化工流程模拟软件Aspen Plus实例详解

钟立梅；王英龙；仇汝臣；齐建光；孟凡庆；李鑫

目录

  • 1 初步认识Aspen Plus软件
    • 1.1 化工流程模拟简介
    • 1.2 Aspen Tech系列产品
    • 1.3 Aspen Plus软件主要功能特点简介
    • 1.4 本章练习
  • 2 Aspen Plus模拟入门
    • 2.1 模拟案例
    • 2.2 模拟操作过程
      • 2.2.1 丙烷液化未加循环
      • 2.2.2 丙烷液化循环
    • 2.3 Aspen Plus功能详解
      • 2.3.1 模板
      • 2.3.2 用户界面
      • 2.3.3 检索组分
      • 2.3.4 物性方法的选择
      • 2.3.5 全局设定
      • 2.3.6 编辑流程图
      • 2.3.7 模型库
      • 2.3.8 Mixers/Splitters模型
        • 2.3.8.1 Mixer模型功能详解
        • 2.3.8.2 FSplit模型功能详解
        • 2.3.8.3 SSplit模型功能详解
    • 2.4 本章练习
  • 3 简单模型
    • 3.1 简单分离器
      • 3.1.1 模拟案例
      • 3.1.2 乙二醇水糠醛简单分离流程模拟
      • 3.1.3 Aspen Plus功能详解
        • 3.1.3.1 Flash2模型功能详解
        • 3.1.3.2 Flash3模型功能详解
        • 3.1.3.3 Decanter模型功能详解
        • 3.1.3.4 Sep模型功能详解
        • 3.1.3.5 Sep2模型功能详解
    • 3.2 压力改变模型
      • 3.2.1 模拟案例
      • 3.2.2 流程模拟
        • 3.2.2.1 流体输送
        • 3.2.2.2 流体输送校核
      • 3.2.3 Aspen Plus功能详解
        • 3.2.3.1 Pump模型功能详解
        • 3.2.3.2 Compr模型功能详解
        • 3.2.3.3 MCompr模型功能详解
        • 3.2.3.4 Valve模型功能详解
        • 3.2.3.5 Pipe模型功能详解
        • 3.2.3.6 Pipeline模型功能详解
    • 3.3 传热设备
      • 3.3.1 模拟案例
      • 3.3.2 流程模拟
        • 3.3.2.1 换热-Heater
        • 3.3.2.2 换热-HeatX
        • 3.3.2.3 换热-HeatX-Detailed Rating
        • 3.3.2.4 换热-HeatX-Detailed Simulation
        • 3.3.2.5 换热-HeatX-Rigorous Rating
        • 3.3.2.6 换热-HeatX-Design Spec
        • 3.3.2.7 换热-HeatX-Sensitivity
          • 3.3.2.7.1 换热-MHeatX
          • 3.3.2.7.2 换热-HXFlux
          • 3.3.2.7.3 换热-Mult
      • 3.3.3 Aspen Plus功能详解
        • 3.3.3.1 Heater模型功能详解
        • 3.3.3.2 HeatX模型功能详解
        • 3.3.3.3 MHeatX模型功能详解
        • 3.3.3.4 HXFlux模型功能详解
        • 3.3.3.5 Mult模型功能详解
        • 3.3.3.6 Dupl模型功能详解
        • 3.3.3.7 Design-Spec功能详解
        • 3.3.3.8 Sensitivity功能详解
    • 3.4 本章练习
  • 4 反应器
    • 4.1 模拟案例
    • 4.2 质量守恒反应器模型—RStoic和RYield
      • 4.2.1 RStoic和RYield流程模拟
      • 4.2.2 Aspen Plus功能详解
        • 4.2.2.1 RStoic模型功能详解
        • 4.2.2.2 RYield模型功能详解
    • 4.3 平衡反应器模型—REquil和RGibbs
      • 4.3.1 反应器-REquil&RGibbs流程模拟
      • 4.3.2 Aspen Plus功能详解
        • 4.3.2.1 REquil模型功能详解
        • 4.3.2.2 RGibbs模型功能详解
    • 4.4 严格动力学反应器模型—RCSTR、RPlug和RBatch
      • 4.4.1 RCSTR、RPlug和RBatch流程模拟
      • 4.4.2 Aspen Plus功能详解
        • 4.4.2.1 Reactions反应集功能详解
        • 4.4.2.2 RCSTR模型功能详解
        • 4.4.2.3 RPlug模型功能详解
        • 4.4.2.4 RBatch模型功能详解
        • 4.4.2.5 Calculator功能详解
    • 4.5 本章练习
  • 5 塔
    • 5.1 普通精馏
      • 5.1.1 模拟案例
      • 5.1.2 精馏塔简捷设计模型—DSTWU
        • 5.1.2.1 DSTWU流程模拟
        • 5.1.2.2 DSTWU模型功能详解
      • 5.1.3 精馏塔简捷校核模型—Distl
        • 5.1.3.1 Distl流程模拟
        • 5.1.3.2 Transfer模型功能详解
      • 5.1.4 多级汽-液分离塔严格计算模型—RadFrac
        • 5.1.4.1 核算模式
          • 5.1.4.1.1 RadFrac流程模拟
            • 5.1.4.1.1.1 RadFrac模型功能详解—模型规定
        • 5.1.4.2 设计模式
          • 5.1.4.2.1 Design Specifications流程模拟
          • 5.1.4.2.2 RadFrac模型功能详解—DesignSpecifications
        • 5.1.4.3 塔板/填料的设计/校核计算
          • 5.1.4.3.1 塔板设计
          • 5.1.4.3.2 塔板校核
          • 5.1.4.3.3 填料设计
          • 5.1.4.3.4 填料校核
          • 5.1.4.3.5 RadFrac模型功能详解—TraySizing/Rating
          • 5.1.4.3.6 RadFrac模型功能详解—Packing Sizing/Rating
          • 5.1.4.3.7 RadFrac模型功能详解—Efficiency
        • 5.1.4.4 塔分析
          • 5.1.4.4.1 塔分析流程模拟
          • 5.1.4.4.2 RadFrac模型功能详解—Analysis
    • 5.2 特殊精馏
      • 5.2.1 共沸精馏
        • 5.2.1.1 模拟案例
        • 5.2.1.2 共沸精馏流程模拟
        • 5.2.1.3 ConSep模型功能详解
        • 5.2.1.4 Distillation Synthesis功能详解
      • 5.2.2 三相反应精馏
        • 5.2.2.1 模拟案例
        • 5.2.2.2 三相反应精馏流程模拟
        • 5.2.2.3 RadFrac模型功能详解—反应精馏
        • 5.2.2.4 RadFrac模型功能详解—三相精馏
        • 5.2.2.5 RadFrac模型功能详解—固体处理
    • 5.3 速率吸收/精馏
      • 5.3.1 模拟案例
      • 5.3.2 速率吸收流程模拟
        • 5.3.2.1 速率吸收
        • 5.3.2.2 改变塔经
        • 5.3.2.3 筛板塔
      • 5.3.3 RadFrac模型功能详解—Rate-Based模式
    • 5.4 萃取塔—Extract
      • 5.4.1 模拟案例
      • 5.4.2 萃取塔流程模拟
      • 5.4.3 Extract模型功能详解
    • 5.5 本章练习
  • 6 石油精馏塔
    • 6.1 常减压装置简介
    • 6.2 模拟案例
    • 6.3 初馏塔模拟
    • 6.4 常压塔模拟
    • 6.5 PetroFrac模型功能详解
      • 6.5.1 流程连接
      • 6.5.2 计算模式
    • 6.6 本章练习
  • 7 Aspen间歇模块
    • 7.1 简介
    • 7.2 间歇精馏
    • 7.3 间歇反应器
    • 7.4 本章练习
  • 8 固体模拟
    • 8.1 煤的干燥
    • 8.2 煤的燃烧
    • 8.3 气固分离器
    • 8.4 本章练习
  • 9 AspenPlus软件在物性中的应用
    • 9.1 本章练习
    • 9.2 物性数据查询与分析
      • 9.2.1 模拟案例
      • 9.2.2 查询纯组分标量物性
      • 9.2.3 交互式物性分析
      • 9.2.4 表格式物性分析
    • 9.3 物性估算
      • 9.3.1 模拟案例
      • 9.3.2 物性估算模拟
    • 9.4 物性数据回归
      • 9.4.1 模拟案例
      • 9.4.2 物性数据回归模拟
    • 9.5 电解质溶液计算
      • 9.5.1 模拟案例
      • 9.5.2 流程模拟
间歇反应器

7.3间歇反应器

7.3.1模拟案例

例7.2

      利用实验数据，拟合乙酸酐（AANH）水解反应生成乙酸（AA）的反应速率常数。反应方程式为：

AANH+H2O→2AA

该反应为液相反应，反应动力学方程为：

r=kf*[AANH]

式中[AANH]是乙酸酐的摩尔浓度，反应速率以反应体积为基准。T0=0℃时，反应热为-57.437kJ/mol。

三种物质的物性数据如下表所示：

 

组分名称

 		 

主要相态

 		 

分子量

 		 

密度（kg/m3）

 		 

比热（kJ/kg/K）

 
 

AA

 		 

Liquid

 		 

60.0526

 		 

1072.52

 		 

2.0626

 
 

AANH

 		 

Liquid

 		 

102.09

 		 

1074.97

 		 

1.85087

 
 

H2O

 		 

Liquid

 		 

18.0153

 		 

993.957

 		 

4.18446

 

常温常压下，在2升RC1量热计内进行乙酸酐水解实验。首先向其中一次性加入水650g，然后逐渐加入乙酸酐52g，加料时间15min。物料初始温度25℃，压力1bar。测定实验过程中的温度变化，计算放出的总热量，结果如下表所示。             

 

时间hr

 		 

热量W

 		 

温度℃

 		 

时间hr

 		 

热量W

 		 

温度℃

 
 

0

 		 

0

 		 

25

 		 

0.51667

 		 

4.15254

 		 

25.082

 
 

0.01667

 		 

0.51295

 		 

25.054

 		 

0.53334

 		 

3.66901

 		 

25.075

 
 

0.03334

 		 

5.29851

 		 

25.131

 		 

0.55

 		 

3.25795

 		 

25.07

 
 

0.05

 		 

9.6081

 		 

25.176

 		 

0.56667

 		 

2.89404

 		 

25.065

 
 

0.06667

 		 

12.478

 		 

25.213

 		 

0.58334

 		 

2.52312

 		 

25.061

 
 

0.08334

 		 

15.0192

 		 

25.246

 		 

0.6

 		 

2.2747

 		 

25.057

 
 

0.1

 		 

17.169

 		 

25.275

 		 

0.61667

 		 

1.99356

 		 

25.054

 
 

0.11667

 		 

19.1778

 		 

25.299

 		 

0.63334

 		 

1.76706

 		 

25.051

 
 

0.13334

 		 

20.6155

 		 

25.319

 		 

0.65

 		 

1.56981

 		 

25.048

 
 

0.15

 		 

22.0136

 		 

25.337

 		 

0.66667

 		 

1.41026

 		 

25.045

 
 

0.16667

 		 

23.113

 		 

25.349

 		 

0.68334

 		 

1.24576

 		 

25.043

 
 

0.18334

 		 

24.0553

 		 

25.359

 		 

0.7

 		 

1.06754

 		 

25.042

 
 

0.2

 		 

24.7518

 		 

25.368

 		 

0.71667

 		 

1.00542

 		 

25.04

 
 

0.21667

 		 

25.4376

 		 

25.377

 		 

0.73334

 		 

0.87865

 		 

25.038

 
 

0.23334

 		 

26.0185

 		 

25.382

 		 

0.75

 		 

0.75422

 		 

25.037

 
 

0.25

 		 

26.4016

 		 

25.386

 		 

0.76667

 		 

0.67507

 		 

25.036

 
 

0.26667

 		 

25.9466

 		 

25.366

 		 

0.78334

 		 

0.61882

 		 

25.035

 
 

0.28334

 		 

23.1066

 		 

25.325

 		 

0.8

 		 

0.53486

 		 

25.035

 
 

0.3

 		 

20.3003

 		 

25.293

 		 

0.81667

 		 

0.49039

 		 

25.034

 
 

0.31667

 		 

17.9582

 		 

25.264

 		 

0.83334

 		 

0.43045

 		 

25.033

 
 

0.33334

 		 

15.9269

 		 

25.238

 		 

0.85

 		 

0.38626

 		 

25.032

 
 

0.35

 		 

14.1191

 		 

25.213

 		 

0.86667

 		 

0.34881

 		 

25.031

 
 

0.36667

 		 

12.4584

 		 

25.191

 		 

0.88334

 		 

0.31786

 		 

25.031

 
 

0.38334

 		 

11.0787

 		 

25.173

 		 

0.9

 		 

0.25376

 		 

25.031

 
 

0.4

 		 

9.7725

 		 

25.156

 		 

0.91667

 		 

0.24088

 		 

25.031

 
 

0.41667

 		 

8.6187

 		 

25.141

 		 

0.93334

 		 

0.21584

 		 

25.03

 
 

0.43334

 		 

7.64615

 		 

25.128

 		 

0.95

 		 

0.20119

 		 

25.03

 
 

0.45

 		 

6.79229

 		 

25.116

 		 

0.96667

 		 

0.19796

 		 

25.029

 
 

0.46667

 		 

5.97407

 		 

25.106

 		 

0.98334

 		 

0.1214

 		 

25.03

 
 

0.48334

 		 

5.29484

 		 

25.098

 		 

1

 		 

0.15508

 		 

25.029

 
 

0.5

 		 

4.71537

 		 

25.089

 


用以上实验数据拟合速率常数kf，并用拟合的速率常数对本例中的实验进行模拟。