AspenPlus在化工过程模拟中实际应用文档格式.docx
《AspenPlus在化工过程模拟中实际应用文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AspenPlus在化工过程模拟中实际应用文档格式.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
54.2
47.8
43
流量（m/h）
70
90
109
120
泵效
0.645
0.69
0.66
允许吸上真空度（m）
5.0
4.5
3.8
3.5
2、计算5000kg/hr的饱和水蒸汽（7atm）经过管线（绝热，长20m,内径100mm，粗糙度0.05mm）输送到5m高处后的压力降和温度降。
（exercise-4.2）
3、计算100m3/hr的水（50°
C，5bar）经过如下管线后（从A点到G点）的出口压力。
各点坐标为：
A（0,0,0），B（5,0,0）,C（5,5,0）,D（15,5,0）,E（15,0,0）,F（15,0,10）,G（20,0,10）。
管线直径均为0.1m，粗糙度为0.00005m。
（exercise-4.3）
课后练习：
建立以下系统的AspenPlus仿真模型。
（exercise-4.4）
1、已知：
将20°
C的水从蓄水池输送到高位水池，环境地理位置如下图所示。
管道采用©
133M的无缝碳钢管。
所用离心泵的特性参数在课堂练习1中给出。
泵出口安装一只V500系列的等百分比流量截止阀（GlobeValve）调节流量。
不同阀门开度下阀的流通系数Cv,压降比例因子Xt和压力补偿因子FI如下表所示。
开度（％）
10
20
30
40
50
60
80
100
Cv
14
46
72
102
126
147
168
186
202
212
Xt
0.97
0.96
0.94
0.93
0.92
0.9
FI
0.79
0.77
0.75
0.73
0.71
0.68
1、最大输送流量（m3/hr）及相应的轴功率。
（此时阀全开）
2、阀门开度为20%时的流量及相应的轴功率。
2、某吸收塔用293.15K的清水作为吸收剂，正常用量为50m3/hr。
清水贮槽液面至吸收塔顶加料口的垂直高度为40m。
清水贮槽内压力为0.1013MPa,吸收塔内压力为0.3MPa。
初步设计方案如下（参见下图）：
使用©
108X4勺无缝钢管作为输水管，进水管道长10m，需要安装1个90。
弯
转速
流量（m3/hr）
23
41.5
84
3000rpm
113
107
96
69
头（Elbow）和2只闸阀（GateValve）;
出水管道长55m,需要安装6个90°
弯头,2只闸阀；
离心泵入口的安装高度比清水贮槽液面低0.5m。
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1500~2800rpmo
离心泵的特性曲线如下表。
1）最大输水量；
（exercise-4.5-a）
2）输水量为正常用量时离心泵所需的转速、轴功率和泵出口压力；
（exercise-4.5-b）
3）输水量为50%正常用量时离心泵所需的转速、轴功率和泵出口压力。
（exercise-4.5-c）
效率（%）
63
68
71
67
2500rpm
35
76
64
44
64.5
66
2000rpm
16.5
28
41
58
51
48.5
43.5
30.5
62
65
第五章分离设备模拟
掌握各分离设备模块的用法，包括闪蒸、蒸发、萃取和简单分离设备。
建立以下系统的AspenPlus仿真模型
1、流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、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。
（Exercise-5.1）
2、流量为1000kg/hr、压力为0.5MPa温度为120C、含乙醇70%w、水30%w的物料绝热闪蒸到0.15MPa。
求离开闪蒸器的汽、液两相的温度、流量和组成。
（Exercise-5.2）
3、流量为1000kg/hr、压力为0.2MPa温度为20C、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。
（Exercise-5.3）
4、流量为1000kg/hr、压力为0.2MPa温度为20C、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250kW。
分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率的影响。
（Exercise-5.4）
5、流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、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。
（Exercise-5.5）
6、F=500kg/hr、P=0.8MPa、T=100°
C含乙醇70%w、水30%w的物流与F=500kg/hr、P=0.8MPa、T=70C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=0.11MPa,求离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组
成。
（Exercise-5.6）
7、在课堂练习6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。
8、用水（P=0.2MPa、T=20C、F=500kg/hr）从含乙醇40%w、正己烷60%w的混合液（F=500kg/hr、P=0.2MPa、T=20C）中萃取乙醇，求：
乙醇的萃取率，以及萃取相和萃余相的组成。
（Exercise-5.8）
9、第8例中乙醇的萃取效率为90％时的需要的水流量，以及萃取相和萃余相的组成。
（Exercise-5.9）
10、把F=500kg/hr、P=0.15MPa、T=20C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：
（Exercise-5.10）
乙醇
0.96:
0.02:
0.01:
0.01
正丙醇
0.95:
0.02
正丁醇
0.05:
0.92:
水
0.03:
求输出物流组成。
11、从F=500kg/hr、P=0.15MPaT=20C、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：
1）.乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不大于1%w;
2）.乙醇回收率达到95%。
求输出物流的组成和流量。
（Exercise-5.11）
12、同课堂练习11，如果分离过程是在精馏塔中实现，塔顶出料是0.11MPa的饱和蒸汽，塔底出料是0.13MPa的饱和液体，求输出物流的温度和体积流量。
（Exercise-5.12）
13、采用膜分离装置制取富氧空气。
原料空气T=30C、P=1.013bar、F=500kmol/hr，经压缩机加压到4.5bar后进入膜分离组件，出口压强1.1bar。
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。
（Exercise-5.13）
1、F=1000kg/hr、P=0.8MPa、T=100C含乙醇70%w、水30%w的物流与F=500kg/hr、P=0.6MPa、T=70C含正己烷60%、乙醇40%w的物流在闪蒸器中绝热闪蒸到P=0.11MPa。
轻液相在汽相中的液沫夹带率为5%，重液相在汽相中的液沫夹带率为1%。
离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。
（Exercise-5.14）
2、用水（P=0.15MPa、T=25C）从含乙醇40%w、正己烷60%w的混合液（F=1000kg/hr、P=0.15MPa、T=25C）中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率达到97%。
1）需要的水流量，以及萃取相和萃余相的组成；
（Exercise-5.15）
2）乙醇分离效率对需要的水流量和萃取相组成的影响。
3、用精馏塔从F=1000kg/hr、P=0.14MPa、T=25C、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：
1）回收物流的乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不大于0.5%w;
2）乙醇回收率达到97%。
塔顶出料是0.12MPa的饱和蒸汽，塔底出料是0.14MPa的饱和液体。
输出物流的组成、温度和体积流量。
（Exercise-5.16）
4、渗透汽化膜分离装置被用于制取高浓度乙醇。
原料乙醇（P=0.15MPaT=25C）
含水5%w,产品乙醇含水（期50』1）%w。
渗透膜的分离面积为100m2，汽化侧的压强为0.2bar。
装置内的加热系统使料液始终维持在泡点温度。
料液侧的流动压降为0.5bar,膜的平均渗透速率为：
式中为料液侧进口压强（<
6bar）与汽化侧压强之差。
表观分离因子为：
式中Pw和Pe是汽化侧的水和乙醇分压，xw和xe是料液侧进口的水和乙醇摩尔分率。
如果要达到100kg/hr的高浓乙醇产量，试求渗透膜料液侧的进口压强进口温度和出口温度。
（Exercise-5.17）
第六章传热设备模拟
掌握各传热换热设备模块的用法，包括加热器、冷凝器、换热器。
建立以下系统的AspenPlus仿真模型
1、20C、0.41MPa、4000kg/hr流量的软水在锅炉中加热成为0.39MPa的饱和水
蒸气进入生蒸汽总管。
求所需的锅炉供热量。
（Exercise-6.1）
2、1000kg/hr（0.4MPa）的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度100C（0.39MPa）,求过热蒸汽温度和所需供热量。
（Exercise-6.2）
3、流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、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。
求冷凝器热负荷。
（Exercise-6.3）
4、流量为100kg/hr、压力为0.2MPa、温度为20C的丙酮通过一电加热器。
当加热功率分别为2、5、10和20kW时，求出口物流的状态。
（Exercise-6.4）
5、求压力为0.2MPa,含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%可的混合物的泡点和露点。
（Exercise-6.5）
6、用1200kg/hr饱和水蒸汽（0.3MPa）逆流加热2000kg/hr甲醇（20C、0.3MPa）。
离
开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28MPa、过冷度为2C。
换热器传热系数根据相态选择，对数平均温差校正因子取常数0.95。
求甲醇出口温度、相态、需
要的换热面积。
换热系数指定值如下表所示，其中L表示Liquid，B表示Boling，
C表示Condensing,V表示Vapor。
（Exercise-6.6）
热侧相态
L
C
V
冷测
B
2
U（W/m2）
1200
2000
3000
150
7、对课堂练习6选用下述换热器进行详细核算：
外壳直径：
325mm，公称面积：
10m2，管长：
3m，管径：
192mm，管数：
76，排列方式：
正三角，管程
数：
2,壳程数：
1,折流板间距:
150mm，折流板缺口高度:
79mm°
（Exercise-6.7）课后练习：
建立以下流程系统的AspenPlus仿真模型（Exercise-6.8）
1、20C、0.1013MPa、2000kg/hr流量的软水用冷水泵
（1）加压到0.41MPa后与同样压力的循环冷凝水混合后进入锅炉
（2）,加热成为0.4MPa的饱和水蒸气进入生蒸汽总管；
2、生蒸汽的10%被分流送到空气加热器（3）加热空气。
冷空气参数为10C、
0.11MPa、5000m/hr。
离开空气加热器的蒸汽冷凝水压力为0.38MPa、过冷度
为2C。
换热器传热系数为50W/m.K。
3、剩余生蒸汽的10%被分流送到乙醇加热器（4）加热乙醇水溶液。
冷乙醇水溶液参数为20C、0.11MPa、乙醇含量70%W,流量1000kg/hr。
离开乙醇加热器
的蒸汽冷凝水压力为0.38MPa、过冷度为2C。
换热器传热系数为1250W/m.K。
4、1000kg/hr生蒸汽被送到蒸汽过热器（5）加热到过热度100C（压力0.38MPa）。
5、空气加热器和乙醇加热器排出的冷凝水混合后用热水泵（6）加压到0.41Mpa循环到锅炉供水系统。
1、热空气的温度，空气加热器的传热面积和热负荷；
2、热乙醇的温度和蒸汽分率，乙醇加热器的传热面积和热负荷；
3、过热蒸汽的温度，蒸汽过热器的热负荷；
4、锅炉热负荷和富余蒸汽流量；
5、如果要求将乙醇刚好加热到泡点温度，则乙醇加热器的传热面积及加热蒸汽
流量应为多少？
（Exercise-6.8b）
第七章塔设备模拟
掌握各种以下塔设备的模拟方法：
气液吸收塔、解吸塔、精馏塔、萃取塔。
内容：
1、含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30C）
用精馏塔（塔压0.02MPa）分离，要求99.8%的乙苯从塔顶排出，99.9%的苯乙烯从塔底排出，采用全凝器。
Rmin,NTmin，R=1.5Rmin时的R、
NT和NF。
（Exercise-7.1）
2、绘制课堂练习1的NT~R关系图，根据该图选取合理的R值，求取相应的NT、NF、冷凝器和再沸器的温度和热负荷。
（Exercise-7.2）
3、根据课堂练习2的结果，选取R=25、NT=61、NF=36用Distl进行核算。
再选取NF=20进行核算。
（Exercise-7.3）
4、根据课堂练习2的结果，选取R=25、NT=61、NF=36用RadFrac进行核算。
再选取最佳进料板位置进行核算。
（Exercise-7.4）
5、如将课堂练习1的塔压调到0.01MPa，全塔压降0.005MPa，试求满足分离要求所需的回流比和馏出物流量。
（Exercise-7.5）
&
如果课堂练习5中的精馏段的墨弗里效率为0.45,提馏段的墨弗里效率为
0.55，试求满足分离要求所需的塔板数和加料板位置。
（Exercise-7.6）
7、在课堂练习6的基础上选定性质选项中的包括水力学参数，计算后查看结果。
（Exercise-7.7）
8、在课堂练习6的基础上进行塔板设计和塔板核算，分别选用浮阀塔板和弹性浮阀塔板计算后对比结果。
（Exercise-7.8）
9、在课堂练习5的基础上进行填料设计和填料核算，分别选用MELLPAK和RALU-PAK计算后对比结果。
（Exercise-7.9）
10、摩尔组成为CO2（12%）、N2（23%）和H2（65%）的混合气体（F=1000kg/hr、P=2.9MPa、T=20C）用甲醇（F=60t/hr、P=2.9MPa、T=-40C）吸收脱除CO2。
吸收塔有30块理论板，在2.8MPa下操作，每块塔板上的压降0.0015Pa。
求出塔气体中的CO2浓度。
（Exercise-7.10）
11、在课堂练习10的基础上求使出塔气体中的CO2浓度达到1.0%所需的吸
收剂（甲醇）用量。
（Exercise-7.11）
12、在课堂练习11的基础上求使出塔气体中的CO2浓度达到1.0%所需的吸
收剂（甲醇）用量与理论板数的关系。
（Exercise-7.12）
13、对课堂练习10所示的混合气体的吸附过程，选用10块理论板，求使出
塔气体中的CO2浓度达到1.0%所需的吸收剂（甲醇）用量以及采用典型塔板和填料时的塔径。
（Exercise-7.13）
14、将课堂练习13所得到的吸收富液减压到0.15MPa进行闪蒸，低压液体
再进入脱吸塔在0.12MPa下用氮气进行气提脱吸，要求出塔贫液中的CO2
浓度达到0.1%。
求合理的理论板数、所需氮气流量、采用不同塔板和填料时的脱吸塔尺寸、压降和负荷情况。
（Exercise-7.14a~d）
15、用甲基异丁基甲酮（CH3COC4H9）从含丙酮45%w的水溶液中萃取回收丙酮，处理量500kg/hr。
采用逆流连续萃取塔，在0.12MPa下操作。
求萃取塔理论板数和萃取剂用量对萃余相中丙酮浓度的影响。
（Exercise-7.15）
1、根据以下条件设计一座分离甲醇、水、正丙醇混合物的连续操作常压精馏塔
生产能力：
4000吨精甲醇/年；
原料组成：
甲醇70%，水28.5%，丙醇1.5%；
产品组成：
甲醇>
99.9%;
废水组成：
水>
99.5%;
进料温度：
323.15K；
全塔压降：
0.011MPa；
所有塔板的
Murphree效率Emv=0.35。
（注：
组成均为质量百分率）
给出下列设计结果：
（Exercise-7.16）
1、进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；
2、全塔总塔板数N；
3、最佳加料板位置NF；
4、最佳侧线出料位置NP；
5、回流比R；
6、冷凝器和再沸器温度；
7、冷凝器和再沸器热负荷；
8、使用KochFlexitray和GlistchBallast塔板时的塔径和板间距。
2、用甲醇在低温和加压条件下吸收合成气里的二氧化碳。
原料合成气的温度为20°
C，压力为2.9MPa,流量为1000kmol/hr,摩尔组成为C02:
12%;
N2：
23%;
H2:
65%。
吸收剂甲醇再生通过处理后循环使用。
已知条件：
1）经吸收处理后的净化合成气中的C02浓度降低到0.5%;
2）离开吸收塔的甲醇富液减压到0.15MPa,闪蒸释放出的CO2用作生产尿素的原料，闪蒸后的液体送到解吸塔用30°
C的N2气提进行再生处理；
3）再生后的甲醇贫液中残余CO2控制为0.1%，加压到2.9MPa，冷却到-40C下送入吸收塔作吸收剂。
（Exercise-7.17）
1）构建合理的工艺流程;
2）确定吸收塔和解吸塔的理论塔板数;
3）确定进入吸收塔的吸收剂流量;
4）确定进入解吸塔的N2流量；
5）甲醇消耗量。
第八章反应器模拟
掌握如下类型反应器的模拟方法：
计量反应器、产率反应器、平衡反应器、
Gibbs反应器、全混流反应器、平推流反应器和间歇反应器。
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14,流量为100kmol/hr。
若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa,温度为750C,当反应器出口处CH4转化率为73%时，CO2和H2的产量是多少？
反应热负荷是
升级会员 