第四章 多组分平衡级分离过程计算

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
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
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4.2

多组分多级分离塔的简捷计算
多组分精馏过程的近似设计算法常用于：
初步设计。 对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。 过程合成中寻找合理的分离顺序。 近似算法还可用于控制系统的计算以及为严格计算提供合 适的设计变量数值和迭代变量初值。 当相平衡数据不够充分和可靠时，采用近似算法不比严格 算法逊色。
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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
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
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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常见的闪蒸计算类型
规定变量 闪蒸形式 输出变量
p、T
p、Q=0 p、Q≠0 p 、L P（或T）、L
等温
绝热 非绝热 部分冷凝 部分汽化

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Байду номын сангаас
关键组分
所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的 两个组分（不少情况是挥发度相邻的两个组 分)，它们对于物系的分离起着控制作用，且 它们在塔顶或塔釜产品中的浓度或回收率通 常是给定的（即是应该指定的两个浓度变 量），因而在设计中起着重要作用。 这两组分中挥发度大的称为轻关键组分，挥 发度小的称为重关键组分，它们各自在塔顶 或塔底的含量必须加以控制，以保证分离后 产品的质量。
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-闪蒸
闪蒸——连续单级蒸馏过程，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。
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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
相平衡关系式（Equilibrium）
y i K i xi
i 1,2, , c
i 1,2, , c
摩尔分数加和式（Summations）
y i xi 0
近似算法虽然适于手算，但为了快速、准确，采用 计算机进行数值求解也已广泛应用。
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多组分精馏的FUG简捷计算法
多组分精馏的FUG简捷计算法（Fenske– Underwood-Gilliland）
①用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数和 组分分配； ②用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回流 比； ③用吉利兰（Gilliland）图或相应的关系式估算实 际回流比下的理论板数。
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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。
例4-1（P125）：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。
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 Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran 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 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 说明
p182
分离器
换热器(Chap 5)
塔(Chap4)
DSTWU Distl RadFrac Extract MultiFrac SCFrac PetroFrac Rate-Frac BatchFrac
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
Q、V、yi、L、xi
T、V、yi、L、xi T、V、yi、L、xi 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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ASPEN PLUS的闪蒸模型
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：
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。 例4-2（P127）：摩尔组 成分别为50/50的正戊烷 和正己烷混合物在55℃和 510 kPa条件下进入闪蒸 罐，闪蒸压力为95 kPa， 计算在50℃温度下达到平 衡的气相和液相产品组成。 热力学模型采用理想模型 （IDEAL）。