第四章 aspen多组分平衡级分离过程计算(一)

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4.1.3 Decanter ---倾析器
Decanter 模块执行给定热力学条件下的 液-液平衡或液-游离水平衡计算，输出两股液 相产物。用于模拟液 - 液分离器、水倾析器等。
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Decanter
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Decanter — 模型参数（1） Decanter 模块的模型参数有 3 组：
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Flash3 — 三相闪蒸器
Flash3 模块执行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，输出一 股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、汽-液-液分 离器等。
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Decanter ---倾析器
Decanter 模块执行给定热力学条件下的液 -液 平衡或液- 游离水平衡计算，输出两股液相产物。用 于模拟液-液分离器(沉降槽，离心机)、水倾析器等。
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分离器
换热器(Chap 5)
Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran
DSTWU Distl RadFrac Extract MultiFrac SCFrac PetroFrac Rate-Frac BatchFrac
加热器/冷却器 双物流换热器 多物流换热器 与BJAC 管壳式换热器的接口程序 与BJAC 空气冷却换热器的接口程序
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变量关系图---Plot （1）
步骤1：选择横坐标变量 在列表数据中选中一列，从窗口菜单 Plot 项的下 拉框里选择X轴变量(X-Axis Variable)；
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变量关系图---Plot （1）
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变量关系图---Plot （2）
步骤2：选择纵坐标变量 再选中列表数据的另一列，从窗口菜单Plot项的下 拉框里选择Y轴变量(Y-Axis Variable)；
固体
Crystallizer Crusher Screen FabFl Cyclone Vscrub ESP HyCyc CFuge Filter SWash CCD User User2
除去混合产品的结晶器 固体粉碎器 固体分离器 滤布过滤器 旋风分离器 文丘里洗涤器 电解质沉降器 水力旋风分离器 离心式过滤器 旋转真空过滤器 单级固体洗涤器 逆流倾析器 用户提供的单元操作模型 用户提供的单元操作模型
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第四章 多组分平衡级分离过程计算 （一）
ASPEN PLUS的单元操作模型（1）
类型 混合器/分流器 Mixer Fsplit Ssplit Flash2 Flash3 Decanter Sep Sep2 模型 物流混合 物流分流 子物流分流 双出口闪蒸 三出口闪蒸 液-液倾析器 多出口组分分离器 双出口组分分离器 说明
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变量关系图---Plot （2）
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变量关系图---Plot （3）
步骤3：绘制曲线 然后点击窗口菜单Plot项的下拉框里的显示绘 图(Display Plot), 即可得到曲线图。
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变量关系图---Plot （3）
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变量关系图---Plot
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温度、压力和总流率可以任意给定， 组成必须和题目所给一样
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选中流股1，在tools选项中如图所示
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计算类型
计算区间
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变量关系图绘制---Plot
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解过程变量间的 依赖趋势，ASPTEN Plus为此提供了绘图(Plot)功能，可以将列 表数据中的任意两列绘制成X~Y曲线图。
Flash3 — 三相闪蒸器
Flash3 模块执行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，输出一 股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液-液分离 器、汽-液-液分离器等。
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Flash3 — 三相闪蒸器
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Байду номын сангаасlash3 — 模型参数（1）
Flash3 的模型参数有 3 组：
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c
c
c
c
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Flash2 两相闪蒸器
Flash2 模块执行给定热力学条件下的汽-液平衡或汽-液液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸 器、蒸发器、气液分离器等。
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闪蒸模型可以用来模拟闪蒸罐、蒸发器、分 液罐和其它的单级分离器。 通常要固定入口物流的热力学状态必须规定：
简捷蒸馏设计 简捷蒸馏核算 严格蒸馏 严格液-液萃取器 复杂塔的严格蒸馏 石油的简捷蒸馏 石油的严格蒸馏 非平衡级连续蒸馏 严格的间歇蒸馏
塔(Chap4)
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ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
类型 模型 说明
反应器(Chap 6)
REquil RStoic RYield Rgibbs RCSTR RPlug RBatch Pump Compr Mcompr Pipeline Pipe Valve Mult Dupl ClChong
绝热 非绝热
Q、V、yi、L、xi
T、V、yi、L、xi T、V、yi、L、xi
p、 L P（或T）、L
部分冷凝 部分汽化
Q、T、V、yi、xi Q、T（或p）、yi、L、xi
ASPEN PLUS的闪蒸计算模型
Flash2 Flash3
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常见的闪蒸计算类型
等温闪蒸—指定温度、压力下的汽液相平衡计算 （Isothermal flash） zi xi ( K i 1) V F 1
简单分离单元模型：Separators
塔设备单元模型：Columns
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简单分离单元模型包含五个模块：
两相闪蒸器： Flash2
三相闪蒸器：Flash3
倾析器：Decanter
组份分离器：Sep
两出口组份分离器：Sep2
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Flash2 两相闪蒸器
Flash2 模块执行给定热力学条件下的汽-液平衡或汽-液液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸 器、蒸发器、分液罐等。
等温闪蒸计算
例4-1（P70）：用闪蒸分离器分离某气体混合物，已知气体 进料温度为400℉，压力为21psi，组成为氢气 （30.0lbmol/h），氮气（15.0lbmol/h），甲烷 （43.0lbmol/h ），环己胺（ 144.2lbmol/h ），苯 （ 0.2lbmol/h ）。闪蒸器在120 ℉下操作，压力降为零，分 离后气相中夹带的液相分率为0.012,。闪蒸器用flash2模型， 物性：RK-SOAVE。通过模拟确定气相的组成和流率。
2、关键组份 ( Key Component) 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。 如未指定关键组份，则密度大的液相作为第 二液相。
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Flash3 — 模型参数（3）
3、液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。
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Sep --- 组份分离器
Sep 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按 照指定的比例分配到每一股输出物流中去。
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4.1.2 闪蒸的理论模型
单级蒸馏过程，使进料混合物部分汽化或冷凝得到含易挥发 组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。
i 1 i 1
c
c
热量衡算式（Heat balance）
FH F Q LH L VHV
其他关联式 ： 相平衡常数（Ki） 气相摩尔焓（HV） 液相摩尔焓（HL）
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流股输入表单
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模块表单
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规定变量
闪蒸形式
输出变量
p、 T
p、Q=0 p、Q≠0
等温
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露点或泡点计算
露点或泡点计算
计算混合物的露点可以设置气相摩尔分率为1； 计算混合物的泡点可以设置气相摩尔分率为0； 据此可以确定具有一个或多个入口物流的混合物的热状态 和相态。
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例4-2（P75）
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例4-3：乙醇水溶液的摩尔组成为20%乙醇 和80%水，试确定该混合物在1.0、1.5、 2.0和2.5 atm下的泡点温度和露点温度。 热力学模型采用UNIQUAC模型。
用户模型
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第四章
多组分平衡级分离过程计算
4.1 多组分单级分离过程
4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算
核算型（精馏塔参数——〉分离性能？） 设计型（分离性能——〉精馏塔结构尺寸？）
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4.1 多组分单级分离过程
4.1.1 分离过程模型的分类 Aspen Plus中的分离过程模型：
从以上 4 个参数中选定 2 个。
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Flash2 --- 模型参数（1）
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Flash2 --- 模型参数（2）
2、有效相态 ( Valid Phase) （1） 汽-液相（Vapor-Liquid) （2）汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid) （3）汽-液-游离水相（Vapor-Liquid-Free Water)
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Decanter — 模型参数（3）
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Decanter — 模型参数（3）
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闪蒸过程的数学模型
组分物料衡算式（Component Mass Balance）
Fzi L xi V yi
y i K i xi
i 1,2, , c
i 1,2, , c
相平衡关系式（Equilibrium） 摩尔分数加和式（Summations）
y i xi 0
平衡反应器 化学计量反应器 收率反应器 平衡反应器 连续搅拌罐式反应器 活塞流反应器 间歇反应器 泵/液压透平 压缩机/透平 多级压缩机/透平 多段管线压降 单段管线压降 严格阀压降 物流倍增器 物流复制器 物流类变送器
压力变送器
手动操作器
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ASPEN PLUS的单元操作模型（3）
类型 模型 说明
1、倾析设定 ( Decanter Specifications) （1） 压力 （Pressure) （2） 温度/热负荷（Temperature/Heat Duty )
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Decanter — 模型参数（1）
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Decanter — 模型参数（2）
2、关键组份 ( Key Component) 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。 如未指定关键组份，则密度大的液相作为 第二液相。
1、闪蒸设定 ( Flash Specifications) （1） 温度（Temperature) （2） 压力 （Pressure) （3） 蒸汽分率（Vapor Fraction) （4） 热负荷（Heat Duty)
从以上 4 个参数中选定 2 个。
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Flash3 — 模型参数（2）
zi yi xi yi 0 V i 1 i 1 i 1 i 1 ( K i 1) F 1
绝热闪蒸(Q=0)—等焓节流计算（Adiabatic flsah） V HV V HL 1 (1 ) 0 F HF F HF 泡、露点温度或者压力计算（bubble point or dew point）
温度、压力、热负荷和气相摩尔分率中的任意两 项。 需要注意的是，在闪蒸模型中不允许同时规定热 负荷和气相摩尔分率。
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Flash2 --- 模型参数（1） Flash2 模块的模型参数有 3 组：
1、闪蒸设定 ( Flash Specifications) （1） 温度（Temperature) （2） 压力 （Pressure) （3） 蒸气分率（Vapor Fraction) （4） 热负荷（Heat Duty)
从以上 3个参数中选定 1 个。
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Flash2 --- 模型参数（2）
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Flash2 --- 模型参数（3）
3、液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 液相被带入汽相中的分率。
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Flash2 --- 模型参数（3）
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