化工设计-10 分离设备 闪蒸

1、化工(hugng)设计 任课教师：张宇精品资料第七章第七章 分离设备分离设备(shbi)(shbi)工工艺设计艺设计精品资料 Aspen Plus 中分离过程中分离过程(guchng)模型包含两大模型包含两大类别：类别：简单分离单元模型简单分离单元模型 Separators塔设备塔设备(shbi)单元模型单元模型 Columns精品资料简单分离单元模型包含简单分离单元模型包含(bohn)五个模块：五个模块：两相闪蒸器两相闪蒸器 Flash2三相三相(sn xin)闪蒸器闪蒸器 Flash3倾析器倾析器 Decanter组份分离器组份分离器 Sep两出口组份分离两出口组份分离器器 Sep2精品资

2、料 简单简单(jindn)分离单元模分离单元模型型精品资料 Flash2 两相闪蒸器两相闪蒸器 Flash2模块执行给定模块执行给定(i dn)热力学条件下热力学条件下的汽的汽-液平衡或汽液平衡或汽-液液-液平衡计算，输出一股液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、气液分离器等。发器、气液分离器等。精品资料精品资料Flash2 连接连接(linji)Flash2 模块模块(m kui)的连接图如下：的连接图如下： 精品资料Flash2 模型模型(mxng)参数参数Flash2 模块模块(m kui)的模型参数有的模型参数有 3 组：

3、组： 1、闪蒸设定、闪蒸设定 (Flash Specifications)(1) 温度温度 (Temperature)(2) 压力压力 (Pressure)(3) 蒸气分率蒸气分率 (Vapor Fraction)(4) 热负荷热负荷 (Heat Duty) 从以上从以上 4 个参数中选定个参数中选定 2 个。个。精品资料精品资料2、有效相态、有效相态 (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-游离水相游离水相 (Vapor-Liquid-Free Water) 从以上从

4、以上 3个参数个参数(cnsh)中选定中选定 1 个。个。Flash2 模块的模型模块的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组： 精品资料精品资料3、液沫夹带、液沫夹带(jidi) (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。Flash2 模块的模型模块的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组： 精品资料精品资料Flash2 应用应用(yngyng)示例示例(1) 流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.11 MPa、含乙醇、含乙醇70%w、水、水30%w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分的饱和蒸汽在蒸汽冷

5、凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽冷凝，冷凝物流的汽/液比液比(摩尔摩尔)=1/3。求离开。求离开(l ki)冷凝器的汽、液两相的温度和组成。冷凝器的汽、液两相的温度和组成。精品资料Flash2 应用应用(yngyng)示例示例(2) 流量流量(liling)为为1000 kg/hr、压力为、压力为0.5 MPa 温度温度为为120、含乙醇、含乙醇 70%w、水、水30 %w的物料绝热闪蒸的物料绝热闪蒸到到0.15 MPa。求离开闪蒸器的汽、液两相的温度、流。求离开闪蒸器的汽、液两相的温度、流量量(liling)和组成。和组成。精品资料Flash2 应用应用(yngyng)示例示例(3) 流量为流量

6、为1000 kg/hr、压力为、压力为0.2 MPa 温度温度20、含丙酮、含丙酮30%w、水、水70%w的物料进行部分的物料进行部分蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为90%时的蒸发器时的蒸发器温度和热负荷以及温度和热负荷以及(yj)汽、液两相的流量和组汽、液两相的流量和组成。成。精品资料灵敏度分析灵敏度分析(fnx) Sensitivity在进行过程设计和分析时，常常需要了解某些在进行过程设计和分析时，常常需要了解某些(mu xi)过程变量受其它过程变量影响的敏感程过程变量受其它过程变量影响的敏感程度，度，ASPTEN Plus为此提供了一个非常有用的分为此提供了一个非

7、常有用的分析工具：模型分析工具析工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下的下的灵敏度灵敏度(Sensitivity)对象。对象。精品资料精品资料创建灵敏度对象时，按以下步骤操作：创建灵敏度对象时，按以下步骤操作： 1、从数据浏览器右侧、从数据浏览器右侧(yu c)的对象管理器的对象管理器(Object Manager)中点击新建中点击新建(New)按钮；按钮； 2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(ID)；精品资料步骤步骤(bzhu)1和步骤和步骤(bzhu)2：精品资料3、在定义、在定义(Define)表单中点击新建表单中点击

8、新建(New)按钮，按钮，创建灵敏度对象创建灵敏度对象(duxing)所需的变量；所需的变量；4、在弹出对话框中输入新变量的变量名、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable name)；精品资料步骤步骤(bzhu)3和步骤和步骤(bzhu)4：精品资料5、在变量定义、在变量定义(Variable Definition)对话框中的下对话框中的下拉 式 选 择 框 中 选 择 变 量 的 类 别拉 式 选 择 框 中 选 择 变 量 的 类 别(libi)(Category)、类型、类型(Type)、流股、流股(Stream)或 模 块或 模 块 (Block)代 号 ， 并 指 定 具

9、 体 变 量代 号 ， 并 指 定 具 体 变 量(Variable)。精品资料步骤步骤(bzhu)5：精品资料可以可以(ky)定义多个分析所需的变量，如下图所示：定义多个分析所需的变量，如下图所示：精品资料步骤步骤6：在变化：在变化(Vary)表单中输入调节变量表单中输入调节变量(Manupulated variable)的类型、名的类型、名称和具体称和具体(jt)变量变量(variable),并指定并指定体调节上、下限体调节上、下限(Upper/Lower limits) 和增量和增量(Incr)。精品资料步骤步骤(bzhu)6：精品资料步骤步骤7：在列表：在列表(Tabulate)表单中

10、输入表单中输入(shr)需需要 进 行 灵 敏 度 分 析 的 列 表 变 量要 进 行 灵 敏 度 分 析 的 列 表 变 量(Tabulated variable)或组合变量的表或组合变量的表达式达式(Expression)，以及列表时的列序，以及列表时的列序号号(Column No.)。精品资料步骤步骤(bzhu)7：精品资料步骤步骤8：结果查看：结果查看 从左侧索引栏中选择灵敏度对象下的结果从左侧索引栏中选择灵敏度对象下的结果(Results)项目，右侧的汇总项目，右侧的汇总(Summary)表单中按表单中按照指定的列序号列表给出调节变量照指定的列序号列表给出调节变量(binling)

11、和列表变量和列表变量(binling)的对应值。的对应值。精品资料步骤步骤(bzhu)8：精品资料 变量变量(binling)关系图关系图Plot 在查看和分析灵敏度分析的列表数据时，用图形在查看和分析灵敏度分析的列表数据时，用图形描述的函数关系曲线常常能让我们更直观和全面地了描述的函数关系曲线常常能让我们更直观和全面地了解过程变量间的依赖趋势解过程变量间的依赖趋势(qsh)，ASPTEN Plus为此为此提供了绘图提供了绘图(Plot)功能，可以将列表数据中的任意两功能，可以将列表数据中的任意两列绘制成列绘制成XY曲线图。曲线图。精品资料步骤步骤(bzhu)1：选择横坐标变量：选择横坐标变量

12、 在列表数据中选中一列，从窗口菜单在列表数据中选中一列，从窗口菜单Plot项项的下拉框里选择的下拉框里选择X轴变量轴变量(X-Axis Variable)；精品资料精品资料步骤步骤2：选择纵坐标变量：选择纵坐标变量 再选中列表再选中列表(li bio)数据的另一列，从窗口菜数据的另一列，从窗口菜单单Plot项的下拉框里选择项的下拉框里选择Y轴变量轴变量(Y-Axis Variable)；精品资料精品资料步骤步骤3：绘制曲线：绘制曲线 然后点击然后点击(din j)窗口菜单窗口菜单Plot项的下拉框项的下拉框里的显示绘图里的显示绘图(Display Plot), 即可得到曲线图。即可得到曲线图。

13、精品资料精品资料精品资料Flash2 应用应用(yngyng)示例示例(4) 流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.2 MPa温度为温度为20、含丙酮、含丙酮 30%w、水、水 70%w的物料进行部分的物料进行部分蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷(fh)为为250 kW。分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率的分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率的影响。影响。精品资料 Flash3 三相三相(sn xin)闪闪蒸器蒸器 Flash3 模块执行模块执行(zhxng)给定热力学条件下的给定热力学条件下的汽汽-液液-液平衡计算，输出一股汽相和两股液相产物。液平衡计

14、算，输出一股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液用于模拟闪蒸器、蒸发器、液-液分离器、汽液分离器、汽-液液-液分液分离器等。离器等。精品资料精品资料Flash3 连接连接(linji)Flash3 的连接的连接(linji)图如下：图如下： 精品资料Flash3 模型模型(mxng)参数参数Flash3 的模型的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组：1、闪蒸设定、闪蒸设定 ( Flash Specifications)(1) 温度温度(Temperature)(2) 压力压力 (Pressure)(3) 蒸汽分率蒸汽分率(Vapor Fraction)(4) 热负荷热负荷(Hea

15、t Duty) 从以上从以上 4 个参数中选定个参数中选定 2 个。个。精品资料精品资料2、关键组份、关键组份 ( Key Component) 指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大的指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大的液相作为第二液相作为第二(d r)液相。液相。 如未指定关键组份，则密度大的液相作为第如未指定关键组份，则密度大的液相作为第二二(d r)液相。液相。Flash3 的模型的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组：精品资料精品资料3、液沫夹带、液沫夹带 (Liquid Entrainment in Vapor Stream) 分别设定分别设定(sh dn)两个液相被夹带入汽相

16、中两个液相被夹带入汽相中的分率。的分率。Flash3 的模型的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组：精品资料精品资料Flash3 应用应用(yngyng)示例示例(1)流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.11 MPa、含乙醇、含乙醇30%w、正己烷、正己烷30%w、水、水40%w的饱和的饱和(boh)蒸汽蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比液比(摩摩尔尔)=1/9。求离开冷凝器的汽、液、液三相的温度、。求离开冷凝器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。质量流量和组成。精品资料Flash3 应用应用(yngyng)示例示例(2)

17、 F=500 kg/hr、P=0.8 MPa、T=100 含乙醇含乙醇(y chn)70%w、水、水30%w的物流与的物流与F=500 kg/hr、P=0.8 MPa、T=70 含正己烷含正己烷60%w、乙醇、乙醇(y chn)40%w的物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到的物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到P=0.11 MPa，求，求离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。成。精品资料 Decanter 倾析器倾析器Decanter 模块模块(m kui)执行给定热力学执行给定热力学条件下的液条件下的液-液平衡或液液平衡或液-游离水平衡计算，输游

18、离水平衡计算，输出两股液相产物。用于模拟液出两股液相产物。用于模拟液-液分离器、水倾液分离器、水倾析器等。析器等。精品资料精品资料Decanter 连接连接(linji)Decanter 模块模块(m kui)的连接图如下：的连接图如下： 精品资料Decanter 模型模型(mxng)参数参数Decanter 模块的模型模块的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组： 1、倾析设定、倾析设定 (Decanter Specifications) (1) 压力压力 (Pressure) (2) 温度温度/热负荷热负荷 (Temperature/Heat Duty)精品资料精品资料2、关键、关键(g

19、unjin)组份组份 (Key Component) 指定关键指定关键(gunjin)组份后，含关键组份后，含关键(gunjin)组份摩尔分率大的液相作为第二液相。组份摩尔分率大的液相作为第二液相。 如未指定关键如未指定关键(gunjin)组份，则密度大的液组份，则密度大的液相作为第二液相。相作为第二液相。Decanter 模块模块(m kui)的模型参数有的模型参数有 3 组：组： 精品资料精品资料Decanter 应用应用(yngyng)示示例例(1) 用水用水(P=0.2 MPa、T=20 )从含乙醇从含乙醇40%w、正己烷正己烷60%w的混合液的混合液(F=500 kg/hr、P=0.

20、2 MPa、T=20 )中萃取中萃取(cuq)乙醇，要求乙醇的萃取乙醇，要求乙醇的萃取(cuq)率达到率达到97%，求需要的水流量和萃取，求需要的水流量和萃取(cuq)相和萃余相的组成。相和萃余相的组成。精品资料 Sep 组份分离器组份分离器Sep模块可以接受多股输入物流，输出多模块可以接受多股输入物流，输出多股物流，并把输入混合物中的各个组份分别股物流，并把输入混合物中的各个组份分别(fnbi)按照指定的比例分配到每一股输出物流按照指定的比例分配到每一股输出物流中去。中去。精品资料精品资料Sep 连接连接(linji)Sep 模块模块(m kui)的连接图如下：的连接图如下： 精品资料Sep

21、 模型模型(mxng)参数参数Sep 模块模块(m kui)的模型参数有的模型参数有 3 组：组： 1、规定、规定 (Specifications) 输出物流条件设定，指定每个组份在各股输出物流条件设定，指定每个组份在各股输出物流中的分率或流量。输出物流中的分率或流量。精品资料精品资料2、进料闪蒸、进料闪蒸 (Feed Flash) 指定指定(zhdng)输入物流混合后的闪蒸压力和输入物流混合后的闪蒸压力和有效相态。有效相态。Sep 模块的模型模块的模型(mxng)参数有参数有 3 组：组： 精品资料精品资料3、出口闪蒸、出口闪蒸 (Outlet Flash) 指定每一股输出物流的闪蒸压力指定每一股输出物流的闪蒸压力(yl)、温、温度、气相分率和有效相态。度、气相分率和有效相态。Sep 模块模块(m kui)的模型参数有的模型参数有 3 组：组： 精品资料精品资料Sep 应用应用(yngyng)示例示例(1) 把把F=500 kg/hr、P=0.15 MPa、T=20 含乙醇含乙醇30%w、正丙醇、正丙醇20%w、正丁醇、正丁醇10%w、水、水40 %w的的物流分成物流分成(fn chn)四股输出物流，各组份在输出四