Aspen高级班培训讲义.docx
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Aspen高级班培训讲义
高级班培训讲义
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复习初级班的内容
以作练习的形式帮助大家复习初级班的内容
练习：
甲醇水精馏塔
已知条件：
●进料物流：
进料量：
；质量分率：
甲醇，水；
进料压力；饱和液体进料；
●塔的规定：
实际塔板数：
，进料板：
；
塔顶为全凝器，塔顶压力为，每板压力降为，塔顶采出量为，
摩尔回流比为
●计算方法：
要求：
．计算出塔顶甲醇的质量纯度：
；
塔底再沸器的热负荷：
。
．对塔进行设计（），计算出塔经：
（塔板类型选用筛板塔）。
．建立塔内的设计规定要求塔顶蒸出物甲醇含量为，改变塔顶回流比范围为（），记录算出的回流比：
。
练习：
模拟二氯二甲烷催化裂解制氯乙烯的反应工艺，流程图如下
已知条件：
反应式为——计算方法：
（）（）转化率
原料二氯二甲烷的进料量、温度和压力以及反应器、冷凝器、泵的操作条件在流程图中已给出，下面给出精流塔、的操作条件
：
塔板数、回流比、、进料板、压力为
：
塔板数、回流比、、进料板、压力为
要求：
．由上述已知条件建立一个流程模块并给出下列结果：
反应器（）热负荷：
冷却器（）热负荷：
冷却器（）出口温度：
塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷：
在产品中的浓度：
．在反应器中的转化率在之间变化，做一个灵敏度分析，被调节变量为反应器的热负荷和冷却器的热负荷。
（保存为）
．在计算的最后执行一个模块，编辑两个塔塔底再沸器热负荷之和，并调节这个变量，针对.中转化率的变化作灵敏度分析。
练习：
建立一个流程模拟，分离出（位氯代异戊烯）、（位氯代异戊烯）、（异戊二烯）、（甲醇）混合物中的和。
要求：
的质量含量为以上，的质量含量为以上，并计算出两个它的塔径（采用筛板塔）
混合物的进料量为100kg，温度：
20℃，压力：
质量组成：
：
，：
，：
，：
：
结构式：
沸点：
104℃
：
结构式：
沸点：
87℃
：
提示：
采用两个塔分离，脱轻塔塔顶压力为，全塔压降为，物性方法采用；、精馏塔塔顶压力为，全塔压降为物性方法采用。
电解质
电解质举例
含有酸、碱或盐的水溶液，
酸性或碱性水溶液，气体净化时的含水胺或热碳酸盐。
电解质系统的特征
Ø电解质分子形式在液体溶剂中部分电离成离子或完全电离成离子。
Ø液相反应总能达到化学平衡状态。
Ø液相中有离子存在要求用非理想溶液热力学方法。
Ø可能有盐析出。
电解质组分的类型
Ø溶剂：
标准的分子形式，如：
水（）、甲醇（）、醋酸（）。
Ø离子：
带电荷的形式，如：
、、、、（）
Ø盐：
每种被析出的盐都是一个新的纯组分，如：
（）、（）、•（石膏）、、、（天然碱）。
表观组分和真实组分
3.4.1真实组分
在溶液中组分实际存在的形式
3.4.2表观组分
组分在形成离子之前的形式
3.4.3举例
水溶液
所涉及到的离子反应：
>，<>（）
表观组分：
，
真实组分：
,,（）
定义电解质的步骤
Ø确定产生新的组分（离子和固体盐）。
Ø修正纯组分数据库的搜索顺序以便第一个收索的数据库是。
Ø规定组分之间发生反应
Ø设定（物性）方法，用。
Ø创建一个’（亨利组分）列表。
Ø检索下列参数
反应平衡常数值
盐的溶解度参数
交互作用参数
亨利常数的关联式参数
Ø生成的化学组成可以被修改。
简化该（化学组成）。
电解质的局限性
Ø不能计算液液平衡。
Ø在某些情况下不能使用下列模型:
平衡反应器：
和
动力学反应器：
、和
简捷法蒸馏：
、和
严格蒸馏：
和
Ø反应式右边的化学组成中可能不包含任何挥发性种类。
Ø液液平衡的化学过程可能不包含分裂反应。
Ø输入规定不能按照离子或固体盐来规定。
电解质示例
练习
目的:
用电解质创建一个流程。
一个简单的流程，模拟用石灰（氢氧化钙）处理硫酸废水的过程。
利用（电解质向导）生成其（化学过程）。
使用真组分法。
注释:
从化学组成中删除:
（）、•（）
固体处理
目的:
概要介绍固体处理能力
组分类别
Ø常规组分：
气体和液体组分、溶液中的固体盐。
Ø常规惰性固体（固体）：
对相平衡不起作用的固体以及盐的析出溶解。
Ø非常规组分（固体）：
不能用分子结构表示并且对相平衡、盐溶解平衡和化学平衡来说是惰性非均匀物质。
规定组分类型
在页上规定组分时，在列中选择适当的组分类型。
常规组分
常规惰性组分
非常规固体
4.2.1常规组分
Ø这类组分参与气液平衡以及盐和化学平衡。
Ø这类组分有分子量。
例如：
水、氮、氧、氯化钠、钠离子、氯化物离子
位于子物流中
4.2.2常规惰性固体
Ø组分对相平衡和盐的析出溶解是惰性。
Ø可能与常规组分存在化学平衡并发生反应。
Ø组分有分子量。
例如：
碳、硫
位于子物流中
4.2.3非常规固体
Ø组分对相平衡、盐或化学平衡不起作用。
Ø可能与常规组分和（常规惰性）固体组分发生化学反应。
Ø组分是不均匀物质并且没有分子量。
例如：
煤、焦碳、灰、木质纸浆
位于（非常规固体）子物流中
组分属性
Ø组分属性是用一些可识别的构成有代表性地表示组分的组成
Ø对组分属性可进行下列操作：
由用户分配
在物流中初始化
在单元操作模型中修改
Ø组分属性在物流中携带。
Ø非常规组分的性质由物性系统用组分属性来计算。
Ø组分属性的描述
属性类型
元素
描述
1.湿气.固定碳
3.挥发性物质.灰
近似分析,
（干基）
.灰.氯
.碳.硫
.氢.氧
.氮
元素分析,
（干基）
.硫化铁矿的
.硫酸盐
.有机的
硫分析形式，
原煤的（干基）
.成分
.成分
.成分
一般成分分析，
或
固体性质
）对于常规组分和常规固体
Ø计算焓、熵、自由能和摩尔体积。
Ø使用在页上所规定的（物性方法）中的物性模型。
）对于非常规固体
Ø计算焓和摩尔体积。
Ø使用在窗口上规定的物性模型。
4.4.1常规固体
对于焓、自由能、熵和热容
）方程
Ø对所有性质只用一套参数
Ø对所选的温度范围可能用到多套参数
Ø在之前列出数据库
）常规方程
Ø用热容模型将生成热和生成的自由能合并
Ø和模型参数
Ø在之前列出数据库
）固体的热容
Ø热容的多项式模型
Ø用于计算焓、熵和自由能
Ø参数名:
）固体的摩尔体积
Ø体积多项式模型
Ø用于计算密度
Ø参数名:
4.4.2非常规固体
）焓
Ø通用热容多项式模型:
Ø用质量分率的加权平均数
Ø基于属性
Ø参数名:
）密度
Ø通用的密度多项式模型:
Ø用质量分率的加权平均数
Ø基于属性
Ø参数名:
4.4.3煤的专用模型
）焓
Ø煤的焓模型:
Ø基于,和属性
）密度
Ø煤的密度模型:
Ø基于,和属性
单元操作模型
通用原则：
Ø接受任意类别的物流。
Ø对入口物流和出口物流应该使用同样的物流类别（和除外）。
Ø不可识别的属性（组分或子物流）通过该模块后保持不变。
Ø有些模型允许对每个出现的子物流做规定（例如：
、）
Ø在气液分离中，固体留在液体中。
Ø除非另有规定，否则出口固体子物流与子物流是处于热平衡状态的。
例题
目的:
模拟一个常规固体干燥器。
用空气将水含量从降到。
注释:
将物流类别的类型改为:
。
将放入子物流中。
一个物流的全部子物流的压力和温度必须都是一样的。
练习
目的:
用固体单元操作模拟从气化器尾气进料中除去微粒。
含有少量原料微粒的气体的处理是很困难的，因为这些微粒有可能干扰大部分操作（例如：
孔板和填料的表面腐蚀、结垢、堵塞）。
因此有必要从气态物流中除去大部分原料微粒。
可用于这一用途的选项有很多（旋风分离器、袋式过滤器、文丘里涤气器以及静电除尘器），并且可以通过变更它们的设计和操作条件改变它们的微粒分离效率。
最终选择哪种设备要权衡技术性能和与使用特定单元相关的费用。
在这个练习中，对从煤汽化所得的合成气中除去微粒所采用的各种选项进行比较。
注：
Ø煤灰主要是粘土和重金属氧化物，并且可看作是非常规组分。
Ø和可用于计算用元素分析、近似分析和硫分析（,,）得出的灰的焓和物料密度。
这些可在窗体上进行规定。
Ø限制可在窗体上加以改变。
Ø使用物性方法。
５物性分析
当完成物性规定后，应该分析通过模型预测的物性，以确保结果正确可以使用物性分析来实现，可产生物性数值表，并可根据这些数值作图，以更好地理解通过物性。
规定预测的物性通过下列方法可进入物性分析。
●通过访问工具菜单的交互方法可以快速容易地生成许多图表。
●另一种方法是从数据浏览菜单中的物性分析文件夹生成，这种方法最灵活。
本章讨论了使用物性分析特性的每种方法并包含几个示例
主题包括
●关于物性分析
●交互生成物性分析
●纯组分物性
●二元系统物性
●三元共沸曲线图
●物流物性
●使用窗口生成物性分析
●纯组分
●通用
●二元系统
●封闭曲线
●三元共沸曲线
●用于物性分析的方法规定
●检验分析结果
关于物性分析
物性分析可生成与下列变量有关的物性窗口
●温度
●压力
●气相分率
●热负荷
●组成
该表包括的物性值是由物性集定义的，由热力学物性、传递物性和其它导出的物性组成。
关于及包含的物性更详细资料见第七章和第二十八章。
可以通过下列方法使用物性分析：
●单独运行
●在流程图中运行
●在数据回归中运行
可在（设定）中的（全局）窗口中（运行类型）列表中规定，（物性分析），或者如果创建一个新的运行可，在（新建）对话框中，列表中规定。
交互生成物性分析
本节讲述了如何使用（工具）菜单中的（分析）命令来交互生成许多常用的物性分析。
这种方法可以自动地进行生成（性质分析）所需的许多步骤，并定义一个内置的图形可快速容易地查看常用信息。
如果需要的信息可从交互（分析）命令生成，则通常比用窗口创建更快速、更容易。
如果所需要的物性信息不是由交互（分析）命令得到的，则可使用窗口手动创建。
本节下面几节将详细讲述使用窗口手动创建。
可以在完成物性规定后的任何时候使用交互分析命令。
交互分析命令可产生：
●纯组分物性
●二元系统物性
●三元系统的三元共沸曲线图
●物流物性为生成物流物性必须定义至少一个物流
纯组分物性
使用交互分析纯组分命令并显示作为温度函数的组分物性：
●检查纯组分数据和参数值
●比较同族的组分物性同族的组分物性图可揭示不正确的趋势
●当温度超过关联式限制时确定物性是否外推正确
为产生作为温度函数的纯组分物性可使用交互（分析纯组分）命令：
.确认设定组分和性质规定已完成。
.在工具菜单中单击分析然后选性质再选纯组分。
.从性质列表框中选择表中物性。
.择所需物性的相态，单击一个或多个（相）选择框：
（气相），（液相）或（固态）。
是缺省，不是所有相态对所有物性都有效。
.（可用组分）列表中选择一个或多个组分，并单击右边箭头按钮将这些组分移到（选择组分）列表中。
.完成后单击进行产生结果。
二元系统物性
可以生成二元系统的常用相图用于
●检测数据和参数值的有效性
●估计非理想程度
●检测共沸物存在
●检测两液相存在
●检测模型外推质量
使用（分析二元系统）命令生成二元系统的一般物性。
做法如下：
确认（设置），（组分）和（性质）规定已完成。
在（工具）菜单中单击（分析），然后选（性质），再选（二元系统）。
在（二元分析）对话框中，选择（分析类型）列表框中的（分析）类型。
使用的分析类型
列表
给定压力下温度对液相和气相组成列表
给定温度下压力对液相和气相组成列表
混合吉布斯能
在给定温度和压力下混合吉布斯能相对于液相组成的列表此表用来检测两液相的形成
三元共沸曲线图
三元共沸曲线可以绘制三元混合物在全回流蒸馏下的组成曲线。
通过该曲线可观察到存在的共沸物并限制共沸物影响分离度。
使用三元共沸曲线可以预测可能的分离、选择夹带剂和分析塔的潜在操作问题。
三元共沸曲线可用于非理想的化学体系以及代表这种体系的物性方法。
例如活度系数基准的物性方法如、、和。
不能使用电解质物性方法。
使用交互（分析三元共沸物）命令生成三元共沸曲线：
.确认已完成（设置）、（组成）和（性质）规定。
.在（工具）菜单中选择（分析），然后选择（性质），选择（共沸物）。
.在（共沸曲线）对话框中，对所有需要的信息都设置了缺省值。
应用举例
例：
检测组分气体压力的示例
计算并显示、和，温度到。
例：
生成曲线的示例
和水的混合物在压力和下，生成曲线图，（电解质）物性方法和（全局）求解化学方程。
生成混合自由能的示例
在温度25℃下生成甲醇环己烷的混合能图。
使用物性方法。
流程收敛
目的：
介绍收敛模块、撕裂流以及流程顺序的概念。
（）收敛模块
●每个设计规定和撕裂流都有一个相关联的收敛模块
●收敛模块确定撕裂流或设计规定的操作变量的推测值在迭代过程中的更新方法
●定义的收敛模块的名字以字符“$.”开头
Ø用户定义的收敛模块的名字一定不要用字符“$.”开头
●要确定由定义的收敛模块，请看（控制面板）信息中的“（流程分析）”部分
●用户收敛模块可在...下进行规定
（）收敛模块的类型
不同类型的收敛模块是用于下列不同用途的：
●要收敛撕裂流，请用：
Ø
Ø
Ø
ØNEWTON
●要收敛设计规定，请用：
Ø
Ø
ØNEWTON
●要收敛设计规定和撕裂流，请用：
Ø
ØNEWTON
●对于优化，请用：
Ø
Ø
在窗体上可以规定全局的收敛选项
（）流程顺序
●要确定进行流程计算的流程顺序，请看（控制面板）中或者（控制面板）左窗格中的“”部分
●用户确定的顺序可在窗体上进行规定
●用户规定的顺序即可以是全部的计算顺序也可以是局部的顺序
（）撕裂流
●撕裂流是给出其初始估值的一股物流，并且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值在规定的容差范围内为止
●撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样
●要确定由选择的撕裂流，请看（控制面板）中的“（流程分析）”部分
●用户确定的撕裂流可在窗体上进行规定
●为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力推荐，否则缺省值为零）
●如果你输入了“回路”中的某个物流的信息，会自动设法把该物流选为撕裂流
（）撕裂流举例
见下图所示的流程图。
●哪个是循环物流？
Ø
Ø
●哪个可能是撕裂流？
Ø和
Ø和
Ø
●哪个是最好的撕裂流选择？
Ø（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
（）练习：
收敛
目的：
收敛这个流程。
（压降）
使用物性方法
进料:
全凝器
关于收敛练习的提示：
●需要自己回答的问题：
Ø在控制面板上显示哪些信息？
Ø为什么有些模块显示出的流量为零？
Ø生成的流程执行顺序是什么？
Ø选择哪股物流做撕裂流？
Ø还有哪些其它的可能撕裂流？
●建议：
给出撕裂流的初始估值
Ø你可以选择的三种可能的撕裂流中，你最了解哪一种？
●注释：
如果你输入了“回路”中的某个物流的信息，会自动选择该物流为撕裂流，并为之建立收敛模块
●需要自己回答的问题：
Ø输入撕裂流的初始估值后，流程会收敛吗？
Ø如果没收敛，为什么？
（参见控制面板）
Ø误差容差值是如何起作用的？
在运行结束时其值是多少？
Ø增加收敛迭代次数有帮助吗？
Ø还有其它方法可以改进这个收敛吗？
●建议：
试一下不同的收敛算法（例如：
、或）
●注释：
你可以手动创建一个收敛模块来收敛你所选择的撕裂流，也可以在页上改变所有撕裂流的缺省收敛方法
的收敛
目的：
介绍在模型中可用的收敛算法和初始化策略。
（）的收敛方法
模型为求解分离问题提供了多种收敛方法。
每个收敛方法代表一种收敛算法和一个初始化方法。
可用的收敛方法如下：
●（标准的，缺省的）
●（石油宽沸程）
●（强非理想液体）
●（共沸的）
●（低温的）
●（定制的）
方法
算法
初始化
Newton
任选其一
任选其一
（）的收敛算法
提供了四种收敛算法：
●（有或）
●（流率求和）
●（非理想的）
●（牛顿）
（）标准算法
（缺省时，）算法：
●使用原始的方法
●对大多数问题都很有效和快速
●在中间回路中求解设计规定
●对于求解沸程非常宽或高度非理想的混合物可能有困难
当时的算法：
●使用与古典的流率求和算法类似的修正的方法
●只使用于吸收塔和汽提塔
●收敛迅速
●在中间回路中求解设计规定
●对于求解高度非理想的混合物可能有困难
（）流率求和算法
算法：
●使用与典型的流率求和算法类似的修正的方法
●可在求解塔描述方程的同时求解设计规定
●对于宽沸程混合物和带有许多设计规定的问题是非常有效和快速的
●对于高度非理想的混合物可能有困难
（）非理想算法
算法：
●在局部物性方法中包括组成相关性
●使用连续收敛法
●在中间回路中求解设计规定
●对于非理想问题是很有效的
（）牛顿算法
算法：
●是方法的一个典型应用
●可以同时求解所有塔的描述方程
●用折线策略来稳定收敛
●能够同时或在外部回路中求解设计规定
●能很好地处理非理想物系，并可在求解附近极好地收敛
●对共沸蒸馏塔推荐使用该算法
（）气液液计算
对于三相的汽液液体系可以使用、和算法。
在页上，在（有效相）域中选择。
计算：
●严格地处理包括两个液相的塔计算
●处理倾析器
●用下列方法求解设计规定：
Ø对算法即可用同时（缺省的）回路方法也可用中间回路方法
Ø所有其它算法都用中间回路方法
（）收敛方法的选择
对于（汽液）体系，要首先用收敛方法。
如果方法失败，再用下列方法：
●如果该混合物的沸程非常宽则用方法
●如果该塔是一个吸收塔或汽提塔，则用方法，并在页上将改为
●如果该混合物是高度非理想，则用（强非理想液体）方法
●对于可能有多解的共沸蒸馏问题用方法。
对于高度非理想体系也可以使用算法
对于（汽液液）体系：
●首先在页的域中选择，并使用收敛方法
●如果法失败，再试一下用或算法的方法
（）的初始化方法
是模型的缺省初始化方法。
该方法有下列功能：
●对合成进料执行闪蒸计算以得到平均的气体和液体组成
●假定一个恒定的组成分布数据
●根据合成进料的泡点和露点温度估算温度分布数据
（）专用的初始化方法
专用的初始化方法有四种。
使用
用于
（粗的）
带有多采出点塔的宽沸程体系
（化学的）
窄沸程化学体系
（共沸的）
共沸蒸馏塔
（低温的）
低温的应用
（）估算
模型通常不要求温度、流量和组成分布估值。
可能要求：
●在出现收敛问题的情况下要求估算温度作为第一个尝试数据
●对宽沸程混合物的分离要求液体和或气体流量估值
●对于高度非理想体系、极端宽沸程（例如，富氢的）体系、共沸蒸馏体系或汽液液体系要求组成估值
（）组成的估算
下面的例子说明了在极端宽沸程体系中需要组成估算值：
（）练习：
的收敛
目的：
应用收敛技巧收敛氯乙烯工厂中的塔。
（基于）
:
（冷凝器）
（再沸器）
进料:
冷凝器:
进料：
130000kg
50℃
●：
（氯化氢）
●：
（氯乙烯）
●：
（二氯乙烷）
●采用物性方法
●文件名：
高级精馏
三相精馏
例：
水和醇的分离
题目内容：
1、分离甲醇、丙醇、丁醇和水的混合物。
要求塔底产品中醇的摩尔百分含量不超过。
2、分析油相返回塔的百分数对产品纯度的影响。
主要掌握内容
1、有效相的选择
2、三相计算
3、模块中水槽（）的应用。
4、油相、水相概念
5、存在三相平衡情况平衡级的判断
已知条件：
、进料组成和条件
组分流量（）
温度（）
压力（）
、塔的规定
塔板数
塔顶冷却器形式全凝器
在沸器釜式再沸器
进料板
水槽（）
塔顶采出量
回流量（）
塔顶回流罐压力
塔底再沸器压力
、水槽（）的规定
水相全回流，
塔底水的摩尔含量为
温度为
气油比
油相返回量
、计算规定
使用三相物系
、温度
顶温
底温
、物性方法
塔的一些复杂规定
例乙烯精馏塔的模拟
题目内容：
分离甲烷、乙烷、乙烯和丙烷的混合物。
要求侧线产品中乙烷摩尔百分含量不超过；塔底产品中乙烯摩尔百分含量不超过。
主要掌握内容：
1、
2、
3、中间冷凝器
4、中间再沸器
5、塔内某一板上产品组分纯度的规定
已知条件：
、进料组成和条件
组分流量（）
（）
（）
（）
（）
压力
、塔的条件
塔板数
冷却器类型部分冷凝
进料板
再沸器类型釜式再沸器
侧线出料位置
、规定
块板采出
采出量为：
汽化份率：
、塔的规定
塔顶冷凝器所提供的冷量为
侧线采出量为
塔顶采出量为
第二块板的热负荷
冷凝器压力
再沸器压力
、温度
、设计规定
控制第二块板的热负荷，使侧线乙烷的摩尔含量为
控制侧线采出量，使乙烯再塔底的摩尔含量为
、物性方法：
收敛问题
例：
水烃的分离
题目内容
分离丁烷、己烷和水的混合物
主要掌握内容
1、复习三相精馏
2、塔的收敛
已知条件：
、进料组成和条件
组分流量（）
压力
温度
、塔的条件
塔板数
冷却器类型全凝器
进料板
再沸器类型釜式再沸器
、塔的规定
塔顶采出量为
塔釜蒸汽上升量
冷凝器压力
再沸器压力
、物性方法：
例：
烃类组分的分离
题目内容
分离丙烷、正丁烷和正癸烷的混合物
主要掌握内容
1、收敛情况的判断
2、结果的可用性
3、塔的输入条件的合理化分析
4、收敛方法的选取
已知条件：
、进料组成和条件
组分流量（）
压力
温度
、塔的条件
塔板数
冷却器类型部分冷凝器
进料板
再沸器类型釜式再沸器
、塔的规定
塔顶采出量为
塔釜蒸汽上升量
冷凝器压力
第二板压力
再沸器压力
、物性方法：
例：
四氢呋喃与己烷的分离
题目内容：
分离四氢呋喃、正己烷和水的混合物。
主要掌握内容
1、复习中去水槽的应用
2、计算结果的分析
3、物性方法的重要性。
4
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