第四讲 分离单元的仿真设计(一).ppt

化工CAD基础 第四讲,Simulation Design of Separation Processes 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 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,简单分离单元模型（2）,,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Flash2 两相闪蒸器（2）,Flash2 —— 连接,Flash2 模块的连接图如下：,Flash2 —— 模型参数,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 （Presre) （3） 蒸气分率（Vapor Fraction) （4） 热负荷（Heat Duty) 从以上 4 个参数中选定 2 个。

Flash2 — 模型参数 （2）,2、有效相态 ( Valid Phase) （1） 汽-液相（Vapor-Liquid) （2）汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid) （3）汽-液-游离水相 （Vapor-Liquid-Free Water) 从以上 3个参数中选定 1 个Flash2 — 模型参数 （3）,Flash2 模块的模型参数有 3 组：,Flash2 — 模型参数 （4）,Flash2 — 模型参数 （5）,Flash2 模块的模型参数有 3 组：,3、液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 液相被带入汽相中的分率Flash2 — 模型参数 （6）,Flash2 — 应用示例（1）,流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、含乙醇 70 %w、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Flash2 — 应用示例（2）,流量为 1000 kg/hr、压力为 0.5 MPa 温度为 120℃、含乙醇 70 %w、水 30 %w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Flash2 — 应用示例（3）,流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为20℃ 、含丙酮 30%w、水 70%w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—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),灵敏度分析—Sensitivity (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(Object Manager)中点击新建(New)按钮； 2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(ID)；,灵敏度分析—Sensitivity (4),步骤1和步骤2：,灵敏度分析—Sensitivity (5),3、在定义(Define)表单中点击新建(New) 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(Variable name)；,灵敏度分析—Sensitivity (6),步骤3和步骤4：,灵敏度分析—Sensitivity (7),5、在变量定义(Variable Definition)对话框中的下拉式选择框中选择变量的类别(Category)、类型(Type)、流股(Stream)或模块(Block)代号，并指定具体变量(Variable)。

灵敏度分析—Sensitivity (8),步骤5：,灵敏度分析—Sensitivity (9),可以定义多个分析所需的变量，如下图所示：,灵敏度分析—Sensitivity (10),步骤6：在变化(Vary)表单中输入调节变量(Manupulated variable)的类型、名称和具体变量(variable),并指定体调节上、下限(Upper/Lower limits) 和增量(Incr)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(Relts)项目，右侧的汇(mmary)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),步骤8：,变量关系图——Plot,在查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，ASPTEN Plus为此提供了绘图(Plot)功能，可以将列表数据中的任意两列绘制成X~Y曲线图。

变量关系图——Plot （2）,步骤1：选择横坐标变量 在列表数据中选中一列，从窗口菜单Plot项的下拉框里选择X轴变量(X-Axis Variable)；,变量关系图——Plot （3）,变量关系图——Plot （4）,步骤2：选择纵坐标变量 再选中列表数据的另一列，从窗口菜单Plot项的下拉框里选择Y轴变量(Y-Axis Variable)；,变量关系图——Plot （5）,变量关系图——Plot （6）,步骤3：绘制曲线 然后点击窗口菜单Plot项的下拉框里的显示绘图(Display Plot), 即可得到曲线图变量关系图——Plot （7）,变量关系图——Plot （8）,Flash2 — 应用示例（4）,流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为 20℃、含丙酮 30%w、水 70 %w的物料进行部分蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷为 250 kW分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率的影响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、液-液分离器、汽-液-液分离器等Flash3 — 三相闪蒸器 （2）,Flash3 —— 连接,Flash3 的连接图如下：,Flash3 — 模型参数,Flash3 的模型参数有 3 组：,1、闪蒸设定 ( Flash Specifications) （1） 温度（Temperature) （2） 压力 （Presre) （3） 蒸汽分率（Vapor Fraction) （4） 热负荷（Heat Duty) 从以上 4 个参数中选定 2 个。

Flash3 — 模型参数（2）,Flash3 — 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）,3、液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率Flash3 — 模型参数（5）,Flash3 的模型参数有 3 组：,Flash3 — 模型参数（6）,Flash3 — 应用示例（1）,流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、含乙醇 30 %w、正己烷 30%w、水 40 %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）=1/9求离开冷凝器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成Flash3 — 应用示例（2）,F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=100 ℃含乙醇 70 %w、水 30 %w的物流与F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=70 ℃含正己烷 60%w、乙醇 40 %w的物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到P= 0.11 MPa，求离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。

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，观察输出结果有什么变化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、水倾析器等Decanter——倾析器（2）,Decanter —— 连接,Decanter 模块的连接图如下：,Decanter — 模型参数,Decanter 模块的模型参数有 3 组：,1、倾析设定 ( Decanter Specifications) （1） 压力 （Presre) （2） 温度/热负荷 （Temperature/Heat Duty ),Decanter — 模型参数（2）,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（3）,Decanter 模块的模型参数有 3 组：,Decanter — 模型参数（4）,Decanter — 模型参数（5）,Decanter 模块的模型参数有 3 组：,3、组份分离效率 ( Separation Efficiencies) 分别设定每个组份在两相中的分离效率（代表了相组成偏离平衡组成的程度）。

Decanter — 应用示例(1),用水（P= 0.2 MPa、T=20 ℃）从含乙醇 40 %w、正己烷 60%w的混合液（F= 500 kg/hr、P= 0.2 MPa、T=20 ℃）中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率达到97%，求需要的水流量和萃取相和萃余相的组成Decanter — 应用示例(2),同示例（1），求乙醇分离效率为0.9时需要的水流量和萃取相组成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Sep —— 组份分离器（2）,Sep —— 连接,Sep 模块的连接图如下：,Sep — 模型参数,Sep 模块的模型参数有 3 组：,1、规定 (Specifications) 输出物流条件设定，指定每个组份在各股输出物流中的分率或流量Sep — 模型参数 （2）,Sep — 模型参数 （3）,Sep 模块的模型参数有 3 组：,2、进料闪蒸 ( Feed Flash) 指定输入物流混合后的闪蒸压力和有效相态Sep — 模型参数 （4）,3、出口闪蒸 ( Outlet Flash) 指定每一股输出物流的闪蒸压力、温度、气相分率和有效相态。

Sep — 模型参数 （5）,Sep 模块的模型参数有 3 组：,Sep — 模型参数 （6）,Sep — 应用示例（1）,把F=500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=20 ℃含乙醇 30 %w、正丙醇 20%w、正丁醇 10%w、水 40 %w的物流分成四股输出物流，各组份在输出物流中的分配比例为： 乙醇 0.96 : 0.02 : 0.01 : 0。