optional）水（可選項(xiàng)）Heat（Optional）熱（可選項(xiàng)）Heat（Optional）熱（可選項(xiàng)）Liquid（液相物流）Matrials物流Vapor（蒸汽）Heat（Optional）熱（可選項(xiàng)）Heat（Optional）熱（可選項(xiàng)）2ndLiquid第二液相物流1stLiquid第一液相物流FlowsheetforFlash2FlowsheetforFlash32025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥61Flash2模型參數(shù)——3組1、閃蒸設(shè)定溫度(Temperature)壓力(Pressure)蒸汽分率(Vaporfraction)熱負(fù)荷(Heatduty)設(shè)定兩個設(shè)定兩個2、有效相態(tài)汽-液相(Vapor-Liquid)汽-液-液相

(Vapor-Liquid-Liquid)汽-液-游離水相

(Vapor-Liquid-Freewater)3、液沫夾帶(Entrainment)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥62Flash2應(yīng)用示例（1）流量為1000kg/hr、壓力0.11MPa、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、液兩相溫度和組成Blocks→Input→Specification→Pressure→Vaporfraction2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥63Flash2應(yīng)用示例（2）流量1000kg/hr、壓力0.5MPa、溫度120℃、含乙醇70%w、水30%w的物料絕熱閃蒸到0.15MPa離開閃蒸器的汽、液兩相溫度、流量和組成?Blocks→Input→Specification→Pressure→Heatduty2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥64Flash2應(yīng)用示例（3）流量1000kg/hr、壓力0.2MPa、溫度20℃、含丙酮30%w、水70%w的物料進(jìn)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(fù)荷以及汽、液兩相流量和組成設(shè)計規(guī)定：FlowsheetingOption→DesignSpec

→Define:汽相出料流股丙酮流量

→Spec:上述流量為0.9*進(jìn)口丙酮流量

→Vary:閃蒸器模塊溫度，初選范圍100~400，再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥65Flash2應(yīng)用示例（4）流量為1000kg/hr、壓力0.2MPa、溫度為20℃、含丙酮30%w、水70%w的物料進(jìn)行部分蒸發(fā)回收丙酮。蒸發(fā)器熱負(fù)荷250kW分析液沫夾帶對汽相丙酮分率和丙酮回收率影響敏感性分析：ModelAnalysisToolsSensitivity→Define:汽相出料流股丙酮分率及流量→

Vary:閃蒸器模塊液沫夾帶(ENTRN)，范圍0~0.2→Tabulate:1:汽相出料流股丙酮分率

2:汽相出料流股丙酮流量/進(jìn)口丙酮流量2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥66Flash3模型參數(shù)——3組1、閃蒸設(shè)定溫度(Temperature)壓力(Pressure)蒸汽分率(Vaporfraction)熱負(fù)荷(Heatduty)以上四個參數(shù)中設(shè)定兩個2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥67Flash3模型參數(shù)——3組2、關(guān)鍵組分(KeyComponents)指定關(guān)鍵組分后，含關(guān)鍵組分摩爾分率大的液相作為第二液相如未指定關(guān)鍵組分，則密度大的液相為第二相3、液沫夾帶(Entrainment)分別設(shè)定兩個液相在汽相中的夾帶分率2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥68Flash3應(yīng)用示例（1）流量為1000kg/hr、壓力0.11MPa、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2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥69Flash3應(yīng)用示例（2）流量為500kg/hr、壓力0.8MPa、溫度100℃、含乙醇70%w、水30%w的物流與流量為500kg/hr、壓力0.8MPa、溫度70℃、含正己烷60%w、乙醇40%w的物流在閃蒸器中絕熱閃蒸到壓力0.11MPa

。求離開閃蒸器的汽、液、液三相的溫度、質(zhì)量流量和組成2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥70Flash3應(yīng)用示例（3）在示例（2）中分別設(shè)置乙醇和正己烷為關(guān)鍵組分，觀察輸出結(jié)果有什么變化。2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥71分離器（Separators）

——Decanter（液-液傾析器）用于模擬傾析器和其它無氣相的單級分離器可以完成液-液平衡和液-游離水計算，但不能處理有氣相生成的單元操作操作模型：絕熱、規(guī)定負(fù)荷和規(guī)定溫度模型出口物流通常是平衡的，但是用戶也可以在InputEfficiency（輸入效率頁）上規(guī)定分離效率來說明偏離平衡程度如存在固體夾帶，它們不參與相平衡計算，但參與焓平衡2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥72分離器（Separators）

——Decanter（液-液傾析器）

Decanter流程連接示意2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥73分離器（Separators）

Decanter（液-液傾析器）模型參數(shù)1、傾析設(shè)定壓力(Pressure)溫度/熱負(fù)荷(Temperature/Heatduty)(二選一)2、關(guān)鍵組分(Keycomponenttoidentify2ndliuiqdphase)指定關(guān)鍵組分：含關(guān)鍵組分摩爾分率大的液相作為第二液相未指定關(guān)鍵組分：密度大的液相作為第二液相3、組分分離效率(Efficiency)分別設(shè)定每個組分在兩相中的分離效率(偏離平衡程度)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥74Decanter應(yīng)用示例（1）用水（P=0.2MPa、T=20℃）從含乙醇40%w、正己烷60%w的混合液（F=500kg/hr、P=0.2MPa、T=20℃）中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率達(dá)到97%。求需要的水流量、萃取相和萃余相的組成設(shè)計規(guī)定：FlowsheetingOption→DesignSpec→Define:第一液相乙醇出料流股流量→Spec:上述流量為0.97*進(jìn)口乙醇流量→Vary:進(jìn)料水流股流量，范圍10~5002025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥75Decanter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。Blocks→B1→Input→Efficiency2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥76分離器（Separators）

——Sep&Sep2（組分分離器）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分分別按照指定的比例分配到每一股輸出物流中去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分分別按照指定的比例分配到每一股輸出物流中去2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥77分離器（Separators）

——Sep&Sep2（組分分離器）Sep流程連接示意圖2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥78分離器（Separators）

——Sep模型參數(shù)1、設(shè)定(Specifications)輸出物流條件設(shè)定，指定每個組分在各股輸出物流中的分率或流量(Outletstreamconditions)2、進(jìn)料閃蒸(FeedFlash)指定輸入物流混合后的閃蒸壓力和有效相態(tài)3、出口閃蒸(OutletFlash)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)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥79Sep應(yīng)用示例（1）把F=500kg/hr、P=0.15MPa、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，各組分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求輸出物流組成在Outletstreamconditions中選取至少3個流股對每一組分逐一指定2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥80Sep2應(yīng)用示例（1）從F=500kg/hr、P=0.15MPa、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(dá)到98%w、正丁醇含量不大于1%w乙醇回收率達(dá)到95%求輸出物流的組成和流量Blocks→B1→Input→Specifications→Outletstream→2→1stSpec&2ndSpec2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥81Sep2應(yīng)用示例（2）同示例（1），如分離過程是在精餾塔中實(shí)現(xiàn)，塔頂出料是0.11MPa的飽和蒸汽，塔底出料是0.13MPa的飽和液體求輸出物流的溫度和體積流量Blocks→B1→Input→OutletFlash→Stream→2→Flashspecifications→pressure→Stream→3→Flashspecifications→pressure2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥82換熱器（HeatExchangers）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥83Heater（加熱器或冷卻器）模塊用于改變單股物流的溫度、壓力和相態(tài)加熱器冷卻器閥（僅改變壓力，不涉及阻力）泵（僅改變壓力，不涉及功）壓縮機(jī)（僅改變壓力，不涉及功）當(dāng)規(guī)定了出口條件時，Heater模型可確定一股或多股入口物流混合物的熱和相狀況2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥84Heater（加熱器或冷卻器）模塊露點(diǎn)計算：氣相分率為1泡點(diǎn)計算：氣相分率為0加熱或冷卻曲線：用Hcurves窗口規(guī)定Heater模型無動力學(xué)特性，壓降固定，出口流率由質(zhì)量平衡確定帶固體的流體：參數(shù)輸入與Flash類似2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥85Heater（加熱器或冷卻器）模塊

Heater流程連接示意圖2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥86Heater（加熱器或冷卻器）模塊兩組模型設(shè)定參數(shù)（1）：閃蒸指標(biāo)(flashspecification)溫度(Temperature)壓力(Pressure)溫度增量(TemperatureChange)蒸汽分率(Vaporfraction)過熱度(Degreesofsuperheating)過冷度(Degreesofsubcooling)熱負(fù)荷(Heatduty)任選2項(xiàng)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥87Heater（加熱器或冷卻器）模塊兩組模型設(shè)定參數(shù)（2）：有效相態(tài)(validphase)蒸汽(Vapor-Only)液體(Liquid-Only)固體(Solid-Only)汽-液(Vapor-Liquid)汽-液-液(Vapor-Liquid-Liquid)液-游離水(Liquid-FreeWater)汽-液-游離水(Vapor-Liquid-FreeWater)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥88Heater應(yīng)用示例（1）20℃、0.41MPa、4000kg/hr的軟水在鍋爐中加熱成為飽和水蒸汽進(jìn)入生蒸汽總管求所需的鍋爐供熱量、出口蒸汽溫度2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥89Heater應(yīng)用示例（2）1000kg/hr(0.4MPa)的飽和水蒸汽用蒸汽過熱器加熱到過熱度100℃

(0.39MPa)

求過熱蒸汽溫度、所需的供熱量Blocks→B1→Input→Specifications→Flashspecifications→Pressure→Degreesofsuperheating2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥90Heater應(yīng)用示例（3）流量為1000kg/hr、壓力0.11MPa、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求冷凝器熱負(fù)荷2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥91Heater應(yīng)用示例（4）流量100kg/hr、壓力0.2MPa、溫度20℃的丙酮通過一電加熱器當(dāng)加熱器功率分別為2kW、5kW、10kW和20kW時，求出口物流狀態(tài)Blocks→B1→Input→Hcurves→Setup→Independentvariable→Heatduty→Rangeforheatduty→Listvalues2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥92Heater應(yīng)用示例（5）求壓力為0.2MPa、含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w的混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)Streams→1→Statevariable→Vaporfraction=1Blocks→B1→Input→Specifications→Flashspecifications→Vaporfraction=0或者反過來設(shè)置：0，12025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥93HeatX(兩股物流換熱器)操作單元模塊用于模擬如下結(jié)構(gòu)的管-殼式換熱器逆流/并流(Countercurrent/cocurrent)折流板殼程(SegmentalShell)棍式擋板殼程(RodBaffleShell)裸管/低翅片管(Bare/Low-finnedTubes)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥94HeatX(兩股物流換熱器)操作單元模塊HeatX&MHeatX流程連接示意2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥95設(shè)定參數(shù)(1)：計算類型(CalculationType)簡捷計算(Short-cut)詳細(xì)計算(Detail)

熱側(cè)——管程(Tube)/殼程(Shell)

冷測——管程(Tube)/殼程(Shell)設(shè)定參數(shù)(2)：流動方向(Flowdirection)逆流(Countercurrent)并流(Cocurrent)HeatX(兩股物流換熱器)操作單元模塊2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥96HeatX(兩股物流換熱器)操作單元模塊設(shè)定參數(shù)(3)：換熱器設(shè)定(exchangerspecification)熱物流出口溫度(Hotstreamoutlettemperature)熱物流出口溫降(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)熱物流出口溫差(Hotstreamoutlettemperatureapproach)熱物流出口過冷度(Hotstreamoutletdegreesubcooling)熱物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥97HeatX(兩股物流換熱器)操作單元模塊設(shè)定參數(shù)(3)：換熱器設(shè)定(exchangerspecification)冷物流出口溫度(Coldstreamoutlettemperature)冷物流出口溫升(Coldstreamoutlettemperatureincrease)冷物流出口溫差(Coldstreamoutlettemperatureapproach)冷物流出口過冷度(Coldstreamoutletdegreesuperheat)冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)

熱/冷物流出口溫差(Heat/Coldoutlettemperatureapproach)熱負(fù)荷(Exchangerduty)傳熱面積(Heattransferarea)最小溫差(Minimumtemperatureapproach)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥98HeatX(兩股物流換熱器)操作單元模塊對數(shù)平均溫差校正(LMTDcorrectionfactormethod)常數(shù)(Constant)幾何結(jié)構(gòu)(Geometry)用戶子程序(Use-subr)計算(Calculated)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥99HeatX——簡捷計算（Shortcut）壓降(Pressuredrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力(Outletpressure)指定值>0，代表出口絕對壓力指定值<0，代表出口相對進(jìn)口的壓力降低值根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)計算(Calculatedfromgeometry)總傳熱系數(shù)方法(Umethods)常數(shù)(Constant)：自己修改U值相態(tài)法(Phasespecificvalues)冪函數(shù)法(Powerlawexpression)膜系數(shù)法(Filmcoefficients)用戶程序(Usersubroutine)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥100HeatX——詳細(xì)計算（Detailed）主要在于：Geometry設(shè)定HeatX幾何結(jié)構(gòu)（TEMAShellType）（殼程1）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥101HeatX——詳細(xì)計算（Detailed）HeatX幾何結(jié)構(gòu)（ShellDimensions）（殼程2）OuterTubeLimit：管束外層的最大直徑ShellDiameter：殼體直徑ShelltoBundleClearance：殼層到管束的環(huán)形間隙2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥102HeatX——詳細(xì)計算（Detailed）HeatX幾何結(jié)構(gòu)(DimensionsforBaffles)(擋板)SegmentalBaffles：BaffleCut：折流擋板的切口高度TubeHole：管孔ShelltoBaffleClearance：殼層到折流擋板的環(huán)形間隙RodBaffles：RodDiameter：圓盤直徑RingOutsideDiameter：環(huán)外徑RingInsideDiameter：環(huán)內(nèi)徑2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥103HeatX——詳細(xì)計算（Detailed）HeatX幾何結(jié)構(gòu)(管程:Tubes)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥104簡捷法(Shortcut)和嚴(yán)格法(Detailed)比較2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥105HeatX——應(yīng)用示例（1）用1200kg/hr飽和水蒸汽(0.3MPa)加熱2000kg/hr甲醇(20℃℃，0.3MPa)。離開換熱器的蒸汽冷凝水壓力0.28MPa、過冷度2℃。換熱器傳熱系數(shù)根據(jù)相態(tài)選擇。求甲醇出口溫度、相態(tài)、需要的換熱面積2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥106HeatX——應(yīng)用示例（2）對上例選用下述換熱器進(jìn)行詳細(xì)核算：外殼直徑：325mm 公稱面積：10m2管長：3m 管徑：φ19×2mm管數(shù)：76 排列方式：正三角管程數(shù)：2 殼程數(shù)：1管間距：28.5mm折流板間距：150mm折流板缺口高度：79mm2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥107HeatExchangers——MHeatX(多物流換熱器)用于模擬一個有多股熱流和冷流之間傳熱的換熱器。例如LNG換熱器只保證總的能量平衡而不考慮換熱器的幾何尺寸可以完成一個詳細(xì)的、嚴(yán)格的內(nèi)部區(qū)域分析，確定換熱器中所有物流的內(nèi)部夾點(diǎn)以及加熱和冷卻曲線，還可以計算換熱器的總UA值并模擬換熱器的加入熱量或熱損失2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥108HeatExchangers——MHeatX(多物流換熱器)系統(tǒng)使用多個加熱器和多個熱流以加速流程的收斂，如果用戶不規(guī)定計算順序或規(guī)定撕裂物流，程序?qū)茨K順序收斂物流用戶在至少保留一股物流不作規(guī)定的情況下，可對另一側(cè)任意個物流作出口規(guī)定2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥109HeatExchangers——Hetran(管殼式換熱器)用來模擬各類管殼式換熱器采用B-JACHetran程序界面把模塊放在流程中連接入口和出口物流，直接輸入包含換熱器B-JAC輸入文件名字即可進(jìn)行模擬用戶通過Hetran獨(dú)立程序界面輸入與換熱器結(jié)構(gòu)和幾何尺寸有信息，換熱器規(guī)定作為一個輸入文件保存，不必再通過ASPENPLUS用戶界面輸入Hetran不能處理帶有固體子物流的物流2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥110HeatExchangers——Hetran(管殼式換熱器)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥111HeatExchangers——Aerotran(空冷換熱器)用來模擬各類空冷換熱器、節(jié)能器和加熱爐對流段采用B-JACAerotran程序界面把模塊放在流程中連接入口和出口物流，直接輸入包含換熱器的B-JAC輸入文件的名字即可進(jìn)行模擬Aerotran模塊一般也不能處理帶有固體子物流的物流2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥112精餾過程介紹簡單蒸餾連續(xù)精餾2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥113塔（Columns）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥114塔（Columns）2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥115塔(Columns)——DSTWU簡捷精餾

(設(shè)計)DSTWU模型針對一個帶有分凝器或全凝器、一股進(jìn)料和兩種產(chǎn)品的蒸餾塔模型假設(shè)恒定的摩爾溢流量和相對揮發(fā)度，需要輸入輕、重關(guān)鍵組分的回收率采用Winn法估算最小級數(shù)，Underwood法估算最小回流比，Gilliland法規(guī)定級數(shù)所必需的回流比或規(guī)定回流比所必需級數(shù)模型也估算最適宜的進(jìn)料位置、冷凝器和再沸器負(fù)荷，并產(chǎn)生表格和回流比對級數(shù)的曲線圖2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥116塔(Columns)——DSTWU簡捷精餾

(設(shè)計)DSTWU模型的連接示意：2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥117DSTWU——模型參數(shù)四組模型設(shè)定參數(shù)塔設(shè)定(Columnspecifications)塔板數(shù)(Numberstages)回流比(Refluxratio)關(guān)鍵組分回收率(Keycomponentrecoveries)輕關(guān)鍵組分在餾出物中的回收率餾出物中輕關(guān)鍵組分/進(jìn)料中輕關(guān)鍵組分重關(guān)鍵組分在餾出物中的回收率餾出物中重關(guān)鍵組分/進(jìn)料中重關(guān)鍵組分2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥118DSTWU——模型參數(shù)四組模型設(shè)定參數(shù)壓力(Pressure)冷凝器(Condenser)再沸器(Reboiler)冷凝器設(shè)定(Condenserspecification)全凝器(Totalcondenser)帶汽相餾出物的部分冷凝器(Partialcondenserwithvapordistillate)帶汽、液相餾出物的部分冷凝器(Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥119DSTWU——計算選項(xiàng)兩個計算選項(xiàng)生成回流比——理論板數(shù)關(guān)系表

Refluxrationvs.Numberoftheoreticalstages計算等板高度

CalculateHETP2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥120DSTWU——應(yīng)用示例（1）含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30℃）用精餾塔（塔壓0.02MPa）分離，要求99.8%的乙苯從塔頂排出，99.9%的苯乙烯從塔底排出，采用全凝器求Rmin、NTmin，R=1.5Rmin時的R、NT和NF說明：NT-總塔板數(shù)；NF-進(jìn)料板位置2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥121DSTWU——應(yīng)用示例（1）組分回收率均指塔頂?shù)玫降姆致嗜我庵付?，根?jù)結(jié)果調(diào)整2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥122DSTWU——應(yīng)用示例（2）繪制示例（1）的NT~R的關(guān)系圖，根據(jù)該圖選取合理的R值，求取相應(yīng)的NT、NF、冷凝器和再沸器的溫度和熱負(fù)荷作圖：Results→Blocks→B1→Results→RefluxRatioProfile選擇Profile→Theoreticalstages,點(diǎn)擊菜單Plot→X-axisVariable;選擇Profile→Refluxratio,點(diǎn)擊菜單Plot→Y-axisVariable;點(diǎn)擊菜單Plot→DisplayPlot,圖中右鍵可選擇Copy2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥1232025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥124塔(Columns)——Distl簡捷精餾

(操作)模擬一個帶有一股進(jìn)料和兩種產(chǎn)品的多級多組分的蒸餾塔，塔可以帶有分凝器或全凝器模型假定塔中摩爾溢流量和相對揮發(fā)度恒定，采用Edmister方法計算產(chǎn)品組成要求輸入：理論板數(shù)、加料板位置、回流比、餾出物對進(jìn)料比值(D/F)、冷凝器類型結(jié)果：D和W組成、再沸器和冷凝器熱負(fù)荷、塔頂、塔底和加料板溫度2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥125塔(Columns)——Distl簡捷精餾

(操作)Distl模型的連接示意：2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥126Distl——應(yīng)用示例（1）根據(jù)DSTWU示例（2）的結(jié)果，選取R=25、NT=61、NF=36，用Distl進(jìn)行核算。再選取NF=20進(jìn)行核算2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥127塔（Columns）——RadFrac

（嚴(yán)格法精餾）用于模擬所有類型的多級氣-液精餾操作的嚴(yán)格模型，這些操作包括一般精餾、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸餾等RadFrac既適用于常規(guī)的兩相和三相蒸餾體系，也可用于窄沸程和寬沸程體系及液相為非理想性的體系2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥128塔（Columns）——RadFrac

（嚴(yán)格法精餾）RadFrac模型連接示意：2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥129

嚴(yán)格法蒸餾單元操作模塊流程連接示意圖

2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥130RadFrac——模型設(shè)定RadFrac模型設(shè)定表：配置(Configuration)流股(Streams)壓力(Pressure)冷凝器(Condenser)再沸器(Reboiler)三相(3-Phase)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥131RadFrac——模型設(shè)定(配置)塔板數(shù)(NumbersofStages)冷凝器(Condenser)（選擇一項(xiàng)）全凝器(Total)部分冷凝-汽相餾出物(Partial-Vapor)部分冷凝-汽相和液相餾出物(Partial-Vapor-Liquid)無冷凝器(None)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥132RadFrac——模型設(shè)定(配置)再沸器(Reboiler)（選擇一項(xiàng)）釜式再沸器(Kettle)熱虹吸式再沸器(Thermosyphon)無再沸器(None)有效相態(tài)(ValidPhase)

（選擇一項(xiàng)）汽-液(Vapor-Liquid)汽-液-液(Vapor-Liquid-Liquid)汽-液-再沸器游離水(Vapor-Liquid-FreeWaterCondenser)汽-液-任意塔板游離水(Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStages)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥133RadFrac——模型設(shè)定(配置)收斂方案(Convergence)標(biāo)準(zhǔn)方法(Standard)石油/寬沸程(Petroleum/Wide-Boiling)強(qiáng)非理想液相(StronglyNon-idealLiquid)共沸體系(Azeotropic)深度冷凝體系(Cryogenic)用戶定義(Custom)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥134RadFrac——模型設(shè)定(配置)操作設(shè)定(OperationSpecifications)回流比(RefluxRatio)回流速率(RefluxRate)餾出物速率(DistillateRate)塔底物速率(BottomsRate)上升蒸汽速率(BoilupRate)上升蒸汽比(BoilupRatio)上升蒸汽/進(jìn)料比(BoiluptoFeedRatio)餾出物/進(jìn)料比(DistillatetoFeedRatio)冷凝器熱負(fù)荷(CondenserDuty)再沸器熱負(fù)荷(ReboilerDuty)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥135RadFrac——模型設(shè)定(流股)進(jìn)料流股（FeedStreams）指定每一股進(jìn)料的加料板位置Above-Stage:級間引入物流，液體流動到級n，氣體流動到級(n-1)On-Stage:進(jìn)料的液相和氣相部分都流動到規(guī)定的級上產(chǎn)品流股（ProductStreams）指定每一股側(cè)線產(chǎn)品的出料板位置及產(chǎn)量2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥136RadFrac——模型設(shè)定(壓力)塔內(nèi)壓力設(shè)定有三種方式(View)塔頂/塔底(Top/Bottom)指定塔頂壓力、冷凝器壓降和塔壓降壓力剖型(PressureProfile)指定每一塊塔板壓力塔段壓降(SectionPressureDrop)指定每一塔段的壓降2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥137RadFrac——模型設(shè)定(冷凝器)冷凝器指標(biāo)(CondenserSpecification)僅僅應(yīng)用于部分冷凝器。只需指定冷凝溫度(Temperature)和蒸汽分率(VaporFraction)兩個參數(shù)之一過冷態(tài)(Subcooling)過冷選項(xiàng)(Subcoolingoption)二選一：回流物和餾出物都過冷/僅僅回流物過冷。過冷指標(biāo)(Subcoolingspecification)二選一：過冷物溫度/過冷度2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥138RadFrac——模型設(shè)定(再沸器)熱虹吸再沸器需要進(jìn)行設(shè)定：指定再沸器流量

(Specifyreboilerflowrate)指定再沸器出口條件

(Specifyreboileroutletcondition)同時指定流量和出口條件

(Specifybothflowandoutletcondition)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥139RadFrac——結(jié)果查看結(jié)果簡匯(Blocks→ResultsSummary)給出塔頂(冷凝器)和塔底(再沸器)的溫度、熱負(fù)荷、流量、回流比和上升蒸汽比等參數(shù)，以及每一組份在各出塔物流中的分配比率分布剖形(Blocks→Profiles)給出塔內(nèi)各塔板上的溫度、壓力、熱負(fù)荷、相平衡參數(shù)，以及每一相態(tài)的流量、組成和物性據(jù)此可確定最佳加料板和側(cè)線出料板位置流股結(jié)果(Blocks→StreamResults)給出進(jìn)出的所有流股的工藝和物性參數(shù)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥140RadFrac——應(yīng)用示例（1）根據(jù)DSTWU示例(2)的結(jié)果，選取R=25、NT=61、NF=36，用RadFrac進(jìn)行核算。再選取最佳進(jìn)料板位置進(jìn)行核算2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥141RadFrac——設(shè)計指標(biāo)RadFrac模型帶有內(nèi)部的設(shè)計指標(biāo)功能，通過DesignSpecs和Vary兩組參數(shù)進(jìn)行設(shè)定可以設(shè)定多個指標(biāo)參數(shù)和多個變化參數(shù)，但要注意兩者間的依賴關(guān)系和自由度必須吻合，否則不能收斂DataBrowser→Blocks→DesignSpecDataBrowser→Blocks→Vary分別使用New，建立相應(yīng)的規(guī)定和變化參數(shù)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥142RadFrac——應(yīng)用示例(2)如將示例（1）的塔壓調(diào)到0.01MPa，全塔壓降0.005MPa，試求滿足分離要求所需的回流比和餾出物流量DataBrowser→Blocks→DesignSpec

使用New，建立兩個分離規(guī)定要求DataBrowser→Blocks→Vary

使用New，建立相應(yīng)的回流比和餾出物流量兩個變化參數(shù)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥143RadFrac——塔板效率RadFrac模型可以設(shè)定實(shí)際塔板的板效率(Efficiencies)用戶可選用蒸發(fā)效率(VaporizationEfficiencies)

或墨弗里效率(MurphreeEfficiencies)，并選擇指定單塊板的效率，單個組分的效率，或者塔段的效率2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥144RadFrac——應(yīng)用示例(3)如果示例（2）中的精餾段的墨弗里效率為0.45，提餾段的墨弗里效率為0.55，試求滿足分離要求所需的塔板數(shù)和加料板位置2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥145RadFrac——報告(Report)選項(xiàng)性質(zhì)選項(xiàng)(Propertyoptions)里的包括水力學(xué)參數(shù)(Includehydraulicparameters)選項(xiàng)剖形選項(xiàng)(Profileoptions)里包括哪些塔板(Stagestobeincludedinreport)也很有用DataBrowser→Blocks→Report→PropertyOptions,選中IncludehydraulicparametersDataBrowser→Blocks→Report→ProfileOptions,選擇合適的條件2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥146RadFrac——應(yīng)用示例(4)在示例（3）的基礎(chǔ)上選定性質(zhì)選項(xiàng)中的包括水力學(xué)參數(shù)，計算后查看結(jié)果結(jié)果查看：Blocks→Profile→TPFQ:塔板上溫度、壓力熱負(fù)荷、汽液流量（質(zhì)量、摩爾）Blocks→Profile→Composition:塔板上汽液組成（摩爾、質(zhì)量）Blocks→Profile→K-Values:塔板上K值Blocks→Profile→Hydraulics:塔板上汽液參數(shù)匯總2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥147RadFrac——塔板設(shè)計塔板設(shè)計(Traysizing)計算給定板間距下的塔徑，共有五種塔板供選用：泡罩塔板(BubbleCap)篩板(Sieve)浮閥塔板(GlistchBallast)彈性浮閥塔板(KochFlexitray)條形浮閥塔板(NutterFloatValve)2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥148RadFrac——塔板核算塔板核算（Trayrating）計算給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的塔板的負(fù)荷情況，可供選用的塔板類型與“塔板設(shè)計”中相同?！八逶O(shè)計”與“塔板核算”配合使用，可以完成塔板選型和工藝參數(shù)設(shè)計。2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥149RadFrac——應(yīng)用示例(5)在示例（4）的基礎(chǔ)上進(jìn)行塔板設(shè)計和塔板核算，分別選用浮閥塔板和彈性浮閥塔板計算后對比結(jié)果2025/1/3浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院劉華彥150RadFrac——填料設(shè)計填料設(shè)計(Packsizing)計算選用某種填料時的塔徑，共有40種填料供選用5種典型的散堆填料：拉西環(huán)（RASCHIG）鮑爾環(huán)（PALL）階梯環(huán)（CMR）矩鞍環(huán)（INTX）超級環(huán)（SUPERRING）5種典型的規(guī)整填料：帶孔板波填料（MELLAPAK）帶孔網(wǎng)波填料（CY）帶縫板波填料（RALU