Учебный курс по Aspen Plus. Методическое пособие для учебного курса
 Скачать 2.58 Mb.
|
|
Partial-Vapor ( парциальный ) Reboiler ( кипятильник ) None ( отсутствует ) Molar reflux ratio ( мольное флегмовое число ) 25 Тарелка питания потока SOURWAT 3 (above stage) Тарелка питания потока STEAM 10 Давление в конденсаторе 1.034 bar Часть A • Почему в форме результатов не отображён состав ионных частиц ? Как можно его добавить ? ( См форму Properties>Specifications>Global) Часть B • Расчётное исследование ( подробности в разделе 4.4) 76 a. Изменяйте расход пара от 450 до 1300 кг / час и посмотрите , что будет происходить с массовой долей аммиака в потоке BOTTOMS. Sensitivity S-1 Results Summary VARY 1 STEAM MIXED TOTAL MA SSFLOW KG/HR 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 0 .0 0 0 1 0 .0 0 0 2 0 .0 0 0 3 0 .0 0 0 4 NH3BOT b. Изменяйте флегмовое число колонны от 10 до 50 и контролируйте температуру в конденсаторе Sensitivity S-2 Results Summary VARY 1 COLUMN COL-SPEC MOLE-RR C 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 8 0 8 2 .5 8 5 8 7 .5 9 0 9 2 .5 9 5 9 7 .5 TCOND Часть C • Задайте следующие спецификации : a. Сделайте неактивной утилиту расчётного исследования и решите колонну с двумя спецификациями : целевая концентрация аммиака в потоке BOTTOMS должна быть 50 ppm, а целевая температура конденсатора 88° С b. Используйте переменные , указанные в части B 3.7 Дополнительный курс . Работа с твёрдыми веществами . Классификация компонентов • Стандартные компоненты ⇒ Жидкие и газообразные компоненты ⇒ Твёрдые соли в химии растворов • Стандартные инертные твёрдые вещества (CI Solids) ⇒ Нерастворимые твёрдые вещества , для которых можно вычислить молекулярный вес • Нестандартные твёрдые вещества (NC Solids) ⇒ Нерастворимые гетерогенные вещества , которые не могут быть представлены молекулярной структурой 77 Стандартные компоненты • Компоненты , входящие в состав равновесных фаз , в которых могут идти реакции , а также соли • Стандартные компоненты можно представить с помощью молекулярной структуры и также можно вычислить их молекулярный вес ⇒ Стандартными компонентами являются , например , вода , азот , кислород , хлорид натрия , ионы натрия , ионы хлора ; ⇒ Стандартные компоненты входят в состав потоков MIXED • При указании этих компонентов на форме Components>Specifications в поле Type выберите Conventional. Стандартные инертные твёрдые вещества (CI Solids) • Твёрдые вещества , которые не учитываются в фазовом равновесии , и не являются растворёнными / выпавшими в осадок солями • Со стандартными компонентами возможны реакции и химическое равновесие • Для компонентов можно вычислить молекулярный вес ⇒ Такими компонентами являются , например , сера ⇒ Стандартные твёрдые вещества входят в состав потоков CISOLID • При указании этих компонентов на форме Components>Specifications в поле Type выберите Solid. Нестандартные твёрдые вещества (NC Solids) • Вещества , которые не учитываются в фазовом и химическом равновесии , и не являются растворёнными / выпавшими в осадок солями • Возможны реакции со стандартными компонентами и стандартными твёрдыми веществами • Компоненты являются гетерогенными и для них нельзя вычислить молекулярный вес ⇒ Примерами таких компонентов являются уголь , зола , древесина ⇒ Входят в состав потоков NC Solid • При указании этих компонентов на форме Components>Specifications в поле Type выберите Non-conventional. Описание атрибутов компонентов Тип атрибута Элементы Описание PROXANAL 1. Влажность 2. Связанный углерод 3. Летучее вещество 4. Зола Приближённый анализ содержания сухого вещества в масс .% ULTANAL 1. Зола 2. Углерод 3. Водород 4. Азот 5. Хлор 6. Сера 7. Кислород Подробный анализ содержания сухого вещества в масс .% SULFANAL 1. Пириты 2. Сульфаты 3. Органика Анализ серы , ископаемого угля , процентного содержания сухой массы вещества 78 Тип атрибута Элементы Описание GENANAL 1. Составная часть 1 2. Составная часть 2 : 20. Составная часть 20 Общий анализ компонентов , массовые или объёмные проценты • Атрибуты компонентов могут быть : ⇒ Назначены пользователем ⇒ Инициализированы в потоках ⇒ Изменены в моделях типовых операций • Свойства нестандартных компонентов рассчитываются исходя из моделей физических свойств с помощью атрибутов компонентов Свойства твёрдых веществ • Для стандартных компонентов и стандартных твёрдых веществ : ⇒ Рассчитывается энтальпия , энтропия , энергия Гельмгольца и молярный объём ⇒ Используются модели физических свойств , соответствующие заданному на форме Properties>Specification>Global пакету свойств • Для нестандартных твёрдых веществ : ⇒ Вычисляются энтальпия и массовая плотность ⇒ Модели свойств указываются на форме Properties>Advanced>NC-Props Свойства твёрдых веществ – Стандартные твёрдые вещества 1. Для энтальпии , энергии Гельмгольца , энтропии и теплоёмкости : • Уравнения Барина ⇒ Для всех свойств устанавливается единственный набор параметров ⇒ Может быть доступно несколько наборов параметров для различных температурных диапазонов ⇒ Просмотрите сначала банк данных INORGANIC, а затем SOLIDS • Стандартные уравнения ⇒ Учитывают теплоту образования и энергию Гельмгольца в моделях теплоёмкости ⇒ Параметры моделей Aspen Plus и DIPPR ⇒ Просмотрите сначала банк данных SOLIDS, а затем INORGANIC 2. Теплоёмкость твёрдых веществ • Полиномиальная модель теплоёмкости : 3 6 2 5 4 2 3 2 1 T C T C T C T C T C C C p + + + + + = • Используется для расчёта энтальпии , энтропии и энергии Гельмгольца • Название параметра : CPSP01 3. Молярный объём твёрдого вещества • Полиномиальная модель объёма : 4 5 3 4 2 3 2 1 T C T C T C T C C V s + + + + = • Используется для расчёта плотности • Название параметра : VSPOLY Свойства твёрдых веществ – Нестандартные твёрдые вещества • Энтальпия ⇒ Общая полиномиальная модель теплоёмкости : ENTHGEN ⇒ Используются средневзвешенные массовые доли 79 ⇒ Основан на атрибуте GENANAL ⇒ Название параметра : HCGEN • Плотность ⇒ Общая полиномиальная модель плотности : DNSTYGEN ⇒ Используются средневзвешенные массовые доли ⇒ Основан на атрибуте GENANAL ⇒ Название параметра : DENGEN Свойства твёрдых веществ – Специальные модели для угля • Энтальпия ⇒ Модель энтальпии угля : HCOALGEN ⇒ Основана на атрибутах ULTANAL, PROXANAL и SULFANAL • Плотность ⇒ Модель плотности угля : DCOALIGT ⇒ Основана на атрибутах ULTANAL и SULFANAL Встроенные классы материальных потоков Класс потока Описание CONVEN Только стандартные компоненты ( используется по умолчанию ) MIXNC Стандартные и нестандартные твёрдые вещества MIXCISLD Стандартные компоненты и инертные твёрдые вещества MIXNCPSD Стандартные компоненты и нестандартные твёрдые вещества с распределением по размерам частиц MIXCIPSD Стандартные компоненты и инертные твёрдые вещества с распределением по размерам частиц MIXINC Стандартные компоненты , инертные и нестандартные твёрдые вещества MIXINCPSD Стандартные компоненты , инертные и нестандартные твёрдые вещества с распределением по размерам частиц Модели типовых операций . Общие понятия • Допустимы материальные потоки любого класса • Типы входных и выходных потоков должны быть одинаковыми ( исключения - Mixer и ClChng) • Нераспознанные атрибуты не изменяются при прохождении потока через блок • Некоторые модели позволяют указывать спецификации для каждого потока технологической схемы ( например - Sep, RStoic) • При разделении парожидкостной системы твёрдые вещества остаются в жидкости • Если не указано иначе , выходные потоки твёрдых веществ находятся в тепловом равновесии с потоком MIXED 3.8 Дополнительный курс . Задание для самостоятельного моделирования по работе с твёрдыми веществами . Задание 1. Постройте модель процесса сушки твёрдого вещества SiO 2 с помощью воздуха Содержание воды в потоке изменяется от 0.5 до 0.1 масс %. 80 Поток AIR Условия Total flow ( расход ) 0.45 кмоль / час T 88°C P 1.034 bar Состав , мольные доли N2 0.79 O2 0.21 Поток WET Условия T 21°C P 1.034 bar Расходы компонентов , кг / час SiO 2 451.32 H 2 O 2.27 Сушилка DRYER ∆ P 0 Тип Adiabatic ( адиабатная ) Пакет свойств SOLIDS Имя файла SOLIDTASK1 Метод решения • На форме Components>Specifications>Global измените тип компонента SiO 2 на Solid • На форме Setup>Stream class> Stream class измените класс потока на MIXCISLD • На форме Streams>WET>Input>Specifications в поле Substream name для SiO 2 выберите CISOLID • Температура и давление должны быть одинаковы во всех субпотоках (Substream) одного потока • Задайте спецификации : ⇒ Установите целевое значение содержания SiO2 в потоке DRY 99.9 масс %. Следует отметить , что Вы должны учесть оба вложенных потока , то есть задать целевое значение для следующей функции SiO2/(SiO2+ субпоток MIXED) = 99.9 вес . % ⇒ Изменяйте расход воздуха от 0.45 до 4.5 кмоль / час 81 Задание 2. Постройте модель процесса удаления твёрдых частиц из газа с использованием различных типовых блоков Процесс перебработки газов , содержащих небольшое количество твёрдых частиц затрудняется из - за склонности этих частиц к взаимодействию практически со всеми элементами установки ( например , возможны засоры , эрозия поверхности аппаратов ). Таким образом , необходимо удалить большинство частиц из потока газа Для этой цели используются различные аппараты ( циклоны , мешочные фильтры , скрубберы Вентури , электрофильтры ), а эффективность их работы зависит от конструкции и рабочих условий Окончательный выбор оборудования осуществляется после сравнения производительности , эффективности и стоимости аппаратов Поток FEED Условия T 650°C P 1 bar Расход газового потока 1000 кмоль / час Расход потока золы 200 кг / час Состав , мольные доли CO 0.19 CO 2 0.20 H 2 0.05 H 2 S 0.02 O 2 0.03 CH 4 0.01 H 2 O 0.05 N 2 0.35 SO 2 (SULFUR-DIOXID) 0.10 Распределение по размеру частиц (PSD) Размер частиц (mu) Масс % 0-44 30 44-63 10 63-90 20 90-130 15 130-200 10 200-280 15 Поток LIQ Условия T 40°C P 1 bar Расход потока 700 кг / час Циклон CYC Design Mode ( Режим проектирования ) High Efficiency ( Высокая эффективность ) Separation Efficiency ( эффективность разделения ) 0.98 82 Скруббер Вентури V-SCRUB Design Mode ( Режим проектирования ) Separation Efficiency ( эффективность разделения ) 0.98 Электрофильтр ESP Design Mode ( Режим проектирования ) Dielectric constant ( Диэлектрическая постоянная ) 1.5 Separation Efficiency ( эффективность разделения ) 0.98 Мешочный фильтр FAB-FILT Design Mode ( Режим проектирования ) Максимальное ∆ P 0.048 бар Сохраните под именем SOLIDWK.BKP • Угольная зола (Coal ash) относится к нестандартным твёрдым веществам Задайте этот компонент на форме Components>Specification>Nonconvertional • Используйте пакет свойств IDEAL • На форме Properties>Advanced>NC-Props используйте модели HCOALGEN и DCOALIGT с атрибутами ULTANAL, PROXANAL, SULFANAL для расчёта энтальпии и плотности угольной золы 83 • Атрибуты компонентов указываются на форме Stream>Input. Для золы ASH PROXANAL и ASH ULTANAL равно 100, приравняйте все атрибуты , не имеющие к ней отношения , к нулю • Распределение по размерам частиц указывается на форме Setup>Substreams>PSD 84 COLUMN FEED OVHD BTMS COLUMN FEED OVHD BTMS 4 Утилиты 4.1 Использование переменных В этом разделе Вы получите понятие о переменных схемы технологического процесса Например , Вы хотите узнать , как флегмовое число колонны влияет на чистоту ( мольную долю ) С 3 в дистилляте Для того , чтобы выполнить этот анализ , нужно обратиться к двум переменным схемы технологического процесса : 1. Флегмовое число колонны 2. Мольная доля С 3 в потоке OVHD Работа с переменными • Переменная является ссылкой на определённую величину на схеме технологического процесса , например , температуру потока или производительность блока • Переменные могут быть как входными параметрами , так и результатами расчёта • Выходные переменные схемы технологического процесса ( расчётные величины ) не могут быть перезаписаны или изменены • Понятие доступа к переменным используется в расчётных исследованиях , подборе параметров калькулятора , оптимизации и т п Определение переменных в различных утилитах • Укажите переменные в диалоговом окне Variable Definition на закладке Define ( появляется внутри форм ввода для различных утилит ) • Выберите категорию переменной , и Aspen Plus покажет другие поля , необходимые для завершения определения этой переменной Категория переменной Тип переменной Блоки Векторы и переменные блока Потоки Векторы и переменные потока Некомпонентные переменные и зависимые от компонентов переменные потока и состава Утилиты модели Переменные параметров , блоков балансировки и стравливания давления Свойства Параметры свойств Реакции Реакции и химические переменные 85 Пример определения переменных Напишите определения переменных , относящихся к блоку COOL и связанным с ним потокам : T = 54° С Pdrop = 0.69 kPa REAC-OUT COOL COOL-OUT T = 54° С Pdrop = 0.69 kPa REAC-OUT COOL COOL-OUT Переменная Описание Входящий поток T на выходе ∆ P блока Производительность блока X кумола на выходе Входящий поток Примечания 1. Если используются переменные Mass-Frac, Mole-Frac или StdVol-Frac компонента потока , они не могут быть изменены Для того чтобы изменить состав потока , используйте и изменяйте переменные Mass-Flow, Mole-Flow или StdVol-Flow интересующего компонента 2. Если у блока имеется параметр « нагрузка », его можно считать и изменять с помощью переменной DUTY этого блока Если нагрузка рассчитывается во время моделирования , её можно считать из переменной QCALC 3. PRES определяет давление или гидравлическое сопротивление , а PDROP - это падение давления , используемое при расчёте профиля давления в кривых нагрева или охлаждения 4. Напрямую могут быть изменены только входные потоки схемы технологического процесса |