第四讲+分离单元的仿真设计(一)

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单元仿真说课讲义

单元仿真说课讲义
VX1V101
液相原料进料的基本方式、离心
泵的工作原理、工作点和气蚀气 缚、仪表DCS控制等。因此, 整个教学过程可分为:理论和实 践教学两个方面.
AI 1001
VI3P101A
PI 1003
FV1001B
润滑油
排液 VI1P101A
VO1P101A
VX1P101A
P101A 泄液 排气 PI 1004 AI 1002
PIC 1001
PV1001BI
进气
LV1001B PV1001AO PV1001AI FV1001I PV1001AB
FIC 1001
V101
LV1001I LV1001O FV1001O
LIC 1001
排气 PI 1002
VX1V101
AI 1001
VI3P101A
PI 1003
FV1001B
润滑油
VI3P101B
PI 1005
润滑油
VO1P101B
VI1P101B VX1P101B
P101B 泄液
三、教学思路及设计理念
(一)理论部分:
1、液相原料进料设计的作用和目的 主要目的是保证进料的连续性和稳定性。 主要从两个方面考量:进料的稳定性和压力的稳 定性。 2、离心泵的工作原理和气蚀、气缚现象原因分 析等 (1)工作原理:包括吸液和排液过程。 (2)气蚀的发生:负压情况下的液相气化; (3)气缚的发生:泵壳内存在气相等; (4)化工生产过程中,若发生气蚀、气缚等事 故的基本解决思路。 3、仪表DCS方面 (1)控制阀设计为副线的原因 目的是保证在调节阀失控制情况下维持正常生 产。 (2)什么是DCS 讲解内容包括:DCS的定义、原理、控制手段、 手动自动和串级的作用原理、复杂控制原理等。

第四讲 分离单元的仿真设计(一)

第四讲 分离单元的仿真设计(一)

Decanter — 模型参数(2)
Decanter — 模型参数(3)
Decanter 模块的模型参数有 3 组:
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。
Decanter — 模型参数(4)
从以上 4 个参数中选定 2 h3 — 模型参数(3)
Flash3 的模型参数有 3 组:
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。
Flash3 — 模型参数(4)
乙醇
正丙醇 水
0.96 : 0.02 : 0.01 : 0.01
0.01 : 0.95 : 0.02 : 0.02 0.01 : 0.02 : 0.03 : 0.94
正丁醇 0.01 : 0.05 : 0.92 : 0.02 求输出物流组成。
Sep2—两出口组份分离器
Sep2 模块可以接受多股
输入物流,输出两股物流,并 把输入混合物中的各个组份分 别按照指定的比例或浓度分配 到输出物流中去。
Sep2—两出口组份分离器(2)
Sep2—两出口组份分离器(3)
Sep2 模块可以设定分配给
各输出物流的流量 (Flow)/ 流量分 率(Split fraction)、各个组份的流 量 / 流量分率、以及摩尔分率 / 质 量分率。可自由设定的参数个数 由物料平衡自由度决定。
Sep2—两出口组份分离器(4)
Flash3 — 应用示例(3)
在示例(2)中分别设置
乙醇和己烷为关键组份,观察

Aspen-plus-浙大吴嘉老师第九讲-分离单元的仿真设计(三)

Aspen-plus-浙大吴嘉老师第九讲-分离单元的仿真设计(三)

— 塔板核算 (5)
— 塔板核算 (6)
— 塔板核算 (7)
在降液管()表单中输入: 降液管底隙(); 顶部宽度( ); 底部宽度( ); 直段高度( ) 。
— 塔板核算 (8)
— 塔板核算 (9)
塔板核算结果在结果()表单中列 出,有三个参数应重点关注: 1、最大液泛因子(
) ,应该小于0.8 ; 2、塔段压降( ); 3、最大降液管液位/板间距(
— 模型参数(2)
— 模型参数(3)
2、关键组分 ( )表单 (1) 第一液相( 1 ) 即比重较大的液相,从塔底出料。 (2) 第二液相( 2 ) 即比重较小的液相,从塔顶出料。
— 模型参数(4)
— 模型参数(5)
3、物流 ( )表单 塔顶和塔底必须各有一股进料
和出料物流。如果还有侧线物流, 则在此表单中设置侧线进料物流的 加料板位置和侧线出料物流的出料 板位置和流量。
— 连续萃取塔
模块用逐级计续萃取塔(2)
—— 连接
模块的连接图如下:
— 模型参数
模块有四组基本模型参数:
1、塔设定 ()表单 1) 塔板数 ( ) 2) 热状态选项 ( )
(1) 绝热 () (2) 指定温度剖形 ( …) (3) 指定热负荷剖形 ( …)
— 填料设计(5)
— 填料设计(6)
结果 () 表单中给出计算塔内径 ( )、最大负荷分率( )、最大负荷因子 ( )、塔段压降 ( )、比表面积 ( ) 等参 数。
—— 填料核算
填料核算( )计算给定结构参 数的填料的负荷情况,可供选用的填 料类型与“填料设计”中相同。
“填料设计”与“填料核算”配合使 用,可以完成填料选型和工艺参数设 计。
—塔板设计(2)

分离单元的仿真设计

分离单元的仿真设计

RadFrac 精密分离模块
RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系,用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。 RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸收塔(板式塔或填料塔)的分离能力和设备参数。
RadFrac 精密分离模块(2)
RadFrac—— 连接
RadFrac 模块的连接图如下:
RadFrac —— 流股
进料流股(Feed Streams) 指定每一股进料的加料板位置。 产品流股(Product Streams) 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。 在流股表单中设置以下参数:
RadFrac——流股(2)
RadFrac —— 压强
从三种方式(View)中选择一种
单击此处添加正文,文字是您思想的提炼,为了演示发布的良好效果,请言简意赅地阐述您的观点。
8、馏出物/进料比(Distillate to Feed Ratio)
单击此处添加正文,文字是您思想的提炼,为了演示发布的良好效果,请言简意赅地阐述您的观点。
9、冷凝器热负荷(Condenser Duty)
再沸器热负荷(Reboiler Duty)
RadFrac—配置 (操作设定) (2)
RadFrac—配置 (操作设定) (3)
冷凝器(Condenser)
添加标题
再沸器(Reboiler)
添加标题
有效相态(Valid Phase)
添加标题
收敛方法 (Convergence)
添加标题
操作设定 (Operation Specifications)
添加标题
配置表单包含以下项目:
RadFrac —— 配置(2)
RadFrac — 配置(冷凝器)

AspenPlus模拟第七讲+第八讲+第九讲分离单元的仿真设计

AspenPlus模拟第七讲+第八讲+第九讲分离单元的仿真设计

灵敏度分析—Sensitivity
在进行过程设计和分析时,常常 需要了解某些过程变量受其它过程变 量影响的敏感程度,ASPTEN Plus为 此提供了一个非常有用的分析工具: 模型分析工具(Model Analysis Tools) 下的灵敏度(Sensitivity)对象。
灵敏度分析—Sensitivity (2)
分离单元的仿真设计
(一)
分离过程模型的分类
Aspen Plus 中的分离过程 模型包含两大类别:
• 简单分离单元模型
Separators
• 塔设备单元模型
Columns
简单分离单元模型
简单分离单元模型包含五个模块:
• 两相闪蒸器 • 组份分离器
Flash2
Sep
• 三相闪蒸器 • 两出口组份
Flash3
灵敏度分析—Sensitivity (11)
步骤6:
灵敏度分析—Sensitivity (12)
步骤7:在列表(Tabulate)表单中输入需 要进行灵敏度分析的列表变量 (Tabulated variable)或组合变 量的表达式(Expression) ,以 及 列 表 时 的 列 序 号 (Column No.)。
灵敏度分析—Sensitivity (13)
步骤7:
灵敏度分析—Sensitivity (14)
步骤8:结果查看 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 (Summary)表单中按照指定的列序号列表 给出调节变量和列表变量的对应值。
灵敏度分析—Sensitivity (15)
Flash2 — 模型参数 (2)
Flash2 — 模型参数 (3)

精馏分离的仿真设计

精馏分离的仿真设计

(5) 操作设定
操作设定从十个选项中选择:
1、回流比(Reflux Ratio)
2、回流速率(Reflux Rate)
3、馏出物速率(Distillate Rate)
4、塔底物速率(Bottoms Rate) 5、上升蒸汽速率(Boilup Rate)
操作设定从十个选项中选择:
6、上升蒸汽比(Boilup Ratio) 7、上升蒸汽/进料比(Boilup to Feed Ratio)
(Both reflux and liquid distillate are subcooled)
/仅仅回流物过冷 (Only reflux is subcooled) 2)过冷指标(Subcooling specification) 过冷物温度 (Subcooled temperature) /过冷度 (Degrees of subcooled)
(8) 冷凝器
冷凝器设定有两组参数:
1、冷凝器指标(Condenser Specification) 仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度 (Temperature)和蒸汽分率(Vapor Fraction)两个参数之一。
冷凝器设定有两组参数:
2、过冷态(Subcooling) 1)过冷选项(Subcooling option) 回流物和馏出物都过冷
塔设备单元模型 — 分类
塔设备(Columns)单元共有9种模块:
1. 2. 3. 4. DSTWU Distl RadFrac Extract
5. 6. 7. 8. 9.
MultiFrac SCFrac PetroFrac RateFrac BatchFrac
DSTWU
简捷精馏(设计)
DSTWU 模块用Winn-UnderwoodGilliland简捷算法进行精馏塔的设计, 根据给定的加料条件和分离要求计算 最小回流比、最小理论板数、给定回 流比下的理论板数和加料板位置。

流体动力学中的离散单元模拟

流体动力学中的离散单元模拟

流体动力学中的离散单元模拟引言流体动力学是研究流体运动及其相互作用的学科。

在流体动力学中,计算力学模拟是一种重要的研究手段。

传统的流体力学计算方法主要依赖于连续介质假设,即将流体视为连续的介质。

然而,在一些特殊情况下,连续介质假设并不适用,比如在小尺度、高速流动、非线性、多相流动等问题中。

为了解决这些问题,离散单元模拟(Discrete Element Method,DEM)在流体动力学中得到了广泛应用。

离散单元模拟的基本原理离散单元模拟是一种将流体划分为小的无数个离散单元的方法,通过追踪和模拟每个离散单元的运动、相互作用以及与固体颗粒之间的相互作用来研究流体动力学问题。

离散单元可以是流体中的微小颗粒或固体颗粒,其运动受到力的作用。

离散单元模拟通过求解离散单元的动力学方程和相互作用方程来模拟流体的运动和相互作用。

离散单元模拟的基本原理可以概括为以下几个步骤:1. 建模在离散单元模拟中,首先需要建立一个流体系统的模型。

模型可以是一维、二维或三维的。

可以通过计算流体动力学软件(如FLUENT、OpenFOAM等)对流体进行网格化和划分。

离散单元模型中的每个离散单元都需要分配一个质量、位置、速度等属性。

2. 动力学方程每个离散单元都需要遵循牛顿定律,即质量乘以加速度等于所有作用力之和。

离散单元的运动由质量、惯性力、粘性力以及其他外部力共同决定。

3. 相互作用力在流体系统中,离散单元之间存在相互作用力。

相互作用力可以通过不同的模型进行建模,比如剪切力、接触力、碰撞力等。

相互作用力可以考虑不同物理现象的影响,如颗粒粒度、密度、形状等。

4. 数值求解离散单元模拟通常使用数值方法求解动力学方程和相互作用方程。

常用的数值方法包括显式和隐式的欧拉法、隐式的龙格-库塔法等。

通过数值求解,可以得到离散单元的位置、速度等随时间的变化规律。

5. 分析结果离散单元模拟得到的结果可以用于分析流体系统的行为。

可以计算流体系统中各个离散单元的位置、速度、压力等属性,进一步分析流体系统的运动、变形、应力分布等。

单元级仿真说课教案

单元级仿真说课教案

单元级仿真说课教案一、单元级仿真教学的目的和意义1、单元级仿真教学的内容单元级仿真教学是炼油化工生产过程中基本生产设备或单元操作等的实践教学,具体内容包括:离心泵、液位控制、单塔精馏、双塔精馏、吸收解析、压缩机(往复式和透平式)、锅炉、加热炉等。

2、单元级仿真教学的目的和意义因为单元级仿真涉及的内容涵盖炼油化工生产装置的主要设备的操作,因此仿真教学的目的主要围绕设备的实践操作进行的。

通过单元级仿真教学,我们主要使学生达到如下几个方面的目的:(1)比较全面细致的了解和熟悉化工生产设备的主要结构、操作过程和事故处理;(2)熟练掌握炼油化工生产装置的DCS控制系统的基本原理和操作方法;(3)通过反复演练操作,使学生的理论知识与实践知识达到完美结合,为学生走向工作岗位奠定实践基础。

二、仿真教学环节的设计仿真教学属于理论教学与实践教学相结合的一门课程,其重心偏向于实践教学。

因此,在教学环节设计中,即要兼顾到理论教学,同时应把重点放在实践教学环节中。

现在以离心泵单元为例,简要说明单元级仿真教学的各个环节设计。

(下图为离心泵单元PI&D图)P101A(一)理论方面从上图可以看出,离心泵单元为典型的炼油化工生产装置过程中液相进料缓冲罐单元流程图。

从上图可以看到,离心泵单元的理论部分涉及液相原料进料的基本形式、离心泵的工作原理、工作点和气蚀气缚、仪表DCS控制等。

因此,理论教学部分主要按照学生专业按以下顺序进行:1、液相原料进料设计的作用和目的主要目的是保证进料的连续性和稳定性。

主要从两个方面考量:进料的稳定性和压力的稳定性。

2、离心泵的工作原理和气蚀、气缚现象原因分析等(1)工作原理:包括吸液和排液过程。

(2)气蚀的发生:负压情况下的液相气化;(3)气缚的发生:泵壳内存在气相等;(4)化工生产过程中,若发生气蚀气缚的基本解决思路。

3、仪表DCS方面(1)控制阀设计为副线的原因目的是保证在调节阀失控制情况下维持正常生产。

李彩虹-化工分离工程04[1]

李彩虹-化工分离工程04[1]
二端: 1 级: xi , j -1 xi , 0 另外: 不存在 不存在 A1 0 CN 0 N 级: Vi , j +1 Vi , N +1
m 1 1 j N
j
G1、U N 为零
(4 - 18)为: 1级: B1 xi ,1 + C1 xi ,2 D1 2级: A2 xi ,1 + B2 xi ,2 + C 2 xi ,3 D2 j级:A j xi , j -1 + B j xi , j + C j xi , j +1 D j N - 1级:AN -1 xi , N -2 + B N -1 xi , N -1 + C N -1 xi , N D N -1 N级:AN xi , N -1 + B N xi , N D N
∴ MESH方程有解
Ni 的指定方法: 对操作型计算
N x 的指定: Fj zi , j TFj PFj P j N N (C - 1) N N N N (C + 3) N a 的指定: Gj U j Qj N -1 N -1 N N 1 3N - 1
Ni N x + Na [ N (C + 3)] + [3 N - 1] N (C + 6) - 1
i , r x i ,r i ,r x i ,r
yi , j K i , j xi , j
1. 若x i , D 估计较正确 由x i , D yi, x i, yi, x i, 1 1 2 2 若x h,n x h,W 且 x l ,n x l ,W 时, 计算停止,n为最底板(再沸器)。
回流比

Aspen分离单元的仿真设计(二)

Aspen分离单元的仿真设计(二)

DSTWU — 模型参数(8)
DSTWU — 应用示例 (1)
由精馏塔分离某泡点混合物,已知该进料组 成:丙烷 5kmol/h ,异丁烷 10kmol/h ,丁烷 30kmol/h , 2- 甲 基 丁 烷 20kmol/h , 戊 烷 15kmol/h ,己烷 20kmol/h 。分离要求:塔 顶丁烷含量大于 29.7248kmol/h , 2- 甲基丁 烷含量小于 0.2247kmol/h 。要求塔顶采用 全凝器,回流比为 1.8 ,操作压力 4.4atm 。 (物性方法PENG-ROB)
Sensitivity (11)
步骤6:
Sensitivity (12)
步骤7:在列表(Tabulate)表单中输入需 要进行灵敏度分析的列表变量 (Tabulated variable) 或组合变 量的表达式 (Expression) ,以 及 列 表 时 的 列 序 号 (Column No.)。
RadFrac—设计规定对象 (6)
RadFrac—设计规定对象 (7)
在进料 / 产物流股表单中选 择定义设计规定目标值的流股名 称.
RadFrac—设计规定对象 (8)
RadFrac —— 报告选项
报告 ( Report ) 中有一项对塔板 设计非常重要,即性质选项 ( Property options) 里的包括水力学参数 ( Include hydraulic parameters ) 选项。另外剖形 选项(Profile options)里包括哪些塔板 (Stages to be included in report)也很有 用。
DSTWU — 模型参数(7)
DSTWU模型有四组模型设定参数:
4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) (1) 全凝器 ( Total condenser) (2) 带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) (3) 带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)
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灵敏度分析— (2)
灵敏度分析— (3)
创建灵敏度对象时,按以下步骤操作: 1、从数据浏览器右侧的对象管理器( )中点击新建()按钮; 2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(); 3、在定义()表单中点击新建() 按钮,创建灵敏度对象所需
的变量; 4、在弹出对话框中输入新变量的变量名( ); 5、在变量定义( )对话框中、 0.8 、100 ℃含乙醇 70 、水 30 的物流与 500 、 0.8 、70 ℃含正己烷 60、 乙醇 40 的物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸 到 0.11 ,求离开闪蒸器的汽、液、液三相 的温度、质量流量和组成。
3 — 应用示例(3)
在示例(2)中分别设置 乙醇和己烷为关键组份,观察 输出结果有什么变化。
变量关系图—— (2)
在列表数据中选中一列,从窗口 菜单项的下拉框里选择X轴变量( ),再 选中列表数据的另一列,从窗口菜单 项的下拉框里选择Y轴变量( ), 然后点 击窗口菜单项的下拉框里的显示绘图( ), 即可得到曲线图。
变量关系图—— (3)
变量关系图—— (4)
变量关系图—— (5)
从以上 4 个参数中选定 2 个。
3 — 模型参数(2)
3 — 模型参数(3)
3 的模型参数有 3 组:
2、关键组份 ( ) 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。
3 — 模型参数(4)
3 — 模型参数(5)
3 的模型参数有 3 组:
从以上 4 个参数中选定 2 个。
2 — 模型参数 (2)
2 — 模型参数 (3)
2 模块的模型参数有 3 组:
2、有效相态 ( ) (1) 汽-液相() (2)汽-液-液相() (3)汽-液-游离水相
() 从以上 3个参数中选定 1 个。
2 — 模型参数 (4)
2 — 模型参数 (5)
2 模块的模型参数有 3 组:
流量为 1000 、压力为 0.2 温度为 20℃、含丙酮 30、水 70 的物料进行 部分蒸发回收丙酮,蒸发器热负荷为 250 。分析液沫夹带对汽相丙酮分率 和丙酮回收率的影响。
变量关系图——
在察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, 为此提供了绘 图()功能,可以将列表数据中的任意 两列绘制成曲线图。
变量关系图—— (6)
3—三相闪蒸器
3 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。
3—三相闪蒸器 (2)
3 —— 连接
3 的连接图如下:
3 —— 模型参数
3 的模型参数有 3 组:
1、闪蒸设定 ( ) (1) 温度() (2) 压力 () (3) 蒸汽分率( ) (4) 热负荷( )
化工设计软件 第四讲
分离单元的仿真设计 (一)
分离过程模型的分类
中的分离过程模型包含两大 类别:
• 简单分离单元模型 • • 塔设备单元模型 •
简单分离单元模型
简单分离单元模型包含五个模块:
• 两相闪蒸器 • 组份分离器
•2

• 三相闪蒸器 • 两出口组份
•3
分离器
• 倾析器
•2

简单分离单元模型(2)
2 — 应用示例(3)
流量为 1000 、压力为 0.2 温度 为20℃ 、含丙酮 30、水 70的物料进 行部分蒸发回收丙酮,求丙酮回收率 为90%时的蒸发器温度和热负荷以及 汽、液两相的流量和组成。
灵敏度分析——
在进行过程设计和分析时,常常 需要了解某些过程变量受其它过程变 量影响的敏感程度, 为此提供了一个 非常有用的分析工具:模型分析工具 ( )下的灵敏度()对象。
3、液沫夹带 () 分别设定两个液相被夹带
入汽相中的分率。
3 — 模型参数(6)
3 — 应用示例(1)
流量为 1000 、压力为 0.11 、含乙醇 30 、正己烷 30、水 40 的饱和蒸汽在蒸汽冷凝 器中部分冷凝,冷凝物流的汽/液比(摩尔 )=1/9。求离开冷凝器的汽、液、液三相的 温度、质量流量和组成。
灵敏度分析— (9)
步骤7:在列表()表单中输入需要进行灵敏度分析的列表变 量( )或组合变量的表达式() ,以及列表时的列序号( .)。
灵敏度分析— (10)
从左侧的灵敏度对象下的结果()项目中查看结果。 右侧的汇总()表单中按照指定的列序号列表给出调节变 量和列表变量的对应值。
2 — 应用示例(4)
2 两相闪蒸器
2 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。
2 两相闪蒸器(2)
2 —— 连接
2 模块的连接图如下:
2 —— 模型参数
2 模块的模型参数有 3 组:
1、闪蒸设定 ( ) (1) 温度() (2) 压力 () (3) 蒸气分率( ) (4) 热负荷( )
别()、类型()、流股()或模块()代号,并指定具体变量()。
灵敏度分析— (4)
步骤1和步骤2:
灵敏度分析— (5)
步骤3和步骤4:
灵敏度分析— (6)
步骤5:
灵敏度分析— (7)
可以定义多个分析所需的变量,如下图所示:
灵敏度分析— (8)
步骤6:在变化()表单中输入调节变量( )的类型、名称和具 体变量(),并指定体调节上、下限( ) 和增量()。
3、液沫夹带 () 液相被带入汽相中的分率。
2 — 模型参数 (6)
2 — 应用示例(1)
流量为 1000 、压力为 0.11 、含 乙醇 70 、水30 的饱和蒸汽在蒸汽冷 凝器中部分冷凝,冷凝物流的汽/液 比(摩尔)=1/3。求离开冷凝器的汽 、液两相的温度和组成。
2 — 应用示例(2)
流量为 1000 、压力为 0.5 温度 为 120℃、含乙醇 70 、水 30 的物料 绝热闪蒸到 0.15 。求离开闪蒸器的汽 、液两相的温度、流量和组成。
—— 倾析器
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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