Aspen习题

ASPEN PLUS 上机练习（1）－混合、分流模型

1.1、将1200 m3/hr的低浓甲醇（甲醇20%mol，水80%mol，30?C，1 bar）与800 m3/hr的高浓甲醇（甲醇95%mol，水5%mol，20?C，1.5 bar）混合。求混合后的温度和体积流量。(Mixer) 1.2、建立以下过程的Aspen Plus 流程：

1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30?C，1 bar ）与700 m3/hr的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20?C，1.5 bar）混合；

2) 将混合后物流平均分为三股：一股直接输出；第二股与600 kg/hr 的甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20?C，1.2 bar）混合后输出；第三股与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30?C，1.2 bar）混合后输出。

求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？（Mixer、Fsplit）

1.3、建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型：

1) 将1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30?C，1 bar ）与700 m3/hr的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20?C，1.5 bar）混合得到溶液A；

2) 将600kg/hr 甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20?C，1.2 bar）与200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30?C，1.2 bar）混合后得到溶液B； 3) 将溶液A 分别与400 kg/hr、800kg/hr、1600 kg/hr 溶液B 混合后输出。 求：三种情况下的输出物流组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？(Mult 、Dupl)

ASPEN PLUS 上机练习（2）－压力改变模型

2.1、 一台离心泵的特性曲线如下表：

流量（m3/hr） 转速 3000 扬程（m） rpm 效率（%） 转速 2500 rpm 流量（m3/hr） 扬程（m） 63 20 76 68 35 72 71 50 64 67 70 44 113 107 96 69 23 41.5 60 84 效率（%） 流量（m3/hr） 转速 2000 扬程（m） rpm 效率（%） 64.5 16.5 51 62 69 28 48.5 64 69 41 43.5 65 66 58 30.5 63 为降低能耗，采用变频电动机改变离心泵转速来调节输送流量，转速变化范围为1500～2800 rpm。用该泵输送20℃、1 bar 的水。试求当泵的转速为2350 rpm 时的特性曲线数据。（Pump）

2.2、 一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气加压到 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？（Compr）

2.3、 某流量为5000kmol/h、温度为25℃、压力为1500kPa的天然气物流含甲烷90%，乙烷7%，丙烷3%。现将该气体通过一阀门绝热膨胀至压力为300kPa。若用以下的设备代替上述阀门，试用过程模拟软件确定气体出口温度和回收的功率：

（１）等熵的膨胀透平；

（２）等熵效率为75%的膨胀透平。（Turbine）

2.4、使用一台五级压缩机将20℃、1 bar 下的10000 m3/hr 空气压缩到20 bar，压缩机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为 0.97，气体在级间冷却到50 ℃。该压缩机用一台汽轮机驱动。汽轮机用压强为 35 bar、温度为 350 ℃的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为 10 bar，蒸汽的流量为 21720 kg/hr。汽轮机的等熵效率为 0.8，驱动机构的机械效率为 0.98。

试问汽轮机的工作蒸汽流量是否能满足需要。（提示：看汽轮机的输出功率是否大于压缩机所需的功率）（MCompr、Turbine）

2.5、 过热蒸汽压力为800psia，温度为600℉，流量为100000 lb/h，现拟通过膨胀将其压力降为150psia。试用模拟软件计算下述三种情况的出口温度、相态和回收的Hp：

（１）绝热膨胀阀； （２）等熵膨胀的透平；

（３）等熵效率为75%的膨胀透平。（Turbine）

ASPEN PLUS 上机练习（3）－反应器模型

3.1、甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：

CH4?2H2O?CO2?4H2原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4，流量为100 kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013 MPa，温度为750℃。

（1）当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？（2）若反应在恒压及绝热条件下进行，系统总压为0.1013 MPa，反应器进口温度为950 ℃，当反应器出口处CH4转化率为73%时，反应器出口温度是多少？（Rstoic）

3.2、 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：

CH4?H2O?CO?3H2CO?H2O?CO2?H2原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1?4，流量为100 kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013 MPa，温度为750 ℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？ （Requil）

3.3、环氧丙烷水解的绝热CSTR

丙二醇（PG）由环氧丙烷与过量水在绝热和接近环境条件以少量可溶的硫酸

作为均相催化剂的液相水解反应生产：

C3H6O?H2O?C3H8O2

因为反应的放热明显，采用过量水。而且，因为PO在水中不是全溶的，在进料中加入甲醇，进料进入反应器的温度为23.9℃，流量如下所列：

环氧丙烷：

18.712 kmol/hr

水，在此范围内确定 甲醇

160-500 kmol/hr 32.73 kmol/hr

假定考虑采用一台现成的搅拌釜反应器，反应器可在3bar下（抑制蒸发）

绝热操作，反应器内的液相体积为1.1356m3。反应经过一系列基元步骤进行，控制步骤涉及二个PO分子。幂函数动力学方程为：

2?rPO?9.15?1022exp(?1.556?105/RT)CPO

式中CPO单位为kmol/ m3，R = 8.314 kJ/kmol-K，T单位为K。确定水的进料量为200kmol/hr时PO转化率的大小。(RCSTR)

3.4、丁二烯和乙烯合成环己烯的化学反应方程式如下： C4H6?C2H4?C6H10(A)

(B)(C)反应速率方程式如下： ?rA?kCACBkmol/m3?s

?1.15?108J/kmol?11??3?式中： k?3.16?10exp?????m/kmol?s

R?T700???7反应器长 5 米、内径 0.5 米，压降可忽略。加料为丁二烯和乙烯的等摩尔常压混合物，总流量为1000 kmol/hr，温度为 440 ?C，反应在绝热条件下进行。 （1）试求环己烯的产量；

（2）作出示温度和环己烯摩尔分率沿反应器长度的分布图 。（RPLUG）

ASPEN PLUS 上机练习（4）－分离单元模型（一）

4.1、 对于含等摩尔的正戊烷和正己烷的溶液，试计算： 1) 120℉下的露点压力； 2) 1atm下的泡点温度；

3) 120℉,0.9atm时的气相分率,气相和液相中的摩尔分率。(Flash)

4.2、将150℉和202 psia状态下进入蒸发器的液体45 mol%汽化，用过程模拟软件确定所需的能量，各组分含量如下：

物质 lbmol/hr 丙烷 正-丁烷 正-戊烷 250 400 350 假设蒸发器产物的压力为200psia。采用Soave-Redlich-Kwong状态方程。(Flash)

4.3、下列物流离开精馏塔，其状态是138psia和197.5℉。如果压力被降低（绝热）到51psia，气相分率和温度为多少？

组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 （Flash）

4.4、甲醇反应器的出口流量为：CO，100 lb mol/h；氢，200 lb mol/h；甲醇，100 lb mol/h。该物流为100atm和300℃。将它冷却到30℃并确定气相和液相物流中各组分的流量。

1) 对上述条件三组分的K值各为多少？

2) 分别用理想溶液和你选择的另一种热力学模型进行模拟，比较结果。 （Flash）

ASPEN PLUS 上机练习（5）－分离单元模型（二）

5.1 要求用一个精馏塔分离苯和苯乙烯在77oF和1atm条件下的等摩尔混合物。塔顶馏出物中苯含量应当为99mol%，且应包含进塔原料中95mol%的苯。 用过程模拟软件确定全回流下的最少理论塔板数（Nmin）、最小回流比（Rmin）和R＝1.3 Rmin时处于平衡的理论塔板数。（DSTWU）

5.2 利用Peng-Robinson方程计算体系热力学性质，计算下列多股进料精馏塔的

流量（lb mol/h） 1.00 297.00 499.79 400.00 500.00

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