化工模拟实训作业(甲醇-水精馏分离过程模拟计算 )

吉林化工学院 化工过程模拟实训报告

题目： 甲醇-水精馏分离过程模拟计算

教 学 院 石油化工学院

专业班级 化工1204班 学生学号 12110432 学生姓名 常月 指导教师 刘艳杰

2014 年9月28日

1、软件功能简介 Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。AspenPlus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”，并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。 该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。 Aspen Plus是AspenTech工程套装软件(AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。 Aspen Plus包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。比如像电解质模拟，Aspen Plus主要的功能如下: （1）Windows交互性界面 （2）图形向导 （3）EO模型 （4）ActiveX (OLE Automation)控件 全面的单元操作：包括气/液，气/液/液，固体系统和用户模型。 （1）ACM Model Export选项 （2）热力学物性 （3）收敛分析 （4）Calculator models 计算模式 （5）灵敏度分析 （6）案例研究 （7）Design Specification 功能: （8）数据拟合 （9）优化功能 （10）开放的环境 2、已知基础数据及分离任务 （1）已知基础数据 F1：35℃，101kPa，1000 kg/hr的甲醇(62%w)-水(38%w)。 F2：20℃, 150kpa, 1111kg/hr的甲醇（69%w)-水（31%w） F3：25℃， 120kpa 1169kg/hr的甲醇（79%w）-水（21%w） 精馏塔进料流量：3000 kg/hr，进料温度55C，压力120kPa。 （2）分离任务 塔顶产品甲醇含量不低于99.9%(w)， 塔底产品水含量不低于99.9%(w)。 甲醇回收率不低于99.1%，水回收率不低于99.5%。

3、流程叙述 将温度为35 C，压力为101kPa，流量为1220 kg/hr的甲醇(62%w)-水(38%w)。 与温度为20 C，压力为150kPa，流量为1111 kg/hr的甲醇（69%w)-水（31%w）及温度为25 C，压力为120kPa，流量为1169kg/hr的甲醇（79%w）-水（21%w）在混合器M0101中混合。将混合后的物料经分流器S0101分流出3000kg/hr由泵P0101打入换热器E0101，在换热器中将物料加热至55 C后，进入精馏塔T0101进行甲醇-水混合液的精馏分离，经精馏后塔顶得到99.9%的甲醇，塔釜得到99.9%的水。流程图见图1所示。

图1 甲醇-水分离流程图

4、模拟计算过程的简述 4.1 模拟的全局设置 （1）启动ASPEN 点击ASPEN桌面快捷方式进入

（2）单位制的选择\

选择米制 General with Metric Units

（3）运行类型的确定 运行类型为Flowsheet

（4）组分的输入 组分为水（H2O）和甲醇(CH4O)，依次输入并命名

（5）热力学方法的选择 选择NRTL方程

4.2混合器的模拟计算 （1）模型

（2）流股数据的输入

F1的输入：温度35℃ 压力101kpa 流量为1000 kg/hr的甲醇(62%w)-水(38%w) F2的输入：温度为20 C，压力为150kPa，流量为1111 kg/hr的甲醇（69%w)-水（31%w）

F3的输入：温度为25 C，压力为120kPa，流量为1169kg/hr的甲醇（79%w）-水（21%w）

（3）进料F1、F2、F3与混合后FM的数据

F1 F2 F3 FM Temperature C 35 20 25 27.1 Pressure bar 1.01 1.5 1.2 1.01 Vapor Frac 0 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 49.34 43.042 42.448 134.831 Mass Flow kg/hr 1220 1111 1169 3500 Volume Flow cum/hr 1.45 1.314 1.42 4.188 Enthalpy MMkcal/hr -3.098 -2.679 -2.577 -8.355 CH4O 756.4 766.59 923.51 2446.5 H2O 463.6 344.41 245.49 1053.5 CH4O 0.62 0.69 0.79 0.699 H2O 0.38 0.31 0.21 0.301 CH4O 23.606 23.924 28.822 76.353 H2O 25.734 19.118 13.627 58.478 Enthalpy cal/gm -2539.73 -2411.27 -2204.81 -2387.09 Heat Cap cal/gm-K 0.869 0.835 0.825 0.845 Conductivity kcal-m/hr-sqm 0.209 0.203 0.191 0.2 Density kg/cum 841.27 845.321 823.004 835.795 Viscosity cP 0.598 0.743 0.637 0.653 Surface Ten dyne/cm 47.185 45.358 38.463 43.882

4.3分流器的模拟计算 （1）模型，将混合后的物料经分流器S0101分流出3000kg/hr

（2）分流器S0101的数据输入：质量流率为3000kg/hr

（3）分流器流股数据结果： FM F4 F5 Temperature C 27.1 27.1 27.1 Pressure bar 1.01 1.01 1.01 Vapor Frac 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 134.831 19.262 115.569 Mass Flow kg/hr 3500 500 3000 Volume Flow cum/hr 4.188 0.598 3.589 Enthalpy MMkcal/hr -8.355 -1.194 -7.161 CH4O 2446.5 349.5 2097 H2O 1053.5 150.5 903 CH4O 0.699 0.699 0.699 H2O 0.301 0.301 0.301 CH4O 76.353 10.908 65.445 H2O 58.478 8.354 50.124 Enthalpy cal/gm -2387.09 -2387.0-2387.09 9 Heat Cap cal/gm-K 0.845 0.845 0.845 Conductivity kcal-m/hr-sqm 0.2 0.2 0.2

Density kg/cum 835.795 835.795 835.795 Viscosity cP 0.653 0.653 0.653 Surface Ten dyne/cm 43.882 43.882 43.882

4.4泵的模拟计算

（1）模型，由分流器S0101分流出3000kg/hr，进入泵

（2）泵的数据输入：入口压力为120kpa

（3）经泵后流股数据结果：

FM F4 F5 Temperature C 27.1 27.1 27.1 Pressure bar 1.01 1.01 1.01 Vapor Frac 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 134.831 19.262 115.569 Mass Flow kg/hr 3500 500 3000 Volume Flow cum/hr 4.188 0.598 3.589 Enthalpy MMkcal/hr -8.355 -1.194 -7.161 CH4O 2446.5 349.5 2097 H2O 1053.5 150.5 903 CH4O 0.699 0.699 0.699 H2O 0.301 0.301 0.301 CH4O 76.353 10.908 65.445 H2O 58.478 8.354 50.124 Enthalpy cal/gm -2387.09 -2387.09 -2387.09 Heat Cap cal/gm-K 0.845 0.845 0.845 Conductivity kcal-m/hr-sqm 0.2 0.2 0.2

Density kg/cum 835.795 835.795 835.795 Viscosity cP 0.653 0.653 0.653 Surface Ten dyne/cm 43.882 43.882 43.882

4.5换热器的模拟计算 （1）模型，经泵P0101打入换热器E0101

（2）换热器温度数据的输入：温度为55℃