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Aspen Plus 应用基础,Models for Separation Processes 分离过程模型 (I),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 塔设备单元模型,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 三相闪蒸器 倾析器,组份分离器 两出口组份分离器,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 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) 从以上 4 个参数中选定 2 个。,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,Flash2 模块的模型参数有 3 组：,Flash2 模型参数,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 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。,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 连接,Flash3 模块的连接图如下：,Flash3 模型参数,Flash3 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,Flash3 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。,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,Flash3 模块的模型参数有 3 组：,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%、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%、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 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 ),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,Decanter 模块的模型参数有 3 组：,Decanter 模型参数,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 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、设定 (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,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。,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,Sep 模块的模型参数有 3 组：,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 : 0.01 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。,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分配到输出物流中去。,Sep2 应用示例（1）,从F=500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=20 、 含乙醇60 %w、正丙醇25%w、正丁醇 15 %w的物流中回收乙醇，要求： 乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不大于1%w; 乙醇回收率达到95%。 求输出物流的组成和流量。,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。,Sep2 应用示例（3）,采用膜分离装置制取富氧空气。原料空气 T = 30、 P = 1.013 bar、F = 500 kmol/hr，经压缩机加压到4.5 bar后进入膜分离组件，出口压强 1.1 bar。已知膜分离组件的性能与进、出口压差及进口流量的关系由下式描述： 求富氧空气的氧浓度和体积流量，及其与进口压强的关系。,塔设备单元模型 分类,DSTWU Distl RadFrac Extract,塔设备(Columns)单元共有9种模块，其中 RateFrac 和 BatchFrac 需要单独的许可证，其余7种可直接使用：,MutiFrac SCFrac PetroFrac,Extract 连续萃取塔,Extract 模块用逐级计算法精确计算给定连续萃取过程的操作结果。可以采用三种方法求取液液平衡分配系数： 1、用给定的物性方法（活度系数法或状 态方程法）； 2、KLL温度关联式； 3、用户子程序。,Extract 连接,Extract模块的连接图如下：,1、塔设定 (Specs) 1) 塔板数 (Number of stages) 2) 热状态选项 (Thermal options) (1) 绝热 (Adiabatic) (2) 指定温度剖形 (Specify temperature) (3) 指定热负荷剖形 (Specify heat duty ),Extract 模型参数,Extract 模块有四组基本模型参数：,2、关键组分 ( Key components) (1) 第一液相( 1st liquid phase) 即比重较大的液相，从塔底出料。 (2) 第二液相( 2nd liquid phase) 即比重较小的液相，从塔顶出料。,Extract 模型参数,Extract 模块有四组基本模型参数：,Extract 模型参数,Extract 模块有四组基本模型参数：,3、物流 ( Streams ) 设置各股侧线