Aspen Plus模拟最后考核三道题
1. 精馏
乙苯（Ethyl）和苯乙烯（Styrene）分离问题，进料压力1.5bar，温度45℃，进料总流率100kmol/hr，组成为0.58（乙苯摩尔分数），物性方法选择UNIQUAC。使用蒸馏中RadFrac模块平衡精馏进行分离，塔板为21块理论板（不含冷凝器、再沸器），第14块板进料（Above-Stage）。冷凝器（选用全凝器）压力为0.5bar，再沸器压力为2.0bar。 （1） 当馏出液流量与进料液流量比为0.3（D/F），回流比为6时，求馏出液
与塔釜中乙苯的摩尔分数；
（2） 分离要求：塔顶乙苯的摩尔分数为0.92，回流比范围5-13；塔釜中乙
苯的摩尔分数0.22，D/F范围0.2-0.8.求满足要求时R与D/F的值；
（3） 在满足（2）的前提下，求改变进料塔板的位置对回流比R/冷凝器热
负荷的影响。（进料板位置取值范围11-15）
解：
（1） Components-Specifications-Section（输入组分）：
component ID-find乙苯（Ethyl）C8H10和苯乙烯（Styrene）C8H8
（2） 选择物性方法Methods-Specifications:
UNIQUAC
（3） Simulation流程建立:
Simulation-Separator（分离器选择RadFrac严格计算）-material （F、D、W）
（4） 输入流股F的参数设定：进料压力1.5bar，温度45℃，进料总流率
100kmol/hr，组成为0.58（乙苯摩尔分数），0.42苯乙烯。
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（5） Block- configuration-计算类型（默认第一个平衡级精馏）-塔板数21-冷凝器total-再沸器kettle-相态(vapor-liquid-convergence)-标准算法- 操作条件：设定馏出比distillate to feed ratio 0.3，实际回流比reflux ratio6
streams:F-14-（Above-Stage）；
pressure：stagel: 0.5bar、column pressure=2-0.5 bar
（6） Next-run-result-summary-Balance-Split Fraction
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（7） Block-set up- design-New-Type:mole purity（摩尔纯度）塔顶乙苯的摩
尔分数为0.92，；塔釜中乙苯的摩尔分数0.22,
（8） Vary（1）回流比Reflux ratio:上下限，5-13；（2）馏出比D/F0.2-0.8
（9） Run
（10）Control panel-B1-Specification Summary
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（11）灵敏度分析
改变进料位置对R的影响：
Mode Analysis Tools-sensitivity-S1-input:
-Vary-New-Block Var-Block:B1-Variable: (Feed-Stage)-ID1:F- Specify limits: (11-15)-increment:1
-Define-New(CAL-RR)- Variable: (CAL-RR)-Catrgory:Blocks- Reference, Variable:RR
-Fill Variables输入完整-run
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（12）进料位置对Q的影响：
Analysis-NQ curves-New（命名）-specifications: -Totol stage optimization:15-25
-Feed tray optimization-Feed stream:F
-Objective function（优化目标）-Minimize:Mole Rr
-run
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（13）综上所述：
1.当馏出液流量与进料液流量比为0.3（D/F），回流比为6时，馏出液乙苯的摩尔分数为0.815763与塔釜中乙苯的摩尔分数为0.184237； 2.满足分离要求（塔顶乙苯的摩尔分数为0.92，回流比范围5-13；塔釜中乙苯的摩尔分数0.22，D/F范围0.2-0.8）时R为7.86032与D/F=0.514286；
3. 如上图所示改变进料塔板的位置对回流比R/冷凝器热负荷的影响。
（14）总结反思：
AspenPlus精馏模拟，老师利用三节课做了详细的讲解，这使得我们在做题时可以清楚地知道怎样操作。然而做题时，很难熟练运用所学知识，导致电脑没电不能够当堂完成。但是在课下我利用课余时间做剩余题目，独立完成。灵敏度分析运行结果时出现警告，我调整了运算迭代次数，又做了很多尝试。
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2. 反应器
采用不同反应器模块模拟同一反应，对结果进行比较。
进料温度70℃，压力0.1Mpa，水、乙醇、乙酸的流率分别为8.892kmol/h、186.59 kmol/h、192.6 kmol/h，在0.1 Mpa、70℃下进行乙酸（Acetic Acid）和乙醇（Ethanol）的酯化反应，生成乙酸乙酯（Ethyl Acetate）和水（Water）， CH3COOH(A)+C2H5OH→CH3COOC2H5(C)+H2O(D) 物性方法选择NRTL-HOC。 动力学方程：
正反应R1=1.9×108exp(-E/RT)CACB 逆反应R2=5.0×107exp(-E/RT)CACB
式中E=5.95×107J/kmol，反应为液相反应，模块流程图如下。
其中反应器RSTOIC中乙醇转化率为70%；反应器RPLUG的长度为2m，内径0.3m；反应器RCSTR的体积为0.14m2。
解：
（1） Components-Specifications-Section（输入组分）：
component ID-find：乙酸（Acetic Acid），乙醇（Ethanol），乙酸乙酯（Ethyl Acetate）和水（Water）。
（2） 选择物性方法Methods-Specifications:
NRTL-HOC
（3） Simulation:如图建立
（4） 进料流股设定-Feed-Input
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（5） 吉布斯反应器GIBBS
（6） 平推流反应器RPLUG
（7） 全混釜反应器RCSTR
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（8） 化学计量反应器RSTOIC
（9） R1参数设定
（10）R2参数设定
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（11）结果如下图所示：
（12）总结反思：
AspenPlus反应器模拟模块的学习，使得我能够自主的使用多个反应器模拟的方法。本题涉及到吉布斯反应器GIBBS、平推流反应器RPLUG、全混釜反应器RCSTR、化学计量反应器RSTOIC等多个反应器的模拟，基础的操作如，组分的输入和物性方法的原则等比较简单，其难点在于流程图的建立，多个反应器模拟参数的设定，以及化学反应方程参数的计算和输入。虽然题目不好做，但是通过同学之间的讨论和咨询老师，最终攻克题目。
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3. 换热器
设计一芳烃换热器。芳烃物流入口温度180℃、压力0.4MPa、流量10000kg/h，走壳程，质量组成为苯22%、甲苯28%、乙苯39%、水11%，出口为饱和液体，压降0.01MPa。冷却水入口温度40℃、压力0.4MPa、流量60000kg/h，走管程，出口压降0.01MPa。物性方法NRTL-RK、V-V-L三相。分别用简捷法、EDR计算冷却水出口温度、所需换热面积等（计算方法Advanced method，几何尺寸采用SI标准，列管长6000mm）. 解：
（1） Components-Specifications-Section（输入组分）：
component ID-find苯C6H6，甲苯C7H8，乙苯C8H10，水WATER （2） 选择物性方法Methods-Specifications:
NRTL-RK （3） Simulation:
Simulations-Heat X（HS）-matrial-（heat in/heat out/cold in/cold out）
（4） 输入流股参数：heat in-（入口温度180℃、压力0.4MPa、流量10000kg/h，质量组成为苯22%、甲苯28%、乙苯39%、水11%，出口为饱和液体，压降0.01MPa）
（5） cold in-（出口为饱和液体，压降0.01MPa。冷却水入口温度40℃、压力0.4MPa、流量60000kg/h，出口压降0.01MPa）
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（6） B1（Heat X）-set up-
Speifications-
Calcutation:shot cut（简捷法）
Rigorous Model:Shell&Tube列管式换热器
exchanger：hot stream out let vapor fraction-Value:0
Pressure Drop:-0.01Pa
-run
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（7） Blocks B1-themol result-exchange detailed
Summary
（8） 严格计算：rigorous-调用EDR
将Aspen Plus中数据导入进EDR，辅助计算结果如下
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（9） 综上所述：
简捷法计算的换热面积为23.701，冷却水出口温度：62.0404℃ 严格计算的换热面积为：17.6924，冷却水出口温度：62.9250℃ （10）总结反思：
AspenPlus换热器模拟模块，本题题和课上学习的例题有相似之处，主要的易错点是Heat X根据热流体的走管程选择（HT）/走壳程（HS）。做题过程中的难点在于EDR的实用，还需要自己去不断的探索和学习。
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Aspen Plus模拟平时作业题截图
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