aspen单元模块
2-1 aspen单元操作模型的主要类型
多级多变压缩机，多级正位移压缩 变物流压力. 允许从内冷器中采 机, 等熵曲线压缩机，等熵曲线透 出液体物流 平. 确定压降或阀系数(CV) 确定单段管或环型空间的压降 或传热 确定多段管或环型空间的压降 或传热 多相, 绝热球型流量阀或蝶阀 多相, 一维, 稳态和全充满管线流动 多相, 一维, 稳态和全充满管线流动
BatchFrac*+ RateFrac* Extract
严格间歇蒸馏 基于速率的蒸馏 液-液萃取
单个间歇塔的严格核算 单个和多级塔的严格核算和设计. 建 立在非平衡计算基础上 液-液萃取塔的严格核算
反应器
模型
RStoic RYield REquil RGibbs RCSTR RPlug
说明
化学计量反应器 收率反应器 平衡反应器 平衡反应器 连续搅拌釜式反应器 活塞流反应器
用法
混合悬浮液, 混合产品脱除 (MSMPR) 结晶器，用于单固体产品 旋转式/钳夹式粉碎机, 笼式磨房式压碎机和单辊或多辊粉碎机 用筛分离固体和固体 用纤维过滤器分离气体和固体 用旋风分离器分离气体和固体 用文丘里管洗刷器分离气体和固体 用干燥静电沉淀器分离气体和固体 用旋流除砂器分离液体和固体 用离心分离过滤器分离液体和固体 用连续旋转减压过滤器分离液体和固体 单级固体洗涤器 多级洗涤器或一个逆流倾析器
出液体物流多级多变压缩机多级正位移压缩valve控制阀确定压降或阀系数cv多相绝热球型流量阀或蝶阀pipe确定单段管或环型空间的压降或传热多相稳态和全充满管线流动pipeline或传热多相稳态和全充满管线流动调节器模型说明目的用法mult物流乘法器用用户提供的系数乘以物流流量把物流按比例放大或按比例缩小dupl物流复制器把物流复制成任何数量的出口物流在同一流程中复制物流来观察不同方案clchng物流类变化器改变物流类将使用不同物流类的段或模块连接模型说明用法crystallizer连续结晶器混合悬浮液混合产品脱除msmpr结晶器用于单固体产品crusher粉碎机旋转式钳夹式粉碎机笼式磨房式压碎机和单辊或多辊粉碎机screen用筛分离固体和固体fabfl纤维过滤器用纤维过滤器分离气体和固体cyclone旋风分离器用旋风分离器分离气体和固体vscrub用文丘里管洗刷器分离气体和固体esp干燥静电沉淀器用干燥静电沉淀器分离气体和固体hycyc旋流除砂器用旋流除砂器分离液体和固体cfuge离心分离过滤器用离心分离过滤器分离液体和固体filter旋转减压过滤器用连续旋转减压过滤器分离液体和固体swash单级固体洗涤器单级固体洗涤器ccd逆流倾析器多级洗涤器或一个逆流倾析器
Aspen简单模块
流率 kmol/hr
10 15 15 10 15 15 10 10 25 0 15 10
温度 ℃
100
120
4.1.2 分流器 FSplit
4.1.2 分流器 FSplit
出口物流的压力（或
FSplit计算时需要指定 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CHAOSEA。 要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的50% ；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的正丁烷。
主要模块参数为缩放因子（Multiplication factor） 。
4.2.2 物流复制器Dupl
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。
4.3 简单分离器
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
Aspen反应器单元模块
热力学平衡类反应器
根据热力学平衡条件计算体系发 生化学反应的结果，不考虑动力学可 行性。 该类别包含两种反应器。
1、平衡反应器（REquil）
Equilibrium Reactor
2、吉布斯反应器（RGibbs）
Gibbs Reactor
REquil——平衡反应器
性质：根据化学反应方程式进行反应， 按照化学平衡关系式达到化学平 衡，并同时达到相平衡。 用途：已知反应历程和平衡反应的反应 方程式，不考虑动力学可行性， 计算同时达到化学平衡和相平衡 的结果。
70 % conversion of ethanol
F-STOIC RSTOIC FEED Feed: Temp = 70 C DUPL Pres = 1 atm Water: 8.892 kmol/hr Ethanol: 186.59 kmol/hr Acetic Acid: 192.6 kmol/hr F-GIBBS P-GIBBS P-STOIC
Forward Reaction: k = 1.9 x 108, E = 5.95 x 107 J/kmol Reverse Reaction: k = 5.0 x 107, E = 5.95 x 107 J/kmol Reactions are first order with respect to each of the reactants in the reaction (second order overall). Reactions occur in the liquid phase. Composition basis is Molarity.
RCSTR—全混釜反应器
性质：釜内达到理想混合。可模拟单、 两、三相的体系，并可处理固体。 可同时处理动力学控制和平衡控 制两类反应。 用途：已知化学反应式、动力学方程和 平衡关系，计算所需的反应器体 积和反应时间，以及反应器热负 荷。
(精品)aspen单元模块
Pump — 示例 2
一离心泵输送流量为 100 m3/hr 的水，水的压强为 1.5 bar，温度为 25 C。泵的特性曲线如下：
流量（m3/hr） 70.0 90.0 109.0
120.0扬程（m） Nhomakorabea59.0 54.2 47.8
43.0
效率（%）
64.5 69.0 69.0
66.0
求： 泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴
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HeatX—详细计算
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管子的几何尺寸
计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸， HeatX模型也用这个信息从膜系数来计算传热 系数，在Geometry Tubes（管子的几何尺寸） 页上输入管子的几何尺寸。
功率各是多少？
Compr 压缩机模型
Compr 模型用于模拟四种单元设备
1. 多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor)
2. 多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor)
3. 等熵压缩机（Isentropic Compressor) 4. 等熵汽轮机（Isentropic Turbine)
HeatX
两股物流的换热 器
MHeatX
多股物流的换热 器
目的
用于
确定出口物流的热和 加热器、冷却器、冷
相态条件
凝器等
两股物流的换热器。 在两个物流之间换热 当知道几何尺寸时，
核算管壳式换热器
多股热流和冷流换热 在多股物流之间换热 器，两股物流的换热
器，LNG换热器
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
Aspen模拟反应器模块[优质ppt]
![Aspen模拟反应器模块[优质ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/4d47a5b184868762caaed57d.png)
反应器---动力学反应器
• RPLUG
第15页
反应器---动力学反应器
• RBATCH
只能处理以速率为基础的动力学反应 可允许任意数目的连续或延迟进料流股 过程的持续时间可以通过停止判据、周期时间
和结束时间（result time）来规定 流程中使用集液罐连接稳态流股
第16页
反应器---反应ID的使用
第2页
反应器---基于物料平衡的反应器
• Rstoic 和Ryield这两类基于物料平衡的反应器适用 于反应动力学不知道或不重要的情况
第3页
反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic
适用于反应动力学不知道或不重要的情况
要求原子平衡和质量平衡
用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重 要的反应器
当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反
应，致使反应数量很多时，该模块非常有用。
RGibbs 是唯一能处理固-液-汽相平衡的Aspen
Plus模块
第9页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs 基本规定屏
第10页
反应器---动力学反应器
动力学反应器有 RCSTR（全混流反应器）, RPlug （平推流反应器）和RBatch（间歇反应器）。 • 因为考虑了反应动力学, 所以必须对其进行定义。 动力学可以用一个内置模型定义, 或用一个用户子 程序定义，现有的内置模型是： 幂律模型（Power Law） Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson
OUT
第6页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
REquil（平衡反应器）和RGibbs（Gibbs自由能最 小的平衡反应器）都可用于化学平衡和相平衡同 时发生的单元操作的模拟。 不考虑反应动力学 该类模块能求解相似的问题，但对于问题的规
Aspen传热单元模块
到过热度 100 ℃（0.39 MPa），
求过热蒸汽温度和所需供热量。
Heater— 应用示例 (3)
流量为 1000 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。
Heater — 应用示例 (4)
HeatX — LMTD校正（2）
HeatX—— 简捷计算
压降 ( Pressure Drop )
分别指定热侧和冷侧的出口压力
( Outlet pressure )
指定值 > 0，代表出口的绝对压力值
指定值 ≤ 0，代表出口相对于进口的压力降低值
HeatX—— 简捷计算（2）
HeatX—— 简捷计算（3）
AspenPlus常用单元模块图标介绍用途-中英文-Word版 甄选
Model Icon Description Purpose Use ForMixer StreammixerCombines multiplestreams into onestreamMixing tees. Stream mixingoperations.Adding heat streams. Addingwork streamsFSplit StreamsplitterDivides feed basedon splits specifiedfor outlet streamsStream splitters. Bleed valvesSSplit Substreamsplitter Divides feed basedon splits specifiedfor each substreamStream splitters. Perfectfluid-solid separatorsFlash2Two-outletflashSeparates feed intotwo outlet streams,using rigorousvapor-liquid orvapor-liquid-liquidequilibriumFlash drums, evaporators,knock-out drums,single stage separatorsFlash3Three-outlet flashSeparates feed intothreeoutlet streams, usingrigorousvapor-liquid-liquid equilibriumDecanters, single-stageseparators with twoliquid phasesDecant er Liquid-liquiddecanterSeparates feed intotwoliquid outlet streamsDecanters, single-stageseparators with twoliquid phases and no vaporphaseHeater Heater orcoolerDetermines thermalandphase conditions ofoutlet streamHeaters, coolers, condensers,and so onHeatX Two-streamheatexchangerExchanges heatbetweentwo streamsTwo-stream heat exchangers.Rating shelland tube heat exchangerswhen geometry is known.DSTW UShortcutdistillationdesignusing theWinn-Underwood-GillilandmethodDeterminesminimumreflux ratio,minimumnumber of stages,andeither actual refluxratio oractual number ofstagesColumns with one feed andtwo productstreamsDistlShortcutdistillationratingusing theEdmistermethodDeterminesseparationbased on reflux ratio,number of stages,anddistillate-to-feedratioColumns with one feed andtwo productstreamsRadFracRigorousfractionationPerforms rigorousratingand designcalculations forOrdinary distillation,absorbers, strippers,extractive and azeotropicdistillation, three-single columns phase distillation, reactivedistillationBatchF racBatchdistillationPerforms rigorouscalculations forbatchdistillationBatch distillationExtractRigorousliquid-liquidextractionModelscountercurrentextraction of a liquidstream using asolventLiquid-liquid extractorsRStoic StoichiometricreactorModelsstoichiometricreactor withspecifiedreaction extent orconversionReactors where reactionkinetics are unknown orunimportant but stoichiometryand extent of reaction areknownRYieldYieldreactorModels reactor withspecified yieldReactors where stoichiometryand kinetics are unknown orunimportant but a yielddistribution is knownREquil EquilibriumreactorPerforms chemicalandphase equilibrium byStoichiometriccalculationsReactors with simultaneouschemical equilibrium andphase equilibriumRGibbs Equilibriumreactor withGibbsenergyminimizationPerforms chemicalandphase equilibrium byGibbs energyminimizationReactors with phaseequilibrium or simultaneousphase and chemicalequilibrium. Calculating phaseequilibrium for solid solutionsand vapor-liquid-solid systems.RCSTR Continuousstirred tankreactorModels continuousstirred tank reactorOne-, two, or three-phasestirred tank reactors withrate-controlled and equilibriumreactions in any phase basedon known stoichiometry andkineticsRPlug Plug flowreactorModels plug flowreactorOne-, two-, or three-phaseplug flow reactors withrate-controlled reactions in anyphase based on knownstoichiometry and kineticsRBatchBatchreactorModels batch orsemi-batch reactorOne-, two-, or three-phasebatch and semi-batch reactorswith rate-controlled reactionsin any phasebased on known stoichiometryand kineticsPumpPump orhydraulicturbineChanges streampressure when thepower requirementisneeded or knownPumps and hydraulic turbinesCompr Compressoror turbineChanges streampressure whenpowerrequirement isneededor knownPolytropic compressors,polytropic positivedisplacement compressors,isentropiccompressors, isentropicturbinesValveValvepressuredropModels pressuredropthrough a valveControl valves and pressurechangersModel Icon Description Purpose Use ForMixer物流混合器将多股物流合并为一股物流混合三通型、物流混合操作、增加热流、增加功流FSplit分流器把入口物流分成多个规定的出口物流分流器、bleed（排气）阀SSplit子物流分流器把每个入口子物流分成多个规定的出口物流分流器、固液分离器Flash2两股出口流的闪蒸罐用严格气-液或气-液-液平衡，把进料分成两股出口物流闪蒸罐、蒸发器、分液罐、单级分离器Flash3三股出口流的闪蒸罐用严格气-液-液平衡，把进料分成三股出口物流倾析器、有两个液相的单级分离器Decant er 液-液倾析器把进料分成两股液相出口物流倾析器、有两个液相和没有气相的单级分离器Heater 加热器或冷却器确定出口物流的热和相态条件加热器、冷却器、冷凝器等等HeatX 两股物流的换热器在两股物流之间换热两股物流的换热器。
Aspen教程-3模块操作
6
3
混合器例子流程图
进料物流1
下面这是一个混合器的例子，首先建立工艺流程图。 混合器模块的名称为B1
进料物流2
7
输入进料数据
输入进料物流1数据 输入进料物流2数据
注意：进料物流1的压力为101.3KPa，而进料物流2 的压力为200KPa。后面的讲解要用到这两个压力。
物性方法选用NRTL
8
4
B1 - Input – Flash Options
对于物流混合器来说，需要规定出口压力(或压降)以及物 流的有效相态。当混合热流或功流时，不需要任何规定。
如果你规定了压降，混合器确定入口物流压力的最小值， 并采用这个最小入口物流压力计算出口压力。首先规定压 力为0（表示压降为0），结果显示如下页：
9
查看模块结果
可以看到最终的出口物流压力为两股进料 压力中最小的那一个压力，即101.3KPa。
在前面我们选择的是输入泵的出 口压力值，在此我们选择 Pressure ratio,此项表示出口物 流压力与进料压力的比值。当然 我们也可已选择其他的选项。
35
查看物流结果
出口物流压力与进料压力的比值为2
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18
混合器 / 分流器模块 压力变送器模块（Compr模块） 换热器模块 塔模块 反应器模块
HeatX
两物流换热器
两股物流的换热器
MHeatX
多物流换热器
任何数量物流的换热 器 管壳式换热器的设计 和模拟 空冷器的设计和模拟
Hetran*
BJAC Hetran 程 序界面 BJAC Aerotran 程序界面
Aerotran*
具有多种结构的空冷器. 用于模拟 节煤器和加热炉的对流段.
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k 1 k
cp cv
k — 多方系数
Compr—— 效率
3、机械效率 Mechanical Efficiency
压缩机 m 对气体作功 轴功 汽轮机 m 轴功 对气体作功
Compr —— 结果查看
从数据浏览器的Compr对象下选择Results查看结果
一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气（air)加压到 3.3 bar，空气的温度为 25 C，流量为 1000 m3/h。压缩 机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为 0.97。 求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气 的出口温度和体积流量各是多少？
Valve —— 阀门模型
Valve —— 从数据浏览器的Valve对象下结选择果Re查sult看s查看结果
水的温度为30度，压强为6 bar，流量为 150m3/Hr,流经一公称通径为8英寸的截止阀。 阀门的规格为V500系列的线性流量阀，阀门 的开度为20%.
求：阀门出口的水压强是多少？
Pipe —— 管段模型
管段模型计算等直径、等坡度的一 段管道的压降和传热量。
Compr——模型参数
多变
Compr—— 效率
Compr 模型有三种效率：
1、等熵效率 Isentropic Efficiency
压缩机
s
hs
out
hout
hin hin
汽轮机
s
hout hosut
hin hin
2、多变效率 Polytropic Efficiency
p 1
使用模拟(simulation)选项时，模块根据实际 的换热面积计算两股物流的出口状态。
57
HeatX—详细计算
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管子的几何尺寸
计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸， HeatX模型也用这个信息从膜系数来计算传热 系数，在Geometry Tubes（管子的几何尺寸 ）页上输入管子的几何尺寸。
使用出口物流
内部（环境）
压力
温度
Pipeline——管线参数
管段编号 内端点
外端点
Pipeline—管线参数
完成后的表如下：
Pipeline —— 结果查看
从数据浏览器的Pipeline对象下选择Results查看结果
Pipeline —— 结果查看
Pipeline的Profiles给出了每个节点处的结果
Pipeline —— 管线模型
管线模型计算由多段管道串联组成 的一条管线的压降。
Pipeline——管线模型
Pipeline——管线参数
输入计节算点方坐向标计算环境压力 管段结构
输入长度及角度计算内部压力
传热选项
物性计算
每一步进行闪与蒸周围环境进行能量计算
从属性点插指入定温度配置文流件动基准 使用入口物流
Pump —— 特性曲线
标准的设计方法是使用泵特性曲线 (Performance curve)。特性曲线有三种输 入方式：
• 列表数据 Tabular Data • 多项式 Polynomials • 用户子程序 User Subroutines
列表数据是最常用的输入方式。
Pump —— 特性曲线
功率各是多少？
Compr 压缩机模型
Compr 模型用于模拟四种单元设备
1. 多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor)
2. 多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor)
3. 等熵压缩机（Isentropic Compressor) 4. 等熵汽轮机（Isentropic Turbine)
1、闪蒸规定 ( Flash specifications)
从中（（12））温压度力
Temperature Pressure
任（3）温度改变 Temperature change
选（4）蒸汽分率 Vapor fraction
两（5）过热度 Degrees of superheating
项（6）过冷度 Degrees of subcooling
阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。
阀门模型有三种应用方式（计算类型） 1. 绝热闪蒸到指定出口压力
Adiabatic flash for specified outlet pressure 2. 对指定出口压力计算阀门流量系数
Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure
其中：Hs 为允许吸上真空度
Pump — Q~NPSHR 表
在NPSHR表单中输入NPSHR数据
Pump —— NPSHA
根据安装和流动情况可以算出泵进口处 的“有效汽蚀余量”
Net Positive Suction Head Available
在实际使用条件下，选择的泵应该满足
NPSHA 1.3NPSHR
Pump —— 特性曲线
当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时， 还要输入操作转速数据：
Pump —— 特性曲线
用多项式表示特性曲线：
Pump — Q~NPSHR 表
设计泵的安装位置时，应核算“必需汽 蚀余量”
Net Positive Suction Head Required
NPSHR 10 Hs (m)
从数据浏览器的Pump对象下选择Results查看结果
Pump — 示例 1
一水泵将流量为 100 m3/hr ，压强为 1.5 bar，温度 为 25 C的水加强到 6 bar。若泵效率为0.68, 驱动电机 的效率为0.95. 求： 泵提供给流体的功率，泵所需要的轴功率，电机消 耗的电功率各是多少？
使用模拟(simulation)选项时，需设定换热面 积，模块计算两股物流的出口状态。
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HeatX—计算类型
2、详细计算(detailed)
详细计算只能与核算或模拟选项配合。详细计 算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计算 实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校正 因子和压降。
使用核算(rating)选项时，模块根据设定的换 热要求计算需要的换热面积。
法兰连接/焊接
直行三通 旁路三通
其余当量长度
螺纹连接
其余K因子
Pipe —— 结果查看
从数据浏览器的Pipe对象下选择Results查看结果
Pipe —— 结果查看
计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形(Profiles)
Pipe —— 示例 1
流量为 5000 kg/h，压强为 7 bar的饱和水蒸 汽流经 1084 的管道。管道长 20 m，出口比 进口高 5 m，粗糙度为 0.05 mm。管道采用法兰 连接，安装有闸阀 1 个，90 肘管 2 个。环境温 度为 20 C，传热系数为 20 W/m2K。求：出口 处蒸汽的压强、温度和含水率，以及管道的热 损失各是多少？
3. 对指定阀门计算出口压力(核算方式) Calculate outlet pressure for s式时，需输入以下参数： • 阀门类型 (Valve type)：
截止阀 (Global)、球阀 (Ball)、蝶阀(Butterfly)
Pipe —— 管段模型
Pipe —— 管段参数
管道参数表 长度 直径 提升
粗糙度 用户子程序计算
Pipe —— 热参数设定
等温 线性温度剖型 绝热(零热负荷) 热量衡算
内部温度 环境温度 传热系数
热参数设定表 热参数类型 能量平衡参数
热通量
Pipe —— 管件参数
连接方式
管件参数
闸阀 蝶阀 90度肘管
Compr——计算模型
标准等熵模型（热力学简化) ASME修正的等熵模型 GPSA修正的等熵模型 ASME修正的多变模型 GPSA修正的多变模型 分片积分多变模型 正排量模型 正排量模型用分片积分计算
American Society of Mechanical Engineers) 美国机械师协会(复杂，准确）
（7）热负荷 Heat duty
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Heater模型有两组模型设定参数：
2、有效相态 ( Valid Phase )
（1）蒸汽
（2）液体
（3） 固体
（4）汽—液
（5） 汽—液—液 （6）液—游离水
（7） 汽—液—游离水
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Heater — 模型参数（4）
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Heater — 示例 3
流量为1000 kg/hr （0.4 MPa ） 的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到 过热度 100 ℃（0.39 MPa），求过 热蒸汽温度和所需供热量。
Aspen Plus中各类主要单 元模块介绍
主要模块类型
Pressure Changers（流体输送设备） Heat Exchangers（换热器） Columns（塔） Reactors（反应器） Mixers/Splitters（汇合/分支节点） Separators（分离器） Solids（固体分离设备）
Gas Processors Suppliers Association
气体处理工艺商协会(简单，不准确）
Compr—— 模型参数
Compr 模型有五种工作方式：
指定模型参数
计算结果参数
• 排出压力 • 压力增量 • 压力比率 • 所需功率 • 特性曲线
所需（产）功率 所需（产）功率 所需（产）功率 排出压力 所需（产）功率
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两股物流的换热器HeatX
功能：在两个物流之间换热 用途：当知道几何尺寸时，核算管
壳式换热器