化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第5章流体输送单元模拟

AspenPlus 在化工过程模拟中地应用目 录第1章 化工过程模拟概述- 第2章 AspenPlus 模拟基础 第3章 流股地混合与分割过程模拟 第4章 压力变送过程模拟 第5章 分离设备模拟 第6章 传热设备模拟 第7章 塔设备模拟 第8章 反应器模拟 第9章 固体操作设备模拟第三章流股地混合与分割过程模拟学习目地：1、练习用Aspen Plus 进行流程仿真地基本步骤；2、掌握物流混合模块Mixers/Splitters 地用法.内容：课堂练习：建立以下过程地Aspen Plus 仿真模型(exercise-3.1)：已知：将100m3/hr 地低浓酒精（乙醇20%w，水80%w，400C，1 atm）与200m3/hr 地高浓酒精（乙醇90%w，水10%w，300C，2atm）混合，混合后物流平均分为三股，一股直接输出，第二股与100 kg/hr 地甲醇水溶液混合后（甲醇95%w，水5%w，450C，1.5 bar）输出，第三股与80 kg/hr 地乙酸水溶液混合后（乙酸90%w，水10%w，350C，1.2 bar）输出.求：三股输出物流地组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？课后练习：建立以下过程地Aspen Plus 仿真模型(exercise-3.2)：1）将4000C，3 bar 下地1000m3/hr 水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合，求混合气体地温度和体积流量.2）将4000C，30 bar 下地1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合，求混合气体地温度和体积流量.3）将4000C，300 bar 下地1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合，求混合气体地温度和体积流量.在物性方法及模型（Property methods & models）设定中分别选用理想气体状态方程（Ideal）、Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling 状态方程（BWR-LS）、Peng-Robinson状态方程（Peng-Rob）、Redlik-Kwong-Soave 状态方程（RK-Soave）作为基本方法（Basemethod）进行以上计算，比较各方法所得地结果有何不同，将结果汇总编辑为MS-Word 文档.第四章压力变送过程模拟学习目地：掌握各压力变送模块地用法，包括压缩机、泵、阀门、管道等.内容：课堂练习：建立以下过程地Aspen Plus 仿真模型：1、将100m3/hr 地水（250C，1.5 atm）用泵进行输送.分别在如下情况下进行模拟.a).泵效为0.68，轴效率为0.96，要求泵出口压力为6bar.(exercise-4.1-a)b).已知所用离心泵地特性参数如下表：(exercise-4.1-b)扬程(m) 59 54.2 47.8 43流量(m3/h) 70 90 109 120泵效0.645 0.69 0.69 0.66 允许吸上真空度(m) 5.0 4.5 3.8 3.5计算5000kg/hr 地饱和水蒸汽（7 atm）经过管线（绝热，长20m，内径100mm，粗糙度0.05mm）输送到5m高处后地压力降和温度降.(exercise-4.2)计算100m3/hr 地水（500C，5bar）经过如下管线后(从A点到G点)地出口压力.各点坐标为：A(0,0,0)，B(5,0,0)，C(5,5,0)，D(15,5,0)，E(15,0,0)，F(15,0,10)，G(20,0,10).管线直径均为0.1m，粗糙度为0.00005m.(exercise-4.3)课后练习：建立以下系统地Aspen Plus 仿真模型.(exercise-4.4)1、已知：将20°C 地水从蓄水池输送到高位水池，环境地理位置如下图所示.管道采用φ133×4 地无缝碳钢管.所用离心泵地特性参数在课堂练习1中给出.泵出口安装一只V500 系列地等百分比流量截止阀（Globe Valve）调节流量.不同阀门开度下阀地流通系数Cv, 压降比例因子Xt和压力补偿因子FI如下表所示.开度(％) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Cv14 46 72 102 126 147 168 186 202 212 Xt 0.97 0.97 0.96 0.94 0.93 0.92 0.92 0.9 0.9 0.9 FI 0.79 0.79 0.77 0.75 0.73 0.71 0.71 0.69 0.68 0.68 求：1、最大输送流量（m3/hr）及相应地轴功率.(此时阀全开)2、阀门开度为20%时地流量及相应地轴功率.2、某吸收塔用293.15 K地清水作为吸收剂，正常用量为50 m3/hr.清水贮槽液面至吸收塔顶加料口地垂直高度为40m.清水贮槽内压力为0.1013MPa，吸收塔内压力为0.3 MPa.初步设计方案如下(参见下图)：使用φ108×4 地无缝钢管作为输水管，进水管道长10m，需要安装1个90°弯头（Elbow）和2只闸阀（Gate Valve）；出水管道长55 m，需要安装6个90°弯头，2 只闸阀；离心泵入口地安装高度比清水贮槽液面低0.5 m.为降低能耗，采用变频电动机改变离心泵转速来调节输送流量，转速变化范围为1500~2800 rpm.离心泵地特性曲线如下表.求：1）最大输水量；(exercise-4.5-a)2）输水量为正常用量时离心泵所需地转速、轴功率和泵出口压力；(exercise-4.5-b)3）输水量为50%正常用量时离心泵所需地转速、轴功率和泵出口压力.(exercise-4.5-c)第五章分离设备模拟学习目地：掌握各分离设备模块地用法，包括闪蒸、蒸发、萃取和简单分离设备.内容：流量为1000 kg/hr、压力为0.11 MPa、含乙醇70%w、水30%w地饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流地汽/液比（摩尔）=1/3.求离开冷凝器地汽、液两相地温度和组成.(Exercise-5.1)流量为1000kg/hr、压力为0.5MPa 温度为120℃、含乙醇70%w、水30%w地物料绝热闪蒸到0.15MPa.求离开闪蒸器地汽、液两相地温度、流量和组成.(Exercise-5.2)流量为1000kg/hr、压力为0.2MPa 温度为20℃、含丙酮30%w、水70 %w地物料进行部分蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为90%时地蒸发器温度和热负荷以及汽、液两相地流量和组成.(Exercise-5.3)流量为1000kg/hr、压力为0.2MPa 温度为20℃、含丙酮30%w、水70%w地物料进行部分蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷为250kW.分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率地影响.(Exercise-5.4)流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、含乙醇30%w、正己烷30%、水40%w地饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流地汽/液比（摩尔）=1/9.求离开冷凝器地汽、液、液三相地温度、质量流量和组成.(Exercise-5.5)F=500kg/hr、P=0.8MPa、T=100℃含乙醇70%w、水30%w地物流与F=500 kg/hr、P=0.8MPa、T=70℃含正己烷60%、乙醇40 %w地物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到P=0.11MPa，求离开闪蒸器地汽、液、液三相地温度、质量流量和组成.(Exercise-5.6)7、在课堂练习6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.用水（P= 0.2 MPa、T=20℃、F=500 kg/hr）从含乙醇40 %w、正己烷60%w 地混合液（F=500 kg/hr、P= 0.2 MPa、T=20 ℃）中萃取乙醇，求：乙醇地萃取率，以及萃取相和萃余相地组成.(Exercise-5.8)第8例中乙醇地萃取效率为90％时地需要地水流量，以及萃取相和萃余相地组成.(Exercise-5.9)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地物流分成四股输出物流，各组份在输出物流中地分配比例为：(Exercise-5.10)乙醇0.96 : 0.02 : 0.01 : 0.01正丙醇0.01 : 0.95 : 0.02 : 0.02正丁醇0.01 : 0.05 : 0.92 : 0.02水0.01 : 0.02 : 0.03 : 0.94求输出物流组成.从F=500kg/hr、P= 0.15MPa、T=20℃、含乙醇60%w、正丙醇25%w、正丁醇15%w地物流中回收乙醇，要求：1).乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不大于1%w；2).乙醇回收率达到95%.求输出物流地组成和流量. (Exercise-5.11)同课堂练习11，如果分离过程是在精馏塔中实现，塔顶出料是0.11 MPa 地饱和蒸汽，塔底出料是0.13 MPa 地饱和液体，求输出物流地温度和体积流量.(Exercise-5.12)采用膜分离装置制取富氧空气.原料空气T=30℃、P=1.013bar、F=500 kmol/hr，经压缩机加压到4.5bar后进入膜分离组件，出口压强1.1bar.已知膜分离组件地性能与进、出口压差及进口流量地关系由下式描述：求富氧空气地氧浓度和体积流量，及其与进口压强地关系.(Exercise-5.13)课后练习：建立以下系统地Aspen Plus 仿真模型1、F=1000kg/hr、P=0.8MPa、T=100℃含乙醇70%w、水30%w地物流与F=500 kg/hr、P=0.6MPa、T=70℃含正己烷60%、乙醇40%w地物流在闪蒸器中绝热闪蒸到P= 0.11MPa.轻液相在汽相中地液沫夹带率为5%，重液相在汽相中地液沫夹带率为1%.求：离开闪蒸器地汽、液、液三相地温度、质量流量和组成.(Exercise-5.14)2、用水（P=0.15 MPa、T=25℃）从含乙醇40%w、正己烷60%w地混合液（F=1000 kg/hr、P=0.15MPa、T=25℃）中萃取乙醇，要求乙醇地萃取率达到97%.求：1）需要地水流量，以及萃取相和萃余相地组成；(Exercise-5.15)2）乙醇分离效率对需要地水流量和萃取相组成地影响.3、用精馏塔从F=1000kg/hr、P=0.14MPa、T=25℃、含乙醇60%w、正丙醇25%w、正丁醇15%w 地物流中回收乙醇，要求：1）回收物流地乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不大于0.5%w; 2）乙醇回收率达到97%.塔顶出料是0.12 MPa 地饱和蒸汽，塔底出料是0.14 MPa 地饱和液体.求：输出物流地组成、温度和体积流量.(Exercise-5.16)4、渗透汽化膜分离装置被用于制取高浓度乙醇.原料乙醇(P=0.15MPa T=25℃) 含水5%w，产品乙醇含水()%w.渗透膜地分离面积为100m2，汽化侧地压强为0.2 bar.装置内地加热系统使料液始终维持在泡点温度.料液侧地流动压降为0.5 bar，膜地平均渗透速率为：式中为料液侧进口压强(<6bar)与汽化侧压强之差.表观分离因子为：式中P w 和P e是汽化侧地水和乙醇分压，x w 和x e是料液侧进口地水和乙醇摩尔分率.如果要达到100 kg/hr地高浓乙醇产量，试求渗透膜料液侧地进口压强进口温度和出口温度.(Exercise-5.17)第六章传热设备模拟学习目地：掌握各传热换热设备模块地用法，包括加热器、冷凝器、换热器.内容：课堂练习：建立以下系统地Aspen Plus 仿真模型20℃、0.41 MPa、4000 kg/hr 流量地软水在锅炉中加热成为0.39MPa地饱和水蒸气进入生蒸汽总管.求所需地锅炉供热量.(Exercise-6.1)1000 kg/hr（0.4MPa）地饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度100℃（0.39MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量.(Exercise-6.2)流量为1000 kg/hr、压力为0.11 MPa、含乙醇70 %w、水30 %w地饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流地汽/液比（摩尔）=1/3.求冷凝器热负荷.(Exercise-6.3)流量为100 kg/hr、压力为0.2MPa、温度为20℃地丙酮通过一电加热器.当加热功率分别为2、5、10和20kW时，求出口物流地状态.(Exercise-6.4)求压力为0.2 MPa，含甲醇30 %w 、乙醇20 %w、正丙醇20 %w、水30 %w地混合物地泡点和露点.(Exercise-6.5)用1200 kg/hr饱和水蒸汽(0.3MPa)逆流加热2000 kg/hr甲醇(20℃、0.3MPa).离开换热器地蒸汽冷凝水压力为0.28MPa、过冷度为2℃.换热器传热系数根据相态选择，对数平均温差校正因子取常数0.95.求甲醇出口温度、相态、需要地换热面积.换热系数指定值如下表所示，其中L表示Liquid，B表示Boling，C 表示Condensing，V表示Vapor.(Exercise-6.6)热侧相态L L L C C C V V V冷测L B V L B V L B VU(W/m2) 1200 2000 100 2000 3000 150 100 150 70对课堂练习6选用下述换热器进行详细核算：外壳直径：325 mm，公称面积：10m2，管长：3m ，管径：φ19⨯2 mm，管数：76，排列方式：正三角，管程数：2，壳程数：1，折流板间距：150mm ，折流板缺口高度：79mm.(Exercise-6.7)ORjBn课后练习：建立以下流程系统地Aspen Plus 仿真模型(Exercise-6.8)已知：1、20℃、0.1013MPa、2000kg/hr流量地软水用冷水泵（1）加压到0.41MPa后与同样压力地循环冷凝水混合后进入锅炉（2），加热成为0.4MPa地饱和水蒸气进入生蒸汽总管；2、生蒸汽地10%被分流送到空气加热器（3）加热空气.冷空气参数为10℃、0.11MPa、5000m2/hr.离开空气加热器地蒸汽冷凝水压力为0.38MPa、过冷度为2℃.换热器传热系数为50W/m2.K.3、剩余生蒸汽地10%被分流送到乙醇加热器（4）加热乙醇水溶液.冷乙醇水溶液参数为20℃、0.11MPa、乙醇含量70%W,流量1000kg/hr.离开乙醇加热器地蒸汽冷凝水压力为0.38MPa、过冷度为2℃.换热器传热系数为1250W/m2.K.4、1000kg/hr生蒸汽被送到蒸汽过热器（5）加热到过热度100℃（压力0.38MPa）.5、空气加热器和乙醇加热器排出地冷凝水混合后用热水泵（6）加压到0.41Mpa循环到锅炉供水系统.求：1、热空气地温度，空气加热器地传热面积和热负荷；2、热乙醇地温度和蒸汽分率，乙醇加热器地传热面积和热负荷；3、过热蒸汽地温度，蒸汽过热器地热负荷；4、锅炉热负荷和富余蒸汽流量；5、如果要求将乙醇刚好加热到泡点温度，则乙醇加热器地传热面积及加热蒸汽流量应为多少？(Exercise-6.8b)BOIL第七章塔设备模拟学习目地：掌握各种以下塔设备地模拟方法：气液吸收塔、解吸塔、精馏塔、萃取塔. 内容：课堂练习：建立以下系统地Aspen Plus 仿真模型含乙苯30%w、苯乙烯70%w地混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30 ︒C）用精馏塔（塔压0.02MPa ）分离，要求99.8%地乙苯从塔顶排出，99.9%地苯乙烯从塔底排出，采用全凝器.求：Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 时地R、NT和NF.(Exercise-7.1)绘制课堂练习1地NT~R关系图，根据该图选取合理地R值，求取相应地NT、NF、冷凝器和再沸器地温度和热负荷.(Exercise-7.2)根据课堂练习2地结果，选取R=25、NT=61、NF =36 用Distl进行核算.再选取NF =20进行核算.(Exercise-7.3)根据课堂练习2地结果，选取R=25、NT=61、NF =36用RadFrac进行核算.再选取最佳进料板位置进行核算.(Exercise-7.4)如将课堂练习1地塔压调到0.01 MPa，全塔压降0.005 MPa，试求满足分离要求所需地回流比和馏出物流量.(Exercise-7.5)如果课堂练习5中地精馏段地墨弗里效率为0.45，提馏段地墨弗里效率为0.55，试求满足分离要求所需地塔板数和加料板位置.(Exercise-7.6)7、在课堂练习6地基础上选定性质选项中地包括水力学参数，计算后查看结果.(Exercise-7.7)在课堂练习6地基础上进行塔板设计和塔板核算，分别选用浮阀塔板和弹性浮阀塔板计算后对比结果.(Exercise-7.8)在课堂练习5地基础上进行填料设计和填料核算，分别选用MELLPAK和RALU-PAK计算后对比结果.(Exercise-7.9)摩尔组成为CO2(12%)、N2(23%)和H2(65%)地混合气体（F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20︒C）用甲醇（F=60t/hr、P=2.9MPa、T=-40︒C）吸收脱除CO2.吸收塔有30块理论板，在2.8 MPa 下操作，每块塔板上地压降0.0015Pa.求出塔气体中地CO2浓度.(Exercise-7.10)在课堂练习10地基础上求使出塔气体中地CO2浓度达到1.0%所需地吸收剂（甲醇）用量.(Exercise-7.11)在课堂练习11地基础上求使出塔气体中地CO2浓度达到1.0%所需地吸收剂（甲醇）用量与理论板数地关系.(Exercise-7.12)对课堂练习10所示地混合气体地吸附过程，选用10块理论板，求使出塔气体中地CO2浓度达到1.0%所需地吸收剂（甲醇）用量以及采用典型塔板和填料时地塔径.(Exercise-7.13)将课堂练习13所得到地吸收富液减压到0.15 MPa进行闪蒸，低压液体再进入脱吸塔在0.12 MPa下用氮气进行气提脱吸，要求出塔贫液中地CO2浓度达到0.1%.求合理地理论板数、所需氮气流量、采用不同塔板和填料时地脱吸塔尺寸、压降和负荷情况.(Exercise-7.14a~d)用甲基异丁基甲酮(CH3COC4H9)从含丙酮45%w 地水溶液中萃取回收丙酮，处理量500 kg/hr.采用逆流连续萃取塔，在0.12 MPa下操作.求萃取塔理论板数和萃取剂用量对萃余相中丙酮浓度地影响.(Exercise-7.15)课后练习：1、根据以下条件设计一座分离甲醇、水、正丙醇混合物地连续操作常压精馏塔.生产能力：4000 吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70%，水28.5%，丙醇1.5%；产品组成：甲醇≥ 99.9%；废水组成：水≥ 99.5%；进料温度：323.15 K；全塔压降：0.011 MPa；所有塔板地Murphree 效率Emv=0.35.（注：组成均为质量百分率）给出下列设计结果：(Exercise-7.16)1、进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；2、全塔总塔板数N；3、最佳加料板位置NF；4、最佳侧线出料位置NP；5、回流比R；6、冷凝器和再沸器温度；7、冷凝器和再沸器热负荷；8、使用Koch Flexitray 和Glistch Ballast 塔板时地塔径和板间距.(Exercise-7.16)2、用甲醇在低温和加压条件下吸收合成气里地二氧化碳.原料合成气地温度为20°C，压力为2.9MPa，流量为1000kmol/hr，摩尔组成为CO2 : 12%；N2: 23%；H2: 65%.吸收剂甲醇再生通过处理后循环使用.已知条件：1) 经吸收处理后地净化合成气中地CO2浓度降低到0.5%；2) 离开吸收塔地甲醇富液减压到0.15MPa，闪蒸释放出地CO2用作生产尿素地原料，闪蒸后地液体送到解吸塔用30°C 地N2气提进行再生处理；3) 再生后地甲醇贫液中残余CO2控制为0.1%，加压到2.9 MPa，冷却到-40 °C 下送入吸收塔作吸收剂.给出下列设计结果：(Exercise-7.17)1）构建合理地工艺流程；2）确定吸收塔和解吸塔地理论塔板数；3）确定进入吸收塔地吸收剂流量；4）确定进入解吸塔地N2流量；5）甲醇消耗量.第八章反应器模拟学习目地：掌握如下类型反应器地模拟方法：计量反应器、产率反应器、平衡反应器、Gibbs反应器、全混流反应器、平推流反应器和间歇反应器.内容：课堂练习：建立以下系统地Aspen Plus 仿真模型1、甲烷与水蒸汽在镍催化剂下地转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽地摩尔比为1:4，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地产量是多少？反应热负荷是多少？(计量反应器，Exercise-8.1)反应和原料同课堂练习1，若反应在恒压及绝热条件下进行，系统总压为0.1013 MPa，反应器进口温度为950 ℃，当反应器出口处CH4转化率为73%时，反应器出口温度是多少？(计量反应器，Exercise-8.2)3、在课堂练习1中增加甲烷部分氧化反应如下式：并在原料气中加入15 kmol/hr地氧气.若上述两个反应中CH4转化率均为43%时，产品物流中CO、H2O、CO2和H2地流量各是多少？(Exercise-8.3a)如果将反应设为串联进行，上述流量又各是多少？(Exercise-8.3b)以上两个反应地反应热各是多少？对课堂练习1中所示地反应，原料气中甲烷与水蒸汽地摩尔比为1:4，流量为100 kmol/hr.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℃，如果反应器出口物流中摩尔比率CH4: H2O : CO2 : H2等于1 : 2 : 3 : 4时，CO2和H2地产量是多少？需要移走地反应热负荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足元素平衡？(产率反应器，Exercise-8.4)若在课堂练习3地原料气中加入25 kmol/hr氮气，其余条件不变，计算结果会发生什么变化？(产率反应器，Exercise-8.5)以课堂练习4地结果为基础，在Ryied模块地产率设置项中将氮气设置为惰性组份，重新计算，结果如何？(产率反应器，Exercise-8.6)7、甲烷与水蒸汽在镍催化剂下地转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽地摩尔比为1:4，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 ℃，当反应器出口处达到热力学平衡时，CO2和H2地产量是多少？反应热负荷是多少？(平衡反应器，Exercise-8.7)分析课堂练习6中反应温度在300~1000 ℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率地影响.(平衡反应器，Exercise-8.8)将课堂练习6中地反应温度设为1000 ℃，分别分析反应(1)和反应(2)地趋近平衡温度在–200~0℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率和CO/CO2摩尔比地影响.(平衡反应器，Exercise-8.9)对课堂练习6中所示地反应过程，原料气中甲烷与水蒸汽地摩尔比为1:4，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Gibbs自由能最小而达到平衡时，CO2和H2地产量是多少？反应热负荷是多少？与REquil地结果进行比较.(Gibbs反应器，Exercise-8.10)分析课堂练习10中反应温度在300~1000 ℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率地影响.(Gibbs反应器，Exercise-8.11)若在课堂练习9中地原料气中加入25 kmol/hr 地氮气，并考虑氮与氢结合生成氨地副反应，求反应器出口物流中CH4和NH3地质量分率.如果将氮设为惰性组份，结果有什么变化？(Gibbs反应器，Exercise-8.12)13、甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：反应速率方程式如下：式中：反应器容积为5m3，装填系数为0.6，输入氮气作为保护气体.为了保证釜内地惰性环境，输入氮气量应该使出釜物料地气相分率保持在0.001左右.加料氨水地浓度为4.1kmol/m3，流量为32.5m3/hr.加料甲醛水溶液地浓度为6.3 kmol/m3，流量为32.5m3/hr.求35︒C下乌洛托品地产量和输入氮气流量，并分析反应温度在20~60︒C范围里对甲醛转化率地影响.(全混流反应器，Exercise-8.13)14、丁二烯和乙烯合成环己烯地化学反应方程式如下：反应速率方程式如下：式中：反应器长5米、内径0.5米，压降可忽略.加料为丁二烯和乙烯地等摩尔常压混合物，温度为440︒C.如果反应在绝热条件下进行，要求丁二烯地转化率达到12%，试求：(平推流反应器，Exercise-8.14)1).环己烯地产量.2).作出温度和环己烯摩尔分率沿反应器长度地分布图.3).分析反应器压力在0.1~1.0 MPa 范围内对环己烯产量地影响.15、乙醇和乙酸合成乙酸乙酯地化学反应方程式如下：反应速率方程式如下：式中：在间歇搅拌釜中等温反应，T=100︒C，P=3bar，操作周期2.5hr.加料为水溶液，T=40︒C，处理量1m3/hr，含乙醇10.2 kmol/m3、乙酸3.908 kmol/m3.求乙酸转化率为35%地反应时间，乙酸乙酯地产量，装填率=0.7时所需地反应釜体积.(间歇釜反应器，Exercise-8.15)16、如果课堂练习14中反应速率常数和平衡常数与温度地关系如下：考虑到釜液升/降温地影响，操作周期延长到3hr ，并按以下升/降温程序操作：t=0, T=40︒C; t=15min, T=80︒C; t=30min, T=100︒C; t=110min, T=100︒C; t=140min, T=40︒C.求：乙酸转化率为35%地反应时间，乙酸乙酯地产量，装填率=0.7时所需地反应釜体积.(间歇釜反应器，Exercise-8.16)如果将课堂练习15地操作时间设置改为间歇加料时间2hr ，停止时间1hr ，求乙酸转化率为35%地反应时间，乙酸乙酯地产量，装填率=0.7时所需地反应釜体积.(间歇釜反应器，Exercise-8.17)如果将课堂练习17地反应釜用100︒C 地饱和蒸汽加热，反应釜传热面积6m 2，传热系数500W/m 2/K ，求乙酸转化率为35%地反应时间，釜液温度随时间变化地曲线.(间歇釜反应器，Exercise-8.18) 课后练习：1、乙苯脱氢生产苯乙烯地反应方程式为：反应速率方程为反应于T=898K 下在列管式反应器中等温等压进行.列管反应器由260根内径50mm 地圆管构成，管内填充地催化剂堆积密度为700kg/m 3，管内地流动模式可视为平推流，流体流经反应器地压降为0.02MPa .在反应条件下地反应速率常数k=1.68×10-10 kmol/kg /s ，平衡常数Kp=3.727×104 Pa .进料流量为128.5 kmol/hr ，压力P=0.14MP ，其中乙苯浓度为0.05（摩尔分率），其余为水蒸汽.求：乙苯地最终转化率为60%时所需地反应管长度.(Exercise-8.19)2、现有一生产能力为1000吨/日氨地四段冷激式氨合成塔(如下图所示)，各催化剂床层地进口温度和进、出口氨浓度如下：已知原料气温度为141 °C，压力为15 MPa，组成（%mol）为求：1、各股冷激气量占总原料气量地分率；2、各催化剂床层出口气体温度；3、原料气地体积流量. (Exercise-8.20a，Exercise-8.20b)3、苯氯化制造氯苯、二氯苯、三氯苯地化学反应方程式如下：反应在液相中发生，反应动力学对于所有反应物均为1 级.在328K 地温度条件下，反应速率常数分别为反应在容积为5m3地连续搅拌釜中进行，反应釜地装填系数为0.7，操作温度为328 K.苯地加料速率为100 kmol/hr，温度为293 K，压力为0.2 MPa，氯气地加料温度为293 K，压力为0.2MPa.试：(Exercise-8.21a~e)1）分析加料氯气/苯比例对产品中三种氯代苯摩尔分率地影响.2）分析反应器体积对产品中三种氯代苯摩尔分率地影响.3）优化加料氯气/苯比例，使产品中二氯苯摩尔分率达到最大值.4）同时优化加料氯气/苯比例和反应器体积，使产品中二氯苯摩尔分率达到最大值，并对结果进行讨论.5）同时优化加料氯气/苯比例和反应器体积，使单位反应器体积地二氯苯产量达到最大值.6）在产品中二氯苯摩尔分率不低于0.67 地约束条件下，同时优化加料氯气/苯比例和反应器体积，使单位反应器体积地二氯苯产量达到最大值.化工优化问题实例1.换热器系列地最优设计单纯形法优化实例,P75(化工中地优化方法)2.发3.4.版权申明5.本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.mLPVz。

CAPD基础 第三讲
Simulation Design for Fluid Transportation
流体输送单元 的仿真设计
（一）
流体输送模型的分类
在ASPEN Plus中流体输送单元归属压力改变 器 (Pressure Changers)类别，共六种模型：
1. 泵 2. 压缩机 3. 多级压缩机 4. 阀门 5. 管道 6. 管线
Pump —— 模型参数（3）
Pump —— 特性曲线
标准的设计方法是使用泵特性曲线 (Performance curve)。特性曲线有三 种输入方式：
• • • 列表数据 多项式 用户子程序 Tabular Data Polynomials User Subroutines
列表数据是最常用的输入方式。
Pump —— 特性曲线（7）
Pump —— 特性曲线（8）
在Efficiencies表单输入效率数据：
Pump —— 特性曲线（9）
当泵的操作转速与特性曲线的转速不 同时，还要输入操作转速数据：
Pump —— 特性曲线（10）
用多项式表示特性曲线：
Pump — Q~NPSHR 表
设计泵的安装位置时，应核算“必 需汽蚀余量” NPSHR
Pump — 示例 2
一离心泵输送流量为 100 m3/hr 的水，水的压强为
1.5 bar，温度为 25 C。泵的特性曲线如下：
流量（m3/hr） 扬程（m） 效率（%） 70.0 59.0 64.5 90.0 54.2 69.0 109.0 47.8 69.0 120.0 43.0 66.0
Pump —— 特性曲线（2）
Pump —— 特性曲线（3）
首先选择特性曲线的单位：

Valve —— 示例 1
水的温度为 30 C，压强为 6 bar，流量为 150 m3/h ，流经一公称通径为 8 英寸的截止阀。 阀门的规格为V500系列的线性流量阀，阀门的 开度为 20%。 求：阀门出口的水压强是多少？
Pipe —— 管段模型
管段模型计算等直径、等坡度的一 段管道的压降和传热量。
所需（产）功率 所需（产）功率 所需（产）功率 排出压力 所需（产）功率
Pump —— 模型参数
Pump —— 特性曲线
泵特性曲线有三种输入方式：
• 列表数据 • 多项式 • 用户子程序
Tabular Data Polynomials User Subroutines
Pump —— 特性曲线
Pump — Q~NPSHR 表
Pipeline—管线参数（2）
2. 连接状态： Connectivity: 逐段输入每一管段的长度、角度、 直径、粗糙度，或者节点坐标、直 径、粗糙度。
Pipeline — 示例 1
流量为 100 m3/h，温度为 50 C，压强为 5 bar的水 流经 1084 的管线。管线首先向东延伸 5 m，再向 北 5 m，再向东 10 m，再向南 5 m，然后升高 10 m， 再向东 5 m。管内壁粗糙度为 0.05 mm。 求：管线出口处的压强是多少？
Valve —— 计算选项
• 检查阻塞流动 Check for choked flow • 计算空泡系数 Calculate cavitation index • 设置最小出口压力等于阻塞压力
Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure
N P S H A 1 .3 N P S H R

1.闪蒸设定 ( Flash Specifications) 2.关键组分 ( Key Component) 3.液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)
4.3.2 三相闪蒸器Flash3
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.2 分流器 FSplit
例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料 物流依然选用例4.1.1的三股进料，物性方法选用 CHAO-SEA。 要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的 50%；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的 正丁烷。
4.3.4 组分分离器Sep
4.3.4 组分分离器Sep
Sep 模块的连接图如下：
4.3.4 组分分离器Sep
Sep 模块的模型参数有 ：
1. 设定(Specifications) 2. 进料闪蒸(Feed Flash) 3. 出料闪蒸(Outlet Flash)
4.3.4 组分分离器Sep
4.1.1 混合器 Mixer
出口物流的压力（或
Mixer计算时需要指定 模块压降）
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.1 混合器 Mixer
例4.1.1 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、 压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA。
可以通过指定产品分率（Split Fraction ，产品流率与进料总流率的比值）、质量 流率、摩尔流率、体积流率或组分流率（ 需要确定出口产品的参数。