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
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 — 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)
分别设定每个组份的分离效率 Ei，定 义为:
x2,i Ei KLL,i x1,i
用以表征相组成偏离平衡组成的程度。
Decanter — 应用示例(1)
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 （Pressure) （2） 温度/热负荷
（Temperature/Heat Duty )
（Vapor-Liquid-Free Water) 从以上 3个参数中选定 1 个。
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。
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)。
计算器 ——Calculator（7）
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 （Pressure) （3） 蒸汽分率（Vapor Fraction) （4） 热负荷（Heat Duty)
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。
Sep2 — 应用示例（2）
同示例（1），如果分离过程是在精 馏塔中实现，塔顶出料是 0.11 MPa 的饱 和蒸汽，塔底出料是 0.13 MPa 的饱和液 体，求输出物流的温度和体积流量。
计算器 —— Calculator
在进行过程设计和分析时，有时无 法预先确定某些过程变量的设定值，而 是需要根据过程运行的中间结果按一定 的函数关系式计算。ASPTEN Plus为此 提供了一个在线计算工具： 流程选项 (Flowsheeting Options) 下 的 计 算 器 (Calculator)对象。
计算器 ——Calculator（4）
3 、 在 定 义 (Define) 表 单 中 点 击 新 建 (New) 按钮，创建计算器对象所 需的变量； 4、在弹出对话框中输入新变量的变量 名(Variable name)；
计算器 ——Calculator（5）
步骤 3 和步骤 4 ：
计算器 ——Calculator（6）
步骤 5 ：
计算器 ——Calculator（8）
可以定义多个计算所需的变量，如下图所示：
计算器 ——Calculator（9）
步骤6： 在 计 算 (Calculate) 表 单 中 的 计 算 方 法 (Calculation method)栏选择Fortran（推荐使用）或 Excel； 在 输 入 可 执 行 Fortran 语 句 (Enter executable Fortran statements) 框 中 输 入 用 于 执 行 计 算 的 Fortran程序。 Aspen Plus 提供了内嵌(In-Line) Fortran的实时 编译、连接和运行。 In-Line Fortran的编程语法、 规则、内部函数可参见在线帮助。
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。
从以上 4 个参数中选定 2 个。
Flash2 — 模型参数
（2）
Flash2 — 模型参数 （3）
Flash2 模块的模型参数有 3 组：
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
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）
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
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）
Sep — 模型参数 （5）
Sep 模块的模型参数有 3 组：
3、出口闪蒸 ( Outlet Flash)
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 （Pressure) （3） 蒸气分率（Vapor Fraction) （4） 热负荷（Heat Duty)
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：
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。