Aspen习题.docx

1、例 3.1， MIXER 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、压力及各组分流率，物性方法选用 CHAO-SEA. 例 3.2， FSplit 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1,PRODUCT2， PRODUCT3，进料物流同例 3.1 的三股进料，物性方法选用 CHAO-SEA 要求： PRODUCT1 的摩尔流率为进料的 50% PRODUCT2 中含有 10kmol/h 的正丁烷 例 3.3， Mult 将例 2 中混合后的产品物流流率增加到原来的 3 倍 例 3.4， Dupl 将例 2 中混合后的产品物流复制成相同的 3 股物流 例 3.5， FLASH2 进

2、料物流进入第一个闪蒸器 Flash1 分离为气液两相，液相进入第二个闪蒸罐 Flash2 进行闪蒸分离 已知进料温度为 100 ，压力为 3.8MPa，进料中氢气、甲烷、苯、甲苯的流率分别为 185kmol/h、 45kmol/h、 45kmol/h、 5kmol/h。 物流 组成 流率 Kmol/h 温度 压力 Mpa 气相分率 进料 FEED1 丙烷 正丁烷 正戊烷 正己烷 10 15 15 10 100 2 进料 FEED2 丙烷 正丁烷 正戊烷 正己烷 15 15 10 10 120 2.5 进料 FEED3 丙烷 正丁烷 正戊烷 正己烷 25 0 15 10 100 0.5 闪蒸器

3、Flash1 温度为 100 ，压降为 0 闪蒸器 Flash2 绝热，压力为 0.1MPa 物性方法选用 PENG-ROB 求闪蒸器 Flash2 的温度 例 3.6， FLASH3 两股进料物流进入三相闪蒸器 Flash3进行一次闪蒸，进料 FEED1中乙醇、甲苯的流率分别为 5kmol/h、 25kmol/h，进料 FEED2中水的流率为 20kmol/h，两股进料的温度均为 25 ，压力为 0.1MPa，闪蒸器温度为 80 ，压力为 0.1MPa 物性方法选用 UNIQUAC 求产品中各组分的流率是多少 例 3.7， Decanter 两股进料物流进入液 -液分相器进行液 -液分离 进

4、料 FEED1 中乙醇、甲苯的流率分别为 5kmol/h、 25kmol/h，进料 FEED2中水的流率为 20kmol/h，两股进料的温度均为 25 ，压力为 0.1MPa 液 -液分相器的温度为 25 ，压力为 0.1MPa，乙醇的分离效率为 0.9 求出口物流中各组分的流率是多少 例 3.8， Sep 采用组分分离器 Sep 将一股温度为 70 ，压力为 0.1MPa 的进料物流分离成两股产品，进料中甲醇、水、乙醇的流率分别为 50kmol/h， 100kmol/h，150kmol/h 要求塔顶产品流率为 50kmol/h，甲醇的摩尔分数为 0.95，乙醇的摩尔分数为 0.04 物性方法

5、采用 UNIQUAC 求塔底产品的流率和组成 例 3.9， Sep2 混合物流 FEED1 和 FEED2，采用物流复制器 DUPL 将混合后的进料复制成三股后，分别进入三个两相闪蒸器进行绝热恒温闪蒸。 两进料温度为 70 ，压力为 0.1MPa FEED1 中乙醇和丙酮的流率分别为 20kmol/h 和 5kmol/h； FEED2 为纯水，流率为 25kmol/h 物性方法选择 UNIQUAC 对三个两相闪蒸器分别选用 UNIQUAC, NRTL, WILSON 物性方法进行计算，比较结果 例 4.1， Pump 通过规定泵的出口压力计算泵的操作参数和出口物流参数 一泵将压力为 170kP

6、a 的物流加压到 690kPa，进料温度为 -10 ，摩尔流率及组成如下表所示，泵的效率为 80%，电动机的效率为 100%。计算泵提供给流体的功率，泵所需的中功率，以及电动机消耗的电功率各是多少。 物性方法采用 PENG-ROB 组分 缩写式 流率（ kmol/h） 甲烷 C1 0.05 乙烷 C2 0.45 丙烷 C3 4.55 正丁烷 NC4 8.60 异丁烷 IC4 9.00 1,3-丁二烯 DC4 9.00 例 4.2， Pump 通过规定泵的操作曲线计算泵的操作参数和泵的出口压力 一泵输送流率为 100kmol/h 的苯，苯的压力为 100kPa，温度 40 ，苯的效率为 60%，

7、电动机的效率为 90%，特性曲线如下图所示。 计算泵的出口压力，提供给流体的功率及泵所需的轴功率各是多少？ 物性方法采用 RK-SOAVE 流率 (m3/h) 20 10 5 3 扬程（ m） 40 250 300 400 例 4.3， Comp 压缩机的应用 物流的温度为 100 ，压力 690kPa，组成如下表所示。现用多变压缩机将该物流压缩至 3450kPa，压缩机的多变效率为 100%，驱动机的机械效率为 100%。 求压缩机所需的轴功率及该物流的出口温度和体积流率 物性方法选择 PENG-ROB 组分 缩写式 流率（ kmol/h） 甲烷 C1 0.05 乙烷 C2 0.45 丙烷

8、C3 4.55 正丁烷 NC4 8.60 异丁烷 IC4 9.00 1,3-丁二烯 DC4 9.00 例 4.4 MComp 多级压缩机的应用 物流的温度为 100 ，压力 690kPa，组成如下表所示。使该物流通过一个二级等熵压缩机，压缩机一级和二级之间的冷却器移出热量 30kW,压降为 0。 求压缩机的总功率，物流经过一级压缩机后的温度，以及最终的出口温度。 物性方法选择 PENG-ROB 组分 缩写式 流率（ kmol/h） 甲烷 C1 0.05 乙烷 C2 0.45 丙烷 C3 4.55 正丁烷 NC4 8.60 异丁烷 IC4 9.00 1,3-丁二烯 DC4 9.00 例 4.5

9、Valve 阀门应用举例 水温度为 25，压力 600kPa，流率为 100m3/h，流经一公称直径为 6in的截止阀（ 1in=25.4mm）。阀门的规格为 V500 系列的线性流量阀，开度为 30%。 计算阀门的出口压力 物性方法选择 STEAM-TA 例 4.6 Pipe 管线应用举例 流率为 4000kg/h，压力为 600kPa 的饱和水蒸汽流经 114mm*4mm 的管道。管道长 25m，出口比进口高 6m，粗糙度为 0.05mm，传热系数为20W/(m2*K)。管道采用法兰连接，安装有闸阀一个， 90肘管两个，环境温度 22 . 计算出口蒸汽的压力，温度以及管道的热损失各是多少

10、物性方法采用 STEAM-TA 例 4.7 Pipeline 管线系统应用 举例 流率为 80m3/h，温度为 40，压力为 400kPa 多段水流经 114mm*4mm的管线，管内壁粗糙度为 0.05mm，管线首先向北延伸 10m，再向东延伸5m，再向南延伸 10m，然后升高 5m，再向东延伸 5m。 计算管线的出口压力 物性方法采用 STEAM-TA 例 5.1 锅炉 温度 25 、压力 0.4 MPa、流量 5000 kg/hr 的软水在锅炉中加热成为0.45MPa 的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。物性方法选择 IAPWS-95。 求所需的锅炉供热量。 例 5.2 冷凝器 流量为 1000

11、kg/hr、压力为 0.11 MPa、 含乙醇 70 %w、 水 30 %w 的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽 /液比（摩尔） =1/3。求冷凝器热负荷。 例 5.3 换热器简捷计算 模拟一个换热器，热物流苯流率为 65800kg/h，温度为 200 、压力为2.8MPa。冷物流正十二烷流率为 222200kg/h，温度为 40 、压力为 1.4MPa。换热完成后，苯冷却至 100 。两股物流逆流换热，热物流走壳程。物性方法选择 PENG-ROB. 求两股物流出口状态及换热器热负荷。 例 5.4 换热器详细计算 对例 5.3 的换热器进行详细核算，并将结果与简捷计算结果进行比较。

12、 换热器具体结构如下：换热器水平放置，采用单壳程双管程的挡板换热器，壳体内径为 850mm，壳 /管束间隙 15mm，使用碳钢管，共 200 根，管长 8m，管子规格为 25*2.5mm，正方形排列，管心距 30mm；挡板为 24 块，板间距300mm，挡板圆缺率 0.2；壳侧管口直径 150mm，管侧管口直径 200mm，且管子穿过挡板窗口。由膜传热系数法计算传热系数，忽略污垢热阻，其他条件采用默认值。 例 6.1 化学计量反应器 RStoic 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为 ： 原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为 14，流量为 100 kmol/hr。 若反应在恒压及等温条件下进行，系统

13、总压为 0.1013 MPa，温度为 750 ，当反应器出口处 CH4转化率为 73%时， CO2和 H2的产量是多少？反应热负荷是多少？ 物性方法 PENG-ROB 例 6.2 产率反应器 RYield 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为 ： 原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为 14，流量为 100 kmol/hr。反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为 0.1013 MPa，温度为 750 ，如果反应器出口物流中摩尔比率 CH4 H2O : CO2 : H2等于 1 : 2 : 3 : 4 时， CO2和 H2的产量是多少？需要移走的反应热负荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足元素平

14、衡？ 物性方法 PENG-ROB 例 6.3 平衡反应器 REquil 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为 ： 原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为 14，流量为 100 kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为 0.1013 MPa，温度为 750 ，当反应器出口处达到平衡时， CO2和 H2的产量是多少？反应热负荷是多少？ 例 6.4 吉布斯反应器 RGibbs 同上 例 6.5 全混釜式反应器 RCSTR 乙酸乙酯的平衡反应式为： 乙醇（ ethanol）乙酸（ acetic） 乙酸乙酯（ acetate）水（ water） 基于摩尔摩尔浓度的反应平衡常数为 K， lnK 1

15、.335。进料为 0.1013MPa 下的饱和液体，其中，水、乙醇、乙酸的流率分别为 736kmol/h， 218 kmol/h， 225 kmol/h，全混釜反应器的体积为 21000L，温度为 60，压力为 0.1013MPa，化学反应对象选用指数型。物性方法选用 NRTL-HOC。求乙酸乙酯的流率 例 6.6 平推流反应器 RPLUG 反应式和指数型动力学方程如下（其中动力学参数以英制单位为基准，浓度为摩尔浓度，反应相态为气相） ： CL2+C3H6C 3H5CL+HCL R1=1.5*106*exp（ 27200/RT） *CL2* C3H6 CL2+C3H6C 3H6CL2 R2=9

16、0.46*exp（ 6860/RT） *CL2* C3H6 两股进料混合后进入反应器，进料氯气（ CL2）的温度为 200，压力为0.2026MPa，流率为 0.308kmol/h。反应器长度为 7.62m，内径 50.8mm，压降为 0，传热系数 U=24.412kcal/(h*m2*K)。 2224 4HCOO2HCH 2224 4HCOO2HCH 224 3HCOOHCH 222 HCOOHCO 用 180kg/h 的水作为冷却剂与反应器逆流换热，对于水的进口温度可以设定初值为 80，压力为 0.1013MPa，规定水的出口温度为 90。物性方法选用 ideal。求冷却剂水的进口温度，产

17、品的温度以及产品中氯丙烯（ C3H5CL）和 1,2-二氯丙烷（ C3H6CL2）的流率各是多少。 例 6.7 间歇反应器 RBATCH 模拟烷基甘油醚反应，反应包括两个单体反应和两个二聚反应，化学反应对象选择指数型。 Fatty alcohol Eqi Alpha-Monomer 1- 十三烷醇（ C13H28O） +环氧氯丙烷（ C3H5CLO） Fatty alcohol Eqi Beta-Monomer Alpha-Monomer EqiAA -Dimer Alpha-Monomer EqiA B-Dimer 间歇进料 Fatty alcohol 总量为 3257kg，温度为 65 ，

18、压力为 0.1013MPa；连续进料 Epi 总量为 1710kg，温度为 65 ，压力为 0.1013MPa，并以 1140kg/h的流率连续进料 1.5h。反应器温度为 65 ，压力为 0.1013MPa，反应为液相反应，反应 1.5h 后结束，计算时间间隔设为 1min，物性方法选用 NRTL,求反应产品的组成流率 R OH 2CCHO H C H2C l R O C H C H 2O HH 2C C lAlpha-Monomer Beta-Monomer R OH 2CC HOC H 2C lH 2 CH CO HH 2CC lR OH 2CC HOC H 2C lH CH 2C C

19、lH 2 C O H AA-Dimer AB-Dimer 例 6.8 小测验 以苯和丙烯反应生成异丙苯为例 含苯（ BENZENE,C6H6）和丙烯 (PROPENE,C3H6)的原料物流 FEED 进入反应器 REACTOR，经反应生成异丙苯 (PRO-BEN,C9H12)，反应后的混合物经冷凝器 COOLER 冷凝，再进入分离器 SEP,分离器 SEP 顶部物流 RECYCLE 循环回反应器 REACTOR，分离器 SEP 底部物流 PRODUCT 作为产品流出，求产品PRODUCT 中异丙苯的摩尔流率 原始物流 FEED 温度为 105 ，压力为 0.25MPa，苯和丙烯的摩尔流率均为1

20、8kmol/h，反应器绝热操作，压力为 0.1MPa 反应方程如下： C6H6+C3H6 C9H12 其中丙烯转化率为 90% 冷凝器 COOLER 的出口温度为 54 ，压降为 0.7kPa，分离器绝热操作，压降为 0 （ 1） 要求产品中异丙苯的含量为 98%(mol)求冷凝器出口温度。简述实现该模拟计算的基本步骤。（设计规定） 画出该流程的流程图，并在图中标注各流股的温度、压力及摩尔组成。 （ 2）分析冷凝器出口温度对闪蒸器底部产品中异丙苯摩尔分率的影响，请画出简图。 例 7.1 简捷精馏 含乙苯 58.43%w、苯乙烯 4.15%w、其余为焦油（正十七烷）的混合物（ F=12500kg

21、/hr、 P=0.1013MPa、 T=45 C）用精馏塔（塔压 0.02MPa ）分离，要求塔顶产品中乙苯不少于 99%，塔底产品中苯乙烯含量不少于 99.7% ，采用全凝器。冷凝器压力 6kPa，再沸器压力 14kPa。 PENG-ROB 求：最小回流比，最小理论板数，实际回流比，实际理论板数，进料位置，塔顶产品与进料摩尔流率比，回流比随理论板数变化关系 例 7.2 简捷校核 Distl 用简捷法校核一个精馏塔，进料条件同例 7.1 冷凝器压力为 6kPa，再沸器压力 14kPa，实际回流比 5.11，理论板数 65，塔顶产品与进料摩尔流率比（ distillate to feed mol

22、e ratio）为 0.5853。 求冷凝器和再沸器的热负荷，塔顶产品，塔底产品的质量纯度 例 8.3 严格精馏计算 RadFrac 在例 8.1 简捷设计的基础上，对乙苯 -苯乙烯精馏塔进行严格核算和设计计算。进料条件，冷凝器形式，冷凝器压力，再沸器压力，产品纯度要求与例 8.1 相同。塔顶压力为 6.7kPa，再沸器采用釜式再沸器。物性方法选用 PENG-ROB 求： 根据例 8.1 的设计结果，利用 RadFrac 模块计算塔顶及塔底产品的纯度 求满足产品纯度要求所需的回流比和塔顶产品流率以及冷凝器和再沸器的热负荷 在满足产品纯度的基础上，绘制塔内温度分布曲线，塔内液相质量组成分布曲线

23、在满足产品纯度的基础上，分析进料位置和总理论板数变化对再沸器热负荷的影响 求达到分离要求的最小回流比 求达到分离要求的最小理论板数 进行塔板校核和填料设计 初步设计的板式塔结构为塔径 4.6m，板间距 600mm，浮阀塔板，双溢流，溢流堰高 50mm，校核塔板的水力学性质 采用诺顿公司的 DG50 金属 IMTP 填料，确定塔径 例 8.1 设计规定 DESIGN SPEC 以苯和丙烯反应生成异丙苯为例 含苯（ BENZENE,C6H6）和丙烯 (PROPENE,C3H6)的原料物流 FEED 进入反应器 REACTOR，经反应生成异丙苯 (PRO-BEN,C9H12)，反应后的混合 物经冷凝

24、器 COOLER 冷凝，再进入分离器 SEP,分离器 SEP 顶部物流 RECYCLE 循环回反应器 REACTOR，分离器 SEP 底部物流 PRODUCT 作为产品流出，求产品PRODUCT 中异丙苯的摩尔流率 要求产品中异丙苯的含量为 98%(mol)求冷凝器出口温度 原始物流 FEED 温度为 105 ，压力为 0.25MPa，苯和丙烯的摩尔流率均为18kmol/h，反应器绝热操作，压力为 0.1MPa 反应方程如下： C6H6+C3H6 C9H12 其中丙烯转化率为 90% 冷凝器 COOLER 的出口温度为 54 ，压降为 0.7kPa，分离器 绝热操作，压降为 0 物性方法 PE

25、NG-ROB 例 8.2 灵敏度分析 例 8.1中冷凝器出口温度对闪蒸器底部产品中异丙苯摩尔分率的影响 例 8.3 优化 建立一个二氯甲烷溶剂回收系统，两个闪蒸塔 FLASH1 和 FLASH2 分别在绝压 136kPa 和 130kPa 下绝热操作。物流 FEED 中含二氯甲烷和水，流率分别为 635kg/h、 44725kg/h，温度为 37，压力为 170kPa。 STM1 和 STM2 均为绝压 1.4MPa 的饱和蒸汽。要求使 STM1 和 STM2 蒸汽总用量最少，两股蒸汽 物流的流率范围为 45010000kg/h 保证容差在 1ppm 内， FLASH2 底部物流 BOTM2 中的二氯甲烷最大允许浓度为 150ppm 物性方法 NRTL 例 9.1 物性分析 运用物系分析做出甲醇 -水体系在 0.1MPa 下的 T-x-y 相图，已知甲醇、水的流率均为 50kmol/h 例 9.2 物性估算 估算二聚物“乙基 -2-乙氧基乙醇”的物性。 已知该物质的分子式为： CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH 正常沸点为 195 回流比 RR 进料位置 feed stage 理论塔板数 NSTAGE B1B2F E E DT O P 1F E E D 2T O P 2B O T M 2S T M 1S T M 2