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ASPEN PLUS 上机练习（1）混合、分流模型1.1、将1200 m3/hr的低浓甲醇（甲醇20%mol，水80%mol，30C，1 bar）与800 m3/hr的高浓甲醇（甲醇95%mol，水5%mol，20C，1.5 bar）混合。求混合后的温度和体积流量。(Mixer)1.2、建立以下过程的Aspen Plus 流程：1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30C，1 bar ）与700 m3/hr的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20C，1.5 bar）混合；2) 将混合后物流平均分为三股：一股直接输出；第二股与600 kg/hr 的甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20C，1.2 bar）混合后输出；第三股与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30C，1.2 bar）混合后输出。求：三股输出物流的组成（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？（Mixer、Fsplit）1.3、建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型：1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30C，1 bar ）与700 m3/hr的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20C，1.5 bar）混合得到溶液A；2) 将600kg/hr 甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20C，1.2 bar）与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30C，1.2 bar）混合后得到溶液B；3) 将溶液A 分别与400 kg/hr、800kg/hr、1600 kg/hr 溶液B 混合后输出。求：三种情况下的输出物流组成（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？(Mult 、Dupl)ASPEN PLUS 上机练习（2）压力改变模型2.1、 一台离心泵的特性曲线如下表：转速 3000 rpm流量（m3/hr）2341.56084扬程（m）1131079669效率（%）63687167转速 2500 rpm流量（m3/hr）20355070扬程（m）76726444效率（%）64.5696966转速 2000 rpm流量（m3/hr）16.5284158扬程（m）5148.543.530.5效率（%）62646563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15002800 rpm。用该泵输送20、1 bar 的水。试求当泵的转速为2350 rpm 时的特性曲线数据。（Pump）2.2、 一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气加压到 3.3 bar，空气的温度为 25 C，流量为 1000 m3/h。压缩机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为 0.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？（Compr）2.3、 某流量为5000kmol/h、温度为25、压力为1500kPa的天然气物流含甲烷90%，乙烷7%，丙烷3%。现将该气体通过一阀门绝热膨胀至压力为300kPa。若用以下的设备代替上述阀门，试用过程模拟软件确定气体出口温度和回收的功率：（） 等熵的膨胀透平；（） 等熵效率为75%的膨胀透平。（Turbine）2.4、使用一台五级压缩机将20、1 bar 下的10000 m3/hr 空气压缩到20 bar，压缩机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为 0.97，气体在级间冷却到50 。该压缩机用一台汽轮机驱动。汽轮机用压强为 35 bar、温度为 350 的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为 10 bar，蒸汽的流量为 21720 kg/hr。汽轮机的等熵效率为 0.8，驱动机构的机械效率为 0.98。试问汽轮机的工作蒸汽流量是否能满足需要。（提示：看汽轮机的输出功率是否大于压缩机所需的功率）（MCompr、Turbine）2.5、 过热蒸汽压力为800psia，温度为600，流量为100000 lb/h，现拟通过膨胀将其压力降为150psia。试用模拟软件计算下述三种情况的出口温度、相态和回收的Hp：（） 绝热膨胀阀；（） 等熵膨胀的透平；（） 等熵效率为75%的膨胀透平。（Turbine）ASPEN PLUS 上机练习（3）反应器模型3.1、甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为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。（1）当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？（2）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？（Rstoic）3.2、 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为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平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？ （Requil）3.3、环氧丙烷水解的绝热CSTR丙二醇（PG）由环氧丙烷与过量水在绝热和接近环境条件以少量可溶的硫酸作为均相催化剂的液相水解反应生产： 因为反应的放热明显，采用过量水。而且，因为PO在水中不是全溶的，在进料中加入甲醇，进料进入反应器的温度为23.9，流量如下所列：环氧丙烷：18.712 kmol/hr水，在此范围内确定160-500 kmol/hr甲醇32.73 kmol/hr假定考虑采用一台现成的搅拌釜反应器，反应器可在3bar下（抑制蒸发）绝热操作，反应器内的液相体积为1.1356m3。反应经过一系列基元步骤进行，控制步骤涉及二个PO分子。幂函数动力学方程为：式中单位为kmol/ m3，R = 8.314 kJ/kmol-K，T单位为K。确定水的进料量为200kmol/hr时PO转化率的大小。(RCSTR)3.4、丁二烯和乙烯合成环己烯的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的等摩尔常压混合物，总流量为1000 kmol/hr，温度为 440 C，反应在绝热条件下进行。（1）试求环己烯的产量；（2）作出示温度和环己烯摩尔分率沿反应器长度的分布图 。（RPLUG）ASPEN PLUS 上机练习（4）分离单元模型（一）4.1、 对于含等摩尔的正戊烷和正己烷的溶液，试计算：1) 120下的露点压力；2) 1atm下的泡点温度；3) 120,0.9atm时的气相分率,气相和液相中的摩尔分率。(Flash)4.2、将150和202 psia状态下进入蒸发器的液体45 mol%汽化，用过程模拟软件确定所需的能量，各组分含量如下：物质lbmol/hr丙烷250正-丁烷400正-戊烷350假设蒸发器产物的压力为200psia。采用Soave-Redlich-Kwong状态方程。(Flash)4.3、下列物流离开精馏塔，其状态是138psia和197.5。如果压力被降低（绝热）到51psia，气相分率和温度为多少？组分流量（lb mol/h）丙烷1.00异丁烷297.00正丁烷499.79异戊烷400.00正戊烷500.00（Flash）4.4、甲醇反应器的出口流量为：CO，100 lb mol/h；氢，200 lb mol/h；甲醇，100 lb mol/h。该物流为100atm和300。将它冷却到30并确定气相和液相物流中各组分的流量。1) 对上述条件三组分的K值各为多少？2) 分别用理想溶液和你选择的另一种热力学模型进行模拟，比较结果。（Flash）ASPEN PLUS 上机练习（5）分离单元模型（二）5.1 要求用一个精馏塔分离苯和苯乙烯在77oF和1atm条件下的等摩尔混合物。塔顶馏出物中苯含量应当为99mol%，且应包含进塔原料中95mol%的苯。用过程模拟软件确定全回流下的最少理论塔板数（Nmin）、最小回流比（Rmin）和R1.3 Rmin时处于平衡的理论塔板数。（DSTWU）5.2 利用Peng-Robinson方程计算体系热力学性质，计算下列多股进料精馏塔的产品组成、塔板温度分布、每块塔板上气液相流率及组成、再沸器和冷凝器的热负荷，该精馏塔具有32块理论板（不包括部分冷凝器和部分再沸器），操作压强为250psia。两股进料均是在250psia下的泡点状态。塔顶采出流率：36.0Lbmol/h；回流流率：150.0 Lbmol/h。组分进料1进料位置：16板进料2进料位置：25板流量Lbmol/h流量Lbmol/hEthane1.50.5Propane24.010.0n-Butane16.522.0n-Pentane7.514.5n-Hextane0.53.0（精馏）5.3、 发酵过程的二氧化碳中含1%（mol）的乙醇。需要通过与35、1atm的水接触脱除乙醇。气体流量为400 lbmol/h，水流量为620 lbmol/h，其中含0.02（mol）的乙醇。如果用10级的吸收塔进行模拟，确定出塔气体的组成。（吸收）5.4、用甲基异丁基甲酮(CH3COC4H9)从含丙酮45%w 的水溶液中萃取回收苯酚，处理量 100 lb/hr。采用逆流连续萃取塔，在 14.7 psia下操作。萃取塔理论板数为10，萃取剂用量为4 lb/hr。(1)求萃取相组成该系统的相平衡可用NRTL方程或UNIQUAC方程预测。进料溶剂第二液相关键组分：苯酚第一液相关键组分：水1NF=100 lb/hrT=77 P=14.7 psia组成：水-99.9% 苯酚-0.1%F(MIBK)：4 lb/hT=77 P=14.7 psia平衡级数：10T=77 P=14.7 psia（萃取）ASPEN PLUS 上机练习（6）换热模型6.1、在由氯气和乙烯生产氯乙烯的过程中，从高温裂解炉出口的物流中含有58300 lb/h的HCl，100000 lb/h的氯乙烯，105500 lb/h的1,2-二氯乙烷，温度为500，压力为26atm。在进入精馏工序之前，要通过冷却和冷凝使该物流温度降至6，压力降至12atm。设该过程以三步完成：（1）26atm下在换热器1中冷却至露点温度；（2）经由一阀门绝热膨胀到12atm；（3）12atm下在换热器2中冷却至6。试确定每个换热器的热负荷和冷却曲线。两个换热器中的压降均可忽略不计。（换热器）6.2、分别使用三种方法模拟用水冷却混合烃: （1）简捷 HeatX模型；（2）严格 HeatX模型；（3）连接一个热流股的两个Heater模型。 烃物流： 温度: 200 压力: 4 bar 流量: 10000 kg/hr 百分组成: 50 wt% 苯, 20% 苯乙烯, 20% 乙苯 和 10% 水 冷却水： 温度: 20 压力: 10 bar 流量: 50000 kg/hr 百分组成: 100% 水 简捷法 HeatX 模拟: 烃出口汽化分率为0.1 两物流无压降 两个 Heater 模拟: 用与简捷法 HeatX 模拟同样的规定 严格 HeatX 模拟: 壳程烃出口汽化分率为 0.1 壳程直径 1 m, 管程数为4 裸管600 根, 6 m 长、 管心距 31 mm、内径21 mm、外径25 mm 所有管嘴 100 mm 隔板5个、 切削15% 创建包含所有热设计信息的热曲线6.3、 为了把流量为60000 lb/h、压力为150 psia的丙酮从250冷却到100，需要设计一热交换系统。可以用需要加热的醋酸为冷却剂，其流量为185000 lb/h，温度为90，压力为75psia。现有四台单壳程双管程的管壳式换热器，每台的壳体内径均为21.25 in，装有270根3/4 in外径、14BWG（指列管厚度为0.0785 in）、16ft长的碳素钢管，以1in的管心距正方形排列于管板上。壳程圆缺形挡板切除率为25，板间距为5 in。试确定应当采用上述的一台还是多台换热器完成此换热任务。请注意若采用两台、三台或四台串联操作时，分别与采用双壳程四管程、三壳程六管程、四壳程八管程换热器等效。如果上述换热器不适用，请设计适用的一台或一组换热器。设污垢因子为0.004(hft2)/Btu。（换热器）解注：用HeatX的Detailed（Rating）算法，无法完成换热任务（即使是4壳程8管程的换热器换热面积仍然不够）ASPEN PLUS 上机练习（7）物性计算及热力学模型的选择7.1、将50，3 bar 下的10 m3/hr 乙二醇、10 m3/hr 乙醇和10 m3/hr 甲醇等压混合，求混合液体的密度、粘度和表面张力系数。ASPEN中密度代号：RHOMX，粘度代号：MUMX，表面张力系数代号：SIGMAMX7.2、将10 m3/hr， 20，1.1 bar 下的30%w 硫酸与将10 m3/hr， 30，1.6 bar 下的20%w液碱（NaOH）混合，求溶液的pH 和导热系数。ASPEN中导热系数代号：KMX7.3、设有下列离开甲醇反应器的混合物：CO，100kmol/h；H2，200kmol/h；甲醇，100kmol/h。该气体处于100atm和300，试计算其比容。分别采用（1）理想气体定律；（2）Redlich-Kwong状态方程；（3）Redlich-Kwong-Soave状态方程。试比较三个结果，问该混合物能否作为理想气体？7.4、甲苯加氢去烷基是在高温高压下进行，过量的2用于防止芳烃裂解生成轻质气体。实际操作中，甲苯的单程转化率仅70，为了分离和循环氢气，反应器出来的热态流出物（5597kmol/h at 3448kpa and 408.2K）在闪蒸器中分离产物时被分凝至322。如果反应器流出物的组成如下表所列，且闪蒸器的压力为3344kpa，计算离开闪蒸器的物料组成和气、液两相的流量以及闪蒸器的热负荷。比较使用不同的热力学模型时计算结果（包括闪蒸器值、焓、熵变化）有何不同？（热力学模型）使用三种热力学模型：S-R-K模型、P-R模型、L-K-P模型组分摩尔分率H20.3177CH40.5894C6H60.0715C7H80.02147.5、500psia、950时在催化反应器内进行甲苯歧化生成苯和二甲苯的反应:，由于回收热量，反应器生成物料被一系列热交换器冷却至235（此时压力为490psia）。物料继续在换热器中被冷却水冷却并部分冷凝至100、485psia，生成的气液两相混合物进入一闪蒸器中进行两相分离。针对以下反应器出口物料的组成，在过程模拟软件中分别使用S-R-K、P-R模型计算气液两相中各物质的流量，各物质的平衡常数以及冷却水的传热速率，比较不同热力学模型计算的结果。（热力学模型）组分反应器出口流量（lbmol/h）H21900CH4215C2H617Benzene577Toluene1349p-Xylene508ASPEN PLUS 上机练习（8）设计规定、分析、优化8.1、有循环的闪蒸。（a）考虑如图所示的闪蒸分离过程。如果使用ASPEN软件，应用Mixer、FLASH、Fsplit、Pump等模块和SRK热力学方程对三种情况（底部产物循环比分别为50、25、0时）进行求解计算。比较讨论三种情况下所产生的顶部物流的流率和组成。（b）对上述第三种情况进行调整，确定要得到850lb/h顶部蒸气所要求的闪蒸温度。（CONTROLLER,循环回路）8.2、在甲烷转化装置中，甲烷和水反应生成氢气和一氧化碳，反应方程式如下：CH4+H2O=3H2+CO，反应器进料含有纯甲醇和水，在进反应器之前混合加热。甲烷转化率为99.5%，进料重甲烷对水的摩尔比是1:4。创建如下图所示的流程，建立灵敏度分析，并绘制图表，显示反应器热负荷随进料中甲烷流率的变化情况，甲烷流率变化范围为：100-500 lbmol/hr。8.3、甲苯加氢脱烷基过程反应器部分。甲苯在加氢脱烷基反应器中转化为苯。主反应为：。发生不可避免的生成联苯的副反应：。反应器部分工艺如图所示，原料和两股循环流的条件如图中所示。急冷物流的流率应当达到使反应器流出物被急冷到1150的要求。甲苯在反应器中的转化率为75（mol）。第一步反应后物料中的苯有2（mol）转化为联苯。应用过程模拟软件进行物料衡算和能量衡算。热力学模型使用SRK方程。（循环回路）组分原料流率（lbmol/h）循环流率（lbmol/h）气体循环流率（lbmol/h）H2002045.9CH4003020.8C6H603.442.8C7H8274.282.55.3C10H1201.008.4、氯乙烯生产工艺。氯乙烯单体 (VCM) 是通过 1,2 二氯乙烷(EDC) CAS No.：107-06-2的高温裂解反应生成的，这是一个高压高温的非催化反应过程，反应式如下： CH2Cl-CH2Cl (EDC) HCl + CHCl=CH2(VCM) 在直接火焰炉中在摄氏 500 度和 30 bar 的情况下 EDC 出现裂化。 2000 lbmol/hr 的纯 EDC 进料在 70和 390Psia 的情况下进入反应器。反应器中 E