AspenPlus在化工过程模拟中实际应用.docx

1、AspenPlus在化工过程模拟中实际应用Aspe nPlus在化工过程模拟中的应用第1章化工过程模拟概述-Prop 丙 n-正 iso-间、异Meta-间第2章AspenPlus模拟基础 第3章流股的混合与分割过程模拟第4章 压力变送过程模拟第5章分离设备模拟第6章传热设备模拟 第7章塔设备模拟 第8章反应器模拟 第9章固体操作设备模拟第三章 流股的混合与分割过程模拟学习目的：1、练习用 Aspen Plus 进行流程仿真的基本步骤；2、掌握物流混合模块 Mixers/Splitters 的用法。内容：课堂练习： 建立以下过程的 Aspen Plus 仿真模型 （exercise-3.1）：

2、已知：将 100m3/hr 的低浓酒精（乙醇20%w,水80%w,40C, 1 atm）与200m3/hr 的高浓酒精（乙醇90%w,水10%w, 30C, 2atm）混合，混合后物流平均分为 三股，一股直接输出，第二股与100 kg/hr的甲醇水溶液混合后（甲醇95%w，水 5%w, 450C, 1.5 bar）输出，第三股与80 kg/hr的乙酸水溶液混合后（乙酸90%w, 水 10%w, 350C, 1.2 bar）输出。求： 三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积 流量）分别是多少？ 课后练习： 建立以下过程的 Aspen Plus 仿真模型 （exercise

3、-3.2）：1） 将4000C, 3 bar 下的 1000m3/hr 水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和 1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。2） 将400C, 30 bar 下的 1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和 1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。3） 将4000C, 300 bar 下的 1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和 1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。在物性方法及模型（Property methods & modelS）设定中分别选用理想气

4、体状 态方程（ Ideal）、 Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling 状态方程（ BWR-LS ）、 Peng-Robinsohl犬态方程（Peng-Rob）、Redlik-Kwong-Soave 状态方程（RK-Soave） 作为基本方法（Basemethod进行以上计算，比较各方法所得的结果有何不同， 将结果汇总编辑为 MS-Word 文档。第四章 压力变送过程模拟学习目的：掌握各压力变送模块的用法，包括压缩机、泵、阀门、管道等。内容：课堂练习：建立以下过程的Aspen Plus仿真模型：1、将100m3/hr的水(25C, 1.5 atm)用泵进行输送。分别在

5、如下情况下进 行模拟。a).泵效为0.68,轴效率为0.96,要求泵出口压力为6bar。(exercise-4.1-a)b).已知所用离心泵的特性参数如下表：(exercise-4.1-b)扬程(m)5954.247.843流量(m /h)7090109120泵效0.6450.690.690.66允许吸上真空度(m)5.04.53.83.52、 计算5000kg/hr的饱和水蒸汽(7 atm)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(50C，5bar)经过如下管线后(从A点到G点

6、)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Aspen Plus仿真模型。(exercise-4.4)1、已知：将20C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(Globe Valve)调节流量。不 同阀门开度下阀的流通系数Cv,压

7、降比例因子Xt和压力补偿因子FI如下表所示。开度()102030405060708090100Cv144672102126147168186202212Xt0.970.970.960.940.930.920.920.90.90.9FI0.790.790.770.750.730.710.710.690.680.68求：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293.15 K的清水作为吸收剂，正常用量为50 m3/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

8、0.3 MPa。初步设计方案如下（参见下图）：使用 108X 4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）2341.560843000 rpm扬程（m）1131079669头（Elbow ）和2只闸阀（Gate Valve）;出水管道长55 m,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 0.5 m。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 15002800 rpmo离心泵的特性曲线如下表。求：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

9、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（%）63687167转速2500 rpm流量（m3/hr）20355070扬程（m）76726444效率（%）64.5696966转速2000 rpm流量（m3/hr）16.5284158扬程（m）5148.543.530.5效率（%）62646563第五章 分离设备模拟学习目的： 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。内容：课堂练习： 建立以下系统的 Aspen Plus 仿真模型1、 流量为1000 kg/hr、压力为0

10、.11 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。 (Exercis

11、e-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=100C含乙醇 70%w、水30%w的物流与 F=500 kg

12、/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= 0.2 MPa、T=20 C、F=500 kg/hr)从含乙醇 40 %w、正己烷 60%w 的混合液(F=500 kg/hr、P= 0.2 MPa、T=20 C)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

13、量， 以及萃取相和萃余相的组 成。 (Exercise-5.9)10、 把F=500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=20 C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0.01 :0.95 :0.02 :0.02正丁醇0.01 :0.05 :0.92 :0.02水0.01 :0.02 :0.03 :0.94求输出物流组成。11、 从F=500kg/hr、P= 0.15MPa T=20C、含乙醇 60%w、正丙醇 25%w

14、、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 0.11 MPa 的饱和蒸汽， 塔底出料是0.13 MPa 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=500 kmol/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

15、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)课后练习： 建立以下系统的 Aspen Plus 仿真模型1、 F=1000kg/hr、P=0.8MPa、T=100 C含乙醇 70%w、水 30%w 的物流与 F=500 kg/hr、P=0.6MPa、T=70 C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%。求：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=0.15 MPa、T=

16、25 C)从含乙醇40%w、正己烷60%w的混合液(F=1000 kg/hr、P=0.15MPa、T=25 C)中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率达到 97%。求：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=25 C、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0.12 MPa的 饱和蒸汽，塔底出料是0.14 MPa

17、的饱和液体。求：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=0.15MPa T=25 C)含水5%w,产品乙醇含水(期5 01)%w。渗透膜的分离面积为100m2，汽化侧 的压强为0.2 bar。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0.5 bar,膜的平均渗透速率为：式中为料液侧进口压强(99.9% ;废水组成：水 99.5% ;进料温度：323.15 K；全塔压降：0.011 MPa；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： (Ex

18、ercise-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 Koch Flexitray 和 Glistch Ballast 塔板时的塔径和板间距。 (Exercise-7.16)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 20C，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

19、） 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30C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2.9 MPa，冷却到-40 C 下送入吸收塔作吸收剂。给出下列设计结果： （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。第八章反应器模拟学习目的：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。内容：课堂练习：建立以下系统的Aspen Plus仿真模型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100 kmol/hr。若反应在恒 压及等温条件下进行，系统总压为 0.1013 MPa,温度为750 C,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