AspenPlus吸收单元设计过程例题.doc

AspenPlus吸收单元设计过程例题AspenPlus软件的吸收单元设计过程 这个手册描述了使用AspenPlus软件设计一个吸收器必需的所有步骤。这个手册同时包括设计过程中的使用技巧、劝告(建议)和注释说明。例子如下: 例1 问题描述:填料塔的丙酮吸收 在293K和101.32kPa(1atm)下，用水吸收丙酮，填料塔直径0.4866m，进料空气含有2.6mol%丙酮，气体出口含丙酮0.5mol%。总的气体进料流速为14.0148kmol/h，纯水进料流速为45.36kmol/h。简图如下: 气体出口 纯水进口 Xaceton=0.005 F=45.36kmol/h Absorber T=293K P=1atm 气体出口 Xair=0.974 液体出口 Xaceton=0.026 Xaceton=0.00648 F=14.014kmol/h 过程 登录到AspenPlus系统并开启一个空白模拟文件，那么就会出现一个流程图区域。(如需要帮助可参考“使用AspenPlus进行流程模拟”) 上面显示的是Columns的子目录，单击“RateFrac”块就选择了这个块，如果单击“RateFrac”块旁边的向下箭头就会跳出一系列的图标。这些图标都表示相同的计算程序，仅仅是概略简图不同而已，从中可以选择最能描述你设计的过程的块。对于这个例子选择“RATEFRAC”左上角的矩形块。 RateFrac是模拟诸如吸收、气提和精馏等所有类型的多级汽液分离过程的速率型非平衡级模型。RateFrac模拟实际板式塔和填料塔，而不是理想化的平衡级。 一个塔有很多段组成(见右边的填料塔示意图)，这些段指的是填料塔的一部分填料或者板式塔的一块或几块塔板。RateFrac执行一个把所有的段看作平衡级模型的初始化计算，用这个初始化计算的接过去计算速率型非平衡级模型。需要学习有关RateFrac的更多知识和应用请参考“RateFrac”的帮助。 首先，使用“RateFrac”块创建如上所示的示意图，如果需要帮助请参考“使用AspenPlus进行流程模拟”。将液相进料流股和气相进料流股和进料口(feed port)相连，气相出料口和气相馏出物口(vapor distillte port)相连，液相出口和底部口(bottom port)相连。一旦流程图完成，单击“Next”按钮()就会出现标题窗口(见下图)，在这个窗口输入模拟文件的标题，并将单位制由英制(English)变为公制(Metric)。单击“Next”按钮。出现组分设置窗口(Components Specifications) 在组分设置窗口(Components Specifications)，输入在例子中(见上图)使用的组分。使用屏幕下方的“Find”按钮可以通过分子式、名称、CAS登录号、分子量和正常沸点等在数据库中快速搜索各个组分。“Elec Wizard”可以用来从输入的组分中生成应用于电解质体系的电解质组分和反应。使用“User Defined”按钮可以创立在数据库中没有的的用户自定义组分。“Record”按钮可以对在选择区域中已经定义的组分重新排序。当所有的组分都输入之后，单击“Next”按钮。 在这个窗口，在右边的下拉式列表框中选择选择一种热力学方法(Property Method)，如需要帮助可参考“使用AspenPlus进行流程模拟”。在本例中选择“NRTL”模型，单击“Next”按钮。直至出现气体进料流股的输入窗口。 上图显示的是空气/丙酮进料气体的输入窗口，输入问题描述中提供的温度、压力、流速和组成等所有的数据。请确认单位和输入的数值相对应。如果值不知道，就让相应的输入框为空，输入结束后单击“Next”按钮，则会出现液相进料流股的输入窗口，重复上步，输入问题描述中给定的数值。单击“Next”按钮。 吸收模块的输入窗口就会出现，组成一个塔的所有段都会被用来评价相互接触的两相的传质速率和传热速率。一个段指的是填料塔的一段填料或者板式塔的一系列塔板。输入段的值。按照拇指规则(thumb rule)，每一个塔的底部就应该算一个段的高度，然而比较多的段数可以增加准确性。段的高度不应该小于使用的填料的平均高度。在这个例子中使用10，并且在这个窗口中可以选择冷凝器和再沸器的类型，因为我们模拟的是吸收塔，所以没有冷凝器和再沸器。单击“Next”按钮。出现压力规定窗口。 在上面的压力规定窗口，允许选择我们想输入的压力规定类型，这里，选择“Top/Bottom”类型，根据问题描述在“segment 1”中输入1atm。Segment 1指的是塔的顶部。单击“Next”按钮。向导会自动带领我们进入塔板设定(Tray Specs)窗口，因为我们的塔是填料塔而不是板式塔，所以从左边的数据浏览(data browse)窗口选择填料设定栏(Pack Specs)，选择“New”按钮创建塔的填料设定。“pack segment number”从1(表示填料塔的顶部填料段)开始，下面的将显示输入填料规范的窗口，输入结束段(ending segment)的值，对于我们的例子，输入10，因为这是我们的塔的最后一段填料。在这个例子中，问题描述中没有定义填料类型，我们任意的选择1.5inch散堆(random)陶瓷拉西环填料(ceramic raschig rings)，另外我们还要根据我们要获得的最终的气体和液体浓度猜测填料高度。由于我已经处理过这个问题，我知道达到分离要求所需要的填料高度为1.94m。单击“Next”按钮继续。 下一个窗口要求我们输入塔的直径，因为塔的直径已经在问题描述中给出，所以输入0.4866m，单击“Next”按钮继续。下一个窗口要求我们输入进料和出料的位置，注意气体的进料位置输入值是11，因为按照惯例进料位置是“above segment”。输入所有信息后单击“Next”按钮。 现在所有的输入已经完成，可以开始进行模拟了。下面给出结果显示窗口。单击“Result”上的双箭头()可以浏览结果。注意在给定的填料高度和填料规范下，离开塔的液相中丙酮摩尔分率为0.00499，离开塔的气相中丙酮摩尔分率为0.00338。 AspenPlus中RateFrac模块的其他特性: RateFrac的其他特性可以通过观察数据浏览窗口(data browse)来探测和利用。数据浏览窗口指的是AspenPlus左边的窗口。它给出了模拟过程中的可能的输入、结果和需要定义的对象的大纲视图。下面给出的是通常要用的RateFrac而外特性，但不是全部特性。这些特性可以通过数据浏览窗口来利用。 Report Options:Report Options可以在数据浏览窗口的“Setup”菜单下找到。这个特性允许我们定义报告选项来包括或禁止标准的AspenPlus报告中的某些数据，这个报告文件既包含了模拟的结果，也包含了AspenPlus运行所需要的所有输入数据和默认使用的数据。这个特性允许你控制显示通用信息、流程图、块和流股信息。 Column Parameters:这里有很多模拟所有不同类型的塔的可供选项。下面是这些可供选项及其功能的罗列: Setup输入段的数目，确定冷凝器、再沸器和塔的操作条件。 Tray Specs和Pack Specs定义塔板或者填料段、塔板或者填料类型以及其他参数。 Reactions输入起始段和终止段的反应，就如反应(reaction)、电解质反应(chemistry)和用户定义反应(user reactions)的编号(Ids)。 Estimates提供塔内各段的液相温度和气相温度估计值。如果不输入这些值，RateFrac基于选择的初始化选项生成初始配置。 Equilibrium Segments给定平衡级段的可选组。 Heaters Coolers输入侧线加热器段的数目和负荷。 Desing Specs如果我们需要达到一个最终给定的值，就可以创建一个设计规定(Design Specifications)。输入我们希望获得的规定类型和目标值，在这个过程中，需要确定流股类型、组分、段以及其他的设计信息。AspenPlus将会使用这些信息去符合你的设计。设计规定的数目必须和处理的变量数相等。使用RateFrac的“Vary”窗体给定设计模式的处理变量。 Convergence:RateFrac通常执行初始计算仅仅达到相对宽松的误差，在一定条件下，你希望得到一个要求较高的初始计算误差为速率型非平衡级计算生成一个好的初始点。当塔有很多的段的时候，我们必需要求一个较宽松的误差。 通常，塔的直径在问题描述中不给出，下面的例子就是再上一个例子上的修改，这里给出液泛因子而不是塔径。下面的例子将会使用“Design Specs”设计一个这种条件下的吸收塔。 例2 问题描述:填料塔的丙酮吸收 在293K和101.32kPa(1atm)下，用水吸收丙酮，填料塔液泛因子为0.8，进料空气含有2.6mol%丙酮，气体出口含丙酮0.5mol%。总的气体进料流速为14.0148kmol/h，纯水进料流速为45.36kmol/h。简图如下: 气体出口 纯水进口 Xaceton=0.005 F=45.36kmol/h Absorber T=293K P=1atm 气体进口 Xair=0.974 液体出口 Xaceton=0.026 Xaceton=0.00648 F=14.014kmol/h 过程 登录到AspenPlus系统，创建一个如例1一样的模拟文件，并输入和例1一样的数据，直到到达输入填料规定为止。这时，我们不知道填料高度，于是我们需要进行估计，对这个例子我们估计填料高度为1m。单击“Next”按钮继续。 下一步显示直径输入窗口，在这个例子中，直径的值不知道，AspenPlus可以根据塔的液泛因子计算直径。选择“Use calculated diameter”并输入如下图所示的值。直径的估计值是需要提供的，在这个例子中使用1m。 现在，你必须输入设计规定信息，我们将要改变塔的填料高度来满足离开塔的气相中丙酮的摩尔分率要求。滚动数据浏览窗口(data browse)选择“Flowsheeting Options”，再选择“Design Specs”。单击窗口上的“New”按钮，在出现“DS-1”设计规定的窗口上选择“OK”接受。显示Fortran变量的窗口出现了，选择“New”按钮，输入变量名“CONC”，在接着显示的窗口中，定义变量为离开塔的气体的丙酮摩尔分率。 选择完成后按“Close”按钮关闭窗口。在“Spec”页，输入我们刚才定义的变量名，在下一行输入目标值，最后设定误差。单击“Next”按钮继续。 在这个窗口中要确定处理地变量，对于处理的变量类型选择“Block-Var”(这个变量类型表示我们要处理的是块变量)。填上块的名称和变量名称，变量选择“HTPACK”。在ID1标签处填1，表示塔的数目，在ID2标签处填1，表示起始的段的数字。选择要处理变量限制的低值和高值范围，对我们的例子，我们的填料高度范围在1至10m。单击“Next”按钮继续。注意当选择变量时，若不知道变量的意义，可以在下面的提示栏中获得提示信息。 所有必须输入的信息都已经完成，可以进行模拟了，结果窗口显示如下。从结果中可以看出，气相出口和液相出口流股的丙酮含量均接近问题描述中希望达到的值。 满足设计要求的填料高度是1.426m。