aspen单元模块

1、Aspen PlusAspen Plus中各类主要单元中各类主要单元模块介绍模块介绍主要模块类型nPressure Changers（流体输送设备）nHeat Exchangers（换热器）nColumns（塔）nReactors（反应器）nMixers/Splitters（汇合/分支节点）nSeparators（分离器）nSolids（固体分离设备） 10( )NPSHRHsm其中：其中：Hs 为允许吸上真空度为允许吸上真空度1.3NPSHANPSHRAmerican Society of Mechanical Engineers)Gas Processors Suppliers Assoc

2、iation美国机械师协会(复杂，准确）气体处理工艺商协会(简单，不准确）标准等熵模型（热力学简化标准等熵模型（热力学简化)ASME修正的等熵模型修正的等熵模型GPSA修正的等熵模型修正的等熵模型ASME修正的多变模型修正的多变模型GPSA修正的多变模型修正的多变模型分片积分多变模型分片积分多变模型正排量模型正排量模型正排量模型用分片积分计算正排量模型用分片积分计算多变多变inoutinsshhhhoutinsoutinoutshhhh多方系数kcckkvpp11轴功对气体作功m对气体作功轴功m 一压缩机将压强为一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气（的空气（air)加压到加压到 3.3 b

3、ar，空气的温度为，空气的温度为 25 C，流量为，流量为 1000 m3/h。压缩。压缩机的多变效率为机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为，驱动机构的机械效率为 0.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？的出口温度和体积流量各是多少？用户子程序计算用户子程序计算 输入节点坐标输入长度及角度与周围环境进行能量计算指定温度配置文件每一步进行闪蒸从属性点插入使用入口物流使用出口物流计算环境压力计算内部压力内部（环境）压力温度内端点外端点管段编号二、二、ASPEN PLUSASPEN PLUS的主要换

4、热器模型的主要换热器模型 模型模型说明说明目的目的用于用于Heater加热器或冷却器加热器或冷却器确定出口物流的热和确定出口物流的热和相态条件相态条件加热器、冷却器、冷加热器、冷却器、冷凝器等凝器等HeatX两股物流的换热两股物流的换热器器在两个物流之间换热在两个物流之间换热两股物流的换热器。两股物流的换热器。当知道几何尺寸时，当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器核算管壳式换热器MHeatX多股物流的换热多股物流的换热器器在多股物流之间换热在多股物流之间换热多股热流和冷流换热多股热流和冷流换热器，两股物流的换热器，两股物流的换热器，器，LNG换热器换热器Heater Heater 模型参数模型参

5、数51525354两股物流的换热器两股物流的换热器HeatXHeatX功能：功能：在两个物流之间换热在两个物流之间换热用途：用途：当知道几何尺寸时，核算管当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器壳式换热器55565758管子的几何尺寸管子的几何尺寸 n计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸，计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸，HeatX模型也用这个信息从膜系数来计算传热模型也用这个信息从膜系数来计算传热系数，在系数，在Geometry Tubes（管子的几何尺寸（管子的几何尺寸）页上输入管子的几何尺寸。）页上输入管子的几何尺寸。n对裸管换热器或低翅片管换热器对裸管换热器或低翅片管换热器 管子总数

6、管子总数 管子长度管子长度 管子直径管子直径 管子的排列管子的排列 管子的材质管子的材质 5960616263646566676869707172 用用1200 kg/hr饱和水蒸汽饱和水蒸汽 (0.3 MPa)加热加热2000 kg/hr 甲醇甲醇 (20 、0.3 MPa)。离开。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28 MPa、过、过冷度为冷度为2 。换热器传热系数根据相态选。换热器传热系数根据相态选择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。面积。7374757677787980818283848586878889909192939

7、49596979899100101102四、反应器（Reactors)1.生成能力类反应器生成能力类反应器化学计量反应器化学计量反应器 (RStoic)产率反应器产率反应器 (RYield)2.平衡类反应器平衡类反应器平衡反应器平衡反应器 (REquil)吉布斯反应器吉布斯反应器 (RGibbs)3.动力学类反应器动力学类反应器全混流反应器全混流反应器 (RCSTR)平推流反应器平推流反应器 (RPlug)间歇式反应器间歇式反应器 (Rbatch)103（一）生产能力类反应器（一）生产能力类反应器RstoicRstoic 化学计量反应化学计量反应器器性质：按照化学反应方程式中的计量关按照化学反

8、应方程式中的计量关系进行反应，有并行反应和串联系进行反应，有并行反应和串联反应两种方式，分别指定每一反反应两种方式，分别指定每一反应的转化率或产量。应的转化率或产量。用途：已知化学反应方程式和每一反应已知化学反应方程式和每一反应的转化率，不知化学动力学关系。的转化率，不知化学动力学关系。104RstoicRstoic 化学计量反应器化学计量反应器 模型参数105RStoic计算示例计算示例7序号序号反应反应转化率转化率11-Butene Isobutylene0.3624 (1-Butene) Propylene(丙二醇丙二醇) + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene(辛

9、烯辛烯)0.043Cis-2-Butene Isobutylene0.3644 (Cis-2-Butene) Propylene + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene0.045Trans-2-Butene Isobutylene0.3664 (Trans-2-Butene) Propylene + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene0.04丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包含丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包含1-1-丁烯、正丁烷、丁烯、正丁烷、顺顺-2-2-丁烯、反丁烯、反-2-2-丁烯和异丁烯，发生的反应如下所示：丁烯和异丁烯，发生的反应如

10、下所示： 106进料流股的温度为进料流股的温度为1616，压力为，压力为1.9 1.9 atmatm，进料组成如下表所示：，进料组成如下表所示：组分组分流量（流量（kg/hr）正丁烷正丁烷（n-Butane）350001-丁烯丁烯（1-Butene）10000顺顺-2-丁烯丁烯（Cis-2-Butene）4500反反-2-丁烯丁烯（Trans-2-Butane）6800异丁烯异丁烯（Isobutene）1450热力学模型选择热力学模型选择RK-SoaveRK-Soave。反应器操作条件：反应器操作条件：温度为温度为400400，压力为，压力为1.9 1.9 atmatm。请采用请采用RStoi

11、cRStoic模型确定反应物料的组成、由模型确定反应物料的组成、由1-1-丁烯转化为异丁烯转化为异丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。 107（一）生产能力类反应器（一）生产能力类反应器RyieldRyield产率反应器产率反应器108性质：根据每一种产与输入物流间的产率关系进行反应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡。用途：只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化学计量关系。产率指的是某种生成物的实际产量与理论产量的比值！RYield 模块有五组模型参数：1、模型设定 (Specifications)2、产率 (Yield)3、闪蒸选项 (Flash

12、Options)4、粒度分布 (PSD)5、组分属性 (Component Attr.)109RYield 产率110（二）热力学平衡类反应器（二）热力学平衡类反应器根据热力学平衡条件计算反应结果，根据热力学平衡条件计算反应结果，不考虑动力学可行性。不考虑动力学可行性。111REquilREquil 平衡反应器平衡反应器性质：根据化学反应方程式进行反应，根据化学反应方程式进行反应，按照化学平衡关系式达到化学平按照化学平衡关系式达到化学平衡，并同时达到相平衡。衡，并同时达到相平衡。用途：已知反应历程和平衡反应的反应已知反应历程和平衡反应的反应方程式，不考虑动力学可行性，方程式，不考虑动力学可行性

13、，计算同时达到化学平衡和相平衡计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。的结果。112 RGibbsRGibbs吉布斯反应器性质：性质：根据系统的根据系统的GibbsGibbs自由能趋于最自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学小值的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成和相平衡和相平衡时的系统组成和相分布。分布。用途：已知（或未知）化学反应式，不已知（或未知）化学反应式，不知道反应历程和动力学可行性，知道反应历程和动力学可行性，估算可能达到的化学平衡和相平估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。衡结果。113（三）化学动力学类反应器（三）化学动力学类反应器转化率和平衡反应器模型在过程设计的转化

14、率和平衡反应器模型在过程设计的初期进行物料和能量衡算研究时是有用初期进行物料和能量衡算研究时是有用的。但是，最终反应器系统必须确定结的。但是，最终反应器系统必须确定结构和大小，在实验室研究获得化学动力构和大小，在实验室研究获得化学动力学的相关数据的基础上即可进行反应器学的相关数据的基础上即可进行反应器结构和大小的设计。结构和大小的设计。1141 1、全混釜反应器、全混釜反应器 Continuous Stirred Tank ReactorContinuous Stirred Tank Reactor2 2、平推流反应器、平推流反应器Plug Flow ReactorPlug Flow Reac

15、tor3 3、间歇釜反应器、间歇釜反应器Batch ReactorBatch Reactor根据化学动力学计算反应结果根据化学动力学计算反应结果115CSTR 全混釜反应器n最简单的动力学反应器模型是最简单的动力学反应器模型是CSTRCSTR（连（连续搅拌釜式反应器），在该模型中反应续搅拌釜式反应器），在该模型中反应器内物料假定为理想混合。于是，假定器内物料假定为理想混合。于是，假定整个反应器体积的组成和温度是均匀的，整个反应器体积的组成和温度是均匀的，并等于反应器出口物流的组成和温度。并等于反应器出口物流的组成和温度。116CSTReactor全混釜反应器性质：性质：釜内达到理想混合。可模拟

16、单相、釜内达到理想混合。可模拟单相、两相的体系。可同时处理动力学两相的体系。可同时处理动力学控制和平衡控制两类反应。控制和平衡控制两类反应。用途：用途：已知化学反应式、动力学方程和已知化学反应式、动力学方程和平衡关系，计算所需的反应器体平衡关系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负积和反应时间，以及反应器热负荷。荷。CSTR 全混釜反应器117RCSTR模块有两组模型参数：模块有两组模型参数：1、操作条件操作条件 (Operation Conditions) 1) 压力压力 (Pressure) 2) 温度温度/热负荷热负荷(Temperature/Heat Duty)2、持料状态持

17、料状态 (Holdup) 1) 有效相态有效相态 (Valid Phases) 2) 设定方式设定方式 (Specification Type)118CSTR 示例8甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：反应速率方程式如右：反应速率方程式如右：式中：式中：(D)(C)(B)(A)O6HNCHHCHO64NH24623hmkmolCkCrBAA32/hkmolmRTkmolJk267/)/(1057. 2exp1420119示例8(续) 120RPlug 平推流反应器在在PFRPFR反应器中如活塞流动的流体的组成反应器中如活塞流动的流体的组成沿反应器长度逐渐

18、变化，但不存在径向沿反应器长度逐渐变化，但不存在径向组成或浓度梯度。而且，径向的质量和组成或浓度梯度。而且，径向的质量和热量传递可忽略热量传递可忽略PFRPFR内的流体完全不混合，所有流体微元内的流体完全不混合，所有流体微元在反应器中具有相同的停留时间在反应器中具有相同的停留时间 121RPlug 平推流反应器性质：性质：反应器内完全没有返混。可模拟反应器内完全没有返混。可模拟换热夹套。换热夹套。用途：用途：已知化学反应式和动力学方程，已知化学反应式和动力学方程，计算所能达到的转化率，或所需计算所能达到的转化率，或所需的反应器体积，以及反应器热负的反应器体积，以及反应器热负荷。荷。122模块有

19、四组模型参数：模块有四组模型参数：1231、指定温度的反应器、指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操作温度：，有三种方式设定操作温度：1) 进料温度下的恒温进料温度下的恒温 (Constant at inlet temperature)2) 指定反应器温度指定反应器温度 (Constant at specified reactor temperature)3) 温度剖形温度剖形 (Temperature Profile)，指定沿反应器，指定沿反应器长度的温度分布长度的温度分布1242、绝热反应器、绝热反应器 只需在反应器类型下拉框中选择只需在反应器类型下拉框中选择Adiabatic Reactor即可。即可。1251263、恒定冷却剂温度的反应器、恒定冷却剂温度的反应器 在反应器类型下拉框中选择在反应器类型下拉框中选择(Reactor with constant coolant temperature) ；在操作条件栏；在操作条件栏中设定传热系数中设定传热系数(U coolant-process stream)和冷和冷却剂温度却剂温度(Coolant temperature)。 (Reactor with