低温多效海水淡化系统的Aspen Plus模拟

Aspen Plus流程模拟–Part II Bevis Shao2016.10.12Agenda•反应器单元模拟•流程选项和模型分析工具•激活分析•原油蒸馏过程模拟反应器单元模拟化学计量反应器Rstoic（1）用于模拟化学平衡数据和动力学数据未知或不重要的反应器，还可以计算产品的选择性和反应热化学计量反应器Rstoic（2）产率反应器RYield•可以模拟化学计量系数和反应动力学数据未知或不重要的反应，但需要已知反应产物的产率分布。

•只考虑总质量平衡，能够模拟单相、两相和三相反应器。

平衡反应器REquil•按照化学反应方程式中的计量关系进行反应计算，同时计算相平衡和化学平衡，不考虑反应动力学。

•能够模拟单相和两相反应，不能进行三相计算。

•可以通过规定产物生成比速率（Extend，速率/化学计量系数）或趋近平衡温度（Temperature Approach）来限制平衡。

吉布斯反应器RGibbs•RGibbs根据系统Gibbs自由能趋于最小的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的情况。

•不要求规定反应的化学计量系数，可以应用于发生的反应未知或由于有许多组分参与反应致使反应数量很多的情况。

•吉布斯反应器RGibbs是唯一能处理汽-液-固相平衡的反应器模块。

化学反应对象•反应类型有两种：动力学（Kinetic）和平衡型（Equilibrium）•需输入反应物（Reactants）、产物（Products）以及对应的化学计量系数（Coefficient）。

•对于指数型反应对象，还要输入动力学方程式中每个组分的指数（Exponent），若不输入则默认为0，即反应速率的大小与该组分无关。

全混釜反应器RCSTR（1）•全混釜反应器RCSTR可以模拟达到理想混合的连续搅拌釜式反应器；•要求已知化学反应式、动力学方程和平衡关系；•可模拟单相、两相或三相体系，并可处理固体；•可同时计算动力学控制和平衡控制两类反应。

科技成果——余能低温多效海水淡化技术成果简介近年来由于多效蒸馏（MED）海水淡化汽源适应性强、不宜结垢及腐蚀等优点得到迅速发展和应用，但行业内低温多效海水淡化装置绝大部分为“TVC”模式（利用热压缩器）运行，该模式多使用压力0.4-0.9MPa的高品质蒸汽作为淡化汽源；少部分在E模式（不利用热压缩器）下运行的装置也是使用减温减压器将正压蒸汽减温减压成负压蒸汽后使用。

目前凝汽式汽轮机的末端排汽，均为通过间接式换热，将末端排汽凝结成水回至锅炉，而排汽中大量的潜热被冷却水或冷却空气带走，进而释放至大气中，经测算散失的热量占整个发电机组投入热量的60%左右。

本技术得到国家科技支撑计划的项目（2006BAB04B01）资助，其核心是遵循能量梯级利用的原则，将企业内各主工艺产生的富余蒸汽以及各主工艺产生的煤气等可燃副产品通过锅炉燃烧产生的蒸汽首先用于汽轮发电机组发电，做完功的负压排蒸汽（乏汽）再直接进入低温多效海水淡化装置制取除盐水，做到发电与海水淡化的紧密结合，实现真正意义的“水电联产”。

该技术目前已获得国家发明专利（专利号：ZL200810103167.5），经过对关键技术和关键装备的不断攻关，目前已形成相关设计、加工、制造及运行方面的知识产权及专有技术，并具备了工程化推广应用的条件。

基于该技术建设的实际工程通过了行业专家的科技评估验收，并获得“首钢总公司科学技术一等奖”、“中国钢铁工业协会、中国金属学会科学技术二等奖”、“北京市科学技术二等奖”，该技术对于利用余能降低低温多效海水淡化的制水成本具有重要意义。

典型余能低温多效海水淡化技术工艺流程图典型案例项目名称：首钢京唐2×12500m3/d低温多效海水淡化配套2×25MW汽轮发电机工程项目概况：通过一系列关键技术及关键装备的攻关，在位于河北省唐山市曹妃甸工业区的首钢京唐公司钢铁厂成功建成了2×12500m3/d低温多效海水淡化配套2×25MW汽轮发电机“水电联产”项目，该项目自2011年10月成功投产以来，运行稳定、可靠、高效，各项技术指标均达到或优于设计标准。

AspenPlus换热器模拟（DOC）Aspen Plus 换热器模拟1.概述在Aspen plus 中换热器主要有以下⼏种：概述换热器模块Heater 加热器/冷却器确定出⼝物流的热和相态条件HeatX 双物流换热器在两个物流之间换热MHeatX 多物流换热器在多股物流之间换热Hetran 管壳式换热器与BJAC 管壳式换热器的接⼝程序Aerotran 空冷换热器与BJAC 空⽓冷却换热器的接⼝程序在本次模拟中选取Heatx换热器，HeatX有两种简捷法和严格法计算模型。

简捷法（Shortcut）计算不需要换热器结构或⼏何尺⼨数据，可以使⽤最少的输⼊量来模拟⼀个换热器。

Shortcut模型可进⾏设计模拟两种计算，其中设计计算依据⼯艺参数和总传热系数估算出传热⾯积。

严格法（Detailed）可以⽤换热器⼏何尺⼨去估算传热膜系数、总传热系数、压降、对数平均温差校正因⼦等。

严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，但也需要较多的输⼊。

Detailed模型不能进⾏设计计算。

可以将HeatX 的Shortcut和Detailed结合完成换热器设计计算。

⾸先依据给定的设计条件⽤Shortcut 估算传热⾯积，然后依据Shortcut的计算结果⽤Detailed 进⾏核算。

在使⽤ HeatX 模型前，⾸先要弄清下⾯这些问题：（1）HeatX能够模拟的管壳换热器类型逆流和并流换热器；⼸形隔板TEMA E, F, G, H, J和X壳换热器；圆形隔板TEMA E和F壳换热器；裸管和翅⽚管换热器。

（2）HeatX能够进⾏的计算全区域分析；传热和压降计算；显热、⽓泡状⽓化、凝结膜系数计算；内置的或⽤户定义的关联式。

（3）HeatX不能进⾏进⾏的计算机械震动分析计算；估算污垢系数。

（3）HeatX需要的输⼊规定，必须提供下述规定之⼀换热器⾯积或⼏何尺⼨；换热器热负荷；热流或冷流的出⼝温度；在换热器两端之⼀处的接近温度；热流或冷流的过热度/过冷度；热流或冷流的⽓相分率（⽓相分率为 0 表饱和液相）；热流或冷流的温度变化。

TVC在低温多效海水淡化装置的应用分析一、热力压缩机(TVC)概述热力压缩机(Thermal Vapor Comp ression,简称TVC)是喷射器的一种。

喷射器按照其工作流体的不同,可分为气体喷射器、气液喷射器、液气喷射器、液体喷射器(又称喷射泵)等,可实现流体混合、换热、增压等功能,是一种应用非常广泛的流体机械。

TVC 是一种蒸汽喷射器,它是以高压蒸汽为动力,将低压蒸气压缩至较高的压力,实现低压蒸汽增压再利用(在海水淡化中,主要是为了减少冷端损失)的设备。

图1为气体喷射器的轴向剖面示意图,图2为喷射器的工作原理及主要参数变化示意图。

在TVC的喷嘴中,蒸汽在绝热膨胀中压力快速降低,在喷嘴喉口处速度达到音速,蒸汽在喉口处一般处于湿蒸汽状态,部分蒸汽凝结为水滴;随着蒸汽的进一步膨胀,蒸汽湿度继续增加。

在吸入室内,工作蒸汽压力即喷嘴出口压力应低于二次蒸汽压力,将二次蒸汽吸入TVC内,蒸汽压力会出现较大的波动,蒸汽中重复着凝结、蒸发过程。

蒸汽进入混合室时, TVC中心的蒸汽处于超音速状态,而外部以二次流体为主的部分处于较低的流速,两者在混合室内在粘性作用下产生动量与能量交换,二次蒸汽被压缩,一次蒸汽流速降低,蒸汽中的凝结水滴逐渐汽化。

一般情况下,混合室内的压力会略有升高,若TVC排出压力很低,也可能出现压力的降低。

TVC的尾部扩管为扩压室,蒸汽在扩压室内速度降低,压力回升至高于二次汽的压力,完成蒸汽压缩功能。

二、由MED到MED - TVC的发展过程LT-MED海水淡化装置,起初其优势是,为了防止海水接触的换热面结垢,利用低温低压(70℃左右,负压)的蒸汽作为其热源,如图3 所示,加热蒸汽直接进入第一效的进汽侧,以加热管外测的物料水,在负压条件下,海水汽化产生二次蒸汽进入下一效作为热源,同时自身被冷凝。

最后一效产生的二次蒸汽进入凝汽器内完全冷却下来。

在这种模式下,造水比小于总效数。

如果只通过增加效数获得较大的造水比,这样也使得装置的体积庞大,投资增加,制水成本提高。

电力技术Electric Power Technology Vol.19No.3 F eb.2010第19卷　第3期2010年2月电厂低温多效海水淡化系统优化设计柴晓军（中国电力企业联合会科技服务中心，北京　100038）【摘　要】带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统由于可以利用低品位的电厂抽汽热量，可以较大的提高造水比，有效降低制水成本。

本文对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统进行了研究，并以法国SIDEM公司4效低温多效海水淡化装置为基础提出了新的带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统，并得到了给定初参数下该系统的最优设计。

【关键词】热压缩；蒸汽喷射器；低温多效蒸发；海水淡化【中图分类号】P747+.1【文献标识码】A【文章编号】1674-4586(2010)03-0042-040　前言水是人类赖以生存和发展最重要的不可替代的自然资源。

随着人口的增长，环境污染的加剧，淡水资源日趋紧张。

当前缺水已成为世界性问题，成为制约社会进步和经济发展的瓶颈。

海水淡化实现了水资源量的增加，并且可以按需生产，显示出了独特的优势和良好的前景。

1　低温多效海水淡化1.1　多效蒸馏原理多效蒸馏原理如下：进料海水在冷凝器中被预热和脱气，之后分成两股。

一股作为冷凝器的冷却水，换热后排回大海，另外一股变成蒸馏过程的进料液。

料液经加入阻垢分散剂之后被引入到第一效中。

喷淋系统把料液喷淋到各蒸发器中的顶排管上，在沿顶排管向下以薄膜形式自由流动的过程中一部分海水由于吸收了管内蒸气凝结放出的潜热而汽化。

被浓缩的剩余料液用泵打入到蒸发器的下一组中，该组的操作温度要比上一组高一些，在新的组中又重复了蒸发和喷淋过程。

剩余的料液接着往前打，直到最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开该效组。

工作蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部，在管内发生冷凝的同时，管外也蒸发产生了与冷凝量基本相同的蒸汽。

产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸馏水的纯度之后，又引入到下一效的传热管内，第二效的操作温度和压力要略低于第一效。

基于Aspen Plus的超大规模低温甲醇洗工艺全流程模拟何一夫【摘要】利用Aspen Plus软件对超大规模低温甲醇洗工艺进行了全流程模拟,并对物性模型中关键组分的二元交互作用参数进行了修改.模型模拟得到了净化气的成分、汽提氮气的消耗量以及需要的冷量,揭示了洗涤塔脱硫段吸收剂对H2S脱除效果的影响、洗涤塔脱碳段吸收剂对CO2脱除效果的影响、H2S浓缩塔汽提N2对H2S浓缩效果的影响以及热再生塔塔底蒸汽对甲醇再生效果的影响.【期刊名称】《上海化工》【年(卷),期】2015(040)007【总页数】5页(P1-5)【关键词】Aspen Plus软件;超大规模低温甲醇洗;全流程模拟;二元交互作用参数【作者】何一夫【作者单位】中石化南京工程有限公司江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TP319AspenPlus软件是由美国AspenTech公司开发的通用工艺模拟软件，可用于化工及炼油工艺流程的模拟计算。

AspenPlus软件中包括多种热力学模型、大量的物性参数以及混合物数据与表征方法[1]。

经过几十年的经验积累，其功能不断完善，已成为世界性标准流程模拟软件，同时也是国际上功能最强的商品化流程模拟软件。

目前，该软件已在全世界范围内被广泛使用[2]。

低温甲醇洗工艺是20世纪50年代初林德公司和鲁奇公司联合开发的用于处理高浓度酸性气体的净化工艺。

该工艺的操作温度为-75~0℃，压力为2.4~8.0 MPa，净化后得到总硫体积分数＜0.000 01%、CO2体积分数＜0.001%的合成气。

目前，低温甲醇洗技术向单系列、大型化方向发展，迄今用Aspen Plus对超大规模低温甲醇洗工艺进行全流程模拟的文章很少有报道。

1.1 模拟流程的建立结合AspenPlus的使用特点，确定超大规模低温甲醇洗工艺的模拟流程，如图1所示。

1.2 模拟流程的说明原料气在低温甲醇洗涤塔（C1）中用低温甲醇洗涤，脱除H2S和CO2等组分，净化气由塔顶引出；吸收了H2S和CO2的甲醇富液经减压闪蒸解吸后在CO2解吸塔（C2）顶得到纯净的CO2气体；解吸后的甲醇溶液在H2S浓缩塔（C3）中进一步用N2汽提解吸以提高液相H2S浓度，尾气放空；进一步解吸后的甲醇溶液在热再生塔（C4）中进行热再生，塔底得到贫甲醇，送往低温甲醇洗涤塔（C1）循环使用；热再生塔顶得到的H2S浓度较高的气体，送至硫回收系统；甲醇/水分离塔（C5）用于脱除甲醇中的水分；系统中约24台换热器组成的换热网络用以回收冷量并保证必要的工艺条件[3]。