第四章多组分平衡级分离过程计算
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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 分离器
换热器(Chap 5)
塔(Chap4)
模型
Mixer Fsplit Ssplit
Flash2 Flash3 Decanter Sep Sep2
Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran
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
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。
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
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
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
ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
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
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。
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。
闪蒸过程的数学模型
组分物料衡算式（Component Mass Balance）
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。
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。
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
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
用户提供的单元操作模型 用户提供的单元操作模型
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？）
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：
F HF
泡、露点温度或者压力计算（bubble point or dew
point）
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。
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。
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）
xi
(Ki
zi
1)
V F
1
i c1yii c1xii c1yii c1(K i z 1 i)V F10
绝热闪蒸(Q=0)—等焓节流计算（Adiabatic flsah）
1VHV(1V)HL 0
F HF
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
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
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
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
从以上 4 个参数中选定 2 个。
F i z L x i V y i
i 1 ,2 , ,c
相平衡关系式（Equilibrium）
y i K ix i
i 1 ,2 , ,c
摩尔分数加和式（Summations）
c
c
yi 算式（Heat balance）
FF H Q LL H VV H
其他关联式 ：
相平衡常数（Ki） 气相摩尔焓（HV） 液相摩尔焓（HL）
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。
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)
（一）
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
Heater HeatX MHeatX Hetran Aerotran
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
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。
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
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
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
ASPEN PLUS的单元操作模型（2）
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
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。
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。
闪蒸过程的数学模型
组分物料衡算式（Component Mass Balance）
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。
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。
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
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
用户提供的单元操作模型 用户提供的单元操作模型
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？）
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：
F HF
泡、露点温度或者压力计算（bubble point or dew
point）
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。
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。
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）
xi
(Ki
zi
1)
V F
1
i c1yii c1xii c1yii c1(K i z 1 i)V F10
绝热闪蒸(Q=0)—等焓节流计算（Adiabatic flsah）
1VHV(1V)HL 0
F HF
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
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
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
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
从以上 4 个参数中选定 2 个。
F i z L x i V y i
i 1 ,2 , ,c
相平衡关系式（Equilibrium）
y i K ix i
i 1 ,2 , ,c
摩尔分数加和式（Summations）
c
c
yi 算式（Heat balance）
FF H Q LL H VV H
其他关联式 ：
相平衡常数（Ki） 气相摩尔焓（HV） 液相摩尔焓（HL）
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。
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)