第4章Aspen简单单元模拟

1、第第4章章 简单单元模拟简单单元模拟目录目录4.1 混合器/分流器4.1.1 混合器 Mixer4.1.2 分流器 FSplit4.2 两种调节器4.2.1 物流倍增器 Mult4.2.2 物流复制器 Dupl4.3 简单分离器4.3.1 两相闪蒸器 Flash24.3.2 三相闪蒸器 Flash34.3.3 液-液分相器 Decanter4.3.4 组分分离器 Sep4.3.5 两出口组分分离器 Sep24.1 混合器混合器/分流器分流器模块模块说说明明功能功能适用对象适用对象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、增加热流或增加功流的操作增加热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、排气阀分流器、排气阀4.1.1 混合器混合器 Mixern混合器混合器Mixer的输入物流可以为的输入物流可以为任意数量任意数量，通过一次简单的通过一次简单的物料平衡物料平衡混合为混合为一股物流一股物流。n混合器混合器Mixer的输入物流也可以是的输入物流也可以是热流热流和和功功流流。n混合器混合器Mixer有多种图标可选用。有多种图标可选用。4.1.1 混合器混合器 Mixern对于相应的对于相应的热流热流和和功流功流可以分别从模型可以分别

3、从模型库中选择库中选择HEAT（Q）和和WORK（W）Mixer图标。图标。n单一的混合器单一的混合器Mixer不能同时混合物流、不能同时混合物流、热流、功流。热流、功流。4.1.1 混合器混合器 MixerMixer计算时需要指定计算时需要指定4.1.1 混合器混合器 Mixer出口物流的压力（或出口物流的压力（或模块压降）模块压降）出口物流的有效相态出口物流的有效相态如果不指定压力或压降，模块将自动默认进如果不指定压力或压降，模块将自动默认进料的最低压力为出口物流的压力。料的最低压力为出口物流的压力。 例例4.1.1 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、将下表中的三股物流混合，求混

4、合后的产品温度、压力及各组分流率，物性方法选用压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA。4.1.1 混合器混合器 Mixer物流物流组分组分流率流率kmol/hr温度温度压力压力MPa气相分率气相分率进料进料（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进料进料（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进料进料（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可以将已知状态（如温度、压可以将已知状态（如温度、压力、流率、组成等）的力、流率、组成等）的一股或几股物流一股或几股物流混合混合后分割成后分割成相同状态相同状态的的任意股出口物流任意股出口物流。n所有出口物流具有与混合后的入口物流相同所有出口物流具有与混合后的入口物流相同的组成和条件的组成和条件。n分流器分流器FSplit有多种图标可选用。有多种图标可选用。4.1.2 分流器分流器 FSplit4.1.2 分流器分流器 FSplitn对应的对应的热流热流和和功流功流可以分别从模型库中选择可以分别从模型库中选择HEAT（Q）和和WORK（W）FSpl

6、it图标。图标。n分流器分流器FSplit不能把一个流股分成不同类型不能把一个流股分成不同类型的流股，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可以通过指定可以通过指定产品分率产品分率（Split Fraction，产品流率与进料总流率的比值）、，产品流率与进料总流率的比值）、质量质量流率流率、摩尔流率摩尔流率、体积流率体积流率或或组分流率组分流率（需要指定关键组分需要指定关键组分Key components）来）来确定出口产品的参数。确定出口产品的参数。4.1.2 分流器分流器

7、FSplit4.1.2 分流器分流器 FSplitFSplit计算时需要指定计算时需要指定出口物流的压力（或出口物流的压力（或模块压降）模块压降）出口物流的有效相态出口物流的有效相态如果不指定压力或压降，模块将自动默认进如果不指定压力或压降，模块将自动默认进料的最低压力为出口物流的压力。料的最低压力为出口物流的压力。 4.1.2 分流器分流器 FSplit例例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品将三股进料通过分流器分成三股产品PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料，进料物流依然选用例物流依然选用例4.1.1的三股进料，物性方法选用的三股进料，物性方法选用CHAO-S

8、EA。要求：物流要求：物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的的摩尔流率为进料的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 两种调节器两种调节器n物流倍增器物流倍增器Mult与物流复制器与物流复制器Dupl设置在设置在模块库模块库Manipulators下下。模块模块说明说明功能功能Mult物流倍增器物流倍增器将物流按比例放大或缩小将物流按比例放大或缩小Dupl物流复制器物流复制器将物流复制成任意数量的出口物流将物流复制成任意数量的出口物流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通过指定通过指定缩放因子缩放因子将一股进口物将一股进口物流的所有与流率相关的参数按照一定比例缩放而不流的所有与流率相关的参数按照一定比例缩放而不改变其状态参数。改变其状态参数。l主要模块参数为主要模块参数为缩放因子缩放因子（Multiplication factor）。）。4.2.2 物流复制器物流复制器Dupln物流复制器物流复制器Dupl用于将用于将一股输入物流一股输入物流复制为复制为多股多股完全相同的输出物流完全相同的输出物流。n在同一股进料下，物流复制器在同一股进料下，物流复制器Dupl可复制物流和可复制物流和能流，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 物流复制器物流复制器Dupl4.3 简单分离器简单分离器模块模块说明说明功能功能适用对象适用对象Flash2两相闪蒸两相闪蒸器器用严格汽用严格汽-液平衡或汽液平衡或汽-液液-液液平衡，把进料分成两股出口平衡，把进料分成两股出口物流物流闪蒸器、蒸发器、分液罐闪蒸器、蒸发器、分液罐Flash3三相闪蒸三相闪蒸器器用严格汽用严格汽-液液-液平衡，把进液平衡，把进料分成三股出口物流料分成三股出口物流分相器、有两个液相的单级分相器、有两个液相的单级分离器分离器Decanter液液 - 液 分液 分相器相器把进料分成两股液相出口物把进料分成两股液相出口物流流分相器、有两个液相

11、而无气分相器、有两个液相而无气相的单级分离器相的单级分离器Sep组分分离组分分离器器根据规定的组分流率或分率，根据规定的组分流率或分率，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组分分离操作，不考虑分离组分分离操作，不考虑分离过程，例如蒸馏和吸收过程，例如蒸馏和吸收Sep2两出口组两出口组分分离器分分离器根据规定的流率、分率或纯根据规定的流率、分率或纯度，把入口物流分成两股出度，把入口物流分成两股出口物流口物流组分分离操作，不考虑分离组分分离操作，不考虑分离过程，例如蒸馏和吸收过程，例如蒸馏和吸收4.3.1 两相闪蒸器两相闪蒸器Flash24.3.1两相闪蒸器两相闪蒸器Flash2n

12、Flash2 模块的连接图如下：模块的连接图如下： nFlash2 模块的模型参数有：模块的模型参数有：1.闪蒸设定闪蒸设定 ( Flash Specifications)2.有效相态有效相态 ( Valid Phase)3.液沫夹带液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)4.3.1两相闪蒸器两相闪蒸器Flash21.闪蒸设定闪蒸设定 ( Flash Specifications)需要规定需要规定温度、压力、气相分率、热负荷温度、压力、气相分率、热负荷这四个参这四个参数中的任意两个数中的任意两个。4.3.1两相闪蒸器两相闪蒸器Flash22.有效相态

13、有效相态 ( Valid Phase)4.3.1两相闪蒸器两相闪蒸器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-游离水相游离水相(Vapor-Liquid-Free Water)l汽汽-液液-污水相污水相 (Vapor-Liquid-Dirty Water)3.液沫夹带液沫夹带( Liquid Entrainment in Vapor Stream)液相被带入汽相中的分率。液相被带入汽相中的分率。4.3.1两相闪蒸器两相闪蒸器Flash2例例4.3.1 进料物流进入第一个闪蒸器进料物流进入第一个闪蒸器FL

14、ASH1分离为汽液两分离为汽液两相，液相再进入第二个闪蒸器相，液相再进入第二个闪蒸器FLASH2进行闪蒸分离。已知进行闪蒸分离。已知进料温度为进料温度为100，压力为，压力为3.8MPa，进料中氢气、甲烷、，进料中氢气、甲烷、苯、甲苯的流率分别为苯、甲苯的流率分别为185kmol/hr、45kmol/hr、45kmol/hr、5kmol/hr。闪蒸器。闪蒸器FLASH1温度为温度为100，压降为压降为0，闪蒸器，闪蒸器FLASH2绝热，压力为绝热，压力为0.1MPa，物性方法，物性方法选用选用PENG-ROB。求闪蒸器求闪蒸器FLASH2的温度。的温度。4.3.1两相闪蒸器两相闪蒸器Flash

15、24.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash3n三相闪蒸器三相闪蒸器Flash3可进行给定热力学条件下可进行给定热力学条件下的的汽汽-液液-液液平衡计算，平衡计算，n出口产品为出口产品为一股气相一股气相和和两股液相两股液相。4.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash34.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash3nFlash3 模块的连接图如下：模块的连接图如下： nFlash3 模块的模型参数有：模块的模型参数有：1.闪蒸设定闪蒸设定 ( Flash Specifications)2.关键组分关键组分 ( Key Component)3.液沫夹带液沫夹带 ( Liquid Entrainmen

16、t in Vapor Stream)4.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash31.闪蒸设定闪蒸设定 ( Flash Specifications)需要规定需要规定温度、压力、气相分率、热负荷温度、压力、气相分率、热负荷这四个参这四个参数中的任意两个数中的任意两个。4.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash32.关键组分关键组分 ( Key Component)指定关键组分后，含指定关键组分后，含关键组分多关键组分多的液相作为第二液的液相作为第二液相，否则默认相，否则默认密度大密度大的液相作为第二液相。的液相作为第二液相。4.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash33.液沫夹带液沫夹带( Li

17、quid Entrainment in Vapor Stream)需要分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。需要分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。4.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash34.3.2 三相闪蒸器三相闪蒸器Flash3例例4.3.2 两股进料进入三相闪蒸器两股进料进入三相闪蒸器Flash3进行一次闪蒸进行一次闪蒸。进料。进料FEED1中乙醇、甲苯的流率分别为中乙醇、甲苯的流率分别为5kmol/hr、25kmol/hr，进料，进料FEED2中水的流率为中水的流率为20kmol/hr，两股进料的温度均为两股进料的温度均为25，压力均为，压力均为0.1MPa，闪蒸器，闪蒸器温度为

18、温度为80，压力为，压力为0.1MPa，物性方法选用，物性方法选用UNIQUAC。求产品中各组分的流率是多少？求产品中各组分的流率是多少？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可进行给定热力学条可进行给定热力学条件下的液件下的液-液平衡或液液平衡或液-自由水平衡计算，出自由水平衡计算，出口产品为口产品为两股液相两股液相。4.3.3 液液-液分相器液分相器DecanternDecanter 模块的连接图如下：模块的连接图如下： 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、 模块的模型参数有：模块的模型参数有：1.液液-液分相器设定液分相器设定(Decanter Specifications)2.关键组分关键组分(Key Component)3. 分离效率分离效率(Separation Efficiencies)4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter1.液液-液分相器设定液分相器设定(Decanter Specifications)需要规定需要规定压力压力，以及以及温度温度、热负荷热负荷的其中一个。的其中一个。4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter2.关键组分关键组分(Key Component)指定关键组分后，含指定关键组分后，含关键组

20、分多关键组分多的液相作为第二液的液相作为第二液相，否则默认相，否则默认密度大密度大的液相作为第二液相的液相作为第二液相4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter3. 分离效率分离效率 (Separation Efficiencies)分离效率代表分离效率代表相组成偏离平衡组成的程度相组成偏离平衡组成的程度。lx1,i和和x2,i第一和第二液相中组分第一和第二液相中组分i的摩尔分数的摩尔分数；lKi组分组分i的平衡常数的平衡常数；lEi组分组分i的分离效率的分离效率。,2 iii1 ixE K x4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter当不指定分离效率时，软件默认其值为当不指定

21、分离效率时，软件默认其值为1。4.3.3 液液-液分相器液分相器Decanter例例4.3.3 两股进料进入液两股进料进入液-液分相器液分相器Decanter进进行液行液-液分离。液分离。进料采用例进料采用例4.3.2中的进料，液中的进料，液-液分相器温度为液分相器温度为25，压力为，压力为0.1MPa，乙醇的分离效率为，乙醇的分离效率为0.9。4.3.4 组分分离器组分分离器Sepn组分分离器组分分离器Sep可将可将任意股任意股入口物流，按照入口物流，按照每个组分的分离规定分成每个组分的分离规定分成两股或多股两股或多股出口物出口物流。流。n当未知分离过程，但已知每个组分的分离结当未知分离过程

22、，但已知每个组分的分离结果时，可以用组分分离器果时，可以用组分分离器Sep代替严格分离代替严格分离模块模块以节省计算时间。以节省计算时间。4.3.4 组分分离器组分分离器Sep4.3.4 组分分离器组分分离器SepnSep 模块的连接图如下：模块的连接图如下： 4.3.4 组分分离器组分分离器SepnSep 模块的模型参数有模块的模型参数有 ：1. 设定设定(Specifications)2. 进料闪蒸进料闪蒸(Feed Flash)3. 出料闪蒸出料闪蒸(Outlet Flash)4.3.4 组分分离器组分分离器Sep1. 设定设定(Specifications)指定每个组分在各输出物流中的

23、分率（指定每个组分在各输出物流中的分率（Split fraction，组分由进料进入到产品中的分数）或者，组分由进料进入到产品中的分数）或者流率。流率。4.3.4 组分分离器组分分离器Sep2. 进料闪蒸进料闪蒸(Feed Flash)指定入口物流混合后的指定入口物流混合后的闪蒸压力闪蒸压力和和有效相态有效相态。4.3.4 组分分离器组分分离器Sep3. 出料闪蒸出料闪蒸(Outlet Flash)可以在该可以在该页面直接设置每一股输出物流的闪蒸压力、温度页面直接设置每一股输出物流的闪蒸压力、温度、气相分率和有效相态。、气相分率和有效相态。4.3.4 组分分离器组分分离器Sep例例4.3.4

24、采用组分分离器采用组分分离器Sep将一股温度为将一股温度为70，压力为，压力为0.1MPa的进料物流分离成两股产品，进的进料物流分离成两股产品，进料中甲醇、水、乙醇的流率分别为料中甲醇、水、乙醇的流率分别为50kmol/hr、100kmol/hr、150kmol/hr，要求塔顶产品流率，要求塔顶产品流率为为50kmol/hr，甲醇的摩尔分数为，甲醇的摩尔分数为0.95，乙醇的，乙醇的摩尔分数为摩尔分数为0.04，物性方法采用，物性方法采用UNIQUAC。求塔底产品的流率与组成。求塔底产品的流率与组成。4.3.5 两出口组分分离器两出口组分分离器Sep2n两出口组分分离器两出口组分分离器Sep2可以有可以有一股或多股一股或多股输入物流，但只能有输入物流，但只能有两股两股输出物流