1、.簡介什么是 process flowsheetprocess flowsheet（流程圖） 可以簡單理解為設備或其一部分的藍圖.它確定了所有的給料流 ,單元操作 ,連接單元操作的流動以及產物流. 其包含的操作條件和技術細節(jié)取決于flowsheet的細節(jié)級別 .這個級別可從粗糙的草圖到非常精細的復雜裝置的設計細節(jié).對于穩(wěn)態(tài)操作 ,任何流程圖都會產生有限個代數(shù)方程。例如，只有一個反應器和適當?shù)慕o料和產物， 方程數(shù)量可通過手工計算或者簡單的計算機應用來控制。但是， 當流程圖復雜程度提高， 且?guī)в泻芏嗲逑戳骱脱h(huán)流的蒸餾塔、換熱器、吸收器等加入流程圖時，方程數(shù)量很容易就成千上萬了。 這種情況下，解這

2、一系列代數(shù)方程就成為一個挑戰(zhàn)。然而，叫做流程圖模擬的電腦應用專門解決這種大的方程組，aspen plustm，chemcadtm，pro/iitm。這些產品高度精煉了用戶界面和網上組分數(shù)據(jù)庫。他們被用于在真是世界應用中， 從實驗室數(shù)據(jù)到大型工廠設備。流程模擬的優(yōu)點在設備的三個階段都很有用：研究&發(fā)展，設計，生產。在研究& 發(fā)展階段，可用來節(jié)省實驗室實驗和設備試運行； 設計階段可通過與不同方案的對比加速發(fā)展； 生產階段可用來對各種假設情況做無風險分析。流程模擬缺點人工解決問題通常會讓人對問題思考的更深，找到新穎的解決方式，對假設的評估和重新評估更深入。 流程模擬的缺點就是缺乏與問題詳細的交互作用

3、。這是一把雙刃劍，一方面可以隱藏問題的復雜性使你專注于手邊的真正問題，另一方面隱藏的問題可能使你失去對問題的深度理解。歷史aspenplustm 在密西根大學界面基礎啟動 aspenplus，一個新的 aspenplus 對象有三個選項，可以 open an existing simulation ，從 template 開始，或者用 blanksimulation 創(chuàng)建你的工作表。這里選擇 blank simulation 。;.aspen plustm 的模擬引擎獨立于它的圖形用戶界面（gui）。你可以在一個電腦上使用gui創(chuàng)建你的模擬，然后運行連接到另一個電腦的模擬引擎。這里我們使用lo

4、cal pc模擬引擎。缺省值不變。點擊ok。下一步就是aspen plustm 主應用窗口空白的流程圖窗口。先熟悉下界面。狀態(tài)信息flowsheet not complete 一直持續(xù)到完整的流程描述進入窗口，完成后狀態(tài)信息會變?yōu)?required input incomplete （所需輸入未完成） 。一個模擬只有在狀態(tài)信息顯示 required input complete （所需輸入完成）時才能運行。對于最簡單的流程圖，必須有兩股物流，一個 feed，一個 product，連接到單元操作設備，叫做reactor。模型庫工具條（ model library toolbar ）：這個工具條包

5、含 aspen plus 不同操作單元的內置模型。;.文件有三種保存模式：aspen plus 文件， aspen plus 備份文件和模板。aspen plus 文件可保存結果和運行信息，但這是個二進制文件；備份文件則是標準的ascii;.文本文件。如果你是aspen plus 專家，你可以直接在文件中更改，并作為輸入從命令行發(fā)送到模擬器， 把文件從一臺機器傳送到另一臺很容易，但是里邊不再含有結果和運行信息。最后，項目和被保存為模板作為另一個模擬的起點。如果你正在一個項目上工作，則應該保存為 aspen plus 文件，備份格式的文件將自動建立。反應器模型有 7 個內置的反應器模型， rst

6、oic（化學計量反應器） 、ryield（產率反應器） 、requil（平衡反應器）、rgibbs（ gibbs 反應器）、rplug（平推流反應器） 、rcstr（全混釜反應器） 、rbatch（間歇釜反應器） 。rplug，rcstr， rbstch是嚴格對應平推流、全混釜反應和間歇反應的。rstoic用于化學計量數(shù)已知但反應動力學未知活可忽略的情況。如果反應動力學和化學計量數(shù)都未知，則應用 ryield。對單相化學平衡或均相和化學平衡計算，應用 requil或 rgibbs。requil計算基于同時解決化學計量數(shù)和相平衡計算，rgibbs通過 gibbs 自由能最小化解決模型。除了 rp

7、lug和 rbatch,所有模型可有任意數(shù)量的物料流 .這些物料流內部混合 .嚴密的模型可包括內置的冪次定律或 langmuir-hinschelwood-hougen-watson 動力學或用戶自定義的動力學.自定義的動力學可以用 fortran 子程序或者 excel 工作表格定義 .例題 :苯的高溫分解本教程將介紹苯高溫分解反應用于aspen plus 中 rplug.diphenyl(c12h10) 聯(lián)苯是很重要的工業(yè)媒介 ,其一種生產方案為苯 (c6h6)的高溫分解脫氫 ,過程中 ,二級反應還生成了 triphenyl （c18h14）三苯。反應如下：2c6 h 6 ? c12 h

8、10 h 2(1);.c6 h 6c12 h 10 ? c18 h 14h 2(2)abcdmurhpy,lamb 和 watson 對最初由 kassell 實施的這個實驗得到一些實驗數(shù)據(jù).試驗中，液態(tài)苯蒸發(fā)，加熱到反應溫度，進入平推流反應器，產物流冷凝，分析組分。結果如下反應器尺寸： l=37.5in， d=0.5in速率方程：2pb pdr1 ak1a ( pa)速率常數(shù)：平衡常數(shù)：ln k1 aln k 2 b參數(shù)值：r2 bk2 b ( pa pbpc pd )k 2bk1 aa1 exp(e1 )rtk2ba2 exp(e2 )rtab c ln( t )d te t 2tab c

9、 ln( t )d te t2te1=30190cal/mol ； e2=30190cal/mola1=7.4652e6lbmole/h/ft3 /atm2 ； a2=8.6630e6 lbmole/h/ft3 /atm2a=-19.76； b=-1692； c=3.13；d=-1.63e-3； e=1.96e-7a=-28.74； b=742； c=4.32； d=-3.15e-3；e=5.08e-7p=14.69595psi;.r=1.987cal/mol/k練習：根據(jù)實驗課指示，在 aspen plus 中使用手冊復制 t=1400f 和 p=1atm 時表 1 的數(shù)據(jù)。實驗和模擬的摩爾

10、分率誤差是多少？教程流程圖我們從添加反應器開始。選中反應器，插入流程圖窗口，這時，窗口上有代表平推流反應器的圖片出現(xiàn)，aspen 術語叫做 block（塊），默認名字為b1.;.選擇工具條上 streams 選項。 aspen 有三種不同的物流種類：物質流，熱流和功流。物質流為默認圖標。選擇物流圖標后在流程圖b1 左邊向 b1 畫一道線。當接近塊時，會看到兩個亮起來的箭頭。紅線是必須的給料，藍線是可選的加熱或冷卻流體的入口。選擇紅線連接給料流。;.物流的默認名稱為s1.同樣的，連接產品流。完成后，流程圖如下圖所示。仍有兩個亮的藍色箭頭表示所需熱負荷。這是可選的，我們繼續(xù)下一步?？吹綘顟B(tài)欄從fl

11、owsheet notcomplete 變?yōu)?required input incomplete ，點擊流圖標上的箭頭，隱藏藍色箭頭，此時可以自由移動流程圖上的圖標，從而安排連接。需要注意的是： 將流和塊對齊。 選中流程圖上的所有圖標，右擊出現(xiàn)菜單， 選中 align blocks。如果只是選中一個圖標，出現(xiàn)的菜單將不同。;.可以重命名流程圖中的圖標。選中圖標，右擊出現(xiàn)菜單，選擇rename block。;.重新命名為feed、product、 reactor。;.到此，流程圖繪制完畢，剩下的參數(shù)在輸入表格中完成。當不知道下一步該做什么，最簡單的做法是點擊 next button 。這個按鈕會

12、帶你進入下一步，或告訴你還缺少什么。此時，流程圖完成了，但是還缺少必須的輸入參數(shù)。點擊將顯示;.組分輸入表格點擊上圖中的ok，進入組分部分，數(shù)據(jù)瀏覽器。按圖中所示，輸入數(shù)據(jù)。 component id 就是組分的身份。這里組分比較簡單，使用化學式作為身份。從身份， aspen 可以調出名字和化學式。第四種沒有調出，是因為這個化學式有三種同分異構體：間三聯(lián)苯，對三聯(lián)苯，鄰三聯(lián)苯。在名稱欄輸入terphenyl，會出現(xiàn);.選擇 m-terphenyl ，點擊 add。到下一步;.藍色的核對標記表示這部分的最低要求達到了。這是點擊下一步將進入下一個輸入表格。這里先來修改setup 部分的默認值。se

13、tup輸入表格在 report options 中有一個有用的自定義，如下圖所示;.雖然是可選項， 但是輸入一個標題來描述你的項目還是一個很好的主意。下面兩頁提出兩個建議。;.;.下一步，進入properties 輸入表格。properties輸入表格在這一部分設置不同組分的物性。因為壓力夠低，這里選擇理想條件。sysop0是 aspen 中液相和氣相理想特性的物性方法。 從 help 菜單選擇 what s this？可以得到對象的特性。 大多數(shù)時候一個黃色的提示框會給出合理的描述。;.streams 輸入表格假設給料是大氣壓下的純苯。;.blocks 輸入表格現(xiàn)在輸入反應器參數(shù)。首先假設入

14、口條件為等溫。;.然后進入反應器尺寸，輸入多管反應器參數(shù);.最后，定義反應方程;.這里設為冪次定律動力學;.reactions輸入表格這些表格中，首先要輸入每個反應所有組分的化學計量系數(shù)和冪次定律系數(shù)，然后進入kinetics 標簽。在aspen 中，我們將2 個可逆反應描述為4 個獨立的反應，每個都有自己的動力學表達式。選擇new 繼續(xù)，按照建議的參數(shù)填寫。;.下一步輸入第一個反應的逆反應。;.這里所有的化學計量數(shù)都以“1 摩爾苯”為基準，這一點很重要。以此類推，寫完4 個方程，結果如下;.動力學系數(shù)kinetics coefficients 在下面詳細介紹，這和動力系數(shù)kinetic factor 的表達不同。這是對反應速率常數(shù)的更普遍的定義。 當 t0 忽略時 aspen 默認返回 arrhenius 方程。這里的 k 必須是 si 單位制，不管其他地方用的什么單位。;.;.;.;.所有