1. 精馏。
乙苯(ethyl)和苯乙烯(styrene)分离问题,进料压力1.5bar,温度45℃,进料总流率100kmol/hr,组成为0.58(乙苯摩尔分数),物性方法选择uniquac。
使用蒸馏中radfrac模块平衡精馏进行分离,塔板为21块理论板(不含冷凝器、再沸器),第14块板进料(above-stage)。冷凝器(选用全凝器)压力为0.5bar,再沸器压力为2.
0bar。
1) 当馏出液流量与进料液流量比为0.3(d/f),回流比为6时,求馏出液与塔釜中乙苯的摩尔分数;
2) 分离要求:塔顶乙苯的摩尔分数为0.92,回流比范围5-13;塔釜中乙苯的摩尔分数0.22,d/f范围0.2-0.8.求满足要求时r与d/f的值;
3) 在满足(2)的前提下,求改变进料塔板的位置对回流比r/冷凝器热负荷的影响。(进料板位置取值范围11-15)
解:1) components-specifications-section(输入组分):
component id-find乙苯(ethyl)c8h10和苯乙烯(styrene)c8h8
2) 选择物性方法methods-specifications:
uniquac
3) simulation流程建立:
simulation-separator(分离器选择radfrac严格计算)-material
f、d、w)
4) 输入流股f的参数设定:进料压力1.5bar,温度45℃,进料总流率100kmol/hr,组成为0.58(乙苯摩尔分数),0.42苯乙烯。
5) block- configuration-计算类型(默认第一个平衡级精馏)-塔板数21-冷凝器total-再沸器kettle-相态(vapor-liquid-convergence)-标准算法-
操作条件:设定馏出比distillate to feed ratio 0.3,实际回流比reflux ratio6
streams:f-14-(above-stage);
pressure:stagel: 0.5bar、column pressure=2-0.5 bar
6) next-run-result-summary-balance-split fraction
7) block-set up- design-new-type:mole purity(摩尔纯度)塔顶乙苯的摩尔分数为0.92,;塔釜中乙苯的摩尔分数0.
22,8) vary(1)回流比reflux ratio:上下限,5-13;(2)馏出比d/f0.2-0.
89) run
10) control panel-b1-specification summary
11) 灵敏度分析。
改变进料位置对r的影响:
mode analysis tools-sensitivity-s1-input:
vary-new-block var-block:b1-variable: (feed-stage)-id1:f-
specify limits: (11-15)-increment:1
define-new(cal-rr)- variable: (cal-rr)-catrgory:blocks-
reference, variable:rr
fill variables输入完整-run
12) 进料位置对q的影响:
analysis-nq curves-new(命名)-specifications:
totol stage optimization:15-25
feed tray optimization-feed stream:f
objective function(优化目标)-minimize:mole rr
run13) 综上所述:
1.当馏出液流量与进料液流量比为0.3(d/f),回流比为6时,馏出液乙苯的摩尔分数为0.815763与塔釜中乙苯的摩尔分数为0.184237;
2.满足分离要求(塔顶乙苯的摩尔分数为0.92,回流比范围5-13;塔釜中乙苯的摩尔分数0.
22,d/f范围0.2-0.8)时r为7.
86032与d/f=0.514286;
3. 如上图所示改变进料塔板的位置对回流比r/冷凝器热负荷的影响。
14) 总结反思:
aspenplus精馏模拟,老师利用三节课做了详细的讲解,这使得我们在做题时可以清楚地知道怎样操作。然而做题时,很难熟练运用所学知识,导致电脑没电不能够当堂完成。但是在课下我利用课余时间做剩余题目,独立完成。
灵敏度分析运行结果时出现警告,我调整了运算迭代次数,又做了很多尝试。
2. 反应器。
采用不同反应器模块模拟同一反应,对结果进行比较。
进料温度70℃,压力0.1mpa,水、乙醇、乙酸的流率分别为8.892kmol/h、186.
59 kmol/h、192.6 kmol/h,在0.1 mpa、70℃下进行乙酸(acetic acid)和乙醇(ethanol)的酯化反应,生成乙酸乙酯(ethyl acetate)和水(water),ch3cooh(a)+c2h5oh→ch3cooc2h5(c)+h2o(d)
物性方法选择nrtl-hoc。
动力学方程:
正反应r1=1.9×108exp(-e/rt)cacb
逆反应r2=5.0×107exp(-e/rt)cacb
式中e=5.95×107j/kmol,反应为液相反应,模块流程图如下。
其中反应器rstoic中乙醇转化率为70%;反应器rplug的长度为2m,内径0.3m;反应器rcstr的体积为0.14m2。
解:1) components-specifications-section(输入组分):
component id-find:乙酸(acetic acid),乙醇(ethanol),乙酸乙酯(ethyl acetate)和水(water)。
2) 选择物性方法methods-specifications:
nrtl-hoc
3) simulation:如图建立。
4) 进料流股设定-feed-input
5) 吉布斯反应器gibbs
6) 平推流反应器rplug
7) 全混釜反应器rcstr
8) 化学计量反应器rstoic
9) r1参数设定。
10) r2参数设定。
11) 结果如下图所示:
12) 总结反思:
aspenplus反应器模拟模块的学习,使得我能够自主的使用多个反应器模拟的方法。本题涉及到吉布斯反应器gibbs、平推流反应器rplug、全混釜反应器rcstr、化学计量反应器rstoic等多个反应器的模拟,基础的操作如,组分的输入和物性方法的原则等比较简单,其难点在于流程图的建立,多个反应器模拟参数的设定,以及化学反应方程参数的计算和输入。虽然题目不好做,但是通过同学之间的讨论和咨询老师,最终攻克题目。
3. 换热器。
设计一芳烃换热器。芳烃物流入口温度180℃、压力0.4mpa、流量10000kg/h,走壳程,质量组成为苯22%、甲苯28%、乙苯39%、水11%,出口为饱和液体,压降0.
01mpa。冷却水入口温度40℃、压力0.4mpa、流量60000kg/h,走管程,出口压降0.
01mpa。物性方法nrtl-rk、v-v-l三相。分别用简捷法、edr计算冷却水出口温度、所需换热面积等(计算方法advanced method,几何尺寸采用si标准,列管长6000mm).
解:1) components-specifications-section(输入组分):
component id-find苯c6h6,甲苯c7h8,乙苯c8h10,水water
2) 选择物性方法methods-specifications:
nrtl-rk
3) simulation:
simulations-heat x(hs)-matrial-(heat in/heat out/cold in/cold out)
4) 输入流股参数:heat in-(入口温度180℃、压力0.4mpa、流量10000kg/h,质量组成为苯22%、甲苯28%、乙苯39%、水11%,出口为饱和液体,压降0.
01mpa)
5) cold in-(出口为饱和液体,压降0.01mpa。冷却水入口温度40℃、压力0.4mpa、流量60000kg/h,出口压降0.01mpa)
6) b1(heat x)-set up-
speifications-
calcutation:shot cut(简捷法)
rigorous model:shell&tube列管式换热器。
exchanger:hot stream out let vapor fraction-value:0
pressure drop:-0.01pa
run7) blocks b1-themol result-exchange detailed
summary
8) 严格计算:rigorous-调用edr
将aspen plus中数据导入进edr,辅助计算结果如下。
9) 综上所述:
简捷法计算的换热面积为23.701,冷却水出口温度:62.0404℃
严格计算的换热面积为:17.6924,冷却水出口温度:62.9250℃
10) 总结反思:
aspenplus换热器模拟模块,本题题和课上学习的例题有相似之处,主要的易错点是heat x根据热流体的走管程选择(ht)/走壳程(hs)。做题过程中的难点在于edr的实用,还需要自己去不断的探索和学习。
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