aspen单元模块PPT教学课件

1、主要模块类型 Pressure Changers（流体输送设备） Heat Exchangers（换热器） Columns（塔） Reactors（反应器） Mixers/Splitters（汇合/分支节点） Separators（分离器） Solids（固体分离设备）第1页/共134页第2页/共134页第3页/共134页第4页/共134页第5页/共134页第6页/共134页第7页/共134页第8页/共134页第9页/共134页第10页/共134页 10( )NPSHRHsm其中：其中：Hs 为允许吸上真空度为允许吸上真空度第11页/共134页第12页/共134页1.3NPSHANPSHR第1

2、3页/共134页第14页/共134页第15页/共134页第16页/共134页第17页/共134页American Society of Mechanical Engineers)Gas Processors Suppliers Association美国机械师协会(复杂，准确）气体处理工艺商协会(简单，不准确）标准等熵模型（热力学简化)ASME修正的等熵模型GPSA修正的等熵模型ASME修正的多变模型GPSA修正的多变模型分片积分多变模型正排量模型正排量模型用分片积分计算第18页/共134页第19页/共134页多变多变第20页/共134页inoutinsshhhhoutinsoutinouts

3、hhhh多方系数kcckkvpp11第21页/共134页轴功对气体作功m对气体作功轴功m第22页/共134页第23页/共134页 一压缩机将压强为一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气（的空气（air)加压到加压到 3.3 bar，空气的温度为，空气的温度为 25 C，流量为，流量为 1000 m3/h。压缩。压缩机的多变效率为机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为，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？的出口温度和体积流量各是多少？第24页/共134页第25页/共13

4、4页第26页/共134页第27页/共134页第28页/共134页第29页/共134页第30页/共134页第31页/共134页第32页/共134页第33页/共134页用户子程序计算第34页/共134页 第35页/共134页第36页/共134页第37页/共134页第38页/共134页第39页/共134页第40页/共134页第41页/共134页输入节点坐标输入长度及角度与周围环境进行能量计算指定温度配置文件每一步进行闪蒸从属性点插入使用入口物流使用出口物流计算环境压力计算内部压力内部（环境）压力温度第42页/共134页内端点外端点管段编号第43页/共134页第44页/共134页第45页/共134页第

5、46页/共134页第47页/共134页二、二、ASPEN PLUSASPEN PLUS的主要换热器模的主要换热器模型型 模型模型说明说明目的目的用于用于Heater加热器或冷却器加热器或冷却器确定出口物流的热和确定出口物流的热和相态条件相态条件加热器、冷却器、冷加热器、冷却器、冷凝器等凝器等HeatX两股物流的换热两股物流的换热器器在两个物流之间换热在两个物流之间换热两股物流的换热器。两股物流的换热器。当知道几何尺寸时，当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器核算管壳式换热器MHeatX多股物流的换热多股物流的换热器器在多股物流之间换热在多股物流之间换热多股热流和冷流换热多股热流和冷流换热器，两股物

6、流的换热器，两股物流的换热器，器，LNG换热器换热器第48页/共134页Heater Heater 模型参数模型参数第49页/共134页50第50页/共134页51第51页/共134页52第52页/共134页53第53页/共134页两股物流的换热器两股物流的换热器HeatXHeatX功能：功能：在两个物流之间换热在两个物流之间换热用途：用途：当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器54第54页/共134页55第55页/共134页56第56页/共134页57第57页/共134页管子的几何尺寸 计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸，HeatX模型也用这个信息从膜系数来

7、计算传热系数，在Geometry Tubes（管子的几何尺寸）页上输入管子的几何尺寸。对裸管换热器或低翅片管换热器 管子总数 管子长度 管子直径 管子的排列 管子的材质 Material58第58页/共134页59第59页/共134页60第60页/共134页61第61页/共134页62第62页/共134页63第63页/共134页64第64页/共134页65第65页/共134页66第66页/共134页67第67页/共134页68第68页/共134页69第69页/共134页70第70页/共134页71第71页/共134页 用用1200 kg/hr饱和水蒸汽饱和水蒸汽 (0.3 MPa)加热加热20

8、00 kg/hr 甲醇甲醇 (20 、0.3 MPa)。离开。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28 MPa、过、过冷度为冷度为2 。换热器传热系数根据相态选。换热器传热系数根据相态选择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。面积。72第72页/共134页73第73页/共134页74第74页/共134页75第75页/共134页76第76页/共134页77第77页/共134页78第78页/共134页79第79页/共134页80第80页/共134页81第81页/共134页82第82页/共134页83第83页/共134页84第84页/共134

9、页85第85页/共134页86第86页/共134页87第87页/共134页88第88页/共134页89第89页/共134页90第90页/共134页91第91页/共134页92第92页/共134页93第93页/共134页94第94页/共134页95第95页/共134页96第96页/共134页97第97页/共134页98第98页/共134页99第99页/共134页100第100页/共134页101第101页/共134页四、反应器（Reactors)1. 生成能力类反应器化学计量反应器 (RStoic)产率反应器 (RYield)2. 平衡类反应器平衡反应器 (REquil)吉布斯反应器 (RGib

10、bs)3. 动力学类反应器全混流反应器 (RCSTR)平推流反应器 (RPlug)间歇式反应器 (Rbatch)102第102页/共134页（一）生产能力类反应器（一）生产能力类反应器Rstoic Rstoic 化学计量反应化学计量反应器器性质：按照化学反应方程式中的计量关按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，有并行反应和串联系进行反应，有并行反应和串联反应两种方式，分别指定每一反反应两种方式，分别指定每一反应的转化率或产量。应的转化率或产量。用途：已知化学反应方程式和每一反应已知化学反应方程式和每一反应的转化率，不知化学动力学关系。的转化率，不知化学动力学关系。103第103页/共134页

11、RstoicRstoic 化学计量反应器化学计量反应器 模型参数模型参数104第104页/共134页RStoic计算示例7序号序号反应反应转化率转化率11-Butene Isobutylene0.3624 (1-Butene) Propylene(丙二醇丙二醇) + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene(辛烯辛烯)0.043Cis-2-Butene Isobutylene0.3644 (Cis-2-Butene) Propylene + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene0.045Trans-2-Butene Isobutylene0.3664 (Tr

12、ans-2-Butene) Propylene + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene0.04丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包含1-1-丁烯、正丁烷、顺-2-2-丁烯、反-2-2-丁烯和异丁烯，发生的反应如下所示： 105第105页/共134页进料流股的温度为1616，压力为1.9 atm1.9 atm，进料组成如下表所示：组分组分流量（流量（kg/hr）正丁烷正丁烷（n-Butane）350001-丁烯丁烯（1-Butene）10000顺顺-2-丁烯丁烯（Cis-2-Butene）4500反反-2-丁烯丁烯（Trans-2-Butane）6800异丁烯异丁烯（Iso

13、butene）1450热力学模型选择RK-SoaveRK-Soave。反应器操作条件：温度为400400，压力为1.9 atm1.9 atm。请采用RStoicRStoic模型确定反应物料的组成、由1-1-丁烯转化为异丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。 106第106页/共134页（一）生产能力类反应器（一）生产能力类反应器RyieldRyield产率反应器产率反应器107性质：根据每一种产与输入物流间的产率关系进行反应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡。用途：只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化学计量关系。产率指的是某种生成物的实际产量与理论产量的比值！第107页/共134页RYi

14、eld 模块有五组模型参数：1、模型设定 (Specifications)2、产率 (Yield)3、闪蒸选项 (Flash Options)4、粒度分布 (PSD)5、组分属性 (Component Attr.)108第108页/共134页RYield 产率109第109页/共134页（二）热力学平衡类反应器（二）热力学平衡类反应器根据热力学平衡条件计算反应结果，根据热力学平衡条件计算反应结果，不考虑动力学可行性。不考虑动力学可行性。110第110页/共134页REquil 平衡反应器性质：根据化学反应方程式进行反应，根据化学反应方程式进行反应，按照化学平衡关系式达到化学平按照化学平衡关系式

15、达到化学平衡，并同时达到相平衡。衡，并同时达到相平衡。用途：已知反应历程和平衡反应的反应已知反应历程和平衡反应的反应方程式，不考虑动力学可行性，方程式，不考虑动力学可行性，计算同时达到化学平衡和相平衡计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。的结果。111第111页/共134页 RGibbsRGibbs吉布斯反应器吉布斯反应器性质：性质：根据系统的根据系统的GibbsGibbs自由能趋于最自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学小值的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成和相平衡和相平衡时的系统组成和相分布。分布。用途：已知（或未知）化学反应式，不已知（或未知）化学反应式，不知道反应历程和动

16、力学可行性，知道反应历程和动力学可行性，估算可能达到的化学平衡和相平估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。衡结果。112第112页/共134页（三）化学动力学类反应器（三）化学动力学类反应器转化率和平衡反应器模型在过程设计的转化率和平衡反应器模型在过程设计的初期进行物料和能量衡算研究时是有用初期进行物料和能量衡算研究时是有用的。但是，最终反应器系统必须确定结的。但是，最终反应器系统必须确定结构和大小，在实验室研究获得化学动力构和大小，在实验室研究获得化学动力学的相关数据的基础上即可进行反应器学的相关数据的基础上即可进行反应器结构和大小的设计。结构和大小的设计。113第113页/共134页1 1、

17、全混釜反应器 Continuous Stirred Tank ReactorContinuous Stirred Tank Reactor2 2、平推流反应器Plug Flow ReactorPlug Flow Reactor3 3、间歇釜反应器Batch ReactorBatch Reactor根据化学动力学计算反应结果根据化学动力学计算反应结果114第114页/共134页CSTR CSTR 全混釜反应器全混釜反应器 最简单的动力学反应器模型是CSTRCSTR（连续搅拌釜式反应器），在该模型中反应器内物料假定为理想混合。于是，假定整个反应器体积的组成和温度是均匀的，并等于反应器出口物流的组成

18、和温度。115第115页/共134页CSTReactorCSTReactor全混釜反全混釜反应器应器性质：性质：釜内达到理想混合。可模拟单相、釜内达到理想混合。可模拟单相、两相的体系。可同时处理动力学两相的体系。可同时处理动力学控制和平衡控制两类反应。控制和平衡控制两类反应。用途：用途：已知化学反应式、动力学方程和已知化学反应式、动力学方程和平衡关系，计算所需的反应器体平衡关系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负积和反应时间，以及反应器热负荷。荷。CSTR 全混釜反应器116第116页/共134页RCSTR模块有两组模型参数：1、操作条件 (Operation Conditions

19、) 1) 压力 (Pressure) 2) 温度/热负荷(Temperature/Heat Duty)2、持料状态 (Holdup) 1) 有效相态 (Valid Phases) 2) 设定方式 (Specification Type)117第117页/共134页CSTR CSTR 示例示例8 8甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：反应速率方程式如右：反应速率方程式如右：式中：式中：(D)(C)(B)(A)O6HNCHHCHO64NH24623hmkmolCkCrBAA32/hkmolmRTkmolJk267/)/(1057. 2exp1420118第1

20、18页/共134页示例示例8(8(续续) ) 119第119页/共134页RPlug RPlug 平推流反应器平推流反应器 在PFRPFR反应器中如活塞流动的流体的组成沿反应器长度逐渐变化，但不存在径向组成或浓度梯度。而且，径向的质量和热量传递可忽略 PFRPFR内的流体完全不混合，所有流体微元在反应器中具有相同的停留时间 120第120页/共134页RPlug RPlug 平推流反应器平推流反应器性质：性质：反应器内完全没有返混。可模拟反应器内完全没有返混。可模拟换热夹套。换热夹套。用途：用途：已知化学反应式和动力学方程，已知化学反应式和动力学方程，计算所能达到的转化率，或所需计算所能达到的

21、转化率，或所需的反应器体积，以及反应器热负的反应器体积，以及反应器热负荷。荷。121第121页/共134页模块有四组模型参数：122第122页/共134页1、指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操作温度：1) 进料温度下的恒温 (Constant at inlet temperature)2) 指定反应器温度 (Constant at specified reactor temperature)3) 温度剖形 (Temperature Profile)，指定沿反应器长度的温度分布123第123页/共134页2、绝热反应器 只需在反应器类型下拉框中选择Adiabatic Reactor即可。124第124页/共134页1253、恒定冷却剂温度的反应器 在反应器类型下拉框中选择(Reactor with constant coolant temperature) ；在操作条件栏中设定传热系数(U coolant-process stream)和冷却剂温度(Coolant temperature)。第125页/共134页 (Reactor with co-current coolant) (Reactor with counter