1、化工流程模擬技術及化工流程模擬技術及ASPEN PLUS應用應用 第二章 ASPEN PLUS入門湯吉海湯吉海ASPENASPEN是什么？是什么？C 作為上世紀70年代DOE委托MIT的開發(fā)項目（Advanced System for Process Engineering ，ASPEN）的一部分，出于商業(yè)化目的，于1981年成立了AspenTech公司。C AspenTech公司在隨后的時間里又先后兼并了20多個在各行業(yè)中技術領先的公司（如B-JAC International, Inc.、Dynamic Matrix Control Corporation、ICARUS Corporati

2、on、PIMS business group from Bechtel Corp.、Hyprotech Ltd.等），成為為過程工業(yè)提供從集散控制系統（DCS）到企業(yè)資源計劃(ERP)全方位服務的公司。C aspenONE作為第一流的領先產品將AspenTech公司的所有產品統一起來了。A ASPEN ENGINEERING SUITEASPEN ENGINEERING SUITE（ASPEN PLUSASPEN PLUS、HYSYSHYSYS等等4040個軟件）個軟件）A ASPEN OPERATION MANAGERASPEN OPERATION MANAGERA ASPEN Manufa

3、cturing SUITEASPEN Manufacturing SUITEA ASPEN Supply ChainASPEN Supply ChainC ASPENTECH于1994在納斯達克上市(NASDAQ: AZPN)第第二二章章 ASPEN PLUSASPEN PLUS入門入門C2.1 ASPEN PLUS簡介A ASPEN PLUS主要功能特點A ASPEN PLUS物性數據庫A ASPEN PLUS的單元模型庫A ASPEN PLUS的模型分析系統C2.2 ASPEN PLUS使用初步C2.3 ASPEN PLUS使用示范2.1.1 ASPEN PLUS2.1.1 ASPEN P

4、LUS主要功能特點主要功能特點C 方便靈活的用戶操作環(huán)境，Model Manager是ASPEN Tech向用戶提供的專家指導系統 。C 模擬計算以交互方式分析計算結果，按模擬要求修改數據，調整流程。 C 提供了包括拷貝、粘貼等目標管理功能，能方便地處理復雜的流程圖。 C DXF格式接口可以將Model Manager中的流程圖按DXF標準格式輸出，再轉換成其他CAD系統如AUTOCAD所能調用的圖形文件。C 豐富的物性數據庫和單元模型庫，強大的流程分析與優(yōu)化功能等。C 與AspenTech公司其他產品的有效集成。2.1.2 ASPEN PLUS2.1.2 ASPEN PLUS物性數據庫物性數

5、據庫C共含5000個純組分數據 C40000個二元交互參數可用于5000 個二元混合物，1000多個水相離子反應的反應常數。 C與世界上最大的熱力學實驗物性數據庫DETHERM （含250,000 多個混合物的汽液平衡、液液平衡以及其它物性數據）的接口。 C可以建立自己的專用物性數據庫。純組分數據庫純組分數據庫C Aqueous：適用于電解質（水溶劑），含900種離子參數 C ASPEN PCD：含472個有機和無機化合物參數（主要為有機物） C INORGANIC：含約2450個化合物物性數據（絕大多數為無機） C PURE10：基于DIPPR的數據庫，含1727個（絕大多數為有機）化合物參

6、數，是ASPEN PLUS的主要數據庫 C SOLIDS：含3314種固體化合物參數，主要用于固體和電解質的處理 C COMBUST：專用于高溫、氣相計算，含59種燃燒產物中典型組份的參數 ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學模型（適用體系）的熱力學模型（適用體系）C非理想體系采用狀態(tài)方程與活度系數相結合的模型；C原油和調和餾分；C水相和非水相電解質溶液；C聚合物體系。ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學模型（狀態(tài)方程）的熱力學模型（狀態(tài)方程）C Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）；C Hayden-OConnell；C 用于H

7、examerization的氫-氟化物狀態(tài)方程；C 理想氣體模型；C Lee-Kesler（LK）；C Lee-Kesler-Plocker；C Peng-Robinson（PR）；C 采用Wong-Sandler混合規(guī)則的SRK或PR；C 采用修正的Huron-Vidal-2混合規(guī)則的SRK或PR；C 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學模型（活度系數模型）的熱力學模型（活度系數模型）CEletrolyte NRTL；CFlory-Huggins；CNRTL；CScatchard-Hilde-Brand；CUNIQUAC；CUNI

8、FAC；Cvan Laar；CWILSON。ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學模型（其他模型）的熱力學模型（其他模型）CAPI酸水方法；酸水方法；CBraun K-10；CChao-Seader；CGrayson-Streed；CKent-Eisenberg；C水蒸氣表。水蒸氣表。ASPEN PLUSASPEN PLUS的物性分析工具的物性分析工具C 物性常數估算方法：可用于分子結構或其他易測量的物性常數（如正常沸點）估算其他物性計算模型的常數。C 數據回歸系統：用于實驗數據的分析和擬合。C 物性分析系統：可以生成表格和曲線，如蒸汽壓曲線、相際線、t-p-x-y圖等。C 原油分析

9、數據處理系統：用精餾曲線、相對密度和其他物性曲線特征化原油物系。C 電解質專家系統：對復雜的電解質體系可以自動生成離子或相應的反應ASPEN PLUSASPEN PLUS專有物性數據庫專有物性數據庫C 在ASPEN PLUS 10.x版中，有專用于NRTL、WILSON和UNIQVAC方法的二元交互參數庫，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI C 亨利系數的二元參數庫有HENRY及BINARY（1600+對） C ASPEN PLUS 10.x版的電解質專家系統，有內置電解質庫，包括幾乎所有常見的電解質應用中化學平衡常數及各種電解質專

10、用二元參數。只要啟動電解質熱力學方法，這些參數便會自動檢索。2.1.3 ASPEN PLUS2.1.3 ASPEN PLUS的單元模型庫的單元模型庫C RADFRAC：用于精餾、吸收、萃取精餾和共沸精餾的嚴格法模擬；RADFRAC可以處理有雙液相、固相以及帶有化學反應和電化學反應的情況。C PETROFRAC：用于煉油廠的預閃蒸塔、常減壓塔、催化裂化主餾分塔和延遲焦化分餾塔等。C 各種反應過程：產率反應器（RYIELD）、化學計量反應器（RSTOIC）、化學平衡反應器（REQUIL）、基于GibbG自由能最小化的平衡反應器（RGIBBS）、連續(xù)攪拌糟式反應器（RCSTR）、活塞流反應器（RPL

11、UG）和間歇反應器（RBATCH）。C 固體處理模型：破碎機、篩分、織物過渡器、文丘里洗滌器、靜電沉降器、水力旋流器、離心過濾器、旋風過濾器、洗礦機、結晶器和逆流洗滌器。C 嚴格的設備尺寸和性能計算：泄壓閥、換熱器、泵和壓縮機、管線以及板式塔和填料塔。C 可以結合用戶建立的設備計算模塊。2.1.4 ASPEN PLUS2.1.4 ASPEN PLUS的模型分析系統的模型分析系統C 敏感性分析：通過圖表方式可看出設備規(guī)格和操作條件對工藝性能的影響。C 設計規(guī)定：可自動計算滿足規(guī)定性能指標的操作條件或設備參數。C 收斂性分析：對有多個物流循環(huán)和信息循環(huán)的體系，可自動分析和建議最優(yōu)切割物流、流程收斂

12、方法和求解序列。C 數據擬合：可用實際生產數據擬合所用的工藝模型。C 最優(yōu)化：可根據最優(yōu)化目標調節(jié)工藝條件以達到如最大生產率、最低能耗、物流純度和最大經濟效益等。C 界面工具：可通過Visual Basic編程語言完成新功能。示例示例1 1：活度系數模型參數回歸：活度系數模型參數回歸示例示例2 2：未知組分物性數據估計：未知組分物性數據估計示例示例3 3：精餾塔的模擬計算：精餾塔的模擬計算示例示例4 4：設計規(guī)定：設計規(guī)定示例示例5 5：敏感性分析：敏感性分析示例示例6 6：優(yōu)化：優(yōu)化示例示例7 7：自定義單元操作模型（膜分離）：自定義單元操作模型（膜分離）示例示例8 8：PFDPFD圖（圖（

13、過程工藝流程圖過程工藝流程圖）過程工藝流程圖（過程工藝流程圖（PFDPFD圖）圖）Temperature (F)Pressure (psi)Methylcyclohexane Recovery ColumnB1B22202012202022191633252045Methylcyclohexane Recovery ProcessStream ID1234TemperatureF 220.0 220.0 218.8 325.3Pressurepsi 20.00 20.00 16.00 20.20Vapor Frac 0.000 0.000 0.000 0.000Mole Flowlbmol/h

14、r 400.000 1200.000 200.000 1400.000Mass Flowlb/hr 38065.736 112935.648 19605.002 131396.382Volume Flowcuft/hr 827.446 1792.795 449.995 2314.389EnthalpyMMBtu/hr -12.702 -71.945 -14.509 -62.696Mole Flowlbmol/hr TOLUENE 200.000 5.219 194.781 PHENOL 1200.000 0.262 1199.738 MCH 200.000 194.519 5.481Mole

15、Frac TOLUENE 0.500 0.026 0.139 PHENOL 1.000 0.001 0.857 MCH 0.500 0.973 0.004* VAPOR PHASE * Density Viscosity * LIQUID PHASE * Densitylb/cuft 46.004 62.994 43.567 56.774ViscositycP 0.288 1.021 0.323 0.443Surface Tendyne/cm 16.805 31.995 14.950 23.8052 2.2 .2 ASPEN PLUSASPEN PLUS使用初步使用初步C化工流程模擬系統的使用

16、步驟CASPEN PLUS軟件窗口界面簡介C演示教學C練習一化工流程模擬系統的使用步驟化工流程模擬系統的使用步驟教學演示實例教學演示實例C 采用ASPEN PLUS模擬一個由混合器、閃蒸罐、分流器和泵組成的循環(huán)流股流程，熱力學性質采用RK-SOAVE模型，計算在給定條件下的各流股的狀態(tài)（含溫度、壓力、流率、組成、氣相分率、密度等信息）。(p53)ASPEN PLUSASPEN PLUS軟件使用基本步驟軟件使用基本步驟C 主窗口界面：繪圖工作區(qū)和數據瀏覽窗口C 基本設置C 模擬流程圖的繪制C 組分定義C 熱力學方法的定義C 流股數據和過程數據的輸入C 模擬執(zhí)行過程C 查看結果C 專家支持系統1

17、1、繪制模擬流程圖、繪制模擬流程圖圖形用戶界面圖形用戶界面繪制模擬流程圖繪制模擬流程圖模塊模塊C向流程圖中添加單元操作模塊（Block）A 1. 在“Model Libary”上單擊選擇模塊類別。A 2. 選擇單元操作模型，單擊向下箭頭選擇模型圖標。A 3. 單擊模型圖標，然后單擊流程圖繪圖區(qū)域放置模塊。也可以拖動模型圖標至流程圖繪制區(qū)域。A 4. 單擊鼠標右鍵停止放置模塊。繪制模擬流程圖繪制模擬流程圖流股流股C向流程圖中添加流股（Stream）A 1. 在“Model Libary”上單擊“STREAMS”圖標。A 2. 如果選擇不同類型流股（Material, Heat, Work），單擊

18、向下箭頭選擇不同類型流股。A 3. 單擊高亮顯示端口將流股與模塊連接起來A 4. 重復第3步連接流股的另一端與模塊A 5. 將流股的起始源或目標端在流程圖空白區(qū)域單擊，則可以放置進料或產品流股。A 6. 單擊鼠標右鍵停止創(chuàng)建流股。A 選擇模塊、流股、對象編號（object ID）或注解A 帶出所選擇模塊、流股或流程圖的快捷菜單A 取消在流程圖中放置模塊或流股A 打開模塊或流股在“Data Browser”中的輸入窗口，或中間流股的結果窗口A 進入文本框的編輯狀態(tài)繪制模擬流程圖繪制模擬流程圖鼠標使用鼠標使用C左鍵單擊C右鍵單擊C左鍵雙擊繪制模擬流程圖繪制模擬流程圖修改模塊或流股修改模塊或流股C在

19、“Data Browser”中顯示輸入和結果窗口A 1、雙擊流程圖中的模塊或流股對象，或者，選擇模塊或流股，單擊鼠標右鍵，從菜單中選擇“Input”或“Results”C改變模塊或流股的顯示外觀A 1. 單擊鼠標左鍵選擇目標對象A 2. 當指針在選中對象上時，單擊鼠標右鍵彈出快捷菜單A 3. 選擇合適的菜單項ASPEN PLUS的用戶交互界面的用戶交互界面C 圖形用戶界面（Graphical User Interface）A 使用菜單（Menus）執(zhí)行程序命令A 工具欄（Toolbars）直接進入進入相應功能A 使用“Model Library”建立模擬流程圖C 數據瀏覽器（Data Brow

20、ser）A 使用文件夾（Folders）、表單（Forms）、工作頁表（Sheets）導航A 窗口可以移動、改變大小、最小化、最大化或關閉A 包括了對象管理器（Object Managers），通過它可以操縱每一個離散對象的信息A “Next Button”：檢查當前表單是否輸入完畢，并移動至另一個需要輸入的表單數據瀏覽器數據瀏覽器結構結構C數據瀏覽器是一個觀察模擬輸入、結果和定義對象的三層次結構，可以在文件夾、表單、工作頁表三者之間導航。C “Data Browser”的根目錄項C 包含了表單、其他文件夾或對象管理器C 用來輸入數據和瀏覽結果C 可以包含一系列工作頁表C 位于文件夾中C 提取

21、表單C 通過使用每一個工作頁表頂端的標簽（Tab）選擇數據瀏覽器數據瀏覽器界面界面數據瀏覽器數據瀏覽器表單的功能表單的功能C當單擊鼠標左鍵選擇表單某個域時，描述區(qū)域（Description area）會給出此域的信息，為數據輸入提供幫助C單擊某個域的下拉式箭頭可以帶出此域可能的輸入選項列表A 輸入一個字母，將自動帶出以此字母開頭的選項C使用“Tab”鍵將跳轉至此表單的下一個輸入域C在表格中，ASPEN PLUS總是在最后一個輸入行中增加一個空行幫助幫助C幫助專題A 內容- 適用于瀏覽整個文檔。 用戶指南和參考手冊均包含在幫助中。B在用戶指南中的所有信息在Using Aspen Plus 手冊下

22、均可以找到。A 索引 -使用索引項來尋找關于某個專題的幫助A 尋找 -用于查找關于含有任何字或詞的專題的幫助C“這是什么?” 幫助A 從幫助菜單中選擇 “Whats This?”然后在任何區(qū)域上單擊得到這一項目的幫助基本輸入基本輸入C 對于運行模擬最小要求的輸入是 (除圖形流程外) ：A Setup（設置）A Components（組分）A Properties（性質）A Streams（流股）A Blocks（模塊）C 這些輸入在“Data Browser”中均可以找到C 單擊“Next”按鈕可以按以上順序依次在輸入窗口輸入數據C 用數據菜單或工具欄上的數據瀏覽器按鈕能夠快速進入這些輸入的文

23、件夾狀態(tài)指示器狀態(tài)指示器CASPEN PLUS通過各種不同的顏色與形狀來描述當前輸入和結果的狀態(tài)2 2、模擬環(huán)境、模擬環(huán)境設置設置C大多數常用的設置信息是在“Setup Specifications Global”表中輸入:A 在報告上使用的流程標題A 運行類型（Run Type） A 輸入和輸出單位A 有效的相態(tài) (例如：汽-液或汽-液-液)A 環(huán)境壓力C物流報告選項包含在“Setup Report Options Stream”表頁上.設置規(guī)定表單設置規(guī)定表單流股流股報告選項報告選項C 流股報告選項在“Setup/Report Options/Stream”表中設置運行類型設置運行類型運行

24、類型Flowsheet標準 ASPEN PLUS 流程運行包括靈敏度研究和優(yōu)化。流程運行可以包括物性估算、化驗數據分析、和/或物性分析。Assay DataAnalysis它是一個獨立 Assay Data Analysis（化驗數據分析）和生成虛擬組分的運行。當你不想在同一個運行中執(zhí)行流程模擬時，用 Assay Data Analysis來分析化驗數據DataRegression一個獨立運行的 Data Regression（數據回歸）用 Data Regression 把 ASPEN PLUS 要求的物性模型參數與已測量純組分、 VLE、LLE和其它混合數據相擬合。 Data Regres

25、sion可以含由物性估值和物性分析計算。 ASPENPLUS 在 Flowsheet 運行中不能執(zhí)行數據回歸PROPERTIES PLUSPROPERTIES PLUS設置運行用 PROPERTIES PLUS 制備一個物性包，以便用于 Aspen Custom Modeler (以前是SPEEDUP) 或 ADVENT 、第三方商業(yè)工程程序、或你公司內部程序。你用 PROPERTIESPLUS 必需經過許可PropertyAnalysis一個獨立運行的 Property Analysis當你不想在同一個運行中執(zhí)行流程模擬時，用Property Analysis 生成一個物性表、 PT曲線、多

26、相曲線圖、和其它物性報告。Property Analysis 可以含有物性估算和化驗數據分析計算。PropertyEstimation獨立運行的 Property Constant Estimation當你不想在同一個運行中執(zhí)行流程模擬時，用 Property Estimation 估算物性參數。設置單位設置單位C在Aspen Plus的單位可以按 3 個不同的級別定義：A 1. 全局級 (在“Setup Specifications Global”頁面上的“輸入數據”和“輸出數據”域 )A 2. 對象級 (在一個對象,諸如單元模塊和流股的任意輸入表頁頂部的“Units” 域A 3. 域級C使

27、用“Setup Units Sets”對象管理器，用戶可以建立自己的單位集。單位可以從一個現存單位集拷貝，然后修改。3 3、定義化學組分、定義化學組分C 使用“Components Specifications”表頁來定義模擬所需的所有組分C 如果可用的話，每個組分的物性參數是從數據庫中檢索的C 純組分數據庫包含諸如分子量、臨界性質等參數。數據庫查找的順序是在數據庫頁面中定義。C 可以使用“Find”按鈕，根據組分名、分子式、組分類別、分子量、沸點、或CAS號查找組分。C 可以使用“Electrolyte Wizard”設置一個電解質模擬?；瘜W化學組分定義組分定義表單表單輸入化學組分輸入化學組

28、分C組分ID是用于定義模擬輸入和結果中的組分C每個組分 標識通過下列途徑與數據庫與一個數據庫相關聯：A 分子式（Formula）： 組分的化學式，例如： C6H6B注意：當有異構體時要加后綴，例如 C2H6O-2A 組分名（Component Name）： 組分的全名，例如： BENZENEC通過使用“Find”按鈕，可以找出數據庫組分A 使用組分名、分子式、組分類別、分子量、沸點或CAS 數A 所有包含指定項目的組分都將被列出查找化學組分查找化學組分C當超過一個限定條件時，可以使用“AND”組合查找化學組分數據庫化學組分數據庫(1)(1)化學組分數據庫化學組分數據庫(2)(2)化學組分數據庫

29、化學組分數據庫(3)(3)4 4、選擇熱力學模型、選擇熱力學模型C使用“Properties Specifications”表頁定義在模擬中所使用的物性方法。C性質方法是一個模型和方法的集合，用于描述純組分和混合物的行為。C選擇正確的物性對于獲得合理模擬結果是至關重要的。C選擇一個“Process Type”將縮小可用方法的個數。性質規(guī)定表單性質規(guī)定表單5、輸入流股信息、輸入流股信息C使用“Stream Input”表頁定義進料流股條件和組分。C定義流股狀態(tài)條件輸入下列幾項中的兩項：A 溫度（Temperature）A 壓力（Pressure）A 汽化率（Vapor Fraction）C定義流股組分輸入下列兩項之一:A 總物流流量和組分分率A 單個組分的流率C對于不是模擬流程進料的流股。其規(guī)定被用作初始估計值。流股流股輸入表單輸入表單6 6、定義過程（模塊）條件、定義過程（模塊）條件C“Block Input”表頁或“Block Setup”表頁都指定了單元操作模型的操作條件和設備規(guī)定一些單元操作模型要求附加規(guī)定表頁C所有單元操作模型