3 Aspen模块操作.pdf
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1、11 1ASPEN PLUS 模块操作模块操作报告人报告人:宋维仁宋维仁导师:漆志文教授导师:漆志文教授华东理工大学联合化学反应工程研究所华东理工大学联合化学反应工程研究所2010年年6月月30日星期三日星期三2单元操作模块用来表示实际装臵的各个单元操作单元操作模块用来表示实际装臵的各个单元操作设备,例如泵、换热器、精馏塔和反应器等。要运行设备,例如泵、换热器、精馏塔和反应器等。要运行一个模拟模型,必须至少规定一个单元操作。一个模拟模型,必须至少规定一个单元操作。每个不同的单元模块都有各自必需的输入数据。每个不同的单元模块都有各自必需的输入数据。Aspen Plus中的单元模块主要包括如下中的
2、单元模块主要包括如下9类:类:单元模块操作单元模块操作23 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块压力变送器模块 换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块4 模型模型 说明说明 目的目的 用途用途 Mixer 物流混合器物流混合器 把多股物流混合成一股把多股物流混合成一股物流物流 混合三通,物流混合操混合三通,物流混合操作,添加热流股,添加功作,添加热流股,添加功流股流股 FSplit 物流分流器物流分流器 把物流分成多个流股把物流分成多个流股 物流分流器,排气阀物流分流器,排气阀 SSplit 子物流分流器子物流分流器 把子物流分成多个流股把子物流分成多个流股 固
3、体物流分流器,排气阀固体物流分流器,排气阀 混合器混合器/分流器是用于混合或分离流程物流的模型。分流器是用于混合或分离流程物流的模型。混合器混合器/分流器模型有以下三种分流器模型有以下三种:混合器混合器/分流器分流器35 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块压力变送器模块 换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块6混合器可用于模拟混合三通或其它类型的物流混合操混合器可用于模拟混合三通或其它类型的物流混合操作设备。它通过对混合进料物流进行一次绝热相平衡作设备。它通过对混合进料物流进行一次绝热相平衡闪蒸计算,决定混合出口物流的温度和相态。闪蒸计算,决定混合出口物流的温
4、度和相态。在在MIXER模型库中,第一个图是物流混合器,第二个模型库中,第一个图是物流混合器,第二个图是热流混合器,带图是热流混合器,带W标记的是功流混合器。标记的是功流混合器。混合器混合器47下面这是一个混合器的例子,首先建立工艺流程图。下面这是一个混合器的例子,首先建立工艺流程图。进料物流进料物流1进料物流进料物流2混合器例子流程图混合器例子流程图混合器模块的名称为混合器模块的名称为B18输入进料物流输入进料物流1数据数据输入进料物流输入进料物流2数据数据物性方法选用物性方法选用NRTL输入进料数据输入进料数据注意注意:进料物流:进料物流1的压力为的压力为101.3KPa,而进料物流,而进
5、料物流2的压力为的压力为200KPa。后面的讲解要用到这两个压力。后面的讲解要用到这两个压力。59对于物流混合器来说,需要规定出口压力对于物流混合器来说,需要规定出口压力(或压降或压降)以及物以及物流的有效相态。当混合热流或功流时,不需要任何规定。流的有效相态。当混合热流或功流时,不需要任何规定。如果你规定了压降,混合器确定入口物流压力的最小值,如果你规定了压降,混合器确定入口物流压力的最小值,并采用这个最小入口物流压力计算出口压力。首先规定压并采用这个最小入口物流压力计算出口压力。首先规定压力为力为0(表示压降为(表示压降为0),结果显示如下页:),结果显示如下页:B1-Input Flas
6、h Options 10可以看到最终的出口物流压力为两股进料可以看到最终的出口物流压力为两股进料压力中最小的那一个压力,即压力中最小的那一个压力,即101.3KPa。查看模块结果查看模块结果611规定压力为规定压力为-10KPa(表示压降为(表示压降为10KPa),看看结果如何?),看看结果如何?改变压力设臵改变压力设臵12可以看到最终的出口物流压力为两股进料压可以看到最终的出口物流压力为两股进料压力中最小的那一个压力力中最小的那一个压力101.3KPa减去压降。减去压降。查看模块结果查看模块结果713规定压力为规定压力为150KPa,看看结果如何?,看看结果如何?改变压力设臵改变压力设臵14
7、可以看到最终的出口物流压力为可以看到最终的出口物流压力为150KPa。查看模块结果查看模块结果总结:在混合器模块的压力项输入值总结:在混合器模块的压力项输入值0,为出口绝对压力,为出口绝对压力,在混合器模块的压力项输入值在混合器模块的压力项输入值=0,表示压降为表示压降为0,在混合器模块的压力项输入值在混合器模块的压力项输入值0,表示压降值,且表示压降值,且后两项取的出口压力基准都为进料中压力最小的那一个。后两项取的出口压力基准都为进料中压力最小的那一个。815 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块压力变送器模块 换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块161.1
8、.分流器是把相同类型的物流混合并把结分流器是把相同类型的物流混合并把结果物流分成两股或多股相同类型的物流。果物流分成两股或多股相同类型的物流。2.用用Fsplit模块可以模拟物流的分流、吹扫或放模块可以模拟物流的分流、吹扫或放空。所有的出口物流都有同样的组成和物性。空。所有的出口物流都有同样的组成和物性。3.3.建立如下工艺流程图建立如下工艺流程图分流器分流器分流器模块的名称为分流器模块的名称为B1B1。917输入进料数据输入进料数据输入进料数据输入进料数据18对于对于Fsplit,你只需规定每个出口物流的分流分率即可。,你只需规定每个出口物流的分流分率即可。当然,你也可以采用其他的规定方式,
9、在这里选择一个你当然,你也可以采用其他的规定方式,在这里选择一个你所需要的规定参数。不仅可以输入分流分率,而且可以输所需要的规定参数。不仅可以输入分流分率,而且可以输入各种分流流率值。入各种分流流率值。B1-Input-Specifications1019如果只有两股出口物流,那么你只需如果只有两股出口物流,那么你只需规定其中的一个就可以了。输入规定其中的一个就可以了。输入OUT1物流的分流分率为物流的分流分率为0.8,表示此,表示此物流的流率占进料物流流率的物流的流率占进料物流流率的80%。B1-Input-Specifications20在此规定所有出口物流的压力或压在此规定所有出口物流的
10、压力或压降(同混合器压力输入规则一样)。降(同混合器压力输入规则一样)。B1-Input Flash Options1121所有出口物流的性质(温度、压力、气相分率等)一样所有出口物流的性质(温度、压力、气相分率等)一样分流分率对应的值分流分率对应的值所有出口物流的组成一样所有出口物流的组成一样查看物流结果查看物流结果22我们再研究一下有两股进料的情况我们再研究一下有两股进料的情况分流器两股进料例子分流器两股进料例子1223输入进料物流输入进料物流1数据数据输入进料物流输入进料物流2数据数据物性方法选用物性方法选用NRTL输入进料数据输入进料数据注意注意:进料物流:进料物流1的压力为的压力为1
11、01.3KPa,而进料物流,而进料物流2的压力为的压力为200KPa。后面的讲解要用到这两个压力。后面的讲解要用到这两个压力。24输入出料物流输入出料物流1的分流分率的分流分率B1-Input-Specifications1325在此规定所有出口物流的压力或压在此规定所有出口物流的压力或压降(同混合器压力输入规则一样)。降(同混合器压力输入规则一样)。B1-Input Flash Options26由最终压力为两股进料压力中最小的那个压力即由最终压力为两股进料压力中最小的那个压力即101.3KPa,可以看出,可以看出Fsplit先是作为混合器,然后作先是作为混合器,然后作为分流器。为分流器。查
12、看物流结果查看物流结果1427 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块压力变送器模块 换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块28 模型模型 说明说明 目的目的 用法用法 Pump 泵或水力透平泵或水力透平机机 当知道压力、功率需求或性能曲线当知道压力、功率需求或性能曲线时,可改变物流压力时,可改变物流压力 泵和水力学透平泵和水力学透平机机 Compr 压缩机或透平压缩机或透平机机 当知道压力、功率需求或性能曲线当知道压力、功率需求或性能曲线时,可改变物流压力时,可改变物流压力 多变压缩机多变压缩机,多变正位移压缩机,等熵曲多变正位移压缩机,等熵曲线压缩机透平线压缩
13、机透平机机 MCompr 多级压缩机或透多级压缩机或透平平机机 通过带有内冷器的多级压缩改变物通过带有内冷器的多级压缩改变物流压力流压力.允许从内冷器中采出液体物允许从内冷器中采出液体物流流 多级多变压缩机,多级正位移压缩机多级多变压缩机,多级正位移压缩机,等等熵曲线压缩机,等熵曲线透平熵曲线压缩机,等熵曲线透平机机.Valve 控制阀控制阀 确定压降或阀系数确定压降或阀系数(CV)多相多相,绝热球型流量阀或蝶阀绝热球型流量阀或蝶阀 Pipe 单段管单段管 确定单段管或环型空间的压降或传确定单段管或环型空间的压降或传热热 多相多相,一维一维,稳态和全充满管线流动稳态和全充满管线流动 Pipel
14、ine 多段管多段管 确定多段管或环型空间的压降或传确定多段管或环型空间的压降或传热热 多相多相,一维一维,稳态和全充满管线流动稳态和全充满管线流动 压力变送器压力变送器主要讲解主要讲解Pump和和Compr 模块模块1529 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块(压力变送器模块(Pump模块)模块)换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块30Pump模块可以用于模拟泵和液压透平机。模块可以用于模拟泵和液压透平机。当给定出口压力时,该模型计算所需的功率或当给定出口压力时,该模型计算所需的功率或产生的功率。也可以给定功率,计算出口压力。产生的功率。也可以给定功率,计
15、算出口压力。首先建立例子工艺流程图。首先建立例子工艺流程图。Pump 模块模块此模块的名称为此模块的名称为Pump。1631输入进料数据输入进料数据输入进料数据输入进料数据321.1.选择模型类型:泵或透平机选择模型类型:泵或透平机2.2.规定泵的出口条件规定泵的出口条件3.3.输入泵或驱动器的效率,不输入取软件默认值输入泵或驱动器的效率,不输入取软件默认值泵的出口压力为泵的出口压力为400KPaPump-Setup-Specifications1733所需的净功所需的净功查看模块结果查看模块结果34温度略有上升温度略有上升出口压力出口压力查看物流结果查看物流结果1835在前面我们选择的是输入
16、泵的出在前面我们选择的是输入泵的出口压力值,在此我们选择口压力值,在此我们选择Pressure ratio,此项表示出口物此项表示出口物流压力与进料压力的比值。当然流压力与进料压力的比值。当然我们也可已选择其他的选项。我们也可已选择其他的选项。Pump-Setup-Specifications36出口物流压力与进料压力的比值为出口物流压力与进料压力的比值为2 2查看物流结果查看物流结果1937 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块(压力变送器模块(Compr模块)模块)换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块38建立建立CO2压缩机工艺流程图。压缩机工艺流程图。C
17、ompr压缩机模块压缩机模块模块的名称改为模块的名称改为CO2COMPR。2039在此选择压缩机的类型。在此选择压缩机的类型。此模块可以模拟多变离心压缩机、此模块可以模拟多变离心压缩机、多变正位移压缩机和等熵压缩机。多变正位移压缩机和等熵压缩机。CO2COMPR-Setup-Specifications40在此规定出口条件(和泵的输入相似在此规定出口条件(和泵的输入相似)在此可以输入各种效率(不输入即为软件的默认值)在此可以输入各种效率(不输入即为软件的默认值)CO2COMPR-Setup-Specifications2141 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块压力变送器模块
18、换热器模块换热器模块 塔模块塔模块 反应器模块反应器模块42换热器模块可以模拟加热器、冷却器、两个或多换热器模块可以模拟加热器、冷却器、两个或多个物流换热器的性能,还能生成所有模块的加热、冷个物流换热器的性能,还能生成所有模块的加热、冷却曲线表。却曲线表。换热器模块有以下几种:换热器模块有以下几种:换热器模块换热器模块2243模型模型 说明说明 目的目的 用法用法 Heater 加热器或冷却器加热器或冷却器 确定热和相态条件确定热和相态条件 换热器换热器,冷却器冷却器,阀门阀门.当与功有关当与功有关的结果不需要时的泵和压缩机的结果不需要时的泵和压缩机.HeatX 两物流换热器两物流换热器 两股
19、物流的换热器两股物流的换热器 两股物流换热器两股物流换热器.当知道管壳换热当知道管壳换热器尺寸时可以进行核算器尺寸时可以进行核算.MHeatX 多物流换热器多物流换热器 任何数量物流的换热任何数量物流的换热器器 多股热流和冷流换热器多股热流和冷流换热器.两股物流两股物流换热器换热器.LNG 换热器换热器.Hetran*BJAC Hetran 程程序界面序界面 管壳式换热器的设计管壳式换热器的设计和模拟和模拟 具有多种结构的管壳式换热器具有多种结构的管壳式换热器.Aerotran*BJAC Aerotran 程序界面程序界面 空冷器的设计和模拟空冷器的设计和模拟 具有多种结构的空冷器具有多种结构
20、的空冷器.用于模拟用于模拟节煤器和加热炉的对流段节煤器和加热炉的对流段.换热器模块分类换热器模块分类我们主要学习我们主要学习Heater和和HeatX 模块模块44 混合器混合器/分流器模块分流器模块 压力变送器模块压力变送器模块 换热器模块(换热器模块(Heater模块)模块)塔模块塔模块 反应器模块反应器模块2345Heater模块可以用来模拟:模块可以用来模拟:加热器或冷却器加热器或冷却器已知压降的阀已知压降的阀不需要与功有关的结果时的泵和压缩机不需要与功有关的结果时的泵和压缩机它可以进行以下类型的单相或多相计算:它可以进行以下类型的单相或多相计算:泡点或露点计算泡点或露点计算按用户规定
21、的热负荷计算按用户规定的热负荷计算过热或过冷的匹配温度过热或过冷的匹配温度需要达到某一气相分率所必须的冷热负荷需要达到某一气相分率所必须的冷热负荷Heater 模块模块46输入进料数据,同时物性方法选择输入进料数据,同时物性方法选择NRTLNRTL。输入进料数据输入进料数据2447输入换热器闪蒸计算的数据,这里是温度和压力输入换热器闪蒸计算的数据,这里是温度和压力(或压降),当然你也可以在下拉框中选择其它项。(或压降),当然你也可以在下拉框中选择其它项。B1-Input-Specifications48输入估计的温度和压力输入估计的温度和压力在此规定收敛的相关参数在此规定收敛的相关参数此页一般
22、不用改变此页一般不用改变,点击运行。点击运行。B1-Input Flash Options2549换热器出口温度与压力与上页输入规定一致。换热器出口温度与压力与上页输入规定一致。此处给出了换热器操作所需的热能。此处给出了换热器操作所需的热能。查看模块结果查看模块结果50前面我们输入的的是压力和温度,下面我们再看前面我们输入的的是压力和温度,下面我们再看看输入压力和过热度为看输入压力和过热度为20对结果有什么影响?对结果有什么影响?B1-Input-Specifications2651出口温度变为了出口温度变为了124.174386,那么我们就能反推得,那么我们就能反推得到在到在101.3KPa
23、,在进料组成下,进料的露点是,在进料组成下,进料的露点是104.174386。我们来验证一下。我们来验证一下。查看模块结果查看模块结果52在在Specifications页上输入压力和气相分率。页上输入压力和气相分率。气相分率气相分率=1,表示露点计算,表示露点计算;气相分率气相分率=0,表示泡点计算。,表示泡点计算。B1-Input-Specifications2753出口温度确实为出口温度确实为104.174386(即露点温度)。(即露点温度)。我们再来用相图验证一下。我们再来用相图验证一下。查看模块结果查看模块结果54DMF质量分数为质量分数为0.2时,露点温度确实为时,露点温度确实为1
24、04 左右。左右。T-X-Y 相图相图2855同理,过冷度就是指比一定压力、同理,过冷度就是指比一定压力、一定组成下的泡点温度所低的温度。一定组成下的泡点温度所低的温度。B1-Input-Specifications56点击模块中的点击模块中的Hcurves可以用来可以用来绘制换热器的加热(冷却)曲线。绘制换热器的加热(冷却)曲线。点击点击New按钮,按钮,输入曲线输入曲线ID。换热器加热(冷却)曲线换热器加热(冷却)曲线2957选择加热(冷却)曲线的自变量,选择加热(冷却)曲线的自变量,在此例中选择气相分率为自变量。在此例中选择气相分率为自变量。选择气相分率范围内的数据点数选择气相分率范围内
25、的数据点数B1-Hcurves-1-Setup58注意这里的气相分率范围是注意这里的气相分率范围是01。为什么?。为什么?查看曲线数据结果查看曲线数据结果3059绘制换热器加热曲线图绘制换热器加热曲线图 X轴轴以气相分率为自变量。用以气相分率为自变量。用鼠标选中气相分率这一列鼠标选中气相分率这一列数据,单击菜单栏上数据,单击菜单栏上Plot XAxis Variable。60绘制换热器加热曲线图绘制换热器加热曲线图 Y轴轴以热负荷为因变量。用鼠标选以热负荷为因变量。用鼠标选中中Heat duty这一列数据,单这一列数据,单击菜单栏上击菜单栏上Plot YAxisVariable。3161得到加
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