AspenPlus吸收單元設(shè)計(jì)過程例題

1、AspenPlus軟件的吸收單元設(shè)計(jì)過程這個(gè)手冊描述了使用AspenPlus軟件設(shè)計(jì)一個(gè)吸收器必需的所有步驟。這個(gè)手冊同時(shí)包括設(shè)計(jì)過程中的使用技巧、勸告（建議）和注釋說明。例子如下：例1問題描述：填料塔的丙酮吸收在293K和101.32kPa（1atm）下，用水吸收丙酮，填料塔直徑0.4866m，進(jìn)料空氣含有2.6mol%丙酮，氣體出口含丙酮0.5mol%?？偟臍怏w進(jìn)料流速為14.0148kmol/h，純水進(jìn)料流速為45.36kmol/h。簡圖如下：純水進(jìn)口F=45.36kmol/h氣體出口Xaceton=0.005氣體出口Xair=0.974Xaceton=0.026F=14.014kmol

2、/h液體出口Xaceton=0.00648AbsorberT=293KP=1atm過程登錄到AspenPlus系統(tǒng)并開啟一個(gè)空白模擬文件，那么就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)流程圖區(qū)域。（如需要幫助可參考“使用AspenPlus進(jìn)行流程模擬”）上面顯示的是Columns的子目錄，單擊“RateFrac”塊就選擇了這個(gè)塊，如果單擊“RateFrac”塊旁邊的向下箭頭就會(huì)跳出一系列的圖標(biāo)。這些圖標(biāo)都表示相同的計(jì)算程序，僅僅是概略簡圖不同而已，從中可以選擇最能描述你設(shè)計(jì)的過程的塊。對(duì)于這個(gè)例子選擇“RATEFRAC”左上角的矩形塊。RateFrac是模擬諸如吸收、氣提和精餾等所有類型的多級(jí)汽液分離過程的速率型非平衡級(jí)模

3、型。RateFrac模擬實(shí)際板式塔和填料塔，而不是理想化的平衡級(jí)。一個(gè)塔有很多段組成（見右邊的填料塔示意圖），這些段指的是填料塔的一部分填料或者板式塔的一塊或幾塊塔板。RateFrac執(zhí)行一個(gè)把所有的段看作平衡級(jí)模型的初始化計(jì)算，用這個(gè)初始化計(jì)算的接過去計(jì)算速率型非平衡級(jí)模型。需要學(xué)習(xí)有關(guān)RateFrac的更多知識(shí)和應(yīng)用請(qǐng)參考“RateFrac”的幫助。首先，使用“RateFrac”塊創(chuàng)建如上所示的示意圖，如果需要幫助請(qǐng)參考“使用AspenPlus進(jìn)行流程模擬”。將液相進(jìn)料流股和氣相進(jìn)料流股和進(jìn)料口（feed port）相連，氣相出料口和氣相餾出物口（vapor distillte port）

4、相連，液相出口和底部口（bottom port）相連。一旦流程圖完成，單擊“Next”按鈕（）就會(huì)出現(xiàn)標(biāo)題窗口（見下圖），在這個(gè)窗口輸入模擬文件的標(biāo)題，并將單位制由英制（English）變?yōu)楣疲∕etric）。單擊“Next”按鈕。出現(xiàn)組分設(shè)置窗口（Components Specifications）在組分設(shè)置窗口（Components Specifications），輸入在例子中（見上圖）使用的組分。使用屏幕下方的“Find”按鈕可以通過分子式、名稱、CAS登錄號(hào)、分子量和正常沸點(diǎn)等在數(shù)據(jù)庫中快速搜索各個(gè)組分?！癊lec Wizard”可以用來從輸入的組分中生成應(yīng)用于電解質(zhì)體系的電解質(zhì)組分

5、和反應(yīng)。使用“User Defined”按鈕可以創(chuàng)立在數(shù)據(jù)庫中沒有的的用戶自定義組分。“Record”按鈕可以對(duì)在選擇區(qū)域中已經(jīng)定義的組分重新排序。當(dāng)所有的組分都輸入之后，單擊“Next”按鈕。在這個(gè)窗口，在右邊的下拉式列表框中選擇選擇一種熱力學(xué)方法（Property Method），如需要幫助可參考“使用AspenPlus進(jìn)行流程模擬”。在本例中選擇“NRTL”模型，單擊“Next”按鈕。直至出現(xiàn)氣體進(jìn)料流股的輸入窗口。上圖顯示的是空氣/丙酮進(jìn)料氣體的輸入窗口，輸入問題描述中提供的溫度、壓力、流速和組成等所有的數(shù)據(jù)。請(qǐng)確認(rèn)單位和輸入的數(shù)值相對(duì)應(yīng)。如果值不知道，就讓相應(yīng)的輸入框?yàn)榭眨斎虢Y(jié)束后

6、單擊“Next”按鈕，則會(huì)出現(xiàn)液相進(jìn)料流股的輸入窗口，重復(fù)上步，輸入問題描述中給定的數(shù)值。單擊“Next”按鈕。吸收模塊的輸入窗口就會(huì)出現(xiàn)，組成一個(gè)塔的所有段都會(huì)被用來評(píng)價(jià)相互接觸的兩相的傳質(zhì)速率和傳熱速率。一個(gè)段指的是填料塔的一段填料或者板式塔的一系列塔板。輸入段的值。按照拇指規(guī)則（thumb rule），每一個(gè)塔的底部就應(yīng)該算一個(gè)段的高度，然而比較多的段數(shù)可以增加準(zhǔn)確性。段的高度不應(yīng)該小于使用的填料的平均高度。在這個(gè)例子中使用10，并且在這個(gè)窗口中可以選擇冷凝器和再沸器的類型，因?yàn)槲覀兡M的是吸收塔，所以沒有冷凝器和再沸器。單擊“Next”按鈕。出現(xiàn)壓力規(guī)定窗口。在上面的壓力規(guī)定窗口，允許

7、選擇我們想輸入的壓力規(guī)定類型，這里，選擇“Top/Bottom”類型，根據(jù)問題描述在“segment 1”中輸入1atm。Segment 1指的是塔的頂部。單擊“Next”按鈕。向?qū)?huì)自動(dòng)帶領(lǐng)我們進(jìn)入塔板設(shè)定（Tray Specs）窗口，因?yàn)槲覀兊乃翘盍纤皇前迨剿?，所以從左邊的?shù)據(jù)瀏覽（data browse）窗口選擇填料設(shè)定欄（Pack Specs），選擇“New”按鈕創(chuàng)建塔的填料設(shè)定。“pack segment number”從1（表示填料塔的頂部填料段）開始，下面的將顯示輸入填料規(guī)范的窗口，輸入結(jié)束段（ending segment）的值，對(duì)于我們的例子，輸入10，因?yàn)檫@是我們的塔的

8、最后一段填料。在這個(gè)例子中，問題描述中沒有定義填料類型，我們?nèi)我獾倪x擇1.5inch散堆（random）陶瓷拉西環(huán)填料（ceramic raschig rings），另外我們還要根據(jù)我們要獲得的最終的氣體和液體濃度猜測填料高度。由于我已經(jīng)處理過這個(gè)問題，我知道達(dá)到分離要求所需要的填料高度為1.94m。單擊“Next”按鈕繼續(xù)。下一個(gè)窗口要求我們輸入塔的直徑，因?yàn)樗闹睆揭呀?jīng)在問題描述中給出，所以輸入0.4866m，單擊“Next”按鈕繼續(xù)。下一個(gè)窗口要求我們輸入進(jìn)料和出料的位置，注意氣體的進(jìn)料位置輸入值是11，因?yàn)榘凑諔T例進(jìn)料位置是“above segment”。輸入所有信息后單擊“Next”

9、按鈕?，F(xiàn)在所有的輸入已經(jīng)完成，可以開始進(jìn)行模擬了。下面給出結(jié)果顯示窗口。單擊“Result”上的雙箭頭（）可以瀏覽結(jié)果。注意在給定的填料高度和填料規(guī)范下，離開塔的液相中丙酮摩爾分率為0.00499，離開塔的氣相中丙酮摩爾分率為0.00338。AspenPlus中RateFrac模塊的其他特性：RateFrac的其他特性可以通過觀察數(shù)據(jù)瀏覽窗口（data browse）來探測和利用。數(shù)據(jù)瀏覽窗口指的是AspenPlus左邊的窗口。它給出了模擬過程中的可能的輸入、結(jié)果和需要定義的對(duì)象的大綱視圖。下面給出的是通常要用的RateFrac而外特性，但不是全部特性。這些特性可以通過數(shù)據(jù)瀏覽窗口來利用。Re

10、port Options：Report Options可以在數(shù)據(jù)瀏覽窗口的“Setup”菜單下找到。這個(gè)特性允許我們定義報(bào)告選項(xiàng)來包括或禁止標(biāo)準(zhǔn)的AspenPlus報(bào)告中的某些數(shù)據(jù)，這個(gè)報(bào)告文件既包含了模擬的結(jié)果，也包含了AspenPlus運(yùn)行所需要的所有輸入數(shù)據(jù)和默認(rèn)使用的數(shù)據(jù)。這個(gè)特性允許你控制顯示通用信息、流程圖、塊和流股信息。Column Parameters：這里有很多模擬所有不同類型的塔的可供選項(xiàng)。下面是這些可供選項(xiàng)及其功能的羅列：Setup輸入段的數(shù)目，確定冷凝器、再沸器和塔的操作條件。Tray Specs和Pack Specs定義塔板或者填料段、塔板或者填料類型以及其他參數(shù)。R

11、eactions輸入起始段和終止段的反應(yīng)，就如反應(yīng)（reaction）、電解質(zhì)反應(yīng)（chemistry）和用戶定義反應(yīng)（user reactions）的編號(hào)（Ids）。Estimates提供塔內(nèi)各段的液相溫度和氣相溫度估計(jì)值。如果不輸入這些值，RateFrac基于選擇的初始化選項(xiàng)生成初始配置。Equilibrium Segments給定平衡級(jí)段的可選組。Heaters Coolers輸入側(cè)線加熱器段的數(shù)目和負(fù)荷。Desing Specs如果我們需要達(dá)到一個(gè)最終給定的值，就可以創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定（Design Specifications）。輸入我們希望獲得的規(guī)定類型和目標(biāo)值，在這個(gè)過程中，需要確

12、定流股類型、組分、段以及其他的設(shè)計(jì)信息。AspenPlus將會(huì)使用這些信息去符合你的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)目必須和處理的變量數(shù)相等。使用RateFrac的“Vary”窗體給定設(shè)計(jì)模式的處理變量。Convergence：RateFrac通常執(zhí)行初始計(jì)算僅僅達(dá)到相對(duì)寬松的誤差，在一定條件下，你希望得到一個(gè)要求較高的初始計(jì)算誤差為速率型非平衡級(jí)計(jì)算生成一個(gè)好的初始點(diǎn)。當(dāng)塔有很多的段的時(shí)候，我們必需要求一個(gè)較寬松的誤差。通常，塔的直徑在問題描述中不給出，下面的例子就是再上一個(gè)例子上的修改，這里給出液泛因子而不是塔徑。下面的例子將會(huì)使用“Design Specs”設(shè)計(jì)一個(gè)這種條件下的吸收塔。例2問題描述：填

13、料塔的丙酮吸收在293K和101.32kPa（1atm）下，用水吸收丙酮，填料塔液泛因子為0.8，進(jìn)料空氣含有2.6mol%丙酮，氣體出口含丙酮0.5mol%?？偟臍怏w進(jìn)料流速為14.0148kmol/h，純水進(jìn)料流速為45.36kmol/h。簡圖如下：純水進(jìn)口F=45.36kmol/h氣體出口Xaceton=0.005氣體進(jìn)口Xair=0.974Xaceton=0.026F=14.014kmol/h液體出口Xaceton=0.00648AbsorberT=293KP=1atm過程登錄到AspenPlus系統(tǒng)，創(chuàng)建一個(gè)如例1一樣的模擬文件，并輸入和例1一樣的數(shù)據(jù)，直到到達(dá)輸入填料規(guī)定為止。這時(shí)

14、，我們不知道填料高度，于是我們需要進(jìn)行估計(jì)，對(duì)這個(gè)例子我們估計(jì)填料高度為1m。單擊“Next”按鈕繼續(xù)。下一步顯示直徑輸入窗口，在這個(gè)例子中，直徑的值不知道，AspenPlus可以根據(jù)塔的液泛因子計(jì)算直徑。選擇“Use calculated diameter”并輸入如下圖所示的值。直徑的估計(jì)值是需要提供的，在這個(gè)例子中使用1m?，F(xiàn)在，你必須輸入設(shè)計(jì)規(guī)定信息，我們將要改變塔的填料高度來滿足離開塔的氣相中丙酮的摩爾分率要求。滾動(dòng)數(shù)據(jù)瀏覽窗口（data browse）選擇“Flowsheeting Options”，再選擇“Design Specs”。單擊窗口上的“New”按鈕，在出現(xiàn)“DS-1”設(shè)計(jì)規(guī)定的窗口上選擇“OK”接受。顯示Fortran變量的窗口出現(xiàn)了，選擇“New”按鈕，輸入變量名“CONC”，在接著顯示的窗口中，定義變量為離開塔的氣體的丙酮摩爾分率。選擇完成后按“Close”按鈕關(guān)閉窗口。在“Spec”頁，輸入我們剛才定義的變量名，在下一行輸入目標(biāo)值，最后設(shè)定誤差。單擊“Next”按鈕繼續(xù)。在這個(gè)窗口中要確定處理地變量，對(duì)于處理的變量類型選擇“Block-Var”（這個(gè)變量類型表示我們要處理的是塊變量）。填上塊的名稱和變量名稱