ASPEN 学习笔记10 :简单单元操作

ASPEN 学习笔记10 :简单单元操作

对于单元操作来讲,首先要真正明白这个热力学过程,知道输入和输出是什么,在没有ASPEN的时候能够了解手工计算过程,而ASPEN仅仅是帮助我们省去计算过程。

简单单元汇总

模块 说明 功能 适用对象
Mixer 混合器 把多股流股混合成一股流股 混合三通、流股混合操作、增加热流或增加功流的操作。
FSplit 分流器 把一股或多股流股混合后分成多股流股,可以分物流,热流,功流 分流器、排气阀,Bleed Valve
SSplit 子物流分流器 混合物料流并把结果物料流分成两股或多股物流,要模拟出口物流中每个子物流不同的分流器
Mult 倍增器 将流股按照比例放大或者缩小
Dupl 复制器 将入口流股复制为任意数量的出口流股
Flash2 两出口闪蒸器 用严格汽 – 液平衡或汽 – 液 – 液平衡,把进料分成两股出口物流 闪蒸器、蒸发器、分液罐、单级分离器
Flash3 三出口闪蒸器 用严格汽 – 液 – 液平衡,把进料分成三股出口物流 分相器、有两个液相出口的单级分离器
Decanter 液 – 液分相器 把进料分成两股液相出口物流 分相器、有两个液相而无气相出口的单级分离器
Sep 组分分离器 根据规定的组分流量或分数,把入口物流分成多股出口物流 组分分离操作,例如蒸馏和吸收,当详细的分离过程不知道或不重要时
Sep2 两出口组分分离器 根据规定的流量、分数或纯度,把入口物流分成两股出口物流 组分分离操作,例如蒸馏和吸收,当详细的分离过程不知道或不重要时

混合器

混合器入口和分流器出口可以有很多股物流,但混合器的出口一般只有一股物流,或者还有析出的水,不过分流器的入口其实可以有多股物流,不过应用场景不多。

分流器

查看手册说明 FSplist 和 SSplist

FSplit 的入口和出口可以为同类型的物料,热流,或者功流 而SSplit仅仅接受物流,两者入口物流数量均为多种

两者的出口流的组成和状态都与进口的状态一致,如果需要组成和物性不一致的话,需要使用Sep单元操作。

对于FSplit ,对于出口物流,除去一个出口物流之外,必须给定下列规定之一的数据

  • 混合后的入口物流的分率
  • 摩尔流率
  • 质量流率
  • 标准液体体积流率
  • 实际体积流率
  • 在所有其它规定已满足后 剩余的分率

而对于SSplit ,对于每个子物流,给出下列规定之一

  • 入口物流的分率
  • 摩尔流率 当子物流时NC类型时不能使用
  • 质量流率
  • 标准液体体积流率 ,当子物流是CISOLID类型时不能使用,当子物流时NC类型时不能使用

FSplit combines streams of the same type (material, heat, or work streams) and divides the resulting stream into two or more streams of the same type. All outlet streams have the same composition and conditions as the mixed inlet. Select the Heat (Q) and Work (W) FSplit icons from the Model Palette for heat and work streams respectively. Use FSplit to model flow splitters, such as bleed valves.

FSplit cannot split a stream into different types. For example, FSplit cannot split a material stream into a heat stream and a material stream.

To model a splitter where the amount of each substream sent to each outlet can differ, use an SSplit block. To model a splitter where the composition and properties of the output streams can differ, use a [Sep] block or a[Sep2] block.

SSplit combines material streams and divides the resulting stream into two or more streams. Use SSplit to model a splitter where the split of each substream among the outlet streams can differ.

Substreams in the outlet streams have the same composition, temperature, and pressure as the corresponding substreams in the mixed inlet stream. Only the substream flow rates differ.

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闪蒸

都先了解下闪蒸的定义,通常我们称其为平衡蒸馏,通常是将混合物通过加热-冷凝或者其他操作使得其在操作压力下形成气液混相区,通过节流后进入闪蒸罐,进而使得气液两相分开。这时气液两相平衡,所以称之为平衡蒸馏。平衡蒸馏是一种连续操作的过程。

一般约束闪蒸的考量点可以用方程组来约束

  • 物流平衡方程

  • 相平衡方程

  • 热量平衡方程

  • 组成约束方程

  • 等温-等压等方程

    在ASPEN中只要在Block中给出相应的参数即可,一般为,温度,压力,气相分数,热负荷

两出口闪蒸器 Flash2

此模块可进行给定热力学条件下的汽 – 液平衡或汽 – 液 – 液平衡计算。至少有一股入口物流,出口物流包括一股气相物流、一股液相物流和一股水(可选)。
用户可以在气相物流中指定液相夹带量和/或固体夹带量。 用两出口闪蒸器模块进行模拟计算时,需要规定温度、压力、气相分数、热负荷这四个参数中的任意两个(不可同时规定气相分数和热负荷),还需要确定出口物流的有效相态。
用户可以选择连接任意股入口热流和一股出口热流。如果用户只规定了一个参数(温度或压力),两出口闪蒸器模块使用入口热流之和作为其热负荷规定

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三出口闪蒸器 Flash3

三出口闪蒸器 Flash3 模块可进行给定热力学条件下的汽 – 液 – 液平衡计算。至少有一股入口物流,出口物流包括一股气相物流和两股液相物流。用户可以指定每股液相物流在气相物流中的夹带量,也可以指定固相物流在气相物流和第一液相物流中的夹带量。
用三出口闪蒸器模块进行模拟计算时,需要规定温度、压力、气相分数及热负荷这四个参数中的任意两个(不可同时规定气相分数和热负荷),
还需要指定关键组分,指定关键组分后,含关键组分多的液相作为第二液相,否则缺省密度大的液相作为第二液相。

液液分相器

液 – 液分相器 Decanter 模块可进行给定热力学条件下的液 – 液平衡或液 – 自由水平衡计算。
该模块至少有一股入口物流,两股液相出口物流。
用液 – 液分相器模块进行模拟计算时,首先需要规定压力和温度或者热负荷;
其次需要指定关键组分,指定关键组分后,含关键组分多的液相作为第二液相,否则缺省密度大的液
相作为第二液相;另外还可以设置组分的分离效率(Separation Efficiency )。
分离效率代表了相组成偏离平衡组成的程度,其定义为:

    \[x_{2,i} = E_i K<em>i x</em>{1,i}\]

式中, x<em>{1,i}x</em>{2,i} 分别为第一液相和第二液相中组分 i 的摩尔分数; K_i为组分 i 的平衡常
数; E_i 为组分 i 的分离效率,当不指定分离效率时,缺省值为 1 。

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组分分离器

组分分离器 Sep 模块可将任意股入口物流按照每个组分的分离规定分成两股或多股出口
物流。当未知详细的分离过程,但已知每个组分的分离结果时,可以用该模块代替严格分离
模块,以节省计算时间。该模块至少有一股入口物流,且至少有两股出口物流。

,以节省计算时间。该模块至少有一股入口物流,且至少有两股出口物流。
用组分分离器模块进行模拟计算时,需要指定每个组分在各出口物流中的分数(Split fraction ,组分由进料进入到产品中的分数)或者流量。
用户可以选择性指定入口物流混合后的闪蒸压力和有效相态,还可以指定每一股出口物流的温度、压力和气相分数中的任意两个参数及有效相态。
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两出口组分分离器

两出口组分分离器 Sep2 模块可将入口物流组分分到两股出口物流中, Sep2 模块与 Sep
模块相似,且其可以提供更多的输入选项,如用户可以规定某组分的纯度。该模块至少有一
股入口物流,有且仅有两股出口物流。
用户指定两出口组分分离器模块中物流的流量或分离分数(Split Fraction ,产品流量与进料总流量的比值),还需要指定物流中组分的流量或分离分数(Split Fraction ,组分由进料进入到产品中的分数)或组分在此物流中的摩尔/质量分数。
用户可以选择性指定入口物流混合后的闪蒸压力和有效相态,还可以指定每一股出口物流的温度、压力和气相分数中的任意两个参数及有效相态。

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