化工设计-10 分离设备 闪蒸

1、化工设计 任课教师：张宇第七章第七章 分离设备工艺设计分离设备工艺设计 Aspen Plus 中分离过程模型包含两大类别：中分离过程模型包含两大类别：简单分离单元模型简单分离单元模型 Separators塔设备单元模型塔设备单元模型 Columns简单分离单元模型包含五个模块：简单分离单元模型包含五个模块：两相闪蒸器两相闪蒸器 Flash2三相闪蒸器三相闪蒸器 Flash3倾析器倾析器 Decanter组份分离器组份分离器 Sep两出口组份分两出口组份分离器离器 Sep2 简单分离单元模型 Flash2 两相闪蒸器 Flash2模块执行给定热力学条件下的汽模块执行给定热力学条件下的汽-液平衡或

2、汽液平衡或汽-液液-液平衡计算，输出一股液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸器、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。蒸发器、气液分离器等。Flash2 连接Flash2 模块的连接图如下：模块的连接图如下：Flash2 模型参数Flash2 模块的模型参数有模块的模型参数有 3 组：组：1、闪蒸设定、闪蒸设定 (Flash Specifications)(1) 温度温度 (Temperature)(2) 压力压力 (Pressure)(3) 蒸气分率蒸气分率 (Vapor Fraction)(4) 热负荷热负荷 (Heat Duty) 从以上从以上 4 个

3、参数中选定个参数中选定 2 个。个。2、有效相态、有效相态 (Valid Phase)(1) 汽汽-液相液相 (Vapor-Liquid)(2)汽汽-液液-液相液相 (Vapor-Liquid-Liquid)(3)汽汽-液液-游离水相游离水相 (Vapor-Liquid-Free Water) 从以上从以上 3个参数中选定个参数中选定 1 个。个。Flash2 模块的模型参数有模块的模型参数有 3 组：组：3、液沫夹带、液沫夹带 (Liquid Entrainment in Vapor Stream) 液相被带入汽相中的分率。液相被带入汽相中的分率。Flash2 模块的模型参数有模块的模型参数

4、有 3 组：组：Flash2 应用示例(1) 流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.11 MPa、含乙、含乙醇醇70%w、水、水30%w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽部分冷凝，冷凝物流的汽/液比液比(摩尔摩尔)=1/3。求。求离开冷凝器的汽、液两相的温度和组成。离开冷凝器的汽、液两相的温度和组成。Flash2 应用示例(2) 流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.5 MPa 温度为温度为120、含乙醇、含乙醇 70%w、水、水30 %w的物料绝热闪的物料绝热闪蒸到蒸到0.15 MPa。求离开闪蒸器的汽、液两相的。求离开闪蒸器的

5、汽、液两相的温度、流量和组成。温度、流量和组成。Flash2 应用示例(3) 流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.2 MPa 温温度度20、含丙酮、含丙酮30%w、水、水70%w的物料进的物料进行部分蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为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、液两相的时的蒸发器温度和热负荷以及汽、液两相的流量和组成。流量和组成。灵敏度分析 Sensitivity在进行过程设计和分析时，常常需要了解某些在进行过程设计和分析时，常常需要了解某些过程变量受其它过程变量影响的敏感程度，过程变量受其它过程变量影响的敏感程度，ASPTEN Plus为此

6、提供了一个非常有用的分析为此提供了一个非常有用的分析工具：模型分析工具工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下下的灵敏度的灵敏度(Sensitivity)对象。对象。创建灵敏度对象时，按以下步骤操作：创建灵敏度对象时，按以下步骤操作： 1、从数据浏览器右侧的对象管理器、从数据浏览器右侧的对象管理器(Object Manager)中点击新建中点击新建(New)按钮；按钮； 2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号号(ID)；步骤步骤1和步骤和步骤2：3、在定义、在定义(Define)表单中点击新建表单中点击新建(New)按按钮，创建灵敏

7、度对象所需的变量；钮，创建灵敏度对象所需的变量；4、在弹出对话框中输入新变量的变量名、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable name)；步骤步骤3和步骤和步骤4：5、在变量定义、在变量定义(Variable Definition)对话框中对话框中的 下 拉 式 选 择 框 中 选 择 变 量 的 类 别的 下 拉 式 选 择 框 中 选 择 变 量 的 类 别(Category)、类型、类型(Type)、流股、流股(Stream)或或模块模块(Block)代号，并指定具体变量代号，并指定具体变量(Variable)。步骤步骤5：可以定义多个分析所需的变量，如下图所示：可以定义多个

8、分析所需的变量，如下图所示：步骤步骤6：在变化：在变化(Vary)表单中输入调节变量表单中输入调节变量(Manupulated variable)的类型、名的类型、名称和具体变量称和具体变量(variable),并指定体调并指定体调节上、下限节上、下限(Upper/Lower limits) 和和增量增量(Incr)。步骤步骤6：步骤步骤7：在列表：在列表(Tabulate)表单中输入需要进表单中输入需要进行 灵 敏 度 分 析 的 列 表 变 量行 灵 敏 度 分 析 的 列 表 变 量(Tabulated variable)或组合变量的或组合变量的表达式表达式(Expression)，以及

9、列表时，以及列表时的列序号的列序号(Column No.)。步骤步骤7：步骤步骤8：结果查看：结果查看 从左侧索引栏中选择灵敏度对象下的结果从左侧索引栏中选择灵敏度对象下的结果(Results)项目，右侧的汇总项目，右侧的汇总(Summary)表单中表单中按照指定的列序号列表给出调节变量和列表变按照指定的列序号列表给出调节变量和列表变量的对应值。量的对应值。步骤步骤8： 变量关系图Plot 在查看和分析灵敏度分析的列表数据时，在查看和分析灵敏度分析的列表数据时，用图形描述的函数关系曲线常常能让我们更直用图形描述的函数关系曲线常常能让我们更直观和全面地了解过程变量间的依赖趋势，观和全面地了解过程

10、变量间的依赖趋势，ASPTEN Plus为此提供了绘图为此提供了绘图(Plot)功能，可以功能，可以将列表数据中的任意两列绘制成将列表数据中的任意两列绘制成XY曲线图。曲线图。步骤步骤1：选择横坐标变量：选择横坐标变量 在列表数据中选中一列，从窗口菜单在列表数据中选中一列，从窗口菜单Plot项的下拉框里选择项的下拉框里选择X轴变量轴变量(X-Axis Variable)；步骤步骤2：选择纵坐标变量：选择纵坐标变量 再选中列表数据的另一列，从窗口菜再选中列表数据的另一列，从窗口菜单单Plot项的下拉框里选择项的下拉框里选择Y轴变量轴变量(Y-Axis Variable)；步骤步骤3：绘制曲线：绘

11、制曲线 然后点击窗口菜单然后点击窗口菜单Plot项的下拉框里的项的下拉框里的显示绘图显示绘图(Display Plot), 即可得到曲线图。即可得到曲线图。Flash2 应用示例(4) 流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.2 MPa温度温度为为20、含丙酮、含丙酮 30%w、水、水 70%w的物料进的物料进行部分蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷为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。分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率的影响。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模块执行给定热力学条件下的汽汽-液

12、液-液平衡计算，输出一股汽相和两股液相液平衡计算，输出一股汽相和两股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、液-液分离液分离器、汽器、汽-液液-液分离器等液分离器等Flash3 连接Flash3 的连接图如下：的连接图如下：Flash3 模型参数Flash3 的模型参数有的模型参数有 3 组：组：1、闪蒸设定、闪蒸设定 ( Flash Specifications)(1) 温度温度(Temperature)(2) 压力压力 (Pressure)(3) 蒸汽分率蒸汽分率(Vapor Fraction)(4) 热负荷热负荷(Heat Duty) 从以上从以上 4 个参数中

13、选定个参数中选定 2 个。个。2、关键组份、关键组份 ( Key Component) 指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大的液相作为第二液相。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如未指定关键组份，则密度大的液相作为第二液相。第二液相。Flash3 的模型参数有的模型参数有 3 组：组：3、液沫夹带、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。分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。Flash3 的模型参数有的模型参数有 3 组：组：Flash3 应用示例(1)

14、流量为流量为1000 kg/hr、压力为、压力为0.11 MPa、含乙、含乙醇醇30%w、正己烷、正己烷30%w、水、水40%w的饱和蒸汽的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比液比(摩尔摩尔)=1/9。求离开冷凝器的汽、液、液三相的。求离开冷凝器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。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 含乙醇含乙醇70%w、水、水30%w的物流与的物流与F=500 kg/hr、P=0.8 MPa、T=70 含正己烷含正己烷60%w、乙醇、乙醇40%w的物的

15、物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到P=0.11 MPa，求，求离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。和组成。 Decanter 倾析器Decanter 模块执行给定热力学条件下模块执行给定热力学条件下的液的液-液平衡或液液平衡或液-游离水平衡计算，输出两游离水平衡计算，输出两股液相产物。用于模拟液股液相产物。用于模拟液-液分离器、水倾析液分离器、水倾析器等。器等。Decanter 连接Decanter 模块的连接图如下：模块的连接图如下：Decanter 模型参数Decanter 模块的模型参数有模块的模型参数有 3

16、 组：组：1、倾析设定、倾析设定 (Decanter Specifications) (1) 压力压力 (Pressure) (2) 温度温度/热负荷热负荷 (Temperature/Heat Duty)2、关键组份、关键组份 (Key Component) 指定关键组份后，含关键组份摩尔分率指定关键组份后，含关键组份摩尔分率大的液相作为第二液相。大的液相作为第二液相。 如未指定关键组份，则密度大的液相作如未指定关键组份，则密度大的液相作为第二液相。为第二液相。Decanter 模块的模型参数有模块的模型参数有 3 组：组：Decanter 应用示例(1) 用水用水(P=0.2 MPa、T=2

17、0 )从含乙醇从含乙醇40%w、正己烷、正己烷60%w的混合液的混合液(F=500 kg/hr、P=0.2 MPa、T=20 )中萃取乙醇，要求乙醇中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率达到的萃取率达到97%，求需要的水流量和萃取相，求需要的水流量和萃取相和萃余相的组成。和萃余相的组成。 Sep 组份分离器Sep模块可以接受多股输入物流，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组份分别按照指定的比例分配到每一股输出物流中去。出物流中去。Sep 连接Sep 模块的连接图如下：模块的连接图如下：Sep 模型参数Se

18、p 模块的模型参数有模块的模型参数有 3 组：组：1、规定、规定 (Specifications) 输出物流条件设定，指定每个组份在输出物流条件设定，指定每个组份在各股输出物流中的分率或流量。各股输出物流中的分率或流量。2、进料闪蒸、进料闪蒸 (Feed Flash) 指定输入物流混合后的闪蒸压力和有指定输入物流混合后的闪蒸压力和有效相态。效相态。Sep 模块的模型参数有模块的模型参数有 3 组：组：3、出口闪蒸、出口闪蒸 (Outlet Flash) 指定每一股输出物流的闪蒸压力、温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。度、气相分率和有效相态。Sep 模块的模型参数有模块的模型参数有 3 组：组：Sep 应用示例(1) 把把F=500 kg/hr、P=0.15 MPa、T=20 含乙含乙醇醇30%w、正丙醇、正丙醇20%w、正丁醇、正丁醇10%w、水、水40 %w的物流分成四股输出物流，各组份在输出物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：流中的分配比例为： 乙醇乙醇