Hysys模拟分离过程
Hysys模拟反应过程
反应器单元的自由度
F1 , T1 , P1 x1 ,…,xc-1 F2 , T2 , P2 y1 ,…,yc-1
Q
ξ 1 ,ξ 2 ,…,ξr，ΔP
反应器单元的自由度
方程名称 物料平衡： 热量平衡： 压力平衡：P2 = P1-P 方程数目： 变量名程： 反应物： 产物： 方程数 c 1 1 c+2 变量数目 c+2 c+2
3. Equilibrium Reactor
Hysys反应模块
CSTR
Plug Flow
Equilibrium Reactor —平衡反应器
• 性质：根据化学反应方程式进行反应，按照化学平衡关系 式达到化学平衡，并同时达到相平衡。 • 用途：已知反应历程和平衡反应的反应方程式，不考虑动 力学可行性，计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。
传热量
反应压降（状态变量，但须估计） 反应程度 变量数：
1
1 r 2(c+2)+r+2 (c+2)+r+2
自由度数：
反应器单元的自由度
• 指定进料c+2个自由度
反应器自由度：r + 2 r – 化学反应的数目 2 – 多种组合：压降、热负荷 压降、出口温度等
化学反应
• 涉及多相（例如气相、液相、反应固体和固体催 化剂）、各种几何形状（例如搅拌釜、管流、汇 聚和发散喷嘴、螺旋流和膜传递），以及各种动 量、热量和质量传递区域（例如粘性流、湍流、 传导、辐射、扩散和分散），尤其对连续过程， 化学反应器往往需专门设计。
教学目的
熟悉模拟软件中可获得的反应器模型类型 以及它们在过程模拟中的应用； 了解特定的反应过程的特点，选择相适应 的反应器类型或反应器网络，保证所需产 品组分足够的产率和选择性。
复杂物系压力容器安全阀泄放过程的HYSYS动态模拟
HYSYS 动态模型, 清晰地模拟出了某三相分离器压力安全阀在火灾工 况下的泄放过程, 得出了火灾工况下设备的最大泄放量及对应的物性参数 , 为复杂物系压力容 器安全阀的计算及选型提供了有益的参考。 关键词 : 复杂物系; 压力安全阀 ; HYSYS 动态; 泄放量
摘 文章编号 : 1006 5539( 2010 ) 06 0055 03 文献标识码 : A
要 : 通过建立的
下安全阀的泄放过程进行模拟。
0 引言
石油工业上常用的三相分离器 , 处理的是具有 宽沸点范围的多元混合物。在火焰连续燃烧下 , 容 器内流体的温度以及压力逐渐升高, 当达到设定点 时压力安全阀 PSV 打开, 开始泄放。在泄放压力下 温度继续升高, 各组分按沸点由低到高逐渐汽化, 溶 解的蒸气受热后也从液体中释放出来。 火灾工况下 , 随容器内蒸气的泄放, 容器内的蒸 气及液体组成是变化的, 温度和潜热值也是变化的 , 蒸气泄放的最大量不仅取决于吸热率, 也取决于容 [ 1~ 2] 器内各种组分的实际组成 , 因此采用常规方法 PSV 的最大泄放量及泄放流体的特性参数都是很难 确定的。对于有着宽沸点范围的多元混合物 , 必须 建立与时间有关的模型 , 才有可能计算出蒸气最大 [ 1] 的泄放量 。 HYSYS 是 H ypro tech 公司推出的一款石油化工 [ 3] 模拟软件 , 广泛应用于 石油化工的静态 模拟, 本 文利用 HYSYS 动态方法对复杂物系压力容器火灾
第 28 卷第 6 期 2010 年 12 月
天
然 气 与 石 油 N atural Gas And O il
V o. l 28 , No . 6 D ec . 2010
复杂物系压力容器安全阀泄放过程 的 HYSYS 动态模拟
hysys气体膜分离流程
hysys气体膜分离流程一、啥是气体膜分离呢。
气体膜分离啊，就像是给气体们设了个特殊的关卡。
这个膜呢，它可神奇啦，就像一个很挑剔的小管家。
不同的气体分子在这个膜面前，有的能轻松通过，就像开了绿灯一样；有的就被拦住，像撞到了一堵透明的小墙。
这是为啥呢？其实是因为不同气体分子的大小、形状还有它们和膜之间的“亲疏关系”不一样。
比如说，小分子的气体可能就比大分子的气体更容易从膜的孔隙里钻过去。
二、hysys在气体膜分离里的角色。
hysys这个软件在气体膜分离流程里那可是个超级厉害的助手。
它就像是一个超级智能的规划师，能把整个气体膜分离的过程在电脑里模拟得清清楚楚。
我们可以在hysys里构建出整个膜分离的模型，就像搭积木一样。
把膜组件、管道、进料口、出料口这些东西按照实际的样子在软件里摆好。
然后呢，它能根据我们输入的各种参数，像气体的组成啊、压力啊、温度这些，算出每个环节会发生什么。
比如说，它能告诉我们从这个膜的一侧出来的气体纯度有多高，流量是多少。
这可太方便了，要是在实际的工厂里，我们得做多少实验才能得到这些数据啊，但是有了hysys，就像有了一个预测未来的小魔法。
三、气体膜分离流程在hysys里的具体操作。
1. 构建模型。
我们先在hysys里找到合适的膜组件模块。
这就像在一堆玩具里挑出我们想要的那一个。
把它放到工作区之后呢，就开始连接管道。
进料的管道要接到膜组件的进料口，这个可不能接错哦，就像插头要插对插座一样。
然后呢，出料口也要把管道连好，有的膜分离有两个出料口，一个是让那些容易通过膜的气体出去的，一个是把那些不容易通过的留在后面的。
这就像把一群小动物按照大小分开，小的从一个门走，大的从另一个门走。
2. 设置参数。
接下来就是设置参数这个重要环节啦。
我们要告诉hysys这个软件进来的气体都有啥成分。
这就像告诉厨师我们要用哪些食材做菜一样。
比如说，里面有多少氧气、氮气、二氧化碳这些。
然后呢，压力和温度也很关键。
乙烯装置热区分离工艺仿真
乙烯装置热区分离工艺仿真乙烯装置热区分离工艺仿真一、引言乙烯是一种重要的基础化工原料，广泛应用于塑料、橡胶、纤维等行业。
乙烯装置的热区分离工艺是保证乙烯生产过程中高效稳定运行的关键环节。
本文将详细介绍乙烯装置热区分离工艺的仿真方法和步骤。
二、乙烯装置热区分离工艺简介乙烯装置的热区是指在裂解反应过程中产生高温高压的反应器和与之相连的设备，如加氢塔、冷凝器等。
由于这些设备所处环境温度较高，需要采取适当措施进行隔离，以保证操作人员和设备安全。
三、乙烯装置热区分离工艺仿真方法1. 确定仿真软件：选择合适的仿真软件对乙烯装置进行模拟，并进行相关参数设置。
常用的仿真软件有Aspen Plus、Hysys等。
2. 收集数据：收集乙烯装置相关设备和管道的几何尺寸、材料特性、工作条件等数据，并进行整理。
3. 建立模型：根据收集到的数据，利用仿真软件建立乙烯装置的热区分离模型。
根据实际情况，可以选择建立简化模型或者详细模型。
4. 定义边界条件：根据乙烯装置的实际运行情况，定义各个设备和管道的边界条件，如进料温度、压力等。
5. 进行仿真计算：利用仿真软件对建立的模型进行计算，并得到相关结果。
包括温度分布、压力分布等。
6. 优化设计：根据仿真结果，对乙烯装置的热区分离工艺进行优化设计。
可以通过调整设备尺寸、改变流体流动方式等方式来提高工艺效果。
7. 验证仿真结果：将优化后的设计参数应用于实际乙烯装置中，进行验证。
通过与实际运行数据进行比较，验证仿真结果的准确性和可靠性。
四、乙烯装置热区分离工艺仿真步骤1. 收集乙烯装置相关数据：包括设备和管道几何尺寸、材料特性、工作条件等。
2. 建立乙烯装置热区分离模型：利用仿真软件建立乙烯装置的热区分离模型，并定义边界条件。
3. 进行仿真计算：利用仿真软件对建立的模型进行计算，并得到相关结果。
4. 优化设计：根据仿真结果，对乙烯装置的热区分离工艺进行优化设计。
5. 验证仿真结果：将优化后的设计参数应用于实际乙烯装置中，进行验证。
第6章 化工流程模拟软件HYSYS
化学与化学工程学院
化学工业出版社
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稳态模拟的具体步骤: 稳态模拟的具体步骤:
稳态模拟的具体步骤.doc
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6.4.3 精馏
例题6-3.doc
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6.4.4 反应
例题6-4.doc
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图6-14 流体输送例题附图
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针对该问题的模拟步骤如下: 针对该问题的模拟步骤如下:
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(2)模拟环境 ) 在模拟基础管理中完成了相关定义后, 就可以点击右下侧的"Enter Simulation Environment"按钮进入模拟环境 .可用的对 象包括物流,能流,设备,调节器,数据 表等,可通过点击->移动->点击的顺序 放置在PFD图上.
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6.3.2 HYSYS使用步骤 使用步骤
化工过程模拟与优化技术(HYSYS)
All capabilities and dates are for planning purposes only and may not be used in any contract.
流程模拟软件所需的基础知识
化工热力学
数学:线性代数、线性、 非线性优化、数值分析
化学工程
静态流程模拟系统
反应工程 工程经验
应用流程模拟软件解决实际工程的方法
HYSYS Interface
Topology Stream Information Thermodynamic Methods
Conceptual Design
Steady State
Dynamic Modeling
Equipment Design
Process Operation
Tool Sharing
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Start HYSYS
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动态流程模拟系统
软件编程VB,C++
控制理论
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HYSYS模拟简单流程讲义.pptx
• 10、Life is measured by thought and action, not by time. ——Lubbock 衡量生命的尺度是思想和行为，而不是时间。8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:10
• 11、To make a lasting marriage we have to overcome self-centeredness.要使婚姻长久，就需克服自我中心意识。Wednesday, August 5, 2020August 20Wednesday, August 5, 20208/5/2020
• •
T H E E N D 8、For man is man and master of his fate.----Tennyson人就是人，是自己命运的主人11:0311:03:108.5.2020Wednesday, August 5, 2020
9、When success comes in the door, it seems, love often goes out the window.-----Joyce Brothers成功来到门前时，爱情往往就走出了窗外。 11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.2020
• 7、Although the world is full of suffering, it is full also of the overcoming of it.----Hellen Keller, American writer虽然世界多苦难，但是苦难总是能战胜的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二 〇二〇年八月五日
气体膜分离过程HYSYS模拟系统的研究
气体分离膜ＨＹＳＹＳ模拟系统的罨蚪究１１３ＨＹＳＹＳ模拟计算系统的主要操作模块图１１ＨＹＳＹＳ模拟系统中单元模块面板Ｆｉｇ．１．１ＰａｎｅｌｏｆｔｈｅＭｏｄｕｌｅｉｎＨＹＳＹＳＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ表１．１图１．１中对应模块的符号说明Ｔａｂ．１．１ＥｘｐｌａｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭｏｄｕｌｅｓｉｎＦｉｇ．１１ＨＹＳＹＳ模拟系统具有强大的模拟功能，它可以模拟几乎所有的化工过程，图１１和表１１为ＨＹＳＹＳ模拟系统中单元模块面板及其符号说明。
１１４ＨＹＳＹＳ模拟计算系统的主要物性计算方法正确选取物性计算方法，对流程模拟的准确性和可靠性起着至关重要的作用。
在实际工厂流程模拟中，对于不同的物系应选用与之相对应的物性计算方法，才能得到与实际工况比较接近的计算结果，这样建立起的模拟平台才是可靠和有意义的。
ＨＹＳＹＳ可大连理工大学硕士学位论文图１４中空纤维膜分离器示意图Ｆｉｇ１４ＦｉｇｕｒｅｏｆＨｏｌｌｏｗＦｉｂｅｒＭｅｍｂｒａｎｅ图１４为中空纤维式膜分离器示意图。
中空纤维膜是一种自身支撑的分离膜，所以在其加工中，必须考虑膜的支撑问题。
另外膜的活性层既可涂覆在纤维的内侧，也可涂在纤维的外侧。
其操作方式既可采用内压式，也可采用外压式。
中空纤维式膜分离器在气体分离中使用的最多，其优点是装填密度很高（高达１６００～３０００ｍ２／ｍ３）、单位膜面积的制造费用比较低、耐压稳定性高（特别是外压式操作模型）。
其缺点是对原料气的预处理要求较高；在某种情况下，纤维管中的压力损失较大。
此外，对原料气的压力要求也较高。
１．２．２气体膜分离器中气体的流型与流动导向在各种膜分离器设计中，流型和流动导向不仅与流体分布有关，而且影响到膜分离器本身的性能、产量、效能、污染甚至使用寿命等许多方面。
由于各种膜分离器的结构特点和使用场合不同，因此，不同的流型和流动导向以及膜分离器中的物质传递都将对膜分离器的设计提供出不同的要求。
（１１气体膜分离器中气体的流型依据原料气和渗透气的相对流动方向，气体膜分离器中的流型可分为逆流、并流和错流三种，图１．５为气体膜分离器中的流型。
hysys 空分流程模拟经验
HYSYS对空分流程的模拟计算摘要：流程模拟软件的功效在于依托精确的模型、科学的计算方法对单元和系统进行计算和高效的优化设计。
在已经开发成功的模拟软件中，HYSYS软件是比较先进的，在对空分工艺流程的模拟中更展现了它的优势。
本文将概括介绍HYSYS软件的功能和对空分工艺流程的模拟计算方法。
关键词：HYSYS；流程模拟；空分流程1．软件功能简介HYSYS是一款功能强大的工艺模拟软件包，该软件的运行界面友好，能够建立准确的空分模型，使用严格科学的计算方法，进行空分单元设备和全过程的模拟计算，用以对现有的空分装置的优化操作和进行新建、改造装置的优化设计。
该软件拥有强大的物性数据库，,具有灵活且便于计算的单元操作模块；提供友好的图形化界面。
在整个HYSYS模拟流程中，除了可以处理物流外，还可以给模块设定功流和热流，既可以模拟质量平衡也可以确保整个系统的能量平衡。
并且通过物性分析，可以获得物流组分、温度、压力及热负荷参数，从而预测所选模型、物流类型、物性方法的正确性。
由于其方便的模块化流程和用户端的良好控制，HYSYS软件尤其适合对全系统的综合模拟、计算和分析；较为简单地即可完成流程的改变和模型变更，为系统提高总效率和经济性的优化改良提供了高效的途径。
2． HYSYS 结构、界面及基本设置（1）模拟基础管理器打开HYSYS软件，新建模拟工况，进入模拟基础管理器界面。
模拟基础管理器是在模拟中创建和操纵多个流体包或组分列表的属性窗口。
模拟基础管理器的开放式表页可以创建独立的组分列表，能与工况中的单个流体包相联结。
基础管理器的第一个表页用于管理工况中的组分列表。
有几个按钮如下：5. 当所有摩尔分数都输完后点击OK按钮，关闭物流属性窗口。
1．HYSYS 模拟计算完成以上设置后，点击ENTER SIMNLATION ENVIROMNENT进入流程模拟界面。
（1）压缩机、膨胀机、泵以及冷却器从单元面板点击添加压缩机、膨胀机以及泵组件单元到界面，输入进出口物流和能量流名称，根据实际的流程配置，在PARAMETERS参数各栏中，输入设备的效率值和已知的一些进出口物流状态参数值。
HYSYS 在空分流程中的应用
HYSYS 在空分流程中的应用作者：贺雷前言HYSYS是功能强大的过程模拟软件，由加拿大HYPROTECH公司研发。
模拟过程分稳态模拟与动态模拟两类，用于过程与设备模拟、分析、设计、优化及开停车指导、动态仿真培训、设计先进控制系统等，广泛应用于石油化工、电解质、制药、气体处理等相关领域。
中石化股份公司天津分公司动力部，拥有四套空分设备，均采用分子筛常温吸附、全低压带增压膨胀机的双高流程。
其中两套空分设备带加氢除氧制氩系统，且一套由6000m3/h扩容至7300m3/h，主塔上塔采用规整填料塔。
笔者使用HYSYS软件的初衷是想通过对四套空分设备建模，以期了解和研究空分设备的运行机理，在此基础上进行性能优化和故障分析。
在使用HYSYS软件过程中笔者总结了一些心得，望与同行共享。
1 物性方法的合理选择HYSYS软件提供的物性方法可以准确地预知混合物系统的物性，包括烃类系统、油类混合系统、空分系统及非理想化学系统等。
其中空分系统推荐的方法有两种：Peng-Robinson(PR)方法和Peng-Robinson Stryjek-Vera(PRSV)方法。
这两种方法的适用范围不同，Peng-Robinson方法以PR状态方程为基础求解物质的熵、焓、逸度、吉布斯自由能、温度、体积和压力等热力学性质，这些性质都是化工过程计算、分析及装置设计中不可缺少的重要依据；PR状态方程是最常用的状态方程之一。
PRSV状态方程是PR状态方程的修正方程，适用于中等非理想系统。
建模初期鉴于PR状态方程的普遍适用性，所以在主流程环境及塔环境中均采用该方程。
尝试后发现模拟结果与实际运行结果不符，问题表征在以产品产量作为减少塔自由度的收敛条件做塔系统收敛时，模拟产品纯度与实际纯度差距较大。
针对该问题笔者查阅相关资料，发现PR状态方程在计算主塔下塔流程时基本可以如实反映下塔运行状态，问题主要出现在上塔的模拟，由PR状态方程知：PR状态方程中kij的数值会直接影响上塔及氩塔产品物料的纯度及逐板物料浓度分配，kij是二元相互作用系数，表示混合物中两组分的形状、大小及分子间作用力对混合物性质的影响，不同分子间的作用力不同，kij值也不同，而PR状态方程中kij= kji忽略了kij值不同的影响，进而造成了计算误差。
Hysys模拟分离过程解读
• 可选参数：
– 产物相态 – 热力学模型 – 夹带选项（carry over opitions，模拟真实工 况）
闪蒸类型
• • • • • 绝热闪蒸：绝热或指定热负荷下的汽液平衡状态 等温闪蒸：指定温度下的汽液平衡状态 露点闪蒸：指定压力下的露点温度 泡点闪蒸：指定压力下的泡点温度 等熵闪蒸：等熵变化后的温度、压力和所需要的 热负荷
简捷精馏(shortcut)
• 用全回流塔进行 Fenske-Underwood 精馏计算 • 可以计算塔板的最小Fenske 塔板数以及最小的 Underwood 回流比。 • 使用设定的回流比计算富集和抽提工段中汽体和 液体的流动速率，冷凝器负载和再沸器负载，理 想的板的数量，以及最佳进料位置。 • 全回流塔只是塔性能的估计并受到简单的回流塔 的限制。对于更多的实际的结果要使用严格的塔 选项，这些操作仅可以为大多数的简单的塔提供 初始估计值
气液出口压力 气出口压力 =进口压力 =进口压力 -DP-DP2 -DP
220-14-4 kPa 220 kPa 220-14 kPa
220-14 kPa
分离器的三个选项
Flash —应用示例（1）
• 流量为 1000 kg/hr 压力为 0.11 MPa 含乙 醇 70%、水30%w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。
I.闪蒸(Flash drum)
• 执行给定热力学条件下的汽 液平衡或汽 液 平衡计算， 输出一股汽相和一股（或两 股） 液相产物。 • 用于模拟闪蒸器、蒸发器、气液分离器 等。 • 闪蒸单元自由度： 2
闪蒸单元的模型
PV=PL TV=TL y i= k i· xi (i=1,…，c) TF, P F,F F,z1,…,zc FF· zi=FV· yi+FL· xi (i=1，…，c-1) FF=FV+FL hF· FF+Q=hV· FV+hL· FL
hysys中文学习手册
应用与指导243第五章化学应用下面是丙二醇生产的应用实例。
在连续搅拌槽式反应器（CSTR）中，环氧丙烷与水发生反应生产丙二醇。
反应器的出口产物注入到分馏塔中，从分馏塔底回收乙二醇。
该过程的流程图如下所示：图5.1(注：该过程的完整的模拟过程请参见HYSYS\SAMPLES目录中的TUTOR3.HSC文件)下面描述如何利用HYSYS完成该过程的模拟。
本例完整地描述出了整个模拟过程，其中包括选择物性包和组分、定义反应、安装物流和单元模块以及检验、研究最后结果。
模拟过程中将利用HYSYS的各种界面工具，从中你可以充分体验到HYSYS界面的灵活易用性。
开始工作前，应该首先阅读本手册最前面的部分：第一章－HYSYS应用实例（HYSYS Tutorials）。
下面开始HYSYS模拟过程，首先创建一个新的工况。
按以下过程设置参数会话窗口：1. 打开工具菜单并选择参数设置会话窗口（Preference）。
参数会话窗口出现。
2. 目前处于模拟(Simulation)标签的选项(options)页。
通过单击检查框不选择243第五章 化学应用244 244使用模式属性窗口（Use Modal Property Views ）。
3. 用鼠标左键单击变量标签，打开单位页。
创建一个新的单位集（注：按以下步骤创建一个新的模拟过程：1、创建单位集。
2、选择柔性包。
3、选择组分。
4、规定反应。
5、创建和规定进料物流。
6、安装并定义混合器和反应器。
7、安装并规定精馏塔。
）开始创建模拟的第一步是选择单位集。
HYSYS 不允许改变三个缺省的单位集。
然而通过复制现有的三个单位集，可以创建一个新的单位集。
比如说，基于现有的Field 单位集，可以创建并定制新的单位集：1. 在已有的单位集列表中，单击Field 单位集，使其处于激活状态。
此时应注意液相体积流率的缺省单位是桶/天；本例中，我们将把流率的单位改为USGPM 。
图5.22. 单击复制单位集按钮。
Hysys模拟反应过程
集(Current reaction set) • 建立equilibrium反应器单元，选择进料物流，给
定产物和热量流名称 • 在equilibrium中Reaction选项卡中选择Reaction
Yield Shift Reactor——变产率反应器
适用于没有模型或模型过于复杂的反应
• 根据每一种产物与输入物流间的产率关系进行反 应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡
• 只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化 学计量关系
• 在变产率反应器中有两种方法设定反应： 产率或者转化率
（二）热力学平衡类反应器
1. Conversion Reactor
Hysys反应模块
CSTR Plug Flow
Conversion Reactor——转化率反应器
• 按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，指 定某一反应物的转化率
• 已知化学反应方程式和每一反应的转化率或产量， 不知化学动力学关系。
• Conversion% (x%=C0+C1*T+C2*T2)
Conversion Reactor — 示例1
• 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应：
CH4 2H2O CO2 4H2
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为100 kmol/hr。
若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013 MPa，温度为750 ℃，当反应器出口处CH4转化率为73% 时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？ 步骤：定义组分、流体包、反应，定义原料，定义反应集
HYSYS的二次开发及其在多组分气体膜分离过程模拟中的应用_金大天
·８８ ·
膜 科 学 与 技 术
第 ３２ 卷
的算法模型的基 础 上，采 用 Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ 方式 把 自 行 开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟 软 件 嵌 入 ＨＹＳＹＳ，开 发 了 膜 分 离 计 算 模 块 （Ｍ－１００）．该 模 块 可 直 接 自 行 计 算，无 需 外 挂 附 加 程 序．图 １ 为 ＨＹＳＹＳ膜分离 计 算 模 块，以 含 ＣＯ２ 多 组 分 气 体 膜 法分离过程为模拟 对 象，需 要 输 入 的 膜 组 件 参 数 包 括膜面积、渗透系 数、原 料 气 流 量、浓 度、压 力 等．在 进行上面所 描 述 的 登 录 过 程 后，通 过 ｗｏｒｋｂｏｏｋ 输
渗透
１７．２７ １０３．４ １０．６５ ０．４９６ １ ０．５０３ ９
原料
２１ １０３４ １００ ０．２１ ０．７９
Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａｖｉｓ 尾气
２１．１１ １ ０３４ ８９．３２ ０．１７５ ５ ０．８２４ ５
渗透 １７．２７ １０３．４ １０．６８ ０．４９８ ５ ０．５０１ ５
气体分离膜过程可以通过简单膜组件的串并联 来处理较大量气体．因 此，为 获 得 最 佳 分 离 效 果，需 要 深 刻 理 解 膜 分 离 工 程 的 系 统 设 计 、操 作 技 术 、经 济 性评价、混合性工 程 及 操 作 等 内 容．系 统 设 计 中，分 离 膜 的 操 作 形 式 分 为 单 级 系 统 、并 联 、串 联 、或 串／并 联等操作类型．
２．２ 串／并 联 多 级 循 环 工 程 多级工程可分 并 联 工 程、串 联 工 程、并／串 联 循
环 工 程 等 ．为 了 得 到 较 高 回 收 气 体 的 浓 度 ，一 般 采 用 串联方式；为了得 到 较 大 流 量，一 般 采 用 并 联 方 式． 在实际工程中根据 不 同 情 况 往 往 利 用 串 联、并 联 和 循 环 工 程 的 特 性 对 工 程 进 行 设 计 ，以 提 高 分 离 效 率 ．
Hysys模拟反应过程..
传热量
反应压降（状态变量，但须估计） 反应程度 变量数：
1
1 r 2(c+2)+r+2 (c+2)+r+2
自由度数：
反应器单元的自由度
• 指定进料c+2个自由度
反应器自由度：r + 2 r – 化学反应的数目 2 – 多种组合：压降、热负荷 压降、出口温度等
化学反应
• 涉及多相（例如气相、液相、反应固体和固体催 化剂）、各种几何形状（例如搅拌釜、管流质量传递区域（例如粘性流、湍流、 传导、辐射、扩散和分散），尤其对连续过程， 化学反应器往往需专门设计。
(一)生产能力类反应器
由用户指定生产能力，不考虑热力学可能性和动力学可行性
• Conversion Reactor
（转化反应器）
性质：按照化学反应方程式中计量关系进行反应，指定某一 反应物的转化率 用途：已知化学反应方程式和每一反应的转化率，不知化学 动力学关系。
• Yield shift reactor (变产率反应器)
教学目的
熟悉模拟软件中可获得的反应器模型类型 以及它们在过程模拟中的应用； 了解特定的反应过程的特点，选择相适应 的反应器类型或反应器网络，保证所需产 品组分足够的产率和选择性。
Hysys反应模块
CSTR
Plug Flow
反应模块类型
1. 生产能力类反应器 转化率反应器(Conversion Reactor) 变产率反应器(Yield Shift Reactor) 2. 平衡类反应器 平衡反应器（Equilibrium Reactor） 吉布斯反应器(GIBBS Reactor，最小自由能原理) 3. 动力学类反应器 连续搅拌釜式反应器(CSTR) 平推流反应器（Plug Flow Reactor—PFR）
利用HYSYS动态模拟解决油气分离的研究
原油以及天然气等伴生气已经成为世界上最有用的能源，原油在日常生活中被频繁使用。
原油的提取不仅是为了商业用途，也是为了安全和环境原因，它还会引起腐蚀和其他问题，可能会导致设备在分离过程中损坏。
因此在油气田开发过程中，油气储运行业也是其中必不可少的一部分，它涉及到原油油气分离，原油脱水，轻烃提炼，脱硫，原油外输等多方面。
本文利用HYSYS软件所模拟的动态特征，可解决从装置中长期特征获得的动态特征等问题，可利用于实际生产中。
在本次软件应用中，首先规划出设备的大概框架。
将提取的原油先送至三相分离器，将气、油、水分离。
然后，混合器进入一个两相分离器以去除更多的气体。
将油水从两相油水分离器中去除。
通过脱水和脱盐可以将水和盐从油中溶解。
对于气体分离，气体将被脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔除去，这些都将用于商业。
温度和压力应该包括在这个模拟中。
利用该模型可以获得一些有用的参数，为大部分单元操作的规模确定提供参考。
虽然HYSYS模拟是一种简单的方法，但与我们考虑的油气分离方法相比，它提供了更准确的参数。
一、软件应用在这一部分中，重点讨论了利用HYSYS对一个气油分离装置(GOSP)和气体处理装置进行模拟的过程。
从井口提取的原油中含有气体、水和其他杂质，在运输前必须将其分离，以减少任何经济和腐蚀问题。
在这个设计中，几乎所有的气体成分都被分离成不同的流，99.9%的甲烷，99.9%的乙烷，99.9%的丙烷，99.9%的丁烷。
最终的油品的里德蒸汽压等于29.77，这是稳定和安全的储存和运输的重要参数。
下表1,2显示了原油的原始数据和伴生气的组成。
表1 原油原始数据原油流速(bbl/day)815000含水(% vol)22.95剩余水 (% vol) 6.5伴生气(% wt)7.51盐度(ppm)27250 表2 伴生气成分气体%甲烷, C1 49乙烷, C2 21.8丙烷, C317丁烷, C4 9硫化氢 3.2流体的HYSYS模拟分析要求确定流体周围的热力学参数。
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• 主流模型
– 非平衡级模型
• ASPEN RateFrac模型
精馏塔的一段
hysys的精馏计算
A. 组分分离器 B.简捷精馏 C. 严格精馏 D. 侧线精馏 E. 塔板计算：塔板设计和塔板核算 F. 填料塔计算：填料设计和填料核算
严格塔的类型
塔的基本类型 （Basic Column Types） 吸收塔 （Absorbor） 液液萃取塔 (Liquid-Liquid Extractor) 再沸吸收塔（Reboiled Absorber） 回流吸收塔 (Refluxed Absorber) 精馏塔 (Distillation) 三相精馏塔 (Three Phase Distillation)
TF, PF,FF,z1,…,zc
FF·zi=FV·yi+FL·xi (i=1，…，c-1)
FF=FV+FL
Q
hF·FF+Q=hV·FV+hL·FL
c
xi 1
i 1
c
yi 1
i 1
c
zi 1
i 1
TL, PL,FL,x1,…,xc
ki=K(TV,PV,X,Y) (i=1,…,c)
• 理论（Theory） – 组分分离器可以满足每个组分的物料平衡： fi = ai + bi 其中： – fi=进料的ith 组分的摩尔流量 – ai=顶部ith 组分的摩尔流量 – bi=底部ith 组分的摩尔流量
A. 组分分离器（Component Splitter）
A. 组分分离器（Component Splitter）
热负荷
理想分离器和实际分离器的区别
• 理想分离器
– 认为气液相是完全分离的。
• 实际分离器
– 分离并不完全，液体能夹杂在气体中或者液体中液包含气体 – 近年来多使用增加容器内部构件（例如，金属网垫，叶片包，堰）
的方法来减少夹杂的液体量和气体量。
• hysys Design 中默认的分离器是理想分离器 • 实际分离器有许多优点：
• 求离开冷凝器的汽、液两相的温度和组成。
• （增加一个cooler，设定出口物流的Vapor Fraction为独立变量！）
Flash —应用示例（1）
• 液相：
– 活度系数方程 NRTL,Wilson,等
• 气相：
– 状态方程 SRK, P-R等
Flash —应用示例（2）
• 流量为 1000 kg/hr 压力为 0.5 MPa 温度为 120℃、
A. 组分分离器（Component Splitter）
B. 简捷精馏(shortcut)
设计要求： • 含乙苯(C8H10)30%m(L)、苯乙烯
(C8H8)70%m(H) 的混合物（F=1000kg/hr、 P=0.12MPa、T=30℃）用精馏塔分离，要求 99.8% 的乙苯从塔顶排出， 99.9%m 的苯乙 烯从塔底排出
Shortcut—连接
• Shortcut模型的连接图如下：
Shortcut —应用示例
• 含乙苯(C8H10)30%m(L)、苯乙烯(C8H8)70%m(H) 的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30℃） 用精馏塔（塔压 0.02 MPa(a) 分离，要求塔顶乙苯 的浓度大于99.8%m， 塔底苯乙烯浓度大于 99.9%m。塔顶采用全凝器。 求： (1) Rmin，NTmin ; (2) R=1.5Rmin时的R、NT和NF
第3章 hysys模拟分离过程
分离单元的类型
I. 闪蒸 II. 精馏 III. 吸收 IV. 萃取
hysys模拟的分离过程
• 分离器： 2 相分离器、 3 相分离器、固体分离器、 旋风分离器、真空过滤器、结晶器
• 塔： 吸收解吸、有再沸器的吸收塔、有回流的 吸收塔，液 - 液萃取塔、常减压塔、精馏塔、 组分分离器、三相精馏塔（所有塔都能在 板上加反应单元进行反应精馏）
FCCU 主分离器 (FCCU Main Fractionator)
减压塔 (Vacuum Reside Tower)
描述（Description）
塔板部分，再沸器，冷凝器，3 个侧气 提塔，以及3 个附属的循环泵系统
塔板部分，再沸器，冷凝器，1 个塔顶 的再沸气提塔，3 个侧气提塔，以及3 个附属的循环泵系统
4)热力学模型 (Thermodynamic systems)
• 整塔使用同一个热力学模型 • 不同的塔板指定不同的热力学模型
5)冷凝器 (Condenser)
冷凝器配置从四个选项中选择一种： 1、分凝器（Partial）露点 2、泡点温度（Bubble point）泡点 3、过冷冷凝 （Subcooled，Fixed temperature） （Subcooled，Fixed temperature drop）
含乙醇70%w、水30%的物料绝热闪蒸到 0.15 MPa。
• 求离开闪蒸器的汽、液两相的 温度、流量和组成。
II 精馏
• 当体系中的化学组分沸点相差较小，或不具有其 它易于分离的性质时，须采用精馏的方法。
• 其它的分离方法包括：吸收、萃取、吸附 • 模拟传质设备的两个关键点：
(1)热力学 (2)收敛问题
hF=H(TF,PF,Z)
hV=H(TV,PV,Y) hL=H(TL,PL,X)
方程数：3c+9 变量数：4c+13 自由度：(c+2)+2
闪蒸分离操作类型
分离器
多进料口，一个气相出料口和一个液相出料口
Hale Waihona Puke （Separator）在稳态模式下，分离器把容器中的物质分为气
相成分和液相成分
三相分离器 多进料口，一个气相出料口和两个液相出料口 （3-Phase 三个分离器把容器中的物质分为气相、轻液和 Separator） 重液
6)侧线加热器/冷却器(Side-heaters and Coolers)
• 可为每块塔板指定侧线加热或冷却的热负荷 每块塔板的热损失 每块塔板的Flash zone
气液出出口口压压力力=进=进口口 压压力力-D-PD-DPP2
220 kPa
220-14-4 kPa 220-14 kPa
220-14 kPa
分离器的三个选项
Flash —应用示例（1）
• 流量为 1000 kg/hr 压力为 0.11 MPa 含乙 醇 70%、水30%w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。
图标（Icon）
描述（Description） 仅有塔板
仅有塔板
塔板和塔底部再沸器
塔板和塔顶冷凝器
塔板并有再沸器和冷凝器
塔板，三相冷凝器，再沸 器。冷凝器可以设定是化 合物或烃类
预设复杂塔的类型
复杂塔的基本类型 （Complex Column） 3 侧线原油塔 (3 Sidestripper Column) 4 侧线原油塔 (4Sidestrippe Column)
• 每块塔板上的液体和塔板间的气体是完全混合的， 具有均匀的温度和组成；
• 离开每块塔板的液体和气体都处于相平衡
平衡级
• 任何一平衡级（或理论板）为基础的严格 精馏算法包含以下基本方程组： 1)物料平衡方程组(M) 2)相平衡方程组(E) 3)摩尔分数加和式(S) 4)热平衡方程组(H)
• －－－MESH方程组
罐（Tank） 多进料口，一个气相出料口和一个液相出料口
平衡闪蒸
露点 Dew P.
泡点 Bubble P.
闪蒸计算的任务
a) 气－液平衡计算 包含一股气相和一股液相，如果体系中存 在水，则水作为单独的一相出料
b) 气－液－液平衡计算 包含一股气相和两股液相
Flash－模型参数
• 第一规定：
– 压力、温度
简捷精馏(shortcut)
• 用全回流塔进行 Fenske-Underwood 精馏计算 • 可以计算塔板的最小Fenske 塔板数以及最小的
Underwood 回流比。 • 使用设定的回流比计算富集和抽提工段中汽体和
液体的流动速率，冷凝器负载和再沸器负载，理 想的板的数量，以及最佳进料位置。
• 全回流塔只是塔性能的估计并受到简单的回流塔 的限制。对于更多的实际的结果要使用严格的塔 选项，这些操作仅可以为大多数的简单的塔提供 初始估计值
• 第二规定：
– 闪蒸类型(绝热、等温、等熵等)或产物规定
• 可选参数：
– 产物相态 – 热力学模型 – 夹带选项（carry over opitions，模拟真实工
况）
闪蒸类型
• 绝热闪蒸：绝热或指定热负荷下的汽液平衡状态 • 等温闪蒸：指定温度下的汽液平衡状态 • 露点闪蒸：指定压力下的露点温度 • 泡点闪蒸：指定压力下的泡点温度 • 等熵闪蒸：等熵变化后的温度、压力和所需要的
I.闪蒸(Flash drum)
• 执行给定热力学条件下的汽 液平衡或汽 液 平衡计算， 输出一股汽相和一股（或两 股） 液相产物。
• 用于模拟闪蒸器、蒸发器、气液分离器 等。
• 闪蒸单元自由度： 2
闪蒸单元的模型
PV=PL
TV, PV,FV,y1,…,yc
TV=TL
yi=ki·xi (i=1,…，c)
常规精馏塔自由度
独立变量
总塔板数 (N)
进料位置 (NF) 进料条件(F,TF,PF,xi) 操作压力(P) 再沸器负荷(QB) 冷凝器负荷(QC) 可调变量总数
数目
1
1 c+2 1 1 1 (c+2)+2+3
F,TF,PF,zi
1
QC
R
D,xDi
QB N B,xBi