Aspen习题.docx
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Aspen习题
例，MIXER
将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA.
物流
组成
流率
Kmol/h
温度
℃
压力
Mpa
气相分率
进料
FEED1
丙烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
10
15
15
10
100
2
进料
FEED2
丙烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
15
15
10
10
120
进料
FEED3
丙烷
正丁烷
正戊烷
正己烷
25
0
15
10
100
例，FSplit
将三股进料通过分流器分成三股产品PRODUCT1,PRODUCT2，PRODUCT3，进料物流同例的三股进料，物性方法选用CHAO-SEA
要求：
PRODUCT1的摩尔流率为进料的50%
PRODUCT2中含有10kmol/h的正丁烷
例，Mult
将例2中混合后的产品物流流率增加到原来的3倍
例，Dupl
将例2中混合后的产品物流复制成相同的3股物流
例，FLASH2
进料物流进入第一个闪蒸器Flash1分离为气液两相，液相进入第二个闪蒸罐Flash2进行闪蒸分离
已知进料温度为100℃，压力为，进料中氢气、甲烷、苯、甲苯的流率分别为185kmol/h、45kmol/h、45kmol/h、5kmol/h。
闪蒸器Flash1温度为100℃，压降为0
闪蒸器Flash2绝热，压力为
物性方法选用PENG-ROB
求闪蒸器Flash2的温度
例，FLASH3
两股进料物流进入三相闪蒸器Flash3进行一次闪蒸，进料FEED1中乙醇、甲苯的流率分别为5kmol/h、25kmol/h，进料FEED2中水的流率为20kmol/h，两股进料的温度均为25℃，压力为，闪蒸器温度为80℃，压力为
物性方法选用UNIQUAC
求产品中各组分的流率是多少
例，Decanter
两股进料物流进入液-液分相器进行液-液分离
进料FEED1中乙醇、甲苯的流率分别为5kmol/h、25kmol/h，进料FEED2中水的流率为20kmol/h，两股进料的温度均为25℃，压力为
液-液分相器的温度为25℃，压力为，乙醇的分离效率为
求出口物流中各组分的流率是多少
例，Sep
采用组分分离器Sep将一股温度为70℃，压力为的进料物流分离成两股产品，进料中甲醇、水、乙醇的流率分别为50kmol/h，100kmol/h，150kmol/h
要求塔顶产品流率为50kmol/h，甲醇的摩尔分数为，乙醇的摩尔分数为
物性方法采用UNIQUAC
求塔底产品的流率和组成
例，Sep2
混合物流FEED1和FEED2，采用物流复制器DUPL将混合后的进料复制成三股后，分别进入三个两相闪蒸器进行绝热恒温闪蒸。
两进料温度为70℃，压力为
FEED1中乙醇和丙酮的流率分别为20kmol/h和5kmol/h；FEED2为纯水，流率为25kmol/h
物性方法选择UNIQUAC
对三个两相闪蒸器分别选用UNIQUAC,NRTL,WILSON物性方法进行计算，比较结果
例，Pump
通过规定泵的出口压力计算泵的操作参数和出口物流参数
一泵将压力为170kPa的物流加压到690kPa，进料温度为-10℃，摩尔流率及组成如下表所示，泵的效率为80%，电动机的效率为100%。
计算泵提供给流体的功率，泵所需的中功率，以及电动机消耗的电功率各是多少。
物性方法采用PENG-ROB
组分
缩写式
流率（kmol/h）
甲烷
C1
乙烷
C2
丙烷
C3
正丁烷
NC4
异丁烷
IC4
1,3-丁二烯
DC4
例，Pump
通过规定泵的操作曲线计算泵的操作参数和泵的出口压力
一泵输送流率为100kmol/h的苯，苯的压力为100kPa，温度40℃，苯的效率为60%，电动机的效率为90%，特性曲线如下图所示。
计算泵的出口压力，提供给流体的功率及泵所需的轴功率各是多少
物性方法采用RK-SOAVE
流率（m3/h）
20
10
5
3
扬程（m）
40
250
300
400
例，Comp
压缩机的应用
物流的温度为100℃，压力690kPa，组成如下表所示。
现用多变压缩机将该物流压缩至3450kPa，压缩机的多变效率为100%，驱动机的机械效率为100%。
求压缩机所需的轴功率及该物流的出口温度和体积流率
物性方法选择PENG-ROB
组分
缩写式
流率（kmol/h）
甲烷
C1
乙烷
C2
丙烷
C3
正丁烷
NC4
异丁烷
IC4
1,3-丁二烯
DC4
例MComp
多级压缩机的应用
物流的温度为100℃，压力690kPa，组成如下表所示。
使该物流通过一个二级等熵压缩机，压缩机一级和二级之间的冷却器移出热量30kW,压降为0。
求压缩机的总功率，物流经过一级压缩机后的温度，以及最终的出口温度。
物性方法选择PENG-ROB
组分
缩写式
流率（kmol/h）
甲烷
C1
乙烷
C2
丙烷
C3
正丁烷
NC4
异丁烷
IC4
1,3-丁二烯
DC4
例Valve
阀门应用举例
水温度为25℃，压力600kPa，流率为100m3/h，流经一公称直径为6in的截止阀（1in=）。
阀门的规格为V500系列的线性流量阀，开度为30%。
计算阀门的出口压力
物性方法选择STEAM-TA
例Pipe
管线应用举例
流率为4000kg/h，压力为600kPa的饱和水蒸汽流经Ф114mm*4mm的管道。
管道长25m，出口比进口高6m，粗糙度为，传热系数为20W/（m2*K）。
管道采用法兰连接，安装有闸阀一个，90°肘管两个，环境温度22℃.
计算出口蒸汽的压力，温度以及管道的热损失各是多少
物性方法采用STEAM-TA
例Pipeline
管线系统应用举例
流率为80m3/h，温度为40℃，压力为400kPa多段水流经Ф114mm*4mm的管线，管内壁粗糙度为，管线首先向北延伸10m，再向东延伸5m，再向南延伸10m，然后升高5m，再向东延伸5m。
计算管线的出口压力
物性方法采用STEAM-TA
例锅炉
温度25℃、压力MPa、流量5000kg/hr的软水在锅炉中加热成为的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。
物性方法选择IAPWS-95。
求所需的锅炉供热量。
例冷凝器
流量为1000kg/hr、压力为MPa、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。
例换热器简捷计算
模拟一个换热器，热物流苯流率为65800kg/h，温度为200℃、压力为。
冷物流正十二烷流率为222200kg/h，温度为40℃、压力为。
换热完成后，苯冷却至100℃。
两股物流逆流换热，热物流走壳程。
物性方法选择PENG-ROB.
求两股物流出口状态及换热器热负荷。
例换热器详细计算
对例的换热器进行详细核算，并将结果与简捷计算结果进行比较。
换热器具体结构如下：
换热器水平放置，采用单壳程双管程的挡板换热器，壳体内径为850mm，壳/管束间隙15mm，使用碳钢管，共200根，管长8m，管子规格为Ф25*，正方形排列，管心距30mm；挡板为24块，板间距300mm，挡板圆缺率；壳侧管口直径150mm，管侧管口直径200mm，且管子穿过挡板窗口。
由膜传热系数法计算传热系数，忽略污垢热阻，其他条件采用默认值。
例化学计量反应器RStoic
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MPa，温度为750℃，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多少物性方法PENG-ROB
例产率反应器RYield
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。
反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为MPa，温度为750℃，如果反应器出口物流中摩尔比率CH4H2O:
CO2:
H2等于1:
2:
3:
4时，CO2和H2的产量是多少需要移走的反应热负荷是多少此结果是否满足总质量平衡是否满足元素平衡物性方法PENG-ROB
例平衡反应器REquil
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MPa，温度为750℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少反应热负荷是多少
例吉布斯反应器RGibbs
同上
例全混釜式反应器RCSTR
乙酸乙酯的平衡反应式为：
乙醇（ethanol）＋乙酸（acetic）→乙酸乙酯（acetate）＋水（water）
基于摩尔摩尔浓度的反应平衡常数为K，lnK＝。
进料为下的饱和液体，其中，水、乙醇、乙酸的流率分别为736kmol/h，218kmol/h，225kmol/h，全混釜反应器的体积为21000L，温度为60℃，压力为，化学反应对象选用指数型。
物性方法选用NRTL-HOC。
求乙酸乙酯的流率
例平推流反应器RPLUG
反应式和指数型动力学方程如下（其中动力学参数以英制单位为基准，浓度为摩尔浓度，反应相态为气相）：
CL2+C3H6→C3H5CL+HCL
R1=*106*exp（－27200/RT）*[CL2]*[C3H6]
CL2+C3H6→C3H6CL2
R2=*exp（－6860/RT）*[CL2]*[C3H6]
两股进料混合后进入反应器，进料氯气（CL2）的温度为200℃，压力为，流率为h。
反应器长度为，内径，压降为0，传热系数U=（h*m2*K）。
用180kg/h的水作为冷却剂与反应器逆流换热，对于水的进口温度可以设定初值为80℃，压力为，规定水的出口温度为90℃。
物性方法选用ideal。
求冷却剂水的进口温度，产品的温度以及产品中氯丙烯（C3H5CL）和1,2-二氯丙烷（C3H6CL2）的流率各是多少。
例间歇反应器RBATCH
模拟烷基甘油醚反应，反应包括两个单体反应和两个二聚反应，化学反应对象选择指数型。
Fattyalcohol＋Eqi→Alpha-Monomer
1-十三烷醇（C13H28O）+环氧氯丙烷（C3H5CLO）
Fattyalcohol＋Eqi→Beta-Monomer
Alpha-Monomer＋Eqi→AA-Dimer
Alpha-Monomer＋Eqi→AB-Dimer
间歇进料Fattyalcohol总量为3257kg，温度为65℃，压力为；连续进料Epi总量为1710kg，温度为65℃，压力为，并以1140kg/h的流率连续进料。
反应器温度为65℃，压力为，反应为液相反应，反应后结束，计算时间间隔设为1min，物性方法选用NRTL,求反应产品的组成流率
Alpha-MonomerBeta-Monomer
AA-DimerAB-Dimer
例小测验
•以苯和丙烯反应生成异丙苯为例
•含苯（BENZENE,C6H6）和丙烯（PROPENE,C3H6）的原料物流FEED进入反应器REACTOR，经反应生成异丙苯（PRO-BEN,C9H12），反应后的混合物经冷凝器COOLER冷凝，再进入分离器SEP,分离器SEP顶部物流RECYCLE循环回反应器REACTOR，分离器SEP底部物流PRODUCT作为产品流出，求产品PRODUCT中异丙苯的摩尔流率
•原始物流FEED温度为105℃，压力为，苯和丙烯的摩尔流率均为18kmol/h，反应器绝热操作，压力为
•反应方程如下：
•
C6H6+C3H6C9H12
•其中丙烯转化率为90%
•冷凝器COOLER的出口温度为54℃，压降为，分离器绝热操作，压降为0
（1）要求产品中异丙苯的含量为98%（mol）求冷凝器出口温度。
简述实现该模拟计算的基本步骤。
（设计规定）
画出该流程的流程图，并在图中标注各流股的温度、压力及摩尔组成。
（2）分析冷凝器出口温度对闪蒸器底部产品中异丙苯摩尔分率的影响，请画出简图。
例简捷精馏
含乙苯%w、苯乙烯%w、其余为焦油（正十七烷）的混合物（F=12500kg/hr、P=、T=45C）用精馏塔（塔压）分离，要求塔顶产品中乙苯不少于99%，塔底产品中苯乙烯含量不少于%，采用全凝器。
冷凝器压力6kPa，再沸器压力14kPa。
PENG-ROB
求：
最小回流比，最小理论板数，实际回流比，实际理论板数，进料位置，塔顶产品与进料摩尔流率比，回流比随理论板数变化关系
例简捷校核Distl
用简捷法校核一个精馏塔，进料条件同例冷凝器压力为6kPa，再沸器压力14kPa，实际回流比，理论板数65，塔顶产品与进料摩尔流率比（distillatetofeedmoleratio）为。
求冷凝器和再沸器的热负荷，塔顶产品，塔底产品的质量纯度
例严格精馏计算RadFrac
在例简捷设计的基础上，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算。
进料条件，冷凝器形式，冷凝器压力，再沸器压力，产品纯度要求与例相同。
塔顶压力为，再沸器采用釜式再沸器。
物性方法选用PENG-ROB
求：
根据例的设计结果，利用RadFrac模块计算塔顶及塔底产品的纯度
求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷
在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线，塔内液相质量组成分布曲线
在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响
求达到分离要求的最小回流比
求达到分离要求的最小理论板数
进行塔板校核和填料设计
初步设计的板式塔结构为塔径，板间距600mm，浮阀塔板，双溢流，溢流堰高50mm，校核塔板的水力学性质
采用诺顿公司的DG50金属IMTP填料，确定塔径
例设计规定DESIGNSPEC
以苯和丙烯反应生成异丙苯为例
含苯（BENZENE,C6H6）和丙烯（PROPENE,C3H6）的原料物流FEED进入反应器REACTOR，经反应生成异丙苯（PRO-BEN,C9H12），反应后的混合物经冷凝器COOLER冷凝，再进入分离器SEP,分离器SEP顶部物流RECYCLE循环回反应器REACTOR，分离器SEP底部物流PRODUCT作为产品流出，求产品PRODUCT中异丙苯的摩尔流率
要求产品中异丙苯的含量为98%（mol）求冷凝器出口温度
原始物流FEED温度为105℃，压力为，苯和丙烯的摩尔流率均为18kmol/h，反应器绝热操作，压力为
反应方程如下：
C6H6+C3H6C9H12
其中丙烯转化率为90%
冷凝器COOLER的出口温度为54℃，压降为，分离器绝热操作，压降为0
物性方法PENG-ROB
例灵敏度分析
例中冷凝器出口温度对闪蒸器底部产品中异丙苯摩尔分率的影响
例优化
建立一个二氯甲烷溶剂回收系统，两个闪蒸塔FLASH1和FLASH2分别在绝压136kPa和130kPa下绝热操作。
物流FEED中含二氯甲烷和水，流率分别为635kg/h、44725kg/h，温度为37℃，压力为170kPa。
STM1和STM2均为绝压的饱和蒸汽。
要求使STM1和STM2蒸汽总用量最少，两股蒸汽物流的流率范围为450~10000kg/h
保证容差在1ppm内，FLASH2底部物流BOTM2中的二氯甲烷最大允许浓度为150ppm
物性方法NRTL
例9.1物性分析
运用物系分析做出甲醇-水体系在下的T-x-y相图，已知甲醇、水的流率均为50kmol/h
例9.2物性估算
估算二聚物“乙基-2-乙氧基乙醇”的物性。
已知该物质的分子式为：
CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH
正常沸点为195℃
回流比RR
进料位置feedstage
理论塔板数NSTAGE
冷凝器热负荷QCON
再沸器热负荷QREB
FSTAGE=*NSTAGE
回流比越大理论板越少
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