Aspen 物料衡算与能量衡算

几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质与传递性质的计算,
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其中主要有逸度系数、相平衡常数、焓、熵、Gibbs自由能、
工 密度、粘度、导热系数、扩散系数、表面张力等。
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大
学
包 没有任何一个热力学模型与传递模型能适用于所有的物系和所
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有的过程。因此，性质方法的恰当选择和正确使用决定着计算
结果的准确性、可靠性和模拟成A功与否。
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2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(2) 选择合适的物性计算方法。ASPEN PLUS软件把模拟计 算一个流程所需要的热力学性质与传递性质的计算方法与计算 模型都组合在一起，称之为性质方法，每种性质方法以其中主 要的热力学模型冠名，软件中共有80多种性质方法供操作者选 择使用。针对不同的模拟体系，选择合适的性质方法用于模拟 过程是获得正确计算结果的前提。
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Approach State Approach Model Approach
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Predicted number of stages
11
7
42
required
Approximate cost in dollars 520,000
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2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (1) 选择合适的因次模板。因次模板是ASPEN PLUS软件为 不同工艺过程编制的因次集，分为普通模拟过程与石油加工过 程两大类，每大类又含有若干套，每套都包含英制与公制两种 因次集，如表2-1。
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(2)选定计算基准。温度的因次可采用“℃”或“K”，压力 的因次可采用“kPa”、“atm” 或其它，压力基准可选用绝对压 力或表压。
物流量的计算基准可选质量基准、摩尔基准、体积基准。对
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于连续生产，以“s、h、d”作为投料量或产品量的时间基准。
工 业
用模拟软件进行衡算时，以单位时间的投料量为起点进行计
京
工
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简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程
学 的能量衡算手工计算非常困难，而任何情况下使用模拟软件进
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行化工过程的能量衡算都是很方便的。
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2.1.2 衡算方程式
化工工艺计算中的物料平衡是指“在单位时间内进入衡算系 统的全部物料质量，必定等于离开该系统的全部物料质量、加 上损失掉与积累起来的物料质量。”
(4)确定计算任务。根据工艺流程示意图和化学反应方程式， 分析物流热流经过每一过程、每一设备在数量、组成、及物流 热流走向所发生的变化。
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京 工
来自百度文库
(5)画出工艺流程示意图。着重考虑物流热流的流向，对设备
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的外形、尺寸、比例等并不严格要求，与物料、能量衡算有关
学 内容必须无一遗漏，所有物流热流管线均须画出。
因此，物料衡算与能量衡算是进行化工工艺设计、过程
南 经济评价、节能分析以及过程最优化的基础。
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工
在用化工模拟软件进行流程的物料衡算与能量衡算时，
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虽然可以大大提高计算的速率，但仍然需要遵守物料衡算与
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能量衡算的基本规则，把规则应用于软件的操作之中，软件
宗 计算结果才可能合理与可行。
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2.1 衡算方法
OVHD
FEED
COLUMN
5000 lbmol/hr
10 mole % acetone
90 mole % water
BTMS
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Specification: 99.5 mole % acetone recovery
业
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Ideal
Equation of
Activity Coefficient
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
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在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项
包 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热
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量衡算。
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2.1.3 衡算的基本步骤
(1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。
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算比较方便。当系统介质为固体或液体时，一般以质量为计算
包 基准，对气体物料进行计算时，一般选体积作为计算基准。
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2.1.3 衡算的基本步骤
(3)确定化学反应方程式。列出各个过程的主、副化学反应方 程式，明确反应和变化前后的物料组成及各个组分之间的定量 关系，若计算反应器大小，还需要掌握反应动力学数据。
Case Study - Acetone Recovery
Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
2.1.1基本概念 物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中 不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。
在化工过程中，能量衡算是根据能量守恒定律，利用能量传
递和转化的规则，以确定能量比例和能量转变定量关系的过程。
能量衡算的理论依据是热力学第一定律，即体系的能量总变化
南 (ΔE)等于体系所吸收的热减去环境对体系所做的功。
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2.1.3 衡算的基本步骤
(6) 根据工艺流程图抽象出模拟流程。要充分理解基本工艺 路线，明确本流程的主干与枝干，选择软件中合适的模块、或 模块组合构成软件模拟流程，以反映流程的模拟需求。
(7)校核计算结果。当计算全部完成后，对计算结果进行整理， 编制物料热量平衡表或绘制物料流程图。通过物料热量平衡表 可以直接检查计算是否准确，分析结果组成是否合理，并易于 发现存在问题，从而判断其合理性，提出改进方案。
化工计算与软件应用
第二章 物料衡算与能量衡算
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物料衡算是化工生产过程中，用以确定物料比例和物料转 变定量关系的计算过程，这是化工工艺计算中最基本、最重 要的内容之一。
物料衡算的结果也是能量衡算的依据，掌握物料带入或带 出体系的能量多少，以计算化工过程需要提供或移除的热量， 控制能量的供给速率和放热速率，进—步算出物质之间交换 的热量以及整个过程的热量分布情况。