Simulation Design fundamental Simulation Design fundamental Simulation Design fundamental of Aspen Plusof Aspen Plusof Aspen PlusAspen PlusAspen Plus 的的的的应应用基用基用基用基础础精精精精馏馏塔的地位塔的地位塔的地位塔的地位 美国美国美国美国约约有有有有 40,000 40,000 精精精精馏馏装置；装置；装置；装置； 精精精精馏馏能耗占美国化工和能耗占美国化工和能耗占美国化工和能耗占美国化工和炼炼油行油行油行油行业业 40-60% 40-60% ； 精精精精馏馏能耗占美国制造能耗占美国制造能耗占美国制造能耗占美国制造业业能耗能耗能耗能耗19% 19% ； 占美国整体能源消耗的占美国整体能源消耗的占美国整体能源消耗的占美国整体能源消耗的6% 6% 。Prof. William L. Luyben and his wifeLehigh University1, 2-Prefractionator; 3-Rectifying;4,5-Sidestream; 6-Stripping图1 分壁精馏塔结构示意图ABCABCypTop,C第一第一第一第一讲讲入入入入门门基基基基础础 Aspen PlusAspen Plus简简介介介介 Aspen Plus Aspen Plus 基本概念基本概念基本概念基本概念 使用使用使用使用Aspen PlusAspen Plus的基本步的基本步的基本步的基本步骤骤简简介介介介 A AAdvanced dvanced dvanced S S System ystem ystem for for for P P Process rocess rocess EnEnEngineeringgineeringgineering197619811976198119761981年年年年年年由由由由由由MITMITMIT主主主主主主持持持持持持、能能能能能能源源源源源源部部部部部部资资资资资资助助助助助助、555555个个个个个个高高高高高高校校校校校校和和和和和和公公公公公公司参与开发。司参与开发。司参与开发。司参与开发。司参与开发。司参与开发。 基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。 177317731773种种种种种种有有有有有有机机机机机机物物物物物物、245024502450种种种种种种无无无无无无机机机机机机物物物物物物、331433143314种种种种种种固固固固固固体体体体体体物物物物物物、900900900种种种种种种水溶电解质的基本物性参数。水溶电解质的基本物性参数。水溶电解质的基本物性参数。水溶电解质的基本物性参数。水溶电解质的基本物性参数。水溶电解质的基本物性参数。 丰富的状态方程和活度系数方法。丰富的状态方程和活度系数方法。丰富的状态方程和活度系数方法。丰富的状态方程和活度系数方法。丰富的状态方程和活度系数方法。丰富的状态方程和活度系数方法。基本概念基本概念基本概念基本概念 用户界面（用户界面（用户界面（用户界面（用户界面（用户界面（User Interface)User Interface)User Interface)。 流程图（流程图（流程图（流程图（流程图（流程图（FlowsheetFlowsheetFlowsheet）。）。）。）。）。）。 模型库（模型库（模型库（模型库（模型库（模型库（Model LibraryModel LibraryModel Library）。）。）。）。）。）。 数据浏览器（数据浏览器（数据浏览器（数据浏览器（数据浏览器（数据浏览器（Data BrowserData BrowserData Browser）。）。）。）。）。）。 流股（流股（流股（流股（流股（流股（StreamStreamStream）。）。）。）。）。）。 模块（模块（模块（模块（模块（模块（BlockBlockBlock）。）。）。）。）。）。基本步基本步骤 (1)1.启动启动启动启动User InterfaceUser Interface2.选用选用选用选用TemplateTemplate（模板）（模板）（模板）（模板）3.选用单元操作模块：选用单元操作模块：选用单元操作模块：选用单元操作模块：Model BlocksModel Blocks4.连结流股：连结流股：连结流股：连结流股：Streams Streams 5.设定全局特性设定全局特性设定全局特性设定全局特性：Setup Global SpecificationsSetup Global Specifications启动启动启动启动User InterfaceUser Interface选用用Template 1.Simulations：根据根据过程程类型和型和拟用的用的单位制位制选用，用，最常用的是最常用的是 General with Metric Units2.Run Type 过程仿真用程仿真用 Flowsheet选用选用选用选用TemplateTemplate已有文件已有文件已有文件已有文件空白模拟空白模拟空白模拟空白模拟模拟选项模拟选项模拟选项模拟选项公制单位公制单位公制单位公制单位公制单位公制单位公制单位公制单位说明说明说明说明炼厂模式炼厂模式炼厂模式炼厂模式运行类型运行类型运行类型运行类型2.流股流股连接点：接点：选好流股好流股类别后，将光后，将光标 移到移到绘图区，区，单元模元模块上的流股上的流股连接点接点处出出现箭箭头标识，红色色标识表示必需表示必需连接的流股，接的流股，蓝色色标识表示表示根据需要根据需要选择连接的流股。接的流股。 连接流股接流股Connecting Streams1.选流股流股类别：共有三种流股共有三种流股 物流物流 Material Streams 热流流 Heat Streams 功流功流 Work Streams 选择所需的所需的类别。 选用用单元操作模元操作模块Model Blocks3.选图标：每一种每一种单元操作模元操作模块可以用不同的可以用不同的图标表示。可表示。可根据流程根据流程图的需要和自己的喜好的需要和自己的喜好选择表示模表示模块的的图标。4.绘制模制模块：选好好图标后，在后，在绘图区中的区中的选定位置点定位置点击鼠鼠标左左键，即在流程，即在流程图中中绘出模出模块。可根据需要用鼠。可根据需要用鼠标拖放以拖放以调节图标的位置和大小，并重新的位置和大小，并重新设定模定模块名称。名称。选用单元操作模块选用单元操作模块选用单元操作模块选用单元操作模块连结流股连结流股连结流股连结流股（1 1）选用单元操作模块选用单元操作模块选用单元操作模块选用单元操作模块（2 2）连结流股连结流股连结流股连结流股 设定全局特性定全局特性 1.标题 Title2.度量度量单位位 Units of Measurement输入数据入数据 Input data输出出结果果 Output results3.全局全局设定定 Global Settings流量基准流量基准 Flow basis大气大气压力力 Ambient pressure有效物有效物态 Valid phases游离水游离水计算算 Use free water calculation双击模块双击模块双击模块双击模块弹出设置窗口弹出设置窗口弹出设置窗口弹出设置窗口全局特性设置全局特性设置全局特性设置全局特性设置弹出设置窗口弹出设置窗口弹出设置窗口弹出设置窗口新建单位新建单位新建单位新建单位流股流股流股流股流量选项流量选项流量选项流量选项组分选项组分选项组分选项组分选项性质性质性质性质模块模块模块模块流程图流程图流程图流程图基本步基本步骤 (2)6.输入化学组分信息输入化学组分信息输入化学组分信息输入化学组分信息 ComponentsComponents7.选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型 Property Methods & Models Property Methods & Models 8. 输入外部流股信息输入外部流股信息输入外部流股信息输入外部流股信息 External SteamsExternal Steams9. 输入单元模块参数输入单元模块参数输入单元模块参数输入单元模块参数 Block SpecificationsBlock Specifications 输入化学入化学组分信息分信息 1. 1.每个每个每个每个组组分必分必分必分必须须有唯一的有唯一的有唯一的有唯一的IDID2. 2.组组分可用英文名称或分子式分可用英文名称或分子式分可用英文名称或分子式分可用英文名称或分子式输输入入入入3. 3.利用利用利用利用弹弹出出出出对话对话框区框区框区框区别别同分异构体同分异构体同分异构体同分异构体分子式分子式分子式分子式命名命名命名命名类型类型类型类型组分名称组分名称组分名称组分名称用户自定义用户自定义用户自定义用户自定义查看组分性质查看组分性质查看组分性质查看组分性质有异构体时要加后缀，有异构体时要加后缀，有异构体时要加后缀，有异构体时要加后缀，例如例如例如例如 C2H6O-2C2H6O-2寻找需要的组分寻找需要的组分寻找需要的组分寻找需要的组分电解质电解质电解质电解质 选用物性用物性计算方法和模型算方法和模型 1. 1.过过程程程程类类型型型型 Process typeProcess type2. 2.基基基基础础方法方法方法方法 Base methodBase method3. 3.亨利亨利亨利亨利组组分分分分 Henry componentsHenry components选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型原油组分计算选项原油组分计算选项原油组分计算选项原油组分计算选项物性选择物性选择物性选择物性选择帮帮帮帮助程序助程序助程序助程序选用物性计算方法帮选用物性计算方法帮助程序助程序基于组成基于组成基于组成基于组成基于流程基于流程基于流程基于流程ASPEN PLUS不同不同领域域推荐采用的物性数据推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同不同领域域推荐采用的物性数据推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同不同领域域推荐采用的物性数据推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同不同领域域推荐采用的物性数据推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同不同领域域推荐采用的物性数据推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同不同领域域推荐采用的物性数据推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS的物性分析工具的物性分析工具 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常数。数。数。数。 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、相际线、相际线、相际线、相际线、t-p-x-yt-p-x-y图等。图等。图等。图等。 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其他物性曲线特征化原油物系。他物性曲线特征化原油物系。他物性曲线特征化原油物系。他物性曲线特征化原油物系。 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成离子或相应的反应。离子或相应的反应。离子或相应的反应。离子或相应的反应。 输入外部流股信息入外部流股信息 1.每一股外部流股都必每一股外部流股都必每一股外部流股都必每一股外部流股都必须输须输入信息入信息入信息入信息2.状状状状态变态变量：温度、量：温度、量：温度、量：温度、压压力、流量力、流量力、流量力、流量3.组组成：成：成：成： 表达基准、数表达基准、数表达基准、数表达基准、数值值输入外部流股信息输入外部流股信息输入外部流股信息输入外部流股信息温度温度温度温度压力压力压力压力流量流量流量流量注意单位选择注意单位选择注意单位选择注意单位选择注意单位选择注意单位选择注意单位选择注意单位选择选择计算类型选择计算类型选择计算类型选择计算类型Equilibrium Equilibrium 平衡级速率模型平衡级速率模型平衡级速率模型平衡级速率模型 Rate-based Rate-based 非平衡级速率模型非平衡级速率模型非平衡级速率模型非平衡级速率模型 基本步基本步骤 (3)10.运行模拟过程运行模拟过程运行模拟过程运行模拟过程 Run ProjectRun Project11.查看结果查看结果查看结果查看结果 View of ResultsView of Results12.输出报告文件输出报告文件输出报告文件输出报告文件 Export ReportExport Report13.保存模拟项目保存模拟项目保存模拟项目保存模拟项目 Save ProjectSave Project14.退出退出退出退出 ExitExit运行模拟过程运行模拟过程运行模拟过程运行模拟过程右击鼠标查看模块右击鼠标查看模块右击鼠标查看模块右击鼠标查看模块运行结果运行结果运行结果运行结果双击物流查看结果双击物流查看结果双击物流查看结果双击物流查看结果流程图中黏贴表单流程图中黏贴表单流程图中黏贴表单流程图中黏贴表单显示出流程流股参数显示出流程流股参数显示出流程流股参数显示出流程流股参数显示出显示出显示出显示出PFDPFD参数参数参数参数更多选项更多选项更多选项更多选项OLE 操作步操作步骤 (对象象连接与嵌入接与嵌入)复制复制复制复制黏贴链接黏贴链接黏贴链接黏贴链接符号符号状态状态表输入未完成表输入完成表中没有输入。是可选项。对于该表有计算结果。对于该表有计算结果，但有计算错误。对于该表有计算结果，但有计算警告。对于该表有计算结果，但自从生成结果后输入已经改变。输出报告输出报告输出报告输出报告BkpBkp文件与文件与文件与文件与ApwApw文件的区别文件的区别文件的区别文件的区别 BkpBkp文件可以适用于升级后的软件版本，文件可以适用于升级后的软件版本，文件可以适用于升级后的软件版本，文件可以适用于升级后的软件版本，ApwApw文文文文件不能在升级后的软件中打开。件不能在升级后的软件中打开。件不能在升级后的软件中打开。件不能在升级后的软件中打开。 BkpBkp文件文件文件文件不保存中间收敛信息不保存中间收敛信息不保存中间收敛信息不保存中间收敛信息， ApwApw文件保文件保文件保文件保存中间收敛信息。存中间收敛信息。存中间收敛信息。存中间收敛信息。10.10.保存模拟项目保存模拟项目保存模拟项目保存模拟项目 Save ProjectSave ProjectEnd化工化工CADCAD基基础础 第二第二第二第二讲讲Simulation Design for Fluid Transportation 流体输送单元 的的仿真设计流体输送模型的分类1.泵泵Pump2.压缩机压缩机Compr3.多级压缩机多级压缩机MCompr4.阀门阀门Valve5.管道管道Pipe6.管线管线Pipeline在在ASPEN PlusASPEN Plus中流体中流体输送送单元元归属属压力改力改变器器 ( (Pressure ChangersPressure Changers) )类别，共六种模型：，共六种模型：流体输送模型的分类（2 2）Pump 泵模型1、泵泵（Pump)2、水轮机水轮机（Hydraulic Turbine)Pump 模型用于模模型用于模拟泵和水和水轮机两种机两种单元元设备Pump 泵模型 （2 2）Pump 连接Pump 模型的模型的连接接图如下：如下：Pump 模型参数 Pump 模型有五种工作方式：模型有五种工作方式：指定模型参数指定模型参数 计算算结果参数参数排出压力排出压力所需（产）功率所需（产）功率压力增量压力增量所需（产）功率所需（产）功率压力比率压力比率所需（产）功率所需（产）功率所需（产）功率所需（产）功率排出压力排出压力特性曲线特性曲线所需（产）功率所需（产）功率Pump 模型参数（2） 最最简单的的用用法法是是指指定定出出口口压力力(Discharge pressure)，并并给定定泵的的水水力力学学效效率率(Pump Efficiency)和和驱动机机效效率率(Driver Efficiency)，计算算得得到到出出口口流流体体状状态和和所所需需的的轴功功率率和和驱动机机电功率。功率。Pump 模型参数（3）Pump 特性曲线 标准的准的设计方法是使用方法是使用泵特性曲线(Performance curve)。特性曲线有有三种三种输入方式：入方式：列表数据列表数据Tabular Data多项式多项式Polynomials用户子程序用户子程序User Subroutines列表数据是最常用的输入方式。入方式。Pump 特性曲线（2 2）Pump 特性曲线（3）首先选择特性曲线的单位：Pump 特性曲线（4）然后选择特性曲线的数目，有三个选项：1、操作操作转速下的速下的单根曲根曲线Single cueve at operating speed；2、参考参考转速下的速下的单根曲根曲线Single curve at reference speed；3、不同不同转速下的多条曲速下的多条曲线Mutiple curves at different speeds .Pump 特性曲线（5）Pump 特性曲线（6）在在Curve Data表表单中中输入具体数据入具体数据：1、特性曲、特性曲线变量的量的单位位 Units of curve variables；2、每根曲、每根曲线特性数据表特性数据表 如如 Head vs. flow tables；3、每根曲、每根曲线的的对应转速速 Curve speeds；Pump 特性曲线（7）Pump 特性曲线（8）在EfficienciesEfficiencies表表单输入效率数据：入效率数据：Pump 特性曲线（9） 当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输入操作转速数据：Pump QNPSHR 表 设计泵的安装位置的安装位置时，应核算核算“必必需汽需汽蚀余量余量” NPSHR N Net et P Positive ositive S Suction uction H Head ead R Requiredequired其中：其中：Hs 为允许吸上真空度为允许吸上真空度Pump QNPSHR 表（2 2）在在NPSHR表表单中中输入入NPSHR数据数据Pump NPSHA根据安装和流根据安装和流动情况可以算出情况可以算出泵进口口处的的“有效汽有效汽蚀余量余量” NPSHA N Net et P Positive ositive S Suction uction H Head ead A Availablevailable在在实际使用条件下，使用条件下，选择的的泵应该满足足Pump 结果查看从数据从数据从数据从数据浏览浏览器的器的器的器的PumpPump对对象下象下象下象下选择选择ResultsResults查查看看看看结结果果果果Pump 示例 1 一水泵将压强为一水泵将压强为 1.5 bar 的水加压到的水加压到 6 bar，水的温度为，水的温度为 25 C，流量为流量为 100 m3/h。泵的。泵的效率为效率为 0.68，驱动电机的效率为，驱动电机的效率为 0.95。求：。求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、以及电机消耗的电功率各是多少？以及电机消耗的电功率各是多少？Pump 示例 2 一离心泵输送流量为一离心泵输送流量为一离心泵输送流量为一离心泵输送流量为 100 m100 m3 3/hr/hr 的水，水的的水，水的的水，水的的水，水的压强为压强为压强为压强为 1.5 bar1.5 bar，温度为，温度为，温度为，温度为 25 25 C C。泵的特性曲线如下：。泵的特性曲线如下：。泵的特性曲线如下：。泵的特性曲线如下：流量（流量（流量（流量（mm3 3/hr/hr） 70.0 90.0 109.0 120.070.0 90.0 109.0 120.0扬程（扬程（扬程（扬程（mm） 59.0 54.2 47.8 43.059.0 54.2 47.8 43.0效率（效率（效率（效率（%） 64.5 69.0 69.0 66.064.5 69.0 69.0 66.0求：求：求：求： 泵的出口压力泵的出口压力泵的出口压力泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴提供给流体的功率、泵所需要的轴提供给流体的功率、泵所需要的轴提供给流体的功率、泵所需要的轴 功率各是多少？功率各是多少？功率各是多少？功率各是多少？Compr 压缩机模型1.多变离心压缩机多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor)2.多变正排量压缩机多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor)3.等熵压缩机等熵压缩机（Isentropic Compressor)4.等熵汽轮机等熵汽轮机（Isentropic Turbine)Compr 模型用于模拟四种单元设备Compr 压缩机模型（2）Compr连接Compr 模型的连接图如下：Compr 计算模型Compr 模模块提供八种提供八种计算模型：算模型：标标准等准等准等准等熵熵模型模型模型模型 IsentropicIsentropicASMEASME等等等等熵熵模型模型模型模型 Isentropic using ASME methodIsentropic using ASME methodGPSAGPSA等等等等熵熵模型模型模型模型 Isentropic using GPSA methodIsentropic using GPSA methodASMEASME多多多多变变模型模型模型模型 Polytropic using ASME methodPolytropic using ASME methodGPSAGPSA多多多多变变模型模型模型模型 Polytropic using GPSA methodPolytropic using GPSA method分片分片分片分片积积分多分多分多分多变变模型模型模型模型 Polytropic using piecewisePolytropic using piecewise integration integration正排量模型正排量模型正排量模型正排量模型 Positive displacementPositive displacement分片分片分片分片积积分正排量模型分正排量模型分正排量模型分正排量模型 Positive displacement usingPositive displacement using piecewise integration piecewise integrationCompr计算模型（2）Compr 模型参数 Compr 模型有五种工作方式：模型有五种工作方式：指定模型参数指定模型参数 计算算结果参数参数排出压力排出压力所需（产）功率所需（产）功率压力增量压力增量所需（产）功率所需（产）功率压力比率压力比率所需（产）功率所需（产）功率制动马力制动马力排出压力排出压力特性曲线特性曲线所需（产）功率所需（产）功率Compr模型参数(2)1、等熵效率、等熵效率Isentropic Efficiency 对于压缩机对于压缩机 对于汽轮机对于汽轮机Compr 效率 （1） Compr 模型有三种效率：模型有三种效率：Compr 效率（2）2、多变效率、多变效率Polytropic Efficiency3、机械效率、机械效率Mechanical Efficiency 压缩机压缩机 汽轮机汽轮机Compr 效率（3）Compr 效率（4）Compr 特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特性曲线有四种有四种输入方式：入方式：列表数据列表数据Tabular Data多项式多项式Polynomials扩展多项式扩展多项式Extended Polynomials用户子程序用户子程序User Subroutines列表数据是常用的输入方式。入方式。Compr特性曲线（2）Compr 结果查看从数据从数据从数据从数据浏览浏览器的器的器的器的ComprCompr对对象下象下象下象下选择选择ResultsResults查查看看看看结结果果果果Compr 示例示例 1一压缩机将压强为一压缩机将压强为一压缩机将压强为一压缩机将压强为 1.1 bar1.1 bar 的空气加压到的空气加压到的空气加压到的空气加压到 3.3 bar3.3 bar，空气的温度为，空气的温度为，空气的温度为，空气的温度为 25 25 C C，流量为流量为流量为流量为 1000 m1000 m3 3/h/h。压压压压缩机缩机缩机缩机的多变效率为的多变效率为的多变效率为的多变效率为 0.710.71，驱动机构的机械效率，驱动机构的机械效率，驱动机构的机械效率，驱动机构的机械效率为为为为 0.970.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？少？少？少？Compr 示例示例 2一汽轮机用压强为一汽轮机用压强为一汽轮机用压强为一汽轮机用压强为 35 bar35 bar、温度为、温度为、温度为、温度为 435 435 C C的过热的过热的过热的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为 10 bar10 bar，蒸，蒸，蒸，蒸汽的汽的汽的汽的流量为流量为流量为流量为 10000 kg/h10000 kg/h。汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机的等熵效率为的等熵效率为的等熵效率为的等熵效率为 0.80.8，驱动机构的机械效率为，驱动机构的机械效率为，驱动机构的机械效率为，驱动机构的机械效率为 0.980.98。求：求：求：求：汽轮汽轮汽轮汽轮机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温度和体积流量各是多少？度和体积流量各是多少？度和体积流量各是多少？度和体积流量各是多少？MCompr 多级压缩机模型1.多级多变压缩机多级多变压缩机多级多变压缩机多级多变压缩机 （Multi-stageMulti-stage Polytropic Polytropic Compressor)Compressor)2.多级多变正排量压缩机多级多变正排量压缩机多级多变正排量压缩机多级多变正排量压缩机 （Multi-stageMulti-stage Polytropic Polytropic Positive Displacement Compressor)Positive Displacement Compressor)3.多级等熵压缩机多级等熵压缩机多级等熵压缩机多级等熵压缩机（Multi-stageMulti-stage Isentropic Isentropic Compressor)Compressor)4.多级等熵涡轮机多级等熵涡轮机多级等熵涡轮机多级等熵涡轮机（Multi-stageMulti-stage Isentropic Turbine)Isentropic Turbine)MCompr 模型用于模拟四种单元设备MCompr 多级压缩机模型（2 2）MCompr 连接 (1)MCompr 模型的外部连接图如下：MCompr连接 (2)(2)MCompr 模型的内部连接图如下：MCompr 模型参数 MCompr 的模型参数有模型参数有级数数 (Number of stages) 指定指定压缩机的机的级数。数。压缩机模型机模型 (Compressor model) 有六种有六种计算模型供算模型供选用。用。设定方式定方式 (Specification type) 指定指定压缩机的工作方式。机的工作方式。MCompr模型参数（2）设定方式与定方式与Compr模模块有所不同：有所不同：指定末指定末级排出排出压力力 (Fix discharge pressure from last stage )指定每指定每级排出条件排出条件 (Fix discharge conditions from each stage)用特性曲用特性曲线确定排出条件确定排出条件 (Use performance curves to determine discharge conditions)MCompr模型参数（3）MCompr 特性曲线(1) 多级压缩机特性曲线有三种有三种输入方式：入方式：列表数据列表数据Tabular Data多项式多项式Polynomials用户子程序用户子程序User SubroutinesMCompr 特性曲线(2)可可以以提提供供多多张特特性性曲曲线表表(Maps)，每每张表表又又可可以以有有多多条条特特性性曲曲线。多多级压缩机机的的每每一一级可可以以有有多多个个叶叶轮(wheels)，可可以以为每每个个叶叶轮选用用不不同同的的特特性性曲曲线表表、叶叶轮直直径径和和比比例例因子因子(scaling factors)Valve 阀门模型阀门模型用来模型用来调节流体流流体流经管路管路时的的压降。降。Valve 连接Valve 计算类型阀门模型有三种模型有三种应用方式（用方式（计算算类型）型）1.绝热闪蒸到指定出口蒸到指定出口压力力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 对指定出口指定出口压力力计算算阀门流量系数流量系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 对指定指定阀门计算出口算出口压力力(核算方式核算方式) Calculate outlet pressure for specified valveValve计算类型（2）Valve 阀门参数阀门类型型 (Valve type)：截止截止截止截止阀阀 ( (GlobalGlobal) )、 球球球球阀阀 ( (BallBall) )、蝶、蝶、蝶、蝶阀阀( (ButterflyButterfly) )厂家厂家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列系列/规格格 (Series/Style): 线线性流量性流量性流量性流量 ( (linear linear flow flow) )、等百分比流量、等百分比流量、等百分比流量、等百分比流量 ( (equal percent flowequal percent flow) )尺寸尺寸 (Size)：公称直径：公称直径运用核算方式运用核算方式时，需，需输入以下参数：入以下参数：Valve阀门参数（2 2）Valve阀门参数（3 3）以及以及阀门开度开度(Opening)：Valve 计算选项检查阻塞流动检查阻塞流动检查阻塞流动检查阻塞流动 Check for choked flowCheck for choked flow计算空泡系数计算空泡系数计算空泡系数计算空泡系数 Calculate cavitation indexCalculate cavitation index设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力 Minimum outlet pressure:Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure Set equal to choked outlet pressure计算算阀门小开度状小开度状态时计算算选项的的设置很重要置很重要Valve计算选项（2 2）Valve 结果查看从数据从数据从数据从数据浏览浏览器的器的器的器的ValveValve对对象下象下象下象下选择选择ResultsResults查查看看看看结结果果果果Valve 示例 1 水水的的温温度度为 30 C，压强为 6 bar，流流量量为 150 m3/h ，流流经一一公公称称通通径径为 8 英英寸寸的的截截止止阀。阀门的的规格格为V500系系列列的的线性性流量流量阀，阀门的开度的开度为 20%。求：求：阀门出口的水出口的水压强是多少？是多少？Pipe 管段模型管段模型管段模型计算等直径、等坡度的一算等直径、等坡度的一段管道的段管道的压降和降和传热量。量。Pipe 管段模型（2）管道参数表单：管道参数表单： Pipe parameters长度长度 Length直径直径 Diameter 内径内径内径内径/ /管道规格表管道规格表管道规格表管道规格表提升提升 Elevation 高度高度高度高度/ /上升角上升角上升角上升角粗糙度粗糙度 RoughnessPipe 管段参数Pipe 管段参数 （2 2）热参数设定表单热参数设定表单 Thermal specification 恒温恒温 Constant temperature 线性温度剖型线性温度剖型 Linear temperature profile 绝热（零热负荷）绝热（零热负荷） Adiabatic (zero duty) 热衡算热衡算 Perform energy balancePipe 热参数设定Pipe 热参数设定（2）管件参数表单管件参数表单 Fittings 连接方式：接方式： Connection type 法法法法兰连兰连接接接接/ /焊焊接接接接 Flanged/WeldedFlanged/Welded，螺螺螺螺纹连纹连接接接接 ScrewedScrewed 管件数量：管件数量： Number of fittings 闸阀闸阀 Gate valvesGate valves，蝶蝶蝶蝶阀阀 Butterfly valvesButterfly valves 90 90度肘管度肘管度肘管度肘管 Large 90 degree elbowsLarge 90 degree elbows， 直行三通直行三通直行三通直行三通 Straight teesStraight tees，旁路三通旁路三通旁路三通旁路三通 Branched teesBranched tees 其余当量其余当量长度：度： Miscellaneous L/DPipe 管件参数Pipe 结果查看从数据从数据从数据从数据浏览浏览器的器的器的器的PipePipe对对象下象下象下象下选择选择ResultsResults查查看看看看结结果果果果Pipe 结果查看（2 2）计计算算算算结结果果果果还还包括流体状包括流体状包括流体状包括流体状态态沿管沿管沿管沿管长长的分布剖形的分布剖形的分布剖形的分布剖形( (ProfilesProfiles) )Pipe 示例 1 流流流流量量量量为为 5000 5000 kg/hkg/h，压压强强为为 7 7 barbar的的的的饱饱和和和和水水水水蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽流流流流经经 108108 4 4 的的的的管管管管道道道道。管管管管道道道道长长 20 20 mm，出出出出口口口口比比比比进进口口口口高高高高 5 5 mm，粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度为为 0.05 0.05 mmmm。管管管管道道道道采采采采用用用用法法法法兰兰连连接接接接，安安安安装装装装有有有有闸闸阀阀 1 1 个个个个，9090 肘肘肘肘管管管管 2 2 个个个个。环环境境境境温温温温度度度度为为 20 20 C C，传传热热系系系系数数数数为为 20 20 W/mW/m2 2 KK。求求求求：出出出出口口口口处处蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽的的的的压压强强、温温温温度度度度和和和和含含含含水水水水率率率率，以以以以及及及及管管管管道道道道的的的的热损热损失各是多少？失各是多少？失各是多少？失各是多少？Pipeline 管线模型管管线模型模型计算由多段管道串算由多段管道串联组成的成的一条管一条管线的的压降。降。Pipeline管线模型（2）在结构表单在结构表单(Configuration)中输入以下参数中输入以下参数 计算方向算方向 Calculation direction 管段几何管段几何 Segment geometry 热选项 Thermal options 物性物性计算算 Property calculations 流流动基准基准 Pipeline flow basisPipeline 管线参数1Pipeline管线参数1（2 2）连接状态表单：连接状态表单： Connectivity 在在弹出的管段数据出的管段数据(Segment data)对话框中逐段框中逐段输入每一管段的入每一管段的长度、角度、直径、粗糙度，或者度、角度、直径、粗糙度，或者节点坐点坐标(Node coordinates)、直径、直径、粗糙度粗糙度。Pipeline管线参数2Pipeline管线参数2（2）Pipeline管线参数2（3）完成后的表完成后的表单如下：如下：Pipeline 结果查看从数据从数据从数据从数据浏览浏览器的器的器的器的PipelinePipeline对对象下象下象下象下选择选择ResultsResults查查看看看看结结果果果果Pipeline 结果查看 (2)PipelinePipeline的的的的ProfilesProfiles给给出了每个出了每个出了每个出了每个节节点点点点处处的的的的结结果果果果Pipeline 示例 1 流流流流量量量量为为为为 100 100 mm3 3/h/h，温温温温度度度度为为为为 50 50 C C，压压压压强强强强为为为为 5 5 barbar的的的的水水水水流流流流经经经经 108108 4 4 的的的的管管管管线线线线。管管管管线线线线首首首首先先先先向向向向东东东东延延延延伸伸伸伸 5 5 mm，再再再再向向向向北北北北 5 5 mm，再再再再向向向向东东东东 10 10 mm，再再再再向向向向南南南南 5 5 mm，然然然然后后后后升升升升高高高高 10 10 mm，再再再再向向向向东东东东 5 5 mm。管管管管内内内内壁壁壁壁粗粗粗粗糙糙糙糙度为度为度为度为 0.05 mm0.05 mm。 求：管线出口处的压强是多少？求：管线出口处的压强是多少？求：管线出口处的压强是多少？求：管线出口处的压强是多少？Design Specification 设计规定从从从从以以以以上上上上示示示示例例例例我我我我们们了了了了解解解解到到到到：ASPEN ASPEN PlusPlus是是是是根根根根据据据据我我我我们们输输入入入入的的的的过过程程程程参参参参数数数数( (如如如如进进料料料料流流流流股股股股和和和和模模模模型型型型参参参参数数数数) )计计算算算算结结果果果果数数数数据据据据( (如如如如非非非非进进料料料料流流流流股股股股和和和和设设备备状状状状态态数数数数据据据据) )。进进行行行行过过程程程程设设计计时时，常常常常常常常常希希希希望望望望确确确确定定定定某某某某个个个个过过程程程程参参参参数数数数的的的的特特特特定定定定值值从从从从而而而而使使使使某某某某个个个个结结果果果果数数数数据据据据达达达达到到到到给给定定定定值值。对对于于于于这这类类应应用用用用需需需需求求求求， ASPEN ASPEN PlusPlus提提提提供了供了供了供了设计规设计规定定定定( (Design SpecDesign Spec) )工具。工具。工具。工具。设设计计规规定定定定从从从从数数数数据据据据浏浏览览器器器器的的的的左左左左侧侧目目目目录录栏栏中中中中进进入。入。入。入。Design Specification 设计规定（2 2）设计规设计规定是流程定是流程定是流程定是流程选项选项( (Flowsheeting OptionsFlowsheeting Options) )下属的下属的下属的下属的对对象象象象Design Specification 设计规定（3 3）创创建建建建设计规设计规定定定定对对象象象象时时，按以下步，按以下步，按以下步，按以下步骤骤操作：操作：操作：操作：1 1、从从从从数数数数据据据据浏浏览览器器器器右右右右侧侧的的的的对对象象象象管管管管理理理理器器器器( (Object Object ManagerManager) )中中中中点点点点击击新建新建新建新建( (NewNew) )按按按按钮钮；2 2、在、在、在、在弹弹出出出出对话对话框中框中框中框中为为新新新新对对象指定一个辨象指定一个辨象指定一个辨象指定一个辨识识号号号号( (IDID) )；3 3、在在在在定定定定义义( (DefineDefine) )表表表表单单中中中中点点点点击击新新新新建建建建( (NewNew) ) 按按按按钮钮，创创建建建建设设计计规规定定定定对对象所需的象所需的象所需的象所需的变变量；量；量；量；4 4、在、在、在、在弹弹出出出出对话对话框中框中框中框中输输入新入新入新入新变变量的量的量的量的变变量名量名量名量名( (Variable nameVariable name) )；5 5、在在在在变变量量量量定定定定义义( (Variable Variable DefinitionDefinition) )对对话话框框框框中中中中的的的的下下下下拉拉拉拉式式式式选选择择框框框框中中中中选选择择变变量量量量的的的的类类别别( (CategoryCategory) )、类类型型型型( (TypeType) )、流流流流股股股股( (StreamStream) )或模或模或模或模块块( (BlockBlock) )代号，并指定具体代号，并指定具体代号，并指定具体代号，并指定具体变变量量量量( (VariableVariable) )。Design Specification 设计规定（4 4）步步步步骤骤1 1和步和步和步和步骤骤2 2：Design Specification 设计规定（5 5）步步步步骤骤3 3和步和步和步和步骤骤4 4：Design Specification 设计规定（6 6）步步步步骤骤5 5：Design Specification 设计规定（7 7）步步步步骤骤6 6：在在在在规规定定定定( (SpecSpec) )表表表表单单中中中中输输入入入入规规定定定定表表表表达达达达式式式式( (SpecSpec) )、目目目目标值标值( (TargetTarget) )和和和和计计算容差算容差算容差算容差( (ToleranceTolerance) )。Design Specification 设计规定（8 8）步步步步骤骤7 7：在在在在变变化化化化( (VaryVary) )表表表表单单中中中中输输入入入入调调节节变变量量量量( (Manupulated Manupulated variablevariable) )的的的的类类型型型型、名名名名称称称称和和和和具具具具体体体体变变量量量量( (variablevariable), ),并并并并指定体指定体指定体指定体调节调节上、下限上、下限上、下限上、下限( (Upper/Lower limitsUpper/Lower limits) )。Design Specification 设计规定（9 9）规规定定定定变变量量量量的的的的实实现现情情情情况况况况可可可可以以以以从从从从Design Design SpecSpec对对象象象象的的的的ResultsResults表表表表单单中中中中查查看看看看Design Specification 设计规定（1010）调调 节节 变变 量量量量 的的的的 迭迭迭迭 代代代代 过过 程程程程 则则 从从从从 相相相相 应应 的的的的 收收收收 敛敛 对对 象象象象( (ConvergenceConvergence) )的的的的Spec HistroySpec Histroy表表表表单单中中中中查查看看看看Pipeline 示例 2 温温温温度度度度为为为为 50 50 C C，压压压压强强强强为为为为 5 5 barbar的的的的水水水水流流流流经经经经 108108 4 4 的的的的管管管管线线线线。管管管管线线线线首首首首先先先先向向向向东东东东延延延延伸伸伸伸 5 5 mm，再再再再向向向向北北北北 5 5 mm，再再再再向向向向东东东东 10 10 mm，再再再再向向向向南南南南 5 5 mm，然然然然后后后后升升升升高高高高 10 10 mm，再再再再向向向向东东东东 5 5 mm。管管管管内内内内壁壁壁壁粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度为为为为 0.05 0.05 mmmm。如如如如果果果果管管管管线线线线出出出出口口口口处处处处的的的的压压压压强强强强为为为为 3 3 barbar，流流流流过过过过管管管管线线线线的的的的水水水水流量是多少？流量是多少？流量是多少？流量是多少？化工CAD基础 第三第三讲Simulation Design of Simulation Design of Thermal Processes Thermal Processes 热过热过程程单单元的仿真元的仿真设计设计传热单元模型的分类1.加热器 Heater2.换热器 HeatX3.多物流换热器 MHeatX4.热通量换热器 HXFlux传热单元元归属属换热器器类(Heat Exchangers)，共共7种模型，种模型，AspenPlus内部用的有内部用的有4种，其种，其余余3种是与其它种是与其它软件的接口模件的接口模块：传热单元模型的分类(2)(2)Heater 加热器模型Heater 模型用于模模型用于模拟以下以下单元，元， 改改变单股物流的温度、股物流的温度、压力和相力和相态：1.加加热器器2.冷却器冷却器3.阀门（仅改改变压力，不涉及阻力）力，不涉及阻力）4.泵（仅改改变压力，不涉及功率）力，不涉及功率）5.压缩机（机（仅改改变压力，不涉及功率）力，不涉及功率）Heater 加热器模型（2）Heater 连接Heater 模型的连接图如下：1 1、闪闪蒸蒸蒸蒸规规定定定定 ( ( Flash specificationsFlash specifications) ) （1 1）温度）温度）温度）温度TemperatureTemperatureTemperature （2 2） 压压力力 PressurePressurePressure （3 3）温度改温度改温度改温度改变变 Temperature changeTemperature changeTemperature change （4 4）蒸汽分率）蒸汽分率）蒸汽分率）蒸汽分率 Vapor fractionVapor fractionVapor fraction （5 5）过热过热度度度度 Degrees of Degrees of Degrees of superheatingsuperheatingsuperheating （6 6）过过冷度冷度冷度冷度 Degrees of subcoolingDegrees of subcoolingDegrees of subcooling （7 7）热负热负荷荷荷荷 Heat dutyHeat dutyHeat dutyHeater 模型参数Heater模型有两模型有两组模型模型设定参数：定参数：从从中中任任选两两项Heater 模型参数（2）2、有效相有效相态( Valid Phase )（1）蒸汽）蒸汽（2）液体）液体（3） 固体固体（4）汽）汽液液（5） 汽汽液液液液（6）液）液游离水游离水（7） 汽汽液液游离水游离水Heater 模型参数（3）Heater模型有两模型有两组模型模型设定参数定参数：Heater 模型参数（4） 温温度度20、压力力0.41 MPa、流流量量4000 kg/hr 的的软水水在在锅炉炉中中加加热成成为0.39 MPa的的饱和和水水蒸蒸气气进入入生生蒸蒸汽汽总管管。求求所需的所需的锅炉供炉供热量。量。Heater 应用示例 (1) 流流量量为1000 kg/hr （0.4 MPa ）的的饱和和水水蒸蒸汽汽用用蒸蒸汽汽过热器器加加热到到过热度度 100 （0.39 MPa），求求过热蒸汽温度和所需供蒸汽温度和所需供热量。量。 Heater 应用示例 (2) 流流量量为 1000 kg/hr、压力力为 0.11 MPa、 含含乙乙醇醇70 %w、 水水30 %w的的饱和和蒸蒸汽汽在在蒸蒸汽汽冷冷凝凝器器中中部部分分冷冷凝凝，冷冷凝凝物物流流的的汽汽/液液比比（摩（摩尔）=1/3。求冷凝器。求冷凝器热负荷。荷。 Heater 应用示例 (3) 求求压力力为 0.2 MPa，含含甲甲醇醇30%w、 乙乙 醇醇 20%w、 正正 丙丙 醇醇20%w、水水30%w 的的混混合合物物的的泡泡点和露点点和露点。 Heater 应用示例 (5)HeatX 换热器模型1.逆流逆流/并流并流（Countercurrent / Cocurrent)2.折流板壳程折流板壳程（Segmental Baffle Shell)3.棍式棍式挡板壳程板壳程（Rod Baffle Shell)4.裸管裸管/低翅片管低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)HeatX 模型用于模模型用于模拟下述下述结构的管构的管壳式壳式换热器：器：计算两股物流之算两股物流之间的的热量交量交换。HeatX 换热器模型（2）HeatX 连接HeatX 模型的连接图如下：1.计算类型 Calculation2.流动方式 Flow arrangement3.换热器设定 Exchanger specificationHeatX模型设定HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手，有三组设定参数：HeatX模型设定（2）计计算算算算栏栏目中有三个目中有三个目中有三个目中有三个选项选项： 1 1、简简捷捷捷捷计计算算算算Short-cutShort-cut 2 2、详细计详细计算算算算 DetailedDetailed 3 3、HetranHetran 精确精确精确精确计计算算算算 Hetran RigorousHetran Rigorous 输输出出出出HetranHetran软软件件件件( (换热换热器器器器设计专设计专用用用用软软件件件件) )的的的的输输入文件供其精确入文件供其精确入文件供其精确入文件供其精确计计算。算。算。算。下部的下拉式下部的下拉式下部的下拉式下部的下拉式选择选择框中也有三个框中也有三个框中也有三个框中也有三个选项选项： 1 1、设计设计DesignDesign 2 2、核算核算核算核算 RatingRating 3 3、模模模模拟拟 SimulationSimulation两两两两组选项组选项按下述方式配合使用：按下述方式配合使用：按下述方式配合使用：按下述方式配合使用：HeatX计算类型HeatX计算类型（2）1 1、简简捷捷捷捷计计算算算算 简简捷捷捷捷计计算只能与算只能与算只能与算只能与设计设计或模或模或模或模拟选项拟选项配合。配合。配合。配合。简简捷捷捷捷计计算不考算不考算不考算不考虑换热虑换热器的几何器的几何器的几何器的几何结结构构构构对传热对传热和和和和压压降的影降的影降的影降的影响，人响，人响，人响，人为给为给定定定定传热传热系数系数系数系数和和和和压压降的数降的数降的数降的数值值。 使用使用使用使用设计选项时设计选项时，需，需，需，需设设定定定定热热( (冷冷冷冷) )物流的出口物流的出口物流的出口物流的出口状状状状态态或或或或换热负换热负荷，模荷，模荷，模荷，模块计块计算达到指定算达到指定算达到指定算达到指定换热换热要求所要求所要求所要求所需的需的需的需的换热换热面面面面积积。 使用模使用模使用模使用模拟选项时拟选项时，需，需，需，需设设定定定定换热换热面面面面积积，模，模，模，模块计块计算两股物流的出口状算两股物流的出口状算两股物流的出口状算两股物流的出口状态态。HeatX计算类型2 2、详细计详细计算算算算 详细计详细计算只能与核算或模算只能与核算或模算只能与核算或模算只能与核算或模拟选项拟选项配合。配合。配合。配合。详细详细计计算可根据算可根据算可根据算可根据给给定的定的定的定的换热换热器几何器几何器几何器几何结结构和流构和流构和流构和流动动情况情况情况情况计计算算算算实际实际的的的的换热换热面面面面积积、传热传热系数、系数、系数、系数、对对数平均温度校数平均温度校数平均温度校数平均温度校正因子和正因子和正因子和正因子和压压降。降。降。降。 使用核算使用核算使用核算使用核算选项时选项时，模，模，模，模块块根据根据根据根据设设定的定的定的定的换热换热要求要求要求要求计计算需要的算需要的算需要的算需要的换热换热面面面面积积。 使用模使用模使用模使用模拟选项时拟选项时，模，模，模，模块块根据根据根据根据实际实际的的的的换热换热面面面面积积计计算两股物流的出口状算两股物流的出口状算两股物流的出口状算两股物流的出口状态态。HeatX计算类型流流动方式方式设定包括：定包括：1、热流体流体(Hot fluid)流流动空空间： 壳程壳程 (Shell) /管程管程 (Tube)2、流、流动方向方向(Flow direction)：逆流逆流(Countercurrent) 并流并流(Co-current) 多管程流多管程流动 (Multiple passes)HeatX流动方式HeatX流动方式 (2)(2)1、逆流、逆流 CountercurrentHeatX 流动方向2、并流、并流 Cocurrent1. 1.热物流出口温度热物流出口温度热物流出口温度热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)(Hot stream outlet temperature)2. 2.热物流出口温降热物流出口温降热物流出口温降热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease)(Hot stream outlet temperature decrease)3. 3.热物流出口温差热物流出口温差热物流出口温差热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach)(Hot stream outlet temperature approach)4. 4.热物流出口过冷度热物流出口过冷度热物流出口过冷度热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling)(Hot stream outlet degrees subcooling)5. 5.热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)(Hot stream outlet vapor fraction)HeatX 换热器设定共共有有13个个选项HeatX 热物流出口温差 6. 6.冷物流出口温度冷物流出口温度冷物流出口温度冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)(Cold stream outlet temperature)7. 7.冷物流出口温升冷物流出口温升冷物流出口温升冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase)(Cold stream outlet temperature increase)8. 8.冷物流出口温差冷物流出口温差冷物流出口温差冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach)(Cold stream outlet temperature approach)9. 9.冷物流出口过热度冷物流出口过热度冷物流出口过热度冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat)(Cold stream outlet degrees superheat)10.10.冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)(Cold stream outlet vapor fraction)HeatX 换热器设定 (2)共共有有13个个选项HeatX 冷物流出口温差 11.11.传热面积传热面积传热面积传热面积 (Heat transfer area)(Heat transfer area)12.12.热负荷热负荷热负荷热负荷 (Exchanger duty)(Exchanger duty)13.13.几何条件几何条件几何条件几何条件 (Geometry)(Geometry) 在详细计算时采用。在详细计算时采用。在详细计算时采用。在详细计算时采用。HeatX 换热器设定(3) 共共有有13个个选项 由由由由于于于于换换热热器器器器内内内内的的的的流流流流动动并并并并非非非非理理理理想想想想的的的的并并并并流流流流或或或或逆逆逆逆流流流流，因因因因此此此此有有有有效效效效传传热热推推推推动动力力力力需需需需在在在在对对数数数数平平平平均均均均温温温温差差差差( (LMTDLMTD) )的的的的基基基基础础上上上上进进行校正。校正因子的行校正。校正因子的行校正。校正因子的行校正。校正因子的计计算方法有四个算方法有四个算方法有四个算方法有四个选项选项：1 1、常数、常数、常数、常数 ConstantConstant 由用由用由用由用户户指定校正系数，可指定校正系数，可指定校正系数，可指定校正系数，可查查手册。手册。手册。手册。2 2、几何、几何、几何、几何结结构构构构 GeometryGeometry 由由由由软软件根据件根据件根据件根据换热换热器器器器结结构和流构和流构和流构和流动动情况情况情况情况计计算。算。算。算。3 3、用、用、用、用户户子程序子程序子程序子程序 User-subrUser-subr4 4、计计算算算算值值 CalculatedCalculated 流流流流动动方向方向方向方向为为多管程流多管程流多管程流多管程流动时动时采用。采用。采用。采用。HeatX LMTD校正HeatX LMTD校正（2） 压降降 ( Pressure Drop )分分分分别别指定指定指定指定热侧热侧和冷和冷和冷和冷侧侧的出口的出口的出口的出口压压力力力力 ( Outlet pressure )( Outlet pressure ) 指定指定指定指定值值 0 0，代表出口的代表出口的代表出口的代表出口的绝对压绝对压力力力力值值 指定指定指定指定值值 0 0，代表出口相代表出口相代表出口相代表出口相对对于于于于进进口的口的口的口的压压力降低力降低力降低力降低值值HeatX 简捷计算 HeatX 简捷计算（2 2） 总传热系数方法系数方法 ( U methods )常数常数常数常数 (Constant)(Constant)相相相相态态法法法法 (Phase specific values)(Phase specific values) 分分分分别别指定冷指定冷指定冷指定冷热热两两两两侧侧不同相不同相不同相不同相态组态组合下的合下的合下的合下的传热传热系数系数系数系数幂幂函数函数函数函数 (Power law expression)(Power law expression) U=U U=Uref ref (Flow/Flow(Flow/Flowrefref)exponent)exponentHeatX 简捷计算（3） HeatX U - 相态法 压降降 ( Pressure Drop )分分别指定指定热侧和冷和冷侧的出口的出口压力力 ( Outlet pressure )( Outlet pressure ) 根据几何根据几何结构构计算算 ( Calculated from geometry )( Calculated from geometry )HeatX 详细计算 HeatX 详细计算（2） 总传热系数方法系数方法 ( U methods )常数常数常数常数 ( Constant )( Constant )相相相相态态法法法法 ( Phase specific values )( Phase specific values ) 幂幂函数函数函数函数 ( Power law expression )( Power law expression )换热换热器几何器几何器几何器几何结结构构构构 ( Exchanger Geometry )( Exchanger Geometry )传热传热膜系数膜系数膜系数膜系数 ( Film coefficients ) ( Film coefficients ) 详细计详细计算采用后两种方法算采用后两种方法算采用后两种方法算采用后两种方法HeatX 详细计算 (3)膜系数法根据换热器的几何结构和流动情况分别计算热流体侧和冷流体侧的传热膜系数(Film coefficients)，根据管壁材料和厚度计算传导热阻，再结合给定的污垢热阻因子(Fouling factor)计算出总传热系数U。HeatX U-膜系数法HeatX U-膜系数法 (4)HeatX几何结构详细计算时需输入换热器的几何结构参数。从数据浏览器左侧的目录树中选择几何(Geometry)项目，然后在右侧的壳程(Shell)、管程(Tubes)、管翅(Tube fins)、挡板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表单中输入相应的数据。HeatX几何结构（2 2）HeatX壳程参数壳程壳程(Shell)表表单中包含以下参数：中包含以下参数：壳程类型 TEMA shell type管程数 No. of tube passes换热器方位 Exchanger orientation密封条数 Number of sealing strip pairs管程流向 Direction of tubeside flow壳内径 Inside shell diameter壳/管束间隙 Shell to bundle clearanceHeatX管程参数（2） HeatX壳程类型壳程类型包含六种结构供选用：HeatX壳程类型（2） HeatX其它壳程参数HeatX管程参数管程管程(Tubes)表表单中包含以下参数：中包含以下参数：选择管管类型型 Select tube type 裸管裸管 Bare tube 翅片管翅片管 Finned tube管程布置管程布置 Tube layout 总管数管数 Total number 管管长 Length 排列模式排列模式 Pattern 中心距中心距 Pitch 材料材料 Material 导热系数系数 ConductivityHeatX管程参数（2 2）HeatX管程参数（3 3） 管管程程参参数数还有有管管尺尺寸寸(Tube size)，可用两种方式可用两种方式输入：入：实际尺寸尺寸 Actual内径内径 Inner diameter外径外径 Outer diameter 厚度厚度 Tube thickness 三三选二二公称尺寸公称尺寸 Nominal 直径直径 Diameter BWG规格格 Birmingham wire gaugeHeatX管程参数（4 4）HeatX 列管排列模式 HeatX管翅结构 对于于翅翅片片管管，还需需从从管管翅翅(Tube fins)表表单中中输入以下参数：入以下参数：翅片高度翅片高度 Fin height 翅片高度翅片高度 / 翅片根部平均直径翅片根部平均直径Fin height /Fin root mean diameter翅片翅片间距距 Fin spacing:每每单位位长度的翅片数度的翅片数 / 翅片厚度翅片厚度Number of fins per unit length /Fin thicknessHeatX管翅结构 (2)(2)HeatX管翅结构 (3)(3)HeatX挡板结构有两种有两种挡板板结构可供构可供选用：用： 1、圆缺缺挡板板 Segmental baffle 2、棍式、棍式挡板板 Rod baffle从从挡板板(Baffles)表表单中中进行行选择并并输入有关参数。入有关参数。HeatX圆缺挡板Segmental BaffleSegmental BaffleHeatX圆缺挡板（2 2）圆缺缺挡板需板需输入以下参数：入以下参数：所有壳程中的所有壳程中的挡板板总数数 No. of baffles, all passesNo. of baffles, all passes挡板切割分率板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter)Baffle cut (fraction of shell diameter)管板到第一管板到第一挡板的板的间距距 Tubesheet to 1Tubesheet to 1st st baffle spacing baffle spacing挡板板间距距 Baffle to baffle spacingBaffle to baffle spacing壳壁壳壁/挡板板间隙隙 Shell-baffle clearanceShell-baffle clearance管壁管壁/挡板板间隙隙 Tube-baffle clearanceTube-baffle clearanceHeatX圆缺挡板（3 3）HeatX棍式挡板Rod BaffleRod BaffleHeatX棍式挡板（2） 棍式棍式挡板需板需输入以下参数：入以下参数：所有壳程中的所有壳程中的挡板板总数数 No. of baffles, all passesNo. of baffles, all passes圆环内径内径 Inside diameter of ringInside diameter of ring圆环外径外径 Outside diameter of ringOutside diameter of ring支撑棍直径支撑棍直径 Support rod diameterSupport rod diameter每每块挡板的支撑棍板的支撑棍总长 Total length of support rods Total length of support rods per baffle per baffleHeatX棍式挡板（3） HeatX管嘴 管管嘴嘴即即换热器器的的物物料料进出出接接口口，需需从从Nozzle表表单中中输入以下参数：入以下参数：输入壳程管嘴直径入壳程管嘴直径 Enter shell side nozzle diametersEnter shell side nozzle diameters 进口管嘴直径口管嘴直径 Inet nozzle diameterInet nozzle diameter 出口管嘴直径出口管嘴直径 Outlet nozzle diameterOutlet nozzle diameter输入管程管嘴直径入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diametersEnter tube side nozzle diameters 进口管嘴直径口管嘴直径 Inlet nozzle diameterInlet nozzle diameter 出口管嘴直径出口管嘴直径 Outlet nozzle diameterOutlet nozzle diameterHeatX管嘴（2） HeatX结果查看 HeatX最最重重要要的的是是热参参数数结果果(Thermal results)，其下包括五，其下包括五张表表单： 概况概况 Summary 衡算衡算 Balance 换热器器详情情 Exchanger details 压降降/速度速度 Pre drop/velocities 分区分区 ZonesHeatX 概况概概况况表表单给出出了了冷冷、热物物流流的的进、出出口口温温度度、压力力、蒸蒸汽汽分分率率(Vapor fraction)，以以及及换热器器的的热负荷荷(Heat duty)。HeatX 概况 (2)(2)HeatX换热器详情换热器器详情情表表单给出出了了需需要要的的换热器器面面积(Required exchanger area) 、实际的的换热器器面面积(Actual exchanger area) 、清清洁(Clean)和和结垢垢(Dirty)条条件件下下的的平平均均传热系系数数(Avg. heat transfer coefficient)、校校正正后后的的对数数平平均均温温差差(LMTD corrected) 、热效效率率 (Thermal effectiveness)和和 传 热 单 元元 数数(Number of transfer units)等有用的信息。等有用的信息。HeatX换热器详情（2 2）HeatX压降/速度压 降降 /速速 度度 表表 单 给 出出 了了 流流 道道 压 降降(Exchanger Pressure drop)、管管嘴嘴压降降和和总压降降；壳壳程程错流流(Crossflow)和和挡板板窗窗口口(Windows)处 的的 最最 大大 流流 速速 及及 雷雷 诺 数数(Reynolds No.)；管管程程的的最最大大流流速速及及雷雷诺数数等等有有用用的的信信息息，我我们可可以以根根据据这些些信信息息调整整管管程程数数，挡板板数数目目和和切切割割分分率率，以以及及管管嘴尺寸。嘴尺寸。HeatX压降/速度（2 2）HeatX 分区分分区区表表单给出出了了换热器器内内根根据据冷冷、热流流体体相相态对传热面面积分分区区计算算的的情情况况，包包括括各各区区域域的的热流流体体温温度度、冷冷流流体体温温度度、对数数平平均均温温差差、传热系系数数、热负荷荷和和传热面面积信信息息。我我们可可根根据据此此信信息息分分析析换热方方案案是否合理以及改是否合理以及改进设计方案的方向。方案的方向。HeatX 分区（2 2） 用用1200 kg/hr饱和水蒸汽和水蒸汽 (0.3 MPa)加加热2000 kg/hr 甲醇甲醇 (20 、0.3 MPa)。离开离开换热器的蒸汽冷凝水器的蒸汽冷凝水压力力为0.28 MPa、过冷度冷度为2 。换热器器传热系系数根据相数根据相态选择。求甲醇出口温度、。求甲醇出口温度、相相态、需要的、需要的换热面面积。HeatX 应用示例 (1)对上例上例选用下述用下述换热器器进行行详细核算：核算：外壳直径：外壳直径：325 mm ， 公称面公称面积：10 m2，管管长：3 m ，管径：，管径： 19 2 mm ，管数：，管数：76 ，排列方式：正三角，管程数：排列方式：正三角，管程数：2 ，壳程数：，壳程数：1，折流板折流板间距：距：150 mm ，折流板缺口高度：折流板缺口高度：79 mmHeatX 应用示例 (2) 化工CAD基础 第四第四讲Simulation Design of Simulation Design of Separation Processes Separation Processes 分离分离单单元的仿真元的仿真设计设计( (一一一一) )分离过程模型的分类Aspen Plus 中的分离中的分离过程程模型包含两大模型包含两大类别：简单分离分离单元模型元模型 Separators塔塔设备单元模型元模型 Columns简单分离单元模型简单分离分离单元模型包含五个模元模型包含五个模块：两相两相闪蒸器蒸器 Flash2三相三相闪蒸器蒸器 Flash3倾析器析器 Decanter组份分离器份分离器 Sep两出口两出口组份份分离器分离器 Sep2简单分离单元模型（2 2）Flash2 两相闪蒸器Flash2 模模块执行行给定定热力学条件下的汽力学条件下的汽-液平衡或汽液平衡或汽-液液-液平衡液平衡计算，算，输出一股汽出一股汽相和一股液相相和一股液相产物。用于模物。用于模拟闪蒸器、蒸蒸器、蒸发器、气液分离器器、气液分离器等等。Flash2 两相闪蒸器（2）Flash2 连接Flash2 模块的连接图如下： Flash2 模型参数Flash2 模块的模型参数有 3 组： 1、闪蒸蒸设定定 (Flash Flash SpecificationsSpecifications) ) ) )（1 1）温度温度（TemperatureTemperature) ) ) )（2 2） 压力力 （PressurePressure) ) ) )（3 3） 蒸气分率蒸气分率（Vapor FractionVapor Fraction) ) ) )（4 4） 热负荷荷（Heat DutyHeat Duty) ) ) )从以上从以上从以上从以上 4 4 个参数中个参数中个参数中个参数中选选定定定定 2 2 个。个。个。个。Flash2 模型参数 （2）2、有效相有效相态 (Valid PhaseValid Phase) ) ) )（1 1） 汽汽- -液相液相（Vapor-LiquidVapor-Liquid) ) ) )（2 2）汽）汽- -液液- -液相液相（Vapor-Liquid-LiquidVapor-Liquid-Liquid) ) ) )（3 3）汽）汽- -液液- -游离水相游离水相（Vapor-Liquid-Free Vapor-Liquid-Free WaterWater) ) ) )从以上从以上从以上从以上 3 3个参数中个参数中个参数中个参数中选选定定定定 1 1 个。个。个。个。Flash2 模型参数 （3 3）Flash2 模块的模型参数有 3 组： Flash2 模型参数 （4 4）Flash2 模型参数 （5 5）Flash2 模块的模型参数有 3 组： 3、液沫液沫夹带( Liquid Entrainment in Vapor ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)Stream)液相被液相被带入汽相中的分率入汽相中的分率。Flash2 模型参数 （6 6）Flash2 应用示例（1） 流流量量为 1000 kg/hr、压力力为 0.11 MPa、含含乙乙醇醇 70 %w、水水30 %w的的饱和和蒸蒸汽汽在在蒸蒸汽汽冷冷凝凝器器中中部部分分冷冷凝凝，冷冷凝凝物物流流的的汽汽/液液比比（摩摩尔）=1/3。求求离离开开冷冷凝凝器器的的汽汽、液液两两相相的的温温度度和和组成。成。Flash2 应用示例（2） 流流量量为 1000 kg/hr、压力力为 0.5 MPa 温温度度为 120、含含乙乙醇醇 70 %w、水水 30 %w的的物物料料绝热闪蒸蒸到到 0.15 MPa。求求离离开开闪蒸蒸器器的的汽汽、液液两两相相的的温度、流量和温度、流量和组成。成。Flash2 应用示例（3） 流流量量为 1000 kg/hr、压力力为 0.2 MPa 温温度度为20 、含含丙丙酮 30%w、水水 70%w的的物物料料进行行部部分分蒸蒸发回回收收丙丙酮，求求丙丙酮回回收收率率为90%时的的蒸蒸发器器温温度度和和热负荷荷以以及及汽汽、液液两两相相的的流流量量和和组成。成。灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity 在在进行行过程程设计和和分分析析时，常常常常需需要要了了解解某某些些过程程变量量受受其其它它过程程变量量影影响响的的敏敏感感程程度度，ASPTEN Plus为此此提提供供了了一一个个非非常常有有用用的的分分析析工工具具：模模型型分分析析工工具具(Model Analysis Tools)下的灵敏度下的灵敏度(Sensitivity)对象。象。灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (2)灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (3)创建灵敏度建灵敏度对象象时，按以下步，按以下步骤操作：操作： 1、从从数数据据浏览器器右右侧的的对象象管管理理器器(Object Manager)中中 点点 击 新新 建建(New)按按钮； 2、在在弹出出对话框框中中为新新对象象指指定定一一个个辨辨识号号(ID)；灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (4)步步步步骤骤1 1和步和步和步和步骤骤2 2：灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (5)3、在在定定义(Define)表表单中中点点击新新建建(New) 按按钮，创建建灵灵敏敏度度对象象所所需需的的变量；量；4、在在弹出出对话框框中中输入入新新变量量的的变量量名名(Variable name)；灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (6)步步步步骤骤3 3和步和步和步和步骤骤4 4：灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (7)5、在在变量量定定义(Variable Definition)对话框框中中的的下下拉拉式式选择框框中中选择变量量的的类别(Category)、类型型(Type)、流流股股(Stream)或或模模块(Block)代代号号，并并指指定具体定具体变量量(Variable)。灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (8)步步步步骤骤5 5：灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (9)可以定可以定可以定可以定义义多个分析所需的多个分析所需的多个分析所需的多个分析所需的变变量，如下量，如下量，如下量，如下图图所示：所示：所示：所示：灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (10)步步骤6：在在变化化(Vary)表表单中中输入入调节变量量(Manupulated variable)的的类 型型 、 名名 称称 和和 具具 体体 变 量量(variable),并并指指定定体体调节上上、下下限限(Upper/Lower limits) 和和增增量量(Incr)。灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (11)步步步步骤骤6 6：灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (12)步步骤7：在在列列表表(Tabulate)表表单中中输入入需需要要进行行灵灵敏敏度度分分析析的的列列表表变量量(Tabulated variable)或或组合合变量量的的表表达达式式(Expression) ，以以及及列列表表时的的列列序序号号(Column No.)。灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (13)步步步步骤骤7 7：灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (14)步步骤8：结果果查看看 从从左左侧索索引引栏中中选择灵灵敏敏度度对象象下下的的结 果果 (Results)项 目目 ， 右右 侧 的的 汇 总(Summary)表表单中中按按照照指指定定的的列列序序号号列列表表给出出调节变量和列表量和列表变量的量的对应值。灵敏度分析灵敏度分析Sensitivity (15)步步步步骤骤8 8：变量关系图Plot 在在查看看和和分分析析灵灵敏敏度度分分析析的的列列表表数数据据时，用用图形形描描述述的的函函数数关关系系曲曲线常常常常能能让我我们更更直直观和和全全面面地地了了解解过程程变量量间的的依依赖趋势，ASPTEN Plus为此此提提供供了了绘图(Plot)功功能能，可可以以将将列列表表数数据据中中的的任任意意两两列列绘制制成成XY曲曲线图。变量关系图Plot （2）步步骤1：选择横坐横坐标变量量 在在列列表表数数据据中中选中中一一列列，从从窗窗口口菜菜单Plot项的的下下拉拉框框里里选择X轴变量量(X-Axis Variable)；变量关系图Plot （3）变量关系图Plot （4）步步骤2：选择纵坐坐标变量量 再再选中中列列表表数数据据的的另另一一列列，从从窗窗口口菜菜单Plot项的的下下拉拉框框里里选择Y轴变量量(Y-Axis Variable)；变量关系图Plot （5）变量关系图Plot （6）步步骤3：绘制曲制曲线 然然后后点点击窗窗口口菜菜单Plot项的的下下拉拉框框里里的的显示示绘图(Display Plot), 即可得到曲即可得到曲线图。变量关系图Plot （7）变量关系图Plot （8）Flash2 应用示例（4）流流量量为 1000 kg/hr、压力力为 0.2 MPa 温温度度为 20、含含丙丙酮 30%w、水水 70 %w的的物物料料进行行部部分分蒸蒸发回回收收丙丙酮，蒸蒸发器器热负荷荷为 250 kW。分分析析液液沫沫夹带对汽汽相相丙丙酮分分率率和和丙丙酮回回收收率率的的影响。影响。Flash3 三相三相闪蒸器蒸器 Flash3 模模块执行行给定定热力力学学条条件件下下的的汽汽-液液-液液平平衡衡计算算，输出出一一股股汽汽相相和和两两股股液液相相产物物。用用于于模模拟闪蒸蒸器器、蒸蒸发器器、液液-液液分分离离器器、汽汽-液液-液液分离器等分离器等。Flash3 三相三相闪蒸器蒸器 （2 2）Flash3 连接Flash3 的连接图如下： Flash3 模型参数Flash3 的模型参数有 3 组：1、闪蒸蒸设定定 (Flash Flash SpecificationsSpecifications) ) ) )（1 1）温度温度（TemperatureTemperature) ) ) )（2 2） 压力力 （PressurePressure) ) ) )（3 3） 蒸汽分率蒸汽分率（Vapor FractionVapor Fraction) ) ) )（4 4） 热负荷荷（Heat DutyHeat Duty) ) ) )从以上从以上从以上从以上 4 4 个参数中个参数中个参数中个参数中选选定定定定 2 2 个。个。个。个。Flash3 模型参数（2）Flash3 模型参数（3）Flash3 的模型参数有 3 组： 2、关关键组份份 (Key Component) )指定关指定关键组份后，含关份后，含关键组份摩份摩尔分率大的液相作分率大的液相作为第二液第二液相。相。如未指定关如未指定关键组份，份，则密密度大的液相作度大的液相作为第二液相。第二液相。Flash3 模型参数（4）3、液沫液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)( Liquid Entrainment in Vapor Stream)分分别设定两个液相被定两个液相被夹带入入汽相中的分率。汽相中的分率。Flash3 模型参数（5）Flash3 的模型参数有 3 组： Flash3 模型参数（6）Flash3 应用示例（1）流量流量为 1000 kg/hr、压力力为 0.11 MPa、含乙醇含乙醇 30 %w、正己、正己烷 30%w、水、水 40 %w的的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽物流的汽/液比（摩液比（摩尔）=1/9。求离开冷凝。求离开冷凝器的汽、液、液三相的温度、器的汽、液、液三相的温度、质量流量和量流量和组成。成。Flash3 应用示例（2） F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=100 含含乙乙醇醇 70 %w、水水 30 %w的的物物流流与与F= 500 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=70 含含正正己己烷 60%w、乙乙醇醇 40 %w的的物物流流在在闪蒸蒸器器中中混混合合并并绝热闪蒸蒸到到P= 0.11 MPa，求求离离开开闪蒸蒸器器的的汽汽、液液、液液三三相相的的温温度度、质量量流流量量和和组成。成。Flash3 应用示例（3）在示例在示例（2）中分中分别设置置乙醇和己乙醇和己烷为关关键组份，份，观察察输出出结果有什么果有什么变化。化。Decanter 倾析器Decanter 模模块执行行给定定热力力学学条条件件下下的的液液-液液平平衡衡或或液液-游游离离水水平平衡衡计算算，输出出两两股股液液相相产物物。用用于于模模拟液液-液液分离器、水分离器、水倾析器等析器等。Decanter倾析器（2 2）Decanter 连接Decanter 模块的连接图如下： Decanter 模型参数Decanter 模块的模型参数有 3 组： 1、倾析析设定定 (Decanter Decanter SpecificationsSpecifications) ) ) )（1 1）压力力 （PressurePressure) ) ) )（2 2） 温度温度/ /热负荷荷（Temperature/Heat Duty Temperature/Heat Duty )Decanter 模型参数（2 2）2、关关键组份份 (Key ComponentKey Component) ) ) ) 指指定定关关键组份份后后，含含关关键组份份摩摩尔分率大的液相作分率大的液相作为第二液相。第二液相。 如如未未指指定定关关键组份份，则密密度度大大的液相作的液相作为第二液相。第二液相。Decanter 模型参数（3 3）Decanter 模块的模型参数有 3 组： Decanter 模型参数（4 4）Decanter 模型参数（5 5）Decanter 模块的模型参数有 3 组： 3、组份分离效率份分离效率( Separation Efficiencies)( Separation Efficiencies)分分别设定每个定每个组份在两相中份在两相中的分离效率（代表了相的分离效率（代表了相组成偏离平成偏离平衡衡组成的程度）。成的程度）。Decanter 应用示例(1)用用水水（P= 0.2 MPa、T=20 ）从从含含乙乙醇醇 40 %w、正正己己烷 60%w的的混混合合液液（F= 500 kg/hr、P= 0.2 MPa、T=20 ）中中萃萃取取乙乙醇醇，要要求求乙乙醇醇的的萃萃取取率率达达到到97%，求求需要的水流量和萃取相和萃余相的需要的水流量和萃取相和萃余相的组成成。Decanter 应用示例(2)同示例同示例（1），求乙醇分离，求乙醇分离效率效率为0.9时需要的水流量和萃需要的水流量和萃取相取相组成。成。Sep 组份分离器 Sep 模模块可以接受多股可以接受多股输入物流，入物流，输出多股物流，并把出多股物流，并把输入混合物中的各个入混合物中的各个组份分份分别按照指定的比例分配到每一股按照指定的比例分配到每一股输出物流中去。出物流中去。Sep 组份分离器（2 2）Sep 连接Sep 模块的连接图如下： Sep 模型参数Sep 模块的模型参数有 3 组： 1、规定定 (Specifications)输出物流条件出物流条件设定，指定定，指定每个每个组份在各股份在各股输出物流中的分出物流中的分率或流量。率或流量。Sep 模型参数 （2 2）Sep 模型参数 （3 3）Sep 模块的模型参数有 3 组： 2、进料闪蒸 (Feed FlashFeed Flash) )指定指定输入物流混合后的入物流混合后的闪蒸蒸压力和有效相力和有效相态。Sep 模型参数 （4 4）3、出口闪蒸 (Outlet FlashOutlet Flash) ) ) )指定每一股指定每一股输出物流的出物流的闪蒸蒸压力、温度、气相分率和有效相力、温度、气相分率和有效相态。Sep 模型参数 （5 5）Sep 模块的模型参数有 3 组： Sep 模型参数 （6 6）Sep 应用示例（1） 把把把把F=500 F=500 kg/hrkg/hr、P= P= 0.15 0.15 MPaMPa、T=20 T=20 含含含含乙乙乙乙醇醇醇醇 30 30 %w%w、正正正正丙丙丙丙醇醇醇醇 20%w20%w、正正正正丁丁丁丁醇醇醇醇 10%w10%w、水水水水 40 40 %w%w的的的的物物物物流流流流分分分分成成成成四四四四股股股股输输出物流，各出物流，各出物流，各出物流，各组组份在份在份在份在输输出物流中的分配比例出物流中的分配比例出物流中的分配比例出物流中的分配比例为为： 乙醇乙醇乙醇乙醇 0.96 : 0.02 : 0.01 : 0.01 0.96 : 0.02 : 0.01 : 0.01 正丙醇正丙醇正丙醇正丙醇 0.01 : 0.95 : 0.02 : 0.02 0.01 : 0.95 : 0.02 : 0.02 正丁醇正丁醇正丁醇正丁醇 0.01 : 0.05 : 0.92 : 0.02 0.01 : 0.05 : 0.92 : 0.02 水水水水 0.01 : 0.02 : 0.03 : 0.94 0.01 : 0.02 : 0.03 : 0.94求求求求输输出物流出物流出物流出物流组组成。成。成。成。Sep2两出口组份分离器Sep2 模模块可可以以接接受受多多股股输入入物物流流，输出出两两股股物物流流，并并把把输入入混混合合物物中中的的各各个个组份份分分别按按照照指指定定的的比比例例或或浓度度分分配配到到输出物流中去。出物流中去。Sep2两出口组份分离器（2 2）Sep2两出口组份分离器（3 3）Sep2 模模块可可以以设定定分分配配给各各输出出物物流流的的流流量量(Flow)/流流量量分分率率(Split fraction)、各各个个组份份的的流流量量/流流量量分分率率、以以及及摩摩尔分分率率/质量量分分率率。可可自自由由设定定的的参参数个数由物料平衡自由度决定。数个数由物料平衡自由度决定。Sep2两出口组份分离器（4 4）Sep2 应用示例（1） 从从F= 500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T= 20 、含乙醇、含乙醇 60 %w、正丙醇、正丙醇 25%w、正丁、正丁醇醇 15 %w 的物流中回收乙醇，要求：的物流中回收乙醇，要求：1.乙乙醇醇浓度度达达到到 98%w、正正丁丁醇醇含含量量不不大大于于 1%w;2.乙醇回收率达到乙醇回收率达到 95%。求求输出物流的出物流的组成和流量。成和流量。Sep2 应用示例（2） 同示例（同示例（1），如果分离），如果分离过程是在精程是在精馏塔中塔中实现，塔，塔顶出料是出料是 0.11 MPa 的的饱和蒸汽，塔底出料是和蒸汽，塔底出料是 0.13 MPa 的的饱和液和液体，求体，求输出物流的温度和体出物流的温度和体积流量。流量。计算器 Calculator 在在进行行过程程设计和和分分析析时，有有时无无法法预先先确确定定某某些些过程程变量量的的设定定值，而而是是需需要要根根据据过程程运运行行的的中中间结果果按按一一定定的的函函数数关关系系式式计算算。ASPTEN Plus为此此提提供供了了一一个个在在线计算算工工具具： 流流程程选项(Flowsheeting Options)下下 的的 计 算算 器器(Calculator)对象。象。计算器 Calculator（2）创建建计算器算器对象象时，按以下步，按以下步骤操作：操作：1、从从数数据据浏览器器右右侧的的对象象管管理理器器(Object Manager)中中 点点 击 新新 建建(New)按按钮；2、在在弹出出对话框框中中为新新对象象指指定定一一个辨个辨识号号(ID)；计算器 Calculator（3）步步骤 1 和步和步骤 2 ：计算器 Calculator（4）3、在在定定义(Define)表表单中中点点击新新建建(New) 按按钮，创建建计算算器器对象象所所需的需的变量；量；4、在在弹出出对话框框中中输入入新新变量量的的变量量名名(Variable name)；计算器 Calculator（5）步步骤 3 和步和步骤 4 ：计算器 Calculator（6）5、在在变量量定定义(Variable Definition)对话框框中中的的下下拉拉式式选择框框中中选择变 量量 的的 类 别 (Category)、 类 型型(Type)、 流流 股股 (Stream)或或 模模 块(Block)代代号号，并并指指定定具具体体变量量(Variable)。计算器 Calculator（7）步步骤 5 ：计算器 Calculator（8）可以定可以定可以定可以定义义多个多个多个多个计计算所需的算所需的算所需的算所需的变变量，如下量，如下量，如下量，如下图图所示：所示：所示：所示：计算器 Calculator（9）步步步步骤骤6 6： 在在在在 计计 算算算算 ( (CalculateCalculate) )表表表表 单单 中中中中 的的的的 计计 算算算算 方方方方 法法法法( (Calculation Calculation methodmethod) )栏栏选选择择FortranFortran（推推推推荐荐荐荐使使使使用用用用）或或或或ExcelExcel； 在在在在 输输 入入入入 可可可可 执执 行行行行 FortranFortran语语 句句句句 ( (Enter Enter executable executable Fortran Fortran statementsstatements) )框框框框 中中中中 输输 入入入入 用用用用 于于于于 执执 行行行行 计计 算算算算 的的的的FortranFortran程序。程序。程序。程序。 Aspen Aspen Plus Plus 提提提提供供供供了了了了内内内内嵌嵌嵌嵌( (In-LineIn-Line) ) FortranFortran的的的的实实时时编编译译、连连接接接接和和和和运运运运行行行行。 In-Line In-Line FortranFortran的的的的编编程程程程语语法法法法、规则规则、内部函数可参、内部函数可参、内部函数可参、内部函数可参见见在在在在线线帮助。帮助。帮助。帮助。计算器 Calculator（10）计算器 Calculator（11）步步步步骤骤7 7： 在在在在序序序序列列列列( (SequenceSequence) )表表表表单单中中中中的的的的计计算算算算器器器器模模模模块块执执行行行行序序序序列列列列( (Calculator Calculator block block execution execution sequencesequence) )栏栏中中中中选选择择以以以以下下下下三三三三项项内内内内容容容容，从从从从而而而而设设定定定定在在在在模模模模拟拟计计算算算算过过程程程程中中中中执执行行行行计计算器程序的序列位置：算器程序的序列位置：算器程序的序列位置：算器程序的序列位置： 1 1、执执行行行行( (ExecuteExecute) )：首先：首先：首先：首先( (FirstFirst)/ )/最后最后最后最后( (LastLast)/ )/之前之前之前之前 ( (BeforeBefore)/ )/之后之后之后之后( (AfterAfter)/)/2 2、 模模模模 块块 类类 型型型型 ( (Block Block typetype): ): 单单 元元元元 操操操操 作作作作 ( (Unit Unit operationoperation)/ )/ 收收收收敛敛( (ConvergenceConvergence)/ )/ 3 3、模、模、模、模块块名字名字名字名字( (Block nameBlock name) )：计算器 Calculator（12）Sep2 应用示例（3） 采采采采用用用用膜膜膜膜分分分分离离离离装装装装置置置置制制制制取取取取富富富富氧氧氧氧空空空空气气气气。原原原原料料料料空空空空气气气气 T T = = 3030、 P P = = 1.013 1.013 barbar、F F = = 500 500 kmol/hrkmol/hr，经经压压缩缩机机机机加加加加压压到到到到 4.5 4.5 barbar后后后后进进入入入入膜膜膜膜分分分分离离离离组组件件件件，出出出出口口口口压压强强 1.1 1.1 barbar。已已已已知知知知膜膜膜膜分分分分离离离离组组件件件件的的的的性性性性能与能与能与能与进进、出口、出口、出口、出口压压差及差及差及差及进进口流量的关系由下式描述：口流量的关系由下式描述：口流量的关系由下式描述：口流量的关系由下式描述：求富氧空气的氧求富氧空气的氧求富氧空气的氧求富氧空气的氧浓浓度和体度和体度和体度和体积积流量，及其与流量，及其与流量，及其与流量，及其与进进口口口口压强压强的关系。的关系。的关系。的关系。Simulation Design ofSimulation Design of Separation Processes Separation Processes分离分离单单元的仿真元的仿真设计设计( (二二二二) ) 化工CAD基础 第五第五讲分离过程模型的分类Aspen Plus 中的分离中的分离过程模型包含两大程模型包含两大类别：简单分离单元模型塔设备单元模型塔设备单元模型 分类1.DSTWU2.Distl3.RadFrac4.Extract塔塔塔塔设备设备(Columns)(Columns)单单元共有元共有元共有元共有9 9种模种模种模种模块块：5.MultiFrac6.SCFrac7.PetroFrac8.RateFrac9.BatchFrac塔设备单元模型分类（2 2）DSTWU 简捷精馏（设计）DSTWU 模块用Winn-Underwood-Gilliland捷算法进行精馏塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板数和加料板位置。DSTWU 简捷精馏（2 2）DSTWU 连接DSTWU 模型的连接图如下：1、塔塔设定定 ( Column specifications)（1）塔板数）塔板数 ( Number of stages)（2）回流比 ( Reflux ratio) 0, 实际回流比；回流比； -1, 绝对值=实际回流比回流比/最小回流比最小回流比DSTWU 模型参数DSTWU模型有四模型有四组模型模型设定参数定参数：DSTWU 模型参数（2）2、关键组分回收率( Key component recoveries )（1）轻关键组分在馏出物中的回收率馏馏出物中的出物中的轻轻关关键组键组分分/ /进进料中的料中的轻轻关关键组键组分分（2）重关键组分在馏出物中的回收率馏馏出物中的重关出物中的重关键组键组分分/ /进进料中的重关料中的重关键组键组分分DSTWU 模型参数（3 3）DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU 模型参数（4 4）3、压力 ( Pressure)（1） 冷凝器 ( Condenser)（2） 再沸器 ( Reboiler)DSTWU 模型参数（5 5）DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU 模型参数（6 6）4、冷凝器设定( Condenser specifications)（1） 全凝器 ( Total condenser)（2） 带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate)（3） 带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)DSTWU 模型参数（7 7）DSTWU模型有四组模型设定参数：DSTWU 模型参数（8 8） 含乙苯 30%w、苯乙烯 70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30 C）用精馏塔（冷凝器0.18MPa,再沸器0.2MPa）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。求： Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 时的R、NT和NF 。DSTWU 应用示例 (1)1、生成回流比理论板数关系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages )2、计算等板高度 ( Calculate HETP )DSTWU 计算选项DSTWU模型有两个计算选项：DSTWU 计算选项（2 2） “ “生生成成回回流流比比理理论论板板数数关关系系表表” ”对对选选取取合合理理的的理理论论板板数数很很有有参参考考价价值值。在在实实际际回回流流比比对对理理论论板板数数栏栏目目中中输输入入我我们们想想分分析析的的理理论论板板数数的的最最小小值值( (Initial Initial number number of of stagesstages) )、最最大大值值( (Final Final number number of of stagesstages) )和和增增量量值值( (Increment Increment size size for for number number of of stagesstages) )。计计算算完完成成后后的的结结果果中中会会包包括括回回流流比比剖剖形形( (Reflux Reflux ratio ratio profileprofile), ), 据据此此可可以以绘绘制制回回流流比比理理论论板数曲板数曲线线。DSTWU 计算选项（3 3）DSTWU 计算选项（4 4）DSTWU 计算选项（5 5）合合理理的的理理论论板板数数应应在在曲曲线线斜斜率率绝绝对对值值较较小小的的区区域域内内选选择择。绘制示例（1）的NTR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。DSTWU 应用示例 (2)Distl 简捷精馏（操作） Distl 模块用 Edmister 方法计算给定精馏塔的操作结果。Distl 连接Distl 模块的连接图如下：Distl 模型参数在Specification表单中设定以下参数： 理论板数 Number of stages 加料板位置 Feed stage 回流比 Reflux ratio 馏出物/进料摩尔比 Distillate to feed mole 冷凝器类型 Condenser type 冷凝器压强 Condenser pressure 再沸器压强 Reboiler pressureDistl 模型参数（2）Distl 计算结果计算给出以下模块信息： 冷凝器热负荷 Condenser duty 再沸器热负荷 Reboiler duty 进料板温度 Feed stage temperature 塔顶温度 Top stage temperature 塔底温度 Bottom stage temperature 进料 q 值 Feed qualityDistl 计算结果（2 2） 含水30%w、甲醇70%w的混合物( F= 1000 kg/hr、P=0.12 MPa、T=20 C )用精馏塔 (塔压0.12MPa) 分离，采用全凝器，22块理论塔板，加料板在第15块，摩尔回流比0.56775，馏出物/加料摩尔比0.641。核算分离效果，再沸器功率。Distl 应用示例 (1)RadFrac 精密分离模块 RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。 RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备参数。RadFrac 精密分离模块（2 2）RadFrac 连接 RadFrac 模块的连接图如下：RadFrac模型设定RadFrac 模型具有以下设定表单： 1、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压强（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、再沸器（Reboiler） 6、三相（3-Phase）RadFrac 配置配置表单包含以下项目： 1、塔板数（Number of Stages） 2、冷凝器（Condenser） 3、再沸器（Reboiler） 4、有效相态（Valid Phase） 5、收敛方法 （Convergence) 6、操作操作设定定 （Operation Specifications)RadFrac 配置（2 2）RadFrac 配置（冷凝器）冷凝器配置从四个选项中选择一种： 1、全凝器（Total） 2、部分冷凝-汽相馏出物 （Partial-Vapor） 3、部分冷凝-汽相和液相馏出物 （Partial-Vapor-Liquid） 4、无冷凝器 (None)RadFrac配置（冷凝器）（2 2）RadFrac 配置（再沸器）再沸器配置从三个选项中选择一种： 1、釜式再沸器（Kettle） 2、热虹吸式再沸器（Thermosyphon） 3、无再沸器 (None)RadFrac配置（再沸器）（2 2）RadFrac 配置（有效相态）有效相态从四个选项中选择一种： 1、汽-液（Vapor-Liquid） 2、汽-液-液（Vapor-Liquid -Liquid ） 3、汽-液- 冷凝器游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor） 4、汽-液- 任意塔板游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）RadFrac配置(有效相态)（2 2）RadFrac配置（收敛方法）收收敛方法从六个方法从六个选项中中选择一种：一种： 1、标准方法（Standard） 2、石油/宽沸程（Petroleum/Wide-Boiling） 3、强非理想液相（Strongly Non-ideal LiquidStrongly Non-ideal Liquid） 4、共沸体系（Azeotropic） 5、深度冷冻体系（Cryogenic） 6、用户定义（Custom）RadFrac配置(收敛方法) (2)(2)RadFrac 配置（操作设定）1、回流比（Reflux Ratio）2、回流速率（Reflux Rate）3、馏出物速率（Distillate Rate)4、塔底物速率（Bottoms Rate)5、上升蒸汽速率（Boilup Rate)操作设定从十个选项中选择：6、上升蒸汽比（Boilup Ratio)7、上升蒸汽/进料比（Boilup to Feed Ratio)8、馏出物/进料比（Distillate to Feed Ratio)9、冷凝器热负荷（Condenser Duty)10、再沸器热负荷（Reboiler Duty)RadFrac配置(操作设定) (2)(2)操作设定从十个选项中选择：RadFrac配置(操作设定) (3)(3)RadFrac 流股1、进料流股（Feed Streams） 指定每一股进料的加料板位置。2、产品流股（Product Streams） 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。在流股表单中设置以下参数：RadFrac流股（2 2）RadFrac 压强从三种方式（View）中选择一种 1、塔顶/塔底（Top/Bottom） 指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。 2、压力剖型（Pressure Profile） 指定每一块塔板压力。 3、塔段压降（Section Pressure Drop） 指定每一塔段的压降。在压强表单中设置以下参数：RadFrac压强（2 2）RadFrac 冷凝器冷凝器设定有两组参数：1、冷凝器指标（Condenser Specification） 仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率（Vapor Fraction）两个参数之一。RadFrac 冷凝器（2）2、过冷态（SubcoolingSubcooling）1）过冷选项（Subcooling optionSubcooling option） 回流物和馏出物都过冷 (Both reflux and (Both reflux and liquid distillate are subcooled) liquid distillate are subcooled) /仅仅回流物过冷 (Only reflux is subcooled)(Only reflux is subcooled)2）过冷指标（Subcooling specificationSubcooling specification） 过冷液温度 (Subcooled temperature)(Subcooled temperature) /过冷度 (Degrees of subcooled)(Degrees of subcooled)RadFrac 冷凝器（3）冷凝器设定有两组参数：RadFrac 冷凝器（4）RadFrac 再沸器如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置：1、指定再沸器流量 （Specify reboiler flow rate）2、指定再沸器出口条件 （ Specify reboiler outlet condition）3、同时指定流量和出口条件 （Specify both flow and outlet condition ）RadFrac 再沸器RadFrac 的计算结果从三部分查看：1、结果简汇（Results summary）2、分布剖形（Profiles）3、流股结果（Stream results）RadFrac 结果查看结果简汇给出塔顶（冷凝器）和塔底（再沸器）的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。RadFrac 结果简汇RadFrac 结果简汇（2） 分布剖形给出塔内各塔板上的温度、压力、热负荷、相平衡参数，以及每一相态的流量、组成和物性。据此可确定最佳加料板和侧线出料板位置。RadFrac 分布剖形RadFrac 分布剖形（2）RadFrac 分布剖形（3） 根据DSTWU示例（2）的结果，选取 R=20、NT=72、NF =42 ，用RadFrac 模块进行精确计算。再根据浓度分布剖形结果选取最佳进料板位置，重新进行校核计算。 RadFrac 应用示例 (1)RadFrac 设计规定RadFrac 模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定。可以设置多个设计规定对象和多个变化对象，但要注意两者间的依赖关系和自由度必须吻合，否则不能收敛。RadFrac 设计规定(2)(2)RadFrac 设计规定对象 设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标 1、规定 (Specification) 2、组分 (Components) 3、进料/产物流股 (Feed/Product Streams) RadFrac设计规定对象(2)(2)RadFrac设计规定对象(3)(3)在在规定表定表单中中输入以下指入以下指标 1、类型型 (Type) 有有36种种变量量类型共型共选用用 2、目、目标 (Target) 设定定规定定变量的目量的目标值 3、流股、流股类型型 (Stream type) 产物物(Product)/内部内部(Internal)/倾析析 器器(Decanter)RadFrac设计规定对象(4)(4)RadFrac设计规定对象(5)(5) 在在组分分表表单中中输入入定定义目目标值的的组分分 (Components)（分分子子）和和基基准准组分分 (Base Components)（分分母母）。从从左左侧可可用用组分分 (Available components)框框中中选择需需用用组分分到到右右侧的的选用用组分分 (Selected Components) 框中框中.RadFrac设计规定对象(6)(6)RadFrac设计规定对象(7)(7) 在在进料料/产物物流流股股表表单中中选择定定义设计规定目定目标值的流股名称的流股名称.RadFrac设计规定对象(8)(8)RadFrac 变化对象 在在变化化对象的象的Specification表表单中中输入入调节变量及其量及其调节范范围的上、下限的上、下限值。 RadFrac 变化对象（2 2）RadFrac 应用示例 (2)如如将将示示例例（1）的的塔塔压调到到0.01 MPa，全全塔塔压降降0.005 MPa，试求求满足足分分离离要要求求所所需需的的回回流流比比和和馏出出物物流量。流量。 RadFrac 塔板效率RadFrac 模模块可可以以设定定实际塔塔板板的的板板效效率率(Efficiencies)。用用户可可选用用蒸蒸发效效率率(Vaporization Efficiencies) 或或墨墨弗弗里里效效率率(Murphree Efficiencies)，并并选择指指定定单块板板的的效效率率，单个个组分分的的效率，或者塔段的效率。效率，或者塔段的效率。RadFrac 塔板效率（2 2）RadFrac 塔板效率（3 3）RadFrac 蒸发效率Vaporization Efficiencies 定定义如下如下下下标 i 代表代表组分，分，j 代表塔板代表塔板编号。号。RadFrac 墨弗里效率Murphree Efficiencies定定义如下如下下下标 i 代表代表组分，分，j 代表塔板代表塔板编号。号。RadFrac 应用示例 (3)如如果果示示例例（2）中中的的精精馏段段的的墨墨弗弗里里效效率率为0.45，提提馏段段的的墨墨弗弗里里效效率率为0.55，试求求满足足分分离离要要求求所所需需的的塔塔板板数数、加加料料板板位位置置和和回回流比。流比。 RadFrac 报告选项 报告告（Report）中中有有一一项对塔塔板板设计非非常常重重要要，即即性性质选项（Property options）里里的的包包括括水水力力学学参参数数（Include hydraulic parameters）选项。另另外外剖剖形形选项（Profile options）里里包包括括哪哪些些塔塔板板（Stages to be included in report）也也很很有有用。用。RadFrac 报告选项（2 2）RadFrac 报告选项（3 3）RadFrac 报告选项（4 4）选 择 了了 包包 括括 水水 力力 学学 参参 数数（Include hydraulic parameters）选项后后，剖剖形形结果果中中将将给出出指指定定塔塔板板上上的的汽汽、液液两两相相的的体体积流流量量、密密度度、粘粘度度和和表表面面张力力等等塔塔板板设计所所需的参数。需的参数。RadFrac 报告选项（5 5）RadFrac 应用示例 (4)在在示示例例（3）的的基基础上上选定定性性质选项中中的的包包括括水水力力学学参参数数，计算后算后查看看结果。果。RadFrac 塔板设计 塔塔板板设计(Tray sizing)计算算给定定板板间距距下下的的塔塔径径。可可将将塔塔分分成成多多个个塔塔段段分分别设计合合适适的的塔塔板板。在在Specification表表单中中输入入该塔塔段段(Trayed section)的的起起始始塔塔板板(Starting stage)和和结束束塔塔板板(Ending stage)序序号号，塔塔板板类型型(Tray type)，塔塔板板流流型型程程数数(Number of passes)，以以及及板板间距距(Tray spacing)等几何等几何结构构(Geometry)参数。参数。RadFrac 塔板设计（2 2）RadFrac 塔板设计（2 2）塔板塔板类型提供了五种塔板供型提供了五种塔板供选用：用： 1、泡罩塔板、泡罩塔板（Bubble Cap） 2、筛板板（Sieve） 3、浮、浮阀塔板塔板（Glistch Ballast） 4、弹性浮性浮阀塔板塔板（Koch Flexitray） 5、条形浮、条形浮阀塔板塔板（Nutter Float Valve)RadFrac 塔板设计（3 3）RadFrac 塔板设计（4 4） 结果果 (Results) 表表单中中给出出计算算得得到到的的塔塔内内径径 (Column diameter)、对应最最大大塔塔内内径径的的塔塔板板序序号号(Stage with maximum diameter)、降降液液管管截截面面积/塔塔截截面面积 (Downcomer area / Column area)、 侧 降降 液液 管管 流流 速速 (Side downcomer velocity)、侧堰堰长 (Side weir length)。RadFrac 塔板设计（5 5）RadFrac 塔板设计（6 6） 剖剖形形 (Profiles) 表表单中中给出出每每一一块塔塔板板对应的的塔塔内内径径 (Diameter)、塔塔板板总面面积(Total area)、塔塔板板有有效效区区面面积 (Active area)、侧降降液液管管截截面面积 (Side downcomer area) 。RadFrac 塔板设计（7 7）RadFrac 塔板核算 塔塔板板核核算算（Tray rating）计算算给定定结构构参参数数的的塔塔板板的的负荷荷情情况况，可可供供选用用的的塔塔板板类型型与与“塔塔板板设计”中中相相同。同。 “塔塔板板设计”与与“塔塔板板核核算算”配配合合使使用用，可可以以完完成成塔塔板板选型型和和工工艺参参数数设计。RadFrac 塔板核算（2 2） “塔塔板板核核算算”的的输入入参参数数除除了了从从“塔塔板板设计” 带来来的的之之外外，还应补充充塔塔盘厚厚度度(Deck thickness)和和溢溢流流堰堰高高度度(Weir heights)，多多流流型型塔塔板板应对每一种塔每一种塔盘都都输入堰高。入堰高。RadFrac 塔板核算（3 3）RadFrac 塔板核算（4 4）在塔板布置在塔板布置(Layout)表表单中中输入：入：浮浮阀的的类型型(Valve type)、材材质(Material)、厚厚度度(Thickness)、有有效效区区浮浮阀数数目目(Number of valves to active area) ；筛孔孔直直径径(Hole diameter)和和开开孔孔率率(Sieve hole area to active area fraction)。RadFrac 塔板核算（5 5）RadFrac 塔板核算（6 6）RadFrac 塔板核算（7 7）在降液管在降液管(Downcomer)表表单中中输入：入：降液管底隙降液管底隙(Clearance)；顶部部宽度度(Width at top)；底部底部宽度度(Width at bottom)；直段高度直段高度(Straight height) 。RadFrac 塔板核算（8 8）RadFrac 塔板核算（9 9） 塔塔板板核核算算结果果在在结果果(Results)表表单中列出，有三个参数中列出，有三个参数应重点关注：重点关注：1、最大液泛因子、最大液泛因子(Maximum flooding factor) ，应该小于小于0.8 ；2、塔段、塔段压降降(Section pressure drop)；3、最大降液管液位、最大降液管液位/板板间距距(Maximum backup / Tray spacing)，应该在在 0.25 0.5之之间。RadFrac 塔板核算（1010）RadFrac 应用示例 (5)在在示示例例（4）的的基基础上上进行行塔塔板板设计和和塔塔板板核核算算，分分别选用用浮浮阀塔塔板板和和弹性性浮浮阀塔塔板板计算算后后对比比结果。果。RadFrac 填料设计 填填料料设计(Pack sizing)计算算选用用某某种种填填料料时的的塔塔内内径径。在在Specification表表单中中输入入填填料料类型型 (Type)、生生产厂厂商商(Vendor)、材材料料 (Material)、板板材材厚厚度度(Sheet thickness)、尺尺寸寸 (Size)、等等板板高高度度 (Height equivalent to a theoritical plate) 等参数。等参数。RadFrac 填料设计（2 2）RadFrac 填料设计（3 3） 填料填料类型共有型共有 40 种填料供种填料供选用，用，以下是以下是 5 种典型的散堆填料：种典型的散堆填料：1、拉西拉西环（RASCHIG）2、鲍尔环（PALL）3、阶梯梯环（CMR）4、矩鞍矩鞍环（INTX）5、超超级环（SUPER RING）RadFrac 填料设计（4 4） 填料填料类型共有型共有 40 种填料供种填料供选用，用，以下是以下是 5 种典型的种典型的规整填料：整填料：1、带孔孔板波填料板波填料（MELLAPAK）2、带孔孔网波填料网波填料（CY）3、带缝板波填料板波填料（RALU-PAK）4、陶瓷、陶瓷板波填料板波填料（KERAPAK）5、格格栅规整填料整填料（FLEXIGRID）RadFrac 填料设计（5 5）RadFrac 填料设计（6 6） 结果果 (Results) 表表单中中给出出计算算塔塔内内径径 (Column diameter)、最最大大负荷荷分分率率(Maximum fractional capacity)、最最大大负荷荷因因子子 (Maximum capacity fractor)、塔塔段段压降降 (Section pressure drop)、比比表表面面积 (Surface area) 等等参参数。数。RadFrac 填料核算 填填料料核核算算（Pack rating）计算算给定定结构构参参数数的的填填料料的的负荷荷情情况况，可可供供选用用的的填填料料类型型与与“填填料料设计”中中相相同。同。 “填填料料设计”与与“填填料料核核算算”配配合合使使用用，可可以以完完成成填填料料选型型和和工工艺参参数数设计。RadFrac 填料核算（2 2）RadFrac 应用示例 (6)在在示示例例（2）的的基基础上上进行行填填料料设计和和填填料料核核算算，分分别选用用MELLPAK和和RALU-PAK计 算算 后后对比比结果。果。RadFrac 吸收计算RadFrac 模模块用于吸收用于吸收计算算时， 1）在在Configuration表表单中将中将冷凝器冷凝器和再沸器和再沸器类型型选为 “None”； 2）在在Streams表表单中中将将塔塔底底气气体体进料料板板位位置置设为塔塔板板总数数加加 1 ，并并将将加加 料料 规 则 (Convention) 设 为 “Above-Stage”；RadFrac 吸收计算(2)(2)RadFrac 吸收计算(3)(3)RadFrac 吸收计算(4)(4)在收在收敛（Convergence）项目中将目中将1、基本、基本(Basic) 表表单里的算法里的算法(algorithm)设置置为“Standard”，并将最大迭代，并将最大迭代次数次数(maximum iterations)设置置为200;2、将将高高级 (Advance) 表表单里里的的第第一一栏吸吸收器收器 (Absorber) 设置置为“yes” 。RadFrac 吸收计算(5)(5)RadFrac 吸收计算(6)(6)摩摩尔组成成为CO2 ( 12%)、N2 ( 23%)和和H2 ( 65%)的的混混合合气气体体（F=1000kg/hr、P=2.9 MPa、T=20 C）用用甲甲醇醇（F= 60 t/hr、P=2.9MPa、T=-40 C）吸吸收收脱脱除除CO2。吸吸收收塔塔有有30块理理论板板，在在2.8 MPa 下下操操作作。求求出出塔塔气气体体中中的的CO2浓度。度。RadFrac 吸收示例 (1)在在吸吸收收示示例例（1）的的基基础上上求求使使出出塔塔气气体体中中的的CO2浓度度达达到到0.5%所需的吸收所需的吸收剂（甲醇甲醇）用量。用量。RadFrac 吸收示例 (2)在在吸吸收收示示例例（2）的的基基础上上求求使使出出塔塔气气体体中中的的CO2浓度度达达到到0.5%所所需需的的吸吸收收剂（甲甲醇醇）用用量量与理与理论板数的关系。板数的关系。RadFrac 吸收示例 (3)选用用10块理理论板，求使出塔气板，求使出塔气体中的体中的CO2浓度达到度达到0.5%所需的吸所需的吸收收剂（甲醇甲醇）用量以及采用典型塔用量以及采用典型塔板和填料板和填料时的塔径。的塔径。RadFrac 吸收示例 (4)RadFrac 脱吸计算脱吸是吸收的逆过程，脱吸计算与吸收计算的模型参数设置相同，只是物料初始组成不同。将吸收示例（将吸收示例（4）所得到的吸收富）所得到的吸收富液减液减压到到0.15 MPa进行行闪蒸，低蒸，低压液体液体再再进入脱吸塔在入脱吸塔在0.12 MPa下用氮气下用氮气进行行气提脱吸，要求出塔气提脱吸，要求出塔贫液中的液中的CO2浓度度达到达到0.1%。求合理的理。求合理的理论板数、所需板数、所需氮气流量、采用不同塔板和填料氮气流量、采用不同塔板和填料时的的脱吸塔尺寸、脱吸塔尺寸、压降和降和负荷情况。荷情况。RadFrac 脱吸示例（1）Extract 连续萃取塔 Extract 模块用逐级计算法精确计算连续逆流萃取过程的操作结果。Extract连续萃取塔（2）Extract 连接 Extract模模块的的连接接图如下：如下：1、塔塔设定定 (Specs)表表单 1) 塔板数塔板数 (Number of stages) 2) 热状状态选项 (Thermal options) (1) 绝热 (Adiabatic) (2) 指定温度剖形指定温度剖形 (Specify temperature) (3) 指定指定热负荷剖形荷剖形 (Specify heat duty )Extract 模型参数Extract 模模块有四有四组基本模型参数基本模型参数：Extract 模型参数（2）2、关关键组分分( Key components)表表单 (1) 第一液相第一液相( 1st liquid phase) 即比重即比重较大的液相，从塔底出料。大的液相，从塔底出料。 (2) 第二液相第二液相( 2nd liquid phase) 即比重即比重较小的液相，从塔小的液相，从塔顶出料。出料。Extract 模型参数（3 3）Extract 模型参数（4 4）Extract 模型参数（5 5）3、物流物流 ( Streams )表表单 塔塔顶和和塔塔底底必必须各各有有一一股股进料料和和出出料料物物流流。如如果果还有有侧线物物流流，则在在此此表表单中中设置置侧线进料料物物流流的的加加料料板板位位置和置和侧线出料物流的出料板位置和流量。出料物流的出料板位置和流量。Extract 模型参数（6 6）Extract 模型参数（7 7）4、压强 ( Pressure )表表单 设置置塔塔内内的的压强剖剖形形。至至少少指指定定一一块板板的的压强。未未指指定定板板的的压强通通过内插或外推决定。内插或外推决定。Extract 模型参数（8 8）Extract 级效率1、选项 ( Options )表表单 选择使使用用通通用用级效效率率(Specify stage efficiencies)还是是为每每一一个个组分分分分别指指定定 级 效效 率率 (Specify efficiencies for individual components)。 Extract模模块采用采用级效率来效率来处理两液理两液相相组成未达到平衡的真成未达到平衡的真实过程，缺省的程，缺省的级效率效率为 1（平衡平衡级）。Extract 级效率（2 2）Extract 级效率（3 3）2、级 ( Stages )表表单 输入每一入每一块板上的通用板效率。板上的通用板效率。 3、组分分( Components )表表单 输入入每每一一个个组分分在在每每一一块板板上上的的组分分板效率。板效率。Extract 级效率（4 4）Extract 物性方法1、选项 ( Options )表表单首先首先选择下列三下列三类方法之一：方法之一：1）用）用给定的物性方法（活度系数法或定的物性方法（活度系数法或 状状态方程法）；方程法）；2）KLL温度关温度关联式；式；3）用用户子程序。子程序。 Extract模模块提供三提供三类方法求取液方法求取液液平衡分配系数。液平衡分配系数。Extract 物性方法（2 2）Extract 物性方法（3 3）2、 KLL关关联式式 ( KLL correlation )表表单如果选择KLL温度关温度关联式方法，式方法，则在在此此输入各关入各关联式中的系数。式中的系数。Extract 物性方法（4 4） 用用甲甲基基异异丁丁基基甲甲酮(CH3COC4H9)从从含含丙丙酮45%w 的的水水溶溶液液中中萃萃取取回回收收丙丙酮，处理理量量 500 kg/hr。采采用用逆逆流流连续萃萃取取塔塔，在在 0.12 MPa下下操操作作。求求萃萃取取塔塔理理论板板数数和和萃萃取取剂用用量量对萃萃余余相相中中丙丙酮浓度的影响。度的影响。Extract 萃取示例 (1)