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1、第4章 简单单元模拟,作者：王俊 孙兰义,目录,4.1 混合器/分流器4.1.1 混合器 Mixer4.1.2 分流器 FSplit4.2 两种调节器4.2.1 物流倍增器 Mult4.2.2 物流复制器 Dupl4.3 简单分离器4.3.1 两相闪蒸器 Flash24.3.2 三相闪蒸器 Flash34.3.3 液-液分相器 Decanter4.3.4 组分分离器 Sep4.3.5 两出口组分分离器 Sep2,4.1 混合器/分流器,4.1.1 混合器 Mixer,混合器Mixer的输入物流可以为任意数量，通过一次简单的物料平衡混合为一股物流。混合器Mixer的输入物流也可以是热流和功流。混
2、合器Mixer有多种图标可选用。,4.1.1 混合器 Mixer,对于相应的热流和功流可以分别从模型库中选择HEAT（Q）和WORK（W）Mixer图标。单一的混合器Mixer不能同时混合物流、热流、功流。,4.1.1 混合器 Mixer,Mixer计算时需要指定,4.1.1 混合器 Mixer,出口物流的压力（或模块压降）,出口物流的有效相态,如果不指定压力或压降，模块将自动默认进料的最低压力为出口物流的压力。,例4.1.1 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。,4.1.1 混合器 Mixer,分流器FSplit可以将已知状态（如温度、
3、压力、流率、组成等）的一股或几股物流混合后分割成相同状态的任意股出口物流。所有出口物流具有与混合后的入口物流相同的组成和条件。分流器FSplit有多种图标可选用。,4.1.2 分流器 FSplit,4.1.2 分流器 FSplit,对应的热流和功流可以分别从模型库中选择HEAT（Q）和WORK（W）FSplit图标。分流器FSplit不能把一个流股分成不同类型的流股，例如分流器FSplit不能把一股物流分成一股功流和一股物流。,4.1.2 分流器 FSplit,可以通过指定产品分率（Split Fraction，产品流率与进料总流率的比值）、质量流率、摩尔流率、体积流率或组分流率（需要指定关键
4、组分Key components）来确定出口产品的参数。,4.1.2 分流器 FSplit,4.1.2 分流器 FSplit,FSplit计算时需要指定,出口物流的压力（或模块压降）,出口物流的有效相态,如果不指定压力或压降，模块将自动默认进料的最低压力为出口物流的压力。,4.1.2 分流器 FSplit,例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料物流依然选用例4.1.1的三股进料，物性方法选用CHAO-SEA。要求：物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的50%；物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的正丁烷。,4.1.2 分
5、流器 FSplit,4.2 两种调节器,物流倍增器Mult与物流复制器Dupl设置在模块库Manipulators下。,4.2.1 物流倍增器Mult,4.2.1 物流倍增器Mult,物流倍增器Mult通过指定缩放因子将一股进口物流的所有与流率相关的参数按照一定比例缩放而不改变其状态参数。主要模块参数为缩放因子（Multiplication factor）。,4.2.2 物流复制器Dupl,物流复制器Dupl用于将一股输入物流复制为多股完全相同的输出物流。在同一股进料下，物流复制器Dupl可复制物流和能流，不遵循物料和能量衡算。,4.2.2 物流复制器Dupl,4.3 简单分离器,4.3.1
6、两相闪蒸器Flash2,4.3.1两相闪蒸器Flash2,Flash2 模块的连接图如下：,Flash2 模块的模型参数有：1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)2.有效相态 ( Valid Phase)3.液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream),4.3.1两相闪蒸器Flash2,1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参数中的任意两个。,4.3.1两相闪蒸器Flash2,2.有效相态 ( Valid Phase),4.3.1两相闪蒸器Flash2,汽-液相(Vap
7、or-Liquid)汽-液-液相(Vapor-Liquid-Liquid)汽-液-游离水相(Vapor-Liquid-Free Water)汽-液-污水相 (Vapor-Liquid-Dirty Water),3.液沫夹带( Liquid Entrainment in Vapor Stream)液相被带入汽相中的分率。,4.3.1两相闪蒸器Flash2,例4.3.1 进料物流进入第一个闪蒸器FLASH1分离为汽液两相，液相再进入第二个闪蒸器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/hr、45kmol/hr、45km
8、ol/hr、5kmol/hr。闪蒸器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。,4.3.1两相闪蒸器Flash2,4.3.2 三相闪蒸器Flash3,三相闪蒸器Flash3可进行给定热力学条件下的汽-液-液平衡计算，出口产品为一股气相和两股液相。,4.3.2 三相闪蒸器Flash3,4.3.2 三相闪蒸器Flash3,Flash3 模块的连接图如下：,Flash3 模块的模型参数有：1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)2.关键组分 ( Key Component)3.液沫夹带
9、 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream),4.3.2 三相闪蒸器Flash3,1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参数中的任意两个。,4.3.2 三相闪蒸器Flash3,2.关键组分 ( Key Component)指定关键组分后，含关键组分多的液相作为第二液相，否则默认密度大的液相作为第二液相。,4.3.2 三相闪蒸器Flash3,3.液沫夹带( Liquid Entrainment in Vapor Stream)需要分别设定两个液相被夹带入汽相中的分率。,4.3.2 三相闪蒸器Flash
10、3,4.3.2 三相闪蒸器Flash3,例4.3.2 两股进料进入三相闪蒸器Flash3进行一次闪蒸。进料FEED1中乙醇、甲苯的流率分别为5kmol/hr、25kmol/hr，进料FEED2中水的流率为20kmol/hr，两股进料的温度均为25，压力均为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？,4.3.3 液-液分相器Decanter,液-液分相器Decanter可进行给定热力学条件下的液-液平衡或液-自由水平衡计算，出口产品为两股液相。,4.3.3 液-液分相器Decanter,Decanter 模块的连接图如下：,4.3
11、.3 液-液分相器Decanter,4.3.3 液-液分相器Decanter,Decanter 模块的模型参数有：1.液-液分相器设定(Decanter Specifications)2.关键组分(Key Component)3. 分离效率(Separation Efficiencies),4.3.3 液-液分相器Decanter,1.液-液分相器设定(Decanter Specifications)需要规定压力，以及温度、热负荷的其中一个。,4.3.3 液-液分相器Decanter,2.关键组分(Key Component)指定关键组分后，含关键组分多的液相作为第二液相，否则默认密度大的液相
12、作为第二液相,4.3.3 液-液分相器Decanter,3. 分离效率 (Separation Efficiencies)分离效率代表相组成偏离平衡组成的程度。x1,i和x2,i第一和第二液相中组分i的摩尔分数；Ki 组分i的平衡常数；Ei 组分i的分离效率。,4.3.3 液-液分相器Decanter,当不指定分离效率时，软件默认其值为1。,4.3.3 液-液分相器Decanter,例4.3.3 两股进料进入液-液分相器Decanter进行液-液分离。进料采用例4.3.2中的进料，液-液分相器温度为25，压力为0.1MPa，乙醇的分离效率为0.9。,4.3.4 组分分离器Sep,组分分离器Se
13、p可将任意股入口物流，按照每个组分的分离规定分成两股或多股出口物流。当未知分离过程，但已知每个组分的分离结果时，可以用组分分离器Sep代替严格分离模块以节省计算时间。,4.3.4 组分分离器Sep,4.3.4 组分分离器Sep,Sep 模块的连接图如下：,4.3.4 组分分离器Sep,Sep 模块的模型参数有 ：1. 设定(Specifications)2. 进料闪蒸(Feed Flash)3. 出料闪蒸(Outlet Flash),4.3.4 组分分离器Sep,1. 设定(Specifications)指定每个组分在各输出物流中的分率（Split fraction，组分由进料进入到产品中的分
14、数）或者流率。,4.3.4 组分分离器Sep,2. 进料闪蒸(Feed Flash)指定入口物流混合后的闪蒸压力和有效相态。,4.3.4 组分分离器Sep,3. 出料闪蒸(Outlet Flash)可以在该页面直接设置每一股输出物流的闪蒸压力、温度、气相分率和有效相态。,4.3.4 组分分离器Sep,例4.3.4 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/hr、100kmol/hr、150kmol/hr，要求塔顶产品流率为50kmol/hr，甲醇的摩尔分数为0.95，乙醇的摩尔分数为0.04，物性方法采用UN
15、IQUAC。求塔底产品的流率与组成。,4.3.5 两出口组分分离器Sep2,两出口组分分离器Sep2可以有一股或多股输入物流，但只能有两股输出物流。并把输入物流中的各个组分按照指定的比例或浓度分配到输出物流中。,4.3.5 两出口组分分离器Sep2,4.3.5 两出口组分分离器Sep2,Sep 模块的模型参数有 ：1. 设定(Specifications)2. 进料闪蒸(Feed Flash)3. 出料闪蒸(Outlet Flash),4.3.5 两出口组分分离器Sep2,1. 设定(Specifications)可以指定各输出物流的流量(Flow)/流量分率(Split fraction)、
16、各个组份的流量/流量分率、以及摩尔分率/质量分率。可自由设定的参数个数由物料平衡自由度决定。,4.3.5 两出口组分分离器Sep2,2. 进料闪蒸(Feed Flash)指定入口物流混合后的闪蒸压力和有效相态。,4.3.5 两出口组分分离器Sep2,3. 出料闪蒸(Outlet Flash)可以在该页面直接设置每一股输出物流的闪蒸压力、温度、气相分率和有效相态。,4.3.5 两出口组分分离器Sep2,例4.3.5 用两出口组分分离器Sep2分离如例4.3.4中所述的进料物流，要求塔顶产品流率为50kmol/hr，且甲醇的摩尔分数为0.95，乙醇的摩尔分数为0.04，物性方法采用UNIQUAC。,
