2013课程讲义汤吉海南京工业大学.ppt

平衡级分离模型 汤吉海 2006年8月 ASPEN PLUS的单元操作模型（1） ASPEN PLUS的单元操作模型（2） ASPEN PLUS的单元操作模型（3） 第四章 多组分平衡级分离过程计算 4.1 多组分单级分离过程 4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 4.3 多组分多级分离塔的严格计算 4.1 ASPEN PLUS的闪蒸模型 根据规定进行相平衡闪蒸计算 绝热、等温、恒温恒压露点或泡点闪蒸计算； 计算混合物的露点可以设置气相摩尔分率为1； 计算混合物的泡点可以设置气相摩尔分率为0； 据此可以确定具有一个或多个入口物流的混合物的热状态和相态。 通常要固定入口物流的热力学状态必须规定： 温度、压力、热负荷和气相摩尔分率中的任意两项。 需要注意的是，在闪蒸模型中不允许同时规定热负荷和气相摩尔分率。 闪蒸模型可以用来模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐和其它的单级分离器。 ASPEN PLUS的闪蒸模型 ASPEN PLUS的闪蒸计算——示例 例4-1：乙醇水溶液的摩尔组成为20%乙醇和80%水，试确定该混合物在1.0、1.5、2.0和2.5 atm下的泡点温度和露点温度。热力学模型采用UNIQUAC模型。 例4-2：摩尔组成分别为50/50的正戊烷和正己烷混合物在55℃和510 kPa条件下进入闪蒸罐，闪蒸压力为95 kPa，计算在50℃温度下达到平衡的气相和液相产品组成。热力学模型采用理想模型（IDEAL）。 ASPEN PLUS的闪蒸计算——练习 练习4-1：在101.3 kPa下，对组成为45%（摩尔分数，下同）正己烷、25%正庚烷和30%正辛烷的混合物。（1）计算泡点和露点温度；（2）将此混合物在101.3 kPa下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度和两相的组成。热力学模型采用理想模型（IDEAL）。 4.2 多组分多级分离塔的简捷计算 多组分精馏过程的近似设计算法常用于： 初步设计。 对多种操作参数进行评比以寻求适宜的操作条件。 过程合成中寻找合理的分离顺序。 近似算法还可用于控制系统的计算以及为严格计算提供合适的设计变量数值和迭代变量初值。 当相平衡数据不够充分和可靠时，采用近似算法不比严格算法逊色。 近似算法虽然适于手算，但为了快速、准确，采用计算机进行数值求解也已广泛应用。 多组分精馏的FUG简捷计算法 多组分精馏的FUG简捷计算法（Fenske–Underwood-Gilliland） ①用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数和组分分配； ②用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回流比； ③用吉利兰（Gilliland）图或相应的关系式估算实际回流比下的理论板数。 关键组分 所谓关键组分，是进料中按分离要求选取的两个组分（不少情况是挥发度相邻的两个组分)，它们对于物系的分离起着控制作用，且它们在塔顶或塔釜产品中的浓度或回收率通常是给定的（即是应该指定的两个浓度变量），因而在设计中起着重要作用。 这两组分中挥发度大的称为轻关键组分，挥发度小的称为重关键组分，它们各自在塔顶或塔底的含量必须加以控制，以保证分离后产品的质量。 关键组分 例如，石油裂解气分离中的C2-C3塔，其进料组成中有甲烷、乙烯、乙烷、内烯、丙烷和丁烷，分离要求规定塔釜中乙烷浓度不超过0.1％，塔顶产品中丙烯浓度也不超过0.1％，试问其轻重关键组分分别是哪两个? 甲烷、乙烯沸点低于乙烷，若能将乙烷和丙烯分开，乙烷和比乙烷轻的组分必定从塔顶排出，同样，比丙烯重的组分则必定从塔釜徘出。因此，根据规定的分离要求，则能确定乙烷是轻关键组分，而丙烯则是重关键组分。 ASPEN PLUS中的简捷法精馏塔设计模型 DSTWU--简捷法精馏设计 DSTWU--简捷法精馏设计 ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——示例 例4-3：设计一个脱乙烷精馏塔，进料流量为100 kmol/hr，进料组成为：氢气0.00014、甲烷0.00162、乙烯0.75746、乙烷0.24003、丙烯0.00075（摩尔分数），进料流股压力为18 atm。要求乙烯在塔顶的收率达到95%，并且塔顶馏出物中乙烯纯度达到99%（摩尔分数）。塔顶设一全凝器，操作压力为17.8 atm，塔釜有再沸器，操作压力为18.2 atm，回流比为取3。试确定精馏塔的理论板数、进料位置以及产品流股的组成。热力学模型选择Peng-Robinson方程。 ASPEN PLUS的简捷法精馏塔设计——练习 练习题4-2：设计一个丙烷精馏塔，操作平均压力为22 atm，进料为汽、液混合物，其中气相占60%，进料组成为甲烷0.26、乙烷0.09、丙烷0.25、正丁烷0.12、正戊烷0.11和正己烷0.12（摩尔分数），塔顶设一分凝器，塔釜有再沸器