第四章多组分平衡级分离过程计算
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?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。
第四章 ASPEN PLUS 的多组分分离过程模型
化工流程模拟技术及 ASPEN PLUS 应用
汤吉海
ASPEN PLUS的单元操作模型（1）
类型 混合器/分流器 分离器
换热器(Chap 5)
塔(Chap4)
模型
Mixer Fsplit Ssplit
Flash2 Flash3 Decanter Sep Sep2
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。
第 10 页
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
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）。
第9 页
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
User User2
说明
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
第4 页
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
?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。
?
第 12 页
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。
Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran
DSTWU Distl RadFrac Extract MultiFrac SCFrac PetroFrac Rate-Frac BatchFrac
说明
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
?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？ ）
第5 页
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。
第6 页
闪蒸过程的数学模型
?组分物料衡算式（ Component Mass Balance ）
Fzi ? L xi ? V yi
i ? 1,2,? , c
?相平衡关系式（ Equilibrium）
yi ? K i xi
i ? 1,2,? , c
?摩尔分数加和式（ Summations）
c
c
? ? yi ? xi ? 0
i?1
i?1
?热量衡算式（ Heat balance）
FH F ? Q ? LH L ? VHV
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。
?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。
第 11 页
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）
类型
反应器(Chap 6)
压力变送器
手动操作器
模型
REquil RStoic RYield Rgibbs RCSTR RPlug RBatch
Pump Compr Mcompr Pipeline Pipe Valve
Mult Dupl ClChong
说明
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
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
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
p182
第2 页
ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
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
第3 页
ASPEN PLUS的单元操作模型（3）
类型
固体
用户模型
模型
Crystallizer Crusher Screen FabFl Cyclone Vscrub ESP HyCyc CFuge Filter SWash CCD
其他关联式 ：
相平衡常数（Ki） 气相摩尔焓（HV） 液相摩尔焓（HL）
第7 页
常见的闪蒸计算类型
规定变量
Байду номын сангаас
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
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
第8 页
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
第四章 ASPEN PLUS 的多组分分离过程模型
化工流程模拟技术及 ASPEN PLUS 应用
汤吉海
ASPEN PLUS的单元操作模型（1）
类型 混合器/分流器 分离器
换热器(Chap 5)
塔(Chap4)
模型
Mixer Fsplit Ssplit
Flash2 Flash3 Decanter Sep Sep2
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。
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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
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）。
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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
User User2
说明
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
第4 页
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
?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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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。
Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran
DSTWU Distl RadFrac Extract MultiFrac SCFrac PetroFrac Rate-Frac BatchFrac
说明
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
?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。
第6 页
闪蒸过程的数学模型
?组分物料衡算式（ Component Mass Balance ）
Fzi ? L xi ? V yi
i ? 1,2,? , c
?相平衡关系式（ Equilibrium）
yi ? K i xi
i ? 1,2,? , c
?摩尔分数加和式（ Summations）
c
c
? ? yi ? xi ? 0
i?1
i?1
?热量衡算式（ Heat balance）
FH F ? Q ? LH L ? VHV
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。
?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）
类型
反应器(Chap 6)
压力变送器
手动操作器
模型
REquil RStoic RYield Rgibbs RCSTR RPlug RBatch
Pump Compr Mcompr Pipeline Pipe Valve
Mult Dupl ClChong
说明
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
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
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
p182
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ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
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
第3 页
ASPEN PLUS的单元操作模型（3）
类型
固体
用户模型
模型
Crystallizer Crusher Screen FabFl Cyclone Vscrub ESP HyCyc CFuge Filter SWash CCD
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
Байду номын сангаас
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
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