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2019年6月24日星期一,Slide 1,Introduction to Aspen Plus,Aspen Technology, Inc.,Based on Aspen Plus 10 May 1998,1997 AspenTech. All rights reserved.,Potential,Reach Your,True,Introduction to Aspen Plus,2019年6月24日星期一,Slide 2,Introduction to Aspen Plus,联系信息,电话 : 02-761-5800 传真 : 02-761-5803 电子邮箱 : 通讯地址 : Room 702 Sinsong Building 25-4 Yoido-dong, Youngdeungpo-ku, Seoul,2019年6月24日星期一,Slide 3,Introduction to Aspen Plus,课程安排-第一天,1. 介绍 - 一般模拟概念 2. 用户界面 - 图形化的流程定义 3. 基本输入 - 图形化的用户界面入门 4. 单元操作模型 - 可用的单元操作概述 5. RadFrac - 多级分离模型 6. 反应器模型 - 可用的反应器类型概述 7. 环己烷生产课程练习,2019年6月24日星期一,Slide 4,Introduction to Aspen Plus,课程安排-第二天,8. 物理性质- 热力学模型, 基础性质分析和报告的概述 9. 存取变量- 引用流程变量 10. 灵敏度分析 - 工艺变量之间关系研究 11. 设计规定- 满足工艺目标 12. Fortran 块 - 内嵌 Fortran的使用 13. Windows 的交互操作性能 - 传递数据给其它的Windows程序及从其它Windows程序 中传递数据,2019年6月24日星期一,Slide 5,Introduction to Aspen Plus,课程安排-第三天,14. Heater and HeatX - 加热器和热交换器 15. 压力改变模块 - 泵,压缩机,管线和阀 16. 流程收敛 - 收敛模块,撕裂流和流程顺序 17. 整个装置模型课程练习 - 模拟一个甲醇装置,2019年6月24日星期一,Slide 6,Introduction to Aspen Plus,其它的课题,18. 维护 Aspen Plus 模拟 - 管理Aspen Plus 文件便于存储和检索数据 19. 定制你的工艺流程外观 - 建立工艺流程图 19. 物性参数估计 -性质估计概述 20. 电解质- 电解质的使用介绍 21. 固体处理 - 固体功能概述 22. 优化 - 优化一个流程,2019年6月24日星期一,Slide 7,Introduction to Aspen Plus,其它课题(续),23. RadFrac 收敛 - 困难塔的收敛技巧 24. 外部 Fortran - 使用外部子程序定制工艺流程 25. 多变量控制器课程练习,2019年6月24日星期一,Slide 8,Introduction to Aspen Plus,附件,A. 焓参考和反应热 B. 课程练习指导 C. 课程练习结果,9,Introduction to Aspen Plus,介绍,目的: 介绍一般的流程模拟概念和Aspen Plus 功能,2019年6月24日星期一,Slide 10,Introduction to Aspen Plus,介绍,什么是流程模拟? 使用计算机程序定量模拟一个化学过程的特性方程 使用基本物性关系 质量和能量平衡 Equilibrium 关系 速率系数 (反应和质量/热量传递) 预测 物流流率, 组成和性质 操作条件 设备尺寸,2019年6月24日星期一,Slide 11,Introduction to Aspen Plus,模拟的优越性,减少装置设计时间 允许设计者快速地测试各种装置的配置方案 帮助改进当前工艺 回答 “如果那会怎样” 问题 在给定的限制内优化工艺条件 辅助确定一个工艺的约束部位 (消除瓶颈),2019年6月24日星期一,Slide 12,Introduction to Aspen Plus,一般模拟问题,物流PRODUCT 的 组成是什么? To solve this problem, we need: Material balances Energy balances,2019年6月24日星期一,Slide 13,Introduction to Aspen Plus,流程模拟的途径,序贯模拟 Aspen Plus 是一个序贯模块模拟程序。 每个单元模块按一定的顺序求解。 联立方程 Aspen Custom Modeler (以前是 SPEEDUP) 是一个联立方程模拟程序。 所有的方程均同时求解。 组合方法 Aspen Dynamics (以前是 DynaPLUS) 使用 Aspen Plus 序贯模块方法去初始化稳态模拟并使用 Aspen Custom Modeler (以前是 SPEEDUP) 联立方程法求解动态模拟。,2019年6月24日星期一,Slide 14,Introduction to Aspen Plus,好的流程模拟实践 经验,建立大流程时，一次建几个模块。 如果出现错误，这有助于找出问题 确保流程输入是合理的。 检查结果是一致的、实际的。,2019年6月24日星期一,Slide 15,Introduction to Aspen Plus,Aspen Plus 的重要功能,严格的电解质模拟 固体处理 石油处理 数据回归 数据拟合 优化 用户子程序,16,Introduction to Aspen Plus,用户界面,目的: 用户舒适，并熟悉Aspen Plus 图形用户界面。 Aspen Plus 参考: 用户指南, 第 1章, 用户界面 用户指南,第 2章, 建立一个模拟模型 用户指南, 第 4章, 定义工艺流程,2019年6月24日星期一,Slide 17,Introduction to Aspen Plus,用户界面,参考: Aspen Plus 用户指南, 第1章, 用户界面,Run ID,Tool Bar,Title Bar,Menu Bar,Select Mode,button,Model Library,Model Menu,Tabs,Process,Flowsheet,Window,Next Button,Status Area,2019年6月24日星期一,Slide 18,Introduction to Aspen Plus,用户界面（续）,使用鼠标 左按钮单击 选择对象/域 单击右按钮 为选择的对象/域或入口/出口弹出菜单 双击左按钮 打开数据浏览器对象的页面 参考: Aspen Plus 用户指南, 第 1章, 用户界面,2019年6月24日星期一,Slide 19,Introduction to Aspen Plus,图形化流程操作,在流程中放置一个单元模块: 1. 在模型库中单击一个模型类别标签 2. 选择一个单元操作模型,单击下箭头选择一个模型图标 3. 在模块上单击并拖拉它到你期望放置的流程位置上,然后释放鼠标,2019年6月24日星期一,Slide 20,Introduction to Aspen Plus,图形化流程操作(续),在流程中放置一个物流: 1. 在模型库中的 STREAMS 图标上单击 2. 如果你想选择一个不同的物流类型 (物料,热或功), 单击靠近图标的下箭头,然后选择不同的类型 3. 选择一个高亮显示的出口做连接 4. 重复第 3 步连接物流的另一端 5. 若把一个物流的末端作为工艺物流的进料,或者作为产品来放置,则单击工艺流程窗口的空白部分 6. 单击鼠标右按钮停止建立物流,2019年6月24日星期一,Slide 21,Introduction to Aspen Plus,图形化流程操作(续),若要在数据浏览器中显示一个物流或单元模块显示的输入表: 1. 在该对象上双击鼠标左键 若对单元模块和物流改名,删除,改变图标,提供输入数据或浏览结果: 1. 通过在模块或物流上单击鼠标左键,选择对象 2. 当鼠标指针在所选择的对象图标之上时,单击鼠标右键,弹出该对象的菜单 3. 选择相应的菜单项目 参考: Aspen Plus 用户指南,第 4章, 定义流程,2019年6月24日星期一,Slide 22,Introduction to Aspen Plus,异丙基苯流程定义,RStoic,Model,Heater,Model,Flash2,Model,Filename: CUMENE.BKP,2019年6月24日星期一,Slide 23,Introduction to Aspen Plus,苯流程定义课程练习,目的: 建立一个图形化的流程 选择相应的单元模块图标 更改模块和物流的名称,完成后用备份格式保存 (Run-ID.BKP). 文件名: BENZENE.BKP,FL1,24,Introduction to Aspen Plus,基本输入,目的: 介绍Aspen Plus 模拟运行所要求的基本输入 Aspen Plus 参考: 用户指南, 第3章，使用帮助 用户指南, 第5章，计算的全局信息 用户指南, 第6章，定义组分 用户指南, 第7章，物性方法 用户指南, 第9章，定义物流 用户指南, 第10章，单元模型 用户指南, 第11章，运行你的模拟,2019年6月24日星期一,Slide 25,Introduction to Aspen Plus,用户界面,下拉式菜单 用于定义程序选项和命令 工具栏 允许直接访问一些常用功能 能够被移动、隐藏或展现 数据浏览器 用于操纵表页 能够被移动、重设大小、最大化、最小化或关闭 表页 用于输入数据和浏览模拟结果 可以由多个页面构成,2019年6月24日星期一,Slide 26,Introduction to Aspen Plus,用户界面（续）,对象管理器 允许操纵离散对象的信息 能够建立、编辑、改名、删除、隐含和展现对象（在10.1版中允许拷贝和粘贴) Next 用于检查当前表格是否是完成，并且跳到下一个必需的输入表页,2019年6月24日星期一,Slide 27,Introduction to Aspen Plus,数据浏览器,菜单树,前一个表,下一个表,状态域,父按钮,Units,向后,向前,注释,Next,说明域,状态,2019年6月24日星期一,Slide 28,Introduction to Aspen Plus,帮助,帮助专题 内容- 适用于浏览整个文档。 用户指南和参考手册均包含在帮助中。 在用户指南中的所有信息在Using Aspen Plus 手册下均可以找到。 索引 -使用索引项来寻找关于某个专题的帮助 寻找 -用于查找关于含有任何字或词的专题的帮助 “这是什么?” 帮助 从帮助菜单中选择 “Whats This?”然后在任何区域上单击得到这一项目的帮助,2019年6月24日星期一,Slide 29,Introduction to Aspen Plus,表页的功能,当你选择了表页上的一个域(在域中单击鼠标左键),窗口底部的提示区域给你有关该域的信息 在域中的下箭头上单击，产生该域可能输入值的列表 输入一个字母将在列表上产生以该字母开始的下一个选择 Tab 键将带你到表页的下一个域,2019年6月24日星期一,Slide 30,Introduction to Aspen Plus,基本输入,对于运行模拟最小要求的输入是 (除图形流程外) ： Setup（设置） Components（组分） Properties（性质） Streams（物流） Blocks（模块） 这些输入在Data Browser 中均可以找到 用数据菜单或工具栏上的数据浏览器按钮能够快速找到这些输入的文件夹,2019年6月24日星期一,Slide 31,Introduction to Aspen Plus,状态指示器,2019年6月24日星期一,Slide 32,Introduction to Aspen Plus,设置,大多数常用的设置信息是在Setup Specifications Global 表中输入: 在报告上使用的流程标题 运行类型 输入和输出单位 有效的相态 (例如:汽-液或汽-液-液) 环境压力 物流报告选项包含在 Setup Report Options Stream 表页上.,2019年6月24日星期一,Slide 33,Introduction to Aspen Plus,设置规定表格,2019年6月24日星期一,Slide 34,Introduction to Aspen Plus,设置运行类型,2019年6月24日星期一,Slide 35,Introduction to Aspen Plus,设置单位,在Aspen Plus的单位可以按 3 个不同的级别定义: 1. 全局级 (在Setup Specifications Global 页面上的“输入数据”和“输出数据”域 ) 2. 对象级 (在一个对象,诸如单元模块和物流的任意输入表页顶部的“Units” 域 3. 域级 使用Setup Units Sets对象管理器,用户可以建立自己的单位集。单位可以从一个现存单位集拷贝,然后修改。,2019年6月24日星期一,Slide 36,Introduction to Aspen Plus,组分,使用 Components Specifications 表页来定义模拟所需的所有组分 如果可用的话,每个组分的物性参数是从数据库中检索的 纯组分数据库包含诸如分子量、临界性质等参数。数据库查找的顺序是在数据库页面中定义。 可以使用 Find按钮，根据组分名、分子式、组分类别、分子量、沸点、或CAS号查找组分。 可以使用Electrolyte Wizard 设置一个电解质模拟。,2019年6月24日星期一,Slide 37,Introduction to Aspen Plus,组分定义表格,2019年6月24日星期一,Slide 38,Introduction to Aspen Plus,输入组分,组分 ID 是用于定义模拟输入和结果中的组分 每个组分 标识通过下列途径与数据库与一个数据库相关联： 分子式: 组分的化学式 例如： C6H6 (注意当有异构体时要加后缀，例如 C2H6O-2) 组分名: 组分的全名 例如： BENZENE 通过使用Find按钮，可以找出数据库组分 使用组分名、分子式、组分类别、分子量、沸点或CAS 数 所有包含指定项目的组分都将被列出,2019年6月24日星期一,Slide 39,Introduction to Aspen Plus,Find,2019年6月24日星期一,Slide 40,Introduction to Aspen Plus,组分数据库,第一个所选数据库缺少的参数可以查找以后所选的数据库。,2019年6月24日星期一,Slide 41,Introduction to Aspen Plus,性质,使用 Properties Specifications 表页定义在模拟中所使用的物性方法。 性质方法是一个模型和方法的集合，用于描述纯组分和混合物的行为。 选择正确的物性对于获得合理模拟结果是至关重要的。 选择一个Process Type 将 缩小可用方法的个数。,2019年6月24日星期一,Slide 42,Introduction to Aspen Plus,性质规定表,2019年6月24日星期一,Slide 43,Introduction to Aspen Plus,物流,使用Stream Input 表页定义进料物流条件和组分。 定义物流条件输入下列几项: 温度 压力 汽化率 定义物流组分输入下列两项之一: 总物流流量和组分分率 单个组分的流率 对于不是流程进料的物流。其规定被用作估值。,2019年6月24日星期一,Slide 44,Introduction to Aspen Plus,物流输入表,2019年6月24日星期一,Slide 45,Introduction to Aspen Plus,模块,Block Input 表页或Block Setup表页都指定了单元操作模型的操作条件和设备规定. 一些单元操作模型要求附加规定表页 所有单元操作模型都有可选的信息表页(例如, BlockOptions表页),2019年6月24日星期一,Slide 46,Introduction to Aspen Plus,模块表,2019年6月24日星期一,Slide 47,Introduction to Aspen Plus,启动运行,从 View 菜单中选择Control Panel 或按 Next 按钮. 当所要求的表页全部填完时执行模拟过程. 按钮Next 将使你进入没有填完的表页中.,2019年6月24日星期一,Slide 48,Introduction to Aspen Plus,控制面板,控制面板含有: 一个信息窗口,通过显示来自计算的最新信息而显示模拟的进展过程 一个状态区域,显示所执行的模拟模块和收敛回路的层次和顺序 一个工具栏,能够用来控制模拟,2019年6月24日星期一,Slide 49,Introduction to Aspen Plus,结果查看,历史文件或控制面板信息 包括任何生成的错误信息和警告 在View 菜单下选择 History 或 Control Panel ,显示历史文件和控制面板 物流结果 包括物流条件和组成 对于所有物流 (/Data/Results Summary/Streams) 对于单个物流(在Data Browser中打开物流文件夹选择Results 表) 模块结果 包括计算出的模块操作条件 (在Data Browser中打开模块文件夹并选择Results 表),2019年6月24日星期一,Slide 50,Introduction to Aspen Plus,异丙基苯生产条件,T = 130 F,Pdrop = 0.1 psi,P = 1 atm,Q = 0 Btu/hr,苯: 40 lbmol/hr,丙烯: 40 lbmol/hr,T = 220 F,P = 36 psi,使用 RK-SOAVE 物性方法,文件名: CUMENE.BKP,2019年6月24日星期一,Slide 51,Introduction to Aspen Plus,练习：苯流程操作条件,目的:添加流程的工艺条件和进料物流条件.,由苯流程练习中创建的流程开始(另存为 BENZENE.BKP),按下页所示添加工艺条件和进料物流条件. 问题: 1. 模块 “COOL” 的热负荷是多少? _ 2. 第二闪蒸模块“FL2” 的温度是多少? _ 注意: 该练习的所有答案都在附录C中课程笔记的后面,2019年6月24日星期一,Slide 52,Introduction to Aspen Plus,练习：苯流程操作条件,Feed,T = 1000 F,P = 550 psi,氢气: 405 lbmol/hr,甲烷: 95 lbmol/hr,苯 : 95 lbmol/hr,甲苯: 5 lbmol/hr,T = 200 F,Pdrop = 0,T = 100 F,P = 500 psi,P = 1 atm,Q = 0,使用 PENG-ROB 物性方法,完成时另存为: 文件名: BENZENE.BKP,53,Introduction to Aspen Plus,单元操作模型,目的: 熟悉单元操作模型的主要类型 Aspen Plus 参考资料: 用户指导,第十章,单元操作模型 参考手册,第一卷,单元操作模型,2019年6月24日星期一,Slide 54,Introduction to Aspen Plus,单元操作模型类型,混合器/分流器 分离器 换热器 塔 反应器 压力变换器 操作器 固体 用户模型 参考:在线帮助和文档中，对具体模型的使用予以很好的介绍。 Aspen Plus 参考手册,第1卷,单元操作模型,2019年6月24日星期一,Slide 55,Introduction to Aspen Plus,混合器/分流器,2019年6月24日星期一,Slide 56,Introduction to Aspen Plus,分离器,2019年6月24日星期一,Slide 57,Introduction to Aspen Plus,换热器,* Requires separate license,2019年6月24日星期一,Slide 58,Introduction to Aspen Plus,简捷塔,2019年6月24日星期一,Slide 59,Introduction to Aspen Plus,严格塔,* 要求单独许可 + 输入语言只在 10.0 版中,2019年6月24日星期一,Slide 60,Introduction to Aspen Plus,反应器,2019年6月24日星期一,Slide 61,Introduction to Aspen Plus,压力变化器,2019年6月24日星期一,Slide 62,Introduction to Aspen Plus,操作器,2019年6月24日星期一,Slide 63,Introduction to Aspen Plus,固体,64,Introduction to Aspen Plus,RadFrac,目的: 论述 RadFrac 分馏模型最少输入条件, 并讨论设计规定与板效率的用法 Aspen Plus 参考资料: 参考手册, 第1卷, 单元操作模型, 第4章,2019年6月24日星期一,Slide 65,Introduction to Aspen Plus,RadFrac: 严格多级分离,可对下述过程做两相或三相模拟: 普通蒸馏 吸收, 再沸吸收 汽提, 再沸汽提 恒沸蒸馏 反应蒸馏 结构选项: 任何数量的进料 任何数量的侧线采出 总液体采出和循环回流 任何数量的换热器 任何数量的倾析器,2019年6月24日星期一,Slide 66,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 流程连接,气体蒸馏物 (DV),1,顶级或冷凝器热负荷,热 (可选),(Q1),液体蒸馏物 (DL),水 (DW) (可选),D=DL+DV DV:D=DV/D,物料,回流,RR=L1/D RW=LW/DW,（任何数量),L1 + LW,产品 (任何数量),热,循环回流,倾析器,热,产品,热,返回,(任何数量),上升蒸汽,(VN),N级,底级或再沸器热负荷,热 (可选),(QN),塔底 (B) BR=VN/B,2019年6月24日星期一,Slide 67,Introduction to Aspen Plus,规定: 理论板数 冷却器和再沸器结构 两塔操作规定 有效相态 收敛,RadFrac结构设置,2019年6月24日星期一,Slide 68,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 物流设置,规定: 进料板位置 进料物流规则 (见帮助) ABOVE-STAGE: 从进料物流来的气体进入进料板上一层塔板 液体进入进料板位置 ON-STAGE: 来自进料的气体和液体都进入进料板位置,2019年6月24日星期一,Slide 69,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 压力设置,规定下列项之一: 塔压力分布 塔顶/塔底压力 塔段压降,2019年6月24日星期一,Slide 70,Introduction to Aspen Plus,釜式再沸器,T = 65 C,P = 1 bar,水: 100 lbmol/hr,甲醇: 100 lbmol/hr,9 个理论级,回流比 = 1,蒸馏物对进料的比 = 0.5,塔压力 = 1 bar,进料级 = 6,RadFrac 规定,文件名: RAD-EX.BKP,甲醇-水严格精馏塔,用 NRTL-RK 物性方法,全凝器,2019年6月24日星期一,Slide 71,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 选项,若设置一个不带冷凝器或再沸器的吸收塔,则在 RadFrac Setup Configuration 页面上设置冷凝器和再沸器为none 在 RadFrac Efficiencies 表页上能够规定按一个理论级基准或组分基准的汽化效率或Murphree 效率. 能够进行板式塔或填料塔的设计和核算. 如果用户选择汽-液-液作为有效相，也可以模拟第二液相. 能够生成再沸器和冷凝器的热曲线.,2019年6月24日星期一,Slide 72,Introduction to Aspen Plus,绘图向导,用 绘图向导 (在 Plot 菜单上) 能立即生成模拟结果的曲线图，你能用绘图向导显示如下操作的结果: 物性分析 数据回归分析 所有分离模型RadFrac、 MultiFrac、PetroFrac和 RateFrac的数据分布 点击数据窗口中的对象生成该对象的曲线图. 向导引导你执行生成图表的基本操作. 在 Next 按钮上点击继续. 点击 Finish 按钮按缺省设置生成图.,2019年6月24日星期一,Slide 73,Introduction to Aspen Plus,绘图向导示范,用绘图向导创建整个塔的气相组成曲线.,2019年6月24日星期一,Slide 74,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 的DesignSpecs 和 Vary,用DesignSpecs 和 Vary 表页可以在RadFrac 模型内部规定并执行设计规定。 可以调整一个或多个RadFrac 输入，来满足对一个或多个 RadFrac 性能参数的规定要求。 一般情况下，“规定”的个数应与“变化”的个数相等. RadFrac 中的“设计规定”和“改变” 是在 “中间回路”中求解的，如果你得到一个中间回路没收敛的错误信息，检查你输入的“设计规定”和“改变”,2019年6月24日星期一,Slide 75,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 的收敛问题,如果 RadFrac 没收敛, 做以下工作会有帮助: 1. 检查正确地规定了有关物性方面的问题 (物性方法的选择、参数可用性.) 。 2. 确保塔操作条件是可行的。 3. 如果塔的 err/tol 是一直减少的, 在RadFrac Convergence Basic 页上增加最大迭代次数。,2019年6月24日星期一,Slide 76,Introduction to Aspen Plus,RadFrac 的收敛问题 (续),4. 在RadFrac Estimates Temperature 页上提供塔中一些塔板的温度估值 (对吸收塔来说是有用的). 5. 在RadFrac Estimates Liquid Composition and Vapor Composition 页上提供塔中一些塔板的组成估值 (对于高度非理想系统是有用的). 6. 在RadFrac Setup Configuration 页上尝试不同的收敛方法 当一个塔不收敛时, 做了改变后重新初始化通常是有好处的。,2019年6月24日星期一,Slide 77,Introduction to Aspen Plus,练习：严格多级精馏,部分 A: 用如下数据完成甲烷塔核算: 塔进料: 63.2 wt% 水 36.8 wt% 甲醇 总流量 120,000 lb/hr 压力 18 psia, 饱和液体 塔规定: 38 块塔板 (40 块理论级) 进料板 = 23 (第24理论级) 全凝器 顶部压力 = 16.1 psia 每理论级压力降 = 0.1 psi 蒸馏流率 = 1245 lbmol/hr 摩尔回流比 = 1.3 用 NRTL-RK 物性方法,2019年6月24日星期一,Slide 78,Introduction to Aspen Plus,练习：严格多级精馏 (续),部分 B: 建立塔内的设计规定达到如下两个目标: 塔顶馏出物中甲醇含量99.95 wt% 塔底水含量99.90 wt% 要达到这些规定, 你可以改变塔顶馏出物流率 (800-1700 lbmol/hr) 和回流比 (0.8-2). 在运行该题之前确保物流组成是按质量分率报告。记录冷凝器和再沸器的负荷: 冷凝器负荷 :_ 再沸器负荷 :_,2019年6月24日星期一,Slide 79,Introduction to Aspen Plus,练习：严格多级精馏 (续),部分 C: 规定每块板效率为65% Murphree效率后 执行同一个设计计算。假设冷凝器和再沸器的板效率为90%。 这些效率是如何影响塔的冷凝器和再沸器负荷的? 部分 D: 完成整个塔的设计计算，假定使用泡罩塔盘塔 (完成后, 另存为文件名: RADFRAC.BKP),80,Introduction to Aspen Plus,反应器模型,目的: 介绍各种类型的、可用的反应器模型, 每类中至少详细考察一个反应器。 Aspen Plus 参考资料: 参考手册, 第1卷, 单元操作模型, 第7章,2019年6月24日星期一,Slide 81,Introduction to Aspen Plus,反应器概述,Reators (反应器),以物料平衡为基础 Ryield (收率反应器) Rstioc (化学计量反应器),以反应平衡为基础 REquil (平衡反应器) RGibbs (吉布斯反应器),以动力学为基础 RCSTR (连续搅拌釜式反应器) RPlug (活塞流反应器) RBatch (间歇反应器),2019年6月24日星期一,Slide 82,Introduction to Aspen Plus,基于物料平衡反应器,RYield 只要求物料平衡, 不要求原子平衡 用来模拟入口物流不知道，但出口物流已知的反应器(例如，模拟一个炉子),70 lb/hr H2O 20 lb/hr CO2 60 lb/hr CO 250 lb/hr tar（焦油） 600 lb/hr char（焦碳）,1000 lb/hr Coal（煤）,IN,OUT,RYield,2019年6月24日星期一,Slide 83,Introduction to Aspen Plus,基于物料平衡反应器 (续),RStoic 要求原子平衡和质量平衡 用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重要的反应器 可以规定或计算在参考温度和压力下的反应热,2 CO + O2 2 CO2 C + O2 CO2 2 C + O2 2 CO,C, O2,IN,OUT,RStoic,C, O2, CO, CO2,2019年6月24日星期一,Slide 84,Introduction to Aspen Plus,以化学平衡为基础的反应器,概述 不考虑反应动力学 各个模块能解算相似的问题，但问题规定不同 单个反应能达到严格平衡 REquil 通过求解反应平衡方程而计算化学平衡和相平衡 不能进行3相闪蒸计算 可用在有许多组分、已知一些反应并且较少组分参加反应的情况,2019年6月24日星期一,Slide 85,Introduction to Aspen Plus,以化学平衡为基础的反应器(续),RGibbs 未知反应 当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反应，致使反应数量很多时，该功能十分有用。 吉布斯能最小 通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最小时的产品组成。 固体平衡 RGibbs 是唯一能处理固-液-汽相平衡的Aspen Plus模块,2019年6月24日星期一,Slide 86,Introduction to Aspen Plus,动力学反应器,动力学反应器有 RCSTR, RPlug 和RBatch。 因为考虑了反应动力学, 所以必须定义反应动力学。 动力学可以用一个内置模型定义, 或用一个用户子程序定义，现有的内置模型是： 幂律模型 Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) 反应的催化剂的反应系数可以为零。 反应是用反应 ID 指定。,2019年6月24日星期一,Slide 87,Introduction to Aspen Plus,使用反应 ID,反应 ID被设置成对象, 独立于反应器, 并且在反应器中被引用。 单个反应ID可以在任意个数动力学反应器(RCSTR, RPlug 和 RBatch.)中引用 。 若建立一个反应ID，请进入 Reactions Reactions 对象管理器页面。,2019年6月24日星期一,Slide 88,Introduction to Aspen Plus,幂律速率表达式,示例:,正反应: (假设反应中A为2级，B为3级) 系数: A: B: C: D: 指数: A: B: C: D:,-2 -3 1 2,2 3 0 0,逆反应: (假设反应中C为1级，D为2级) 系数: C: D: A: B: 指数: C: D: A: B:,-1 -2 2 3,1 2 0 0,2019年6月24日星期一,Slide 89,Introduction to Aspen Plus,反应热,不需要为反应提供反应热。 反应热通常按反应器入口和出口焓差计算 (参见附录 A). 如果你有的反应热数值和Aspen Plus 计算出的反应热数值不相匹配，你可以调整一个或多个组分的生成热 (DHFORM)， 使你的反应热数据和计算的反应热数据相匹配。 在RStoic 反应器中，可以规定或计算参考温度、压力下的反应热。,2019年6月24日星期一,Slide 90,Introduction to Aspen Plus,练习：反应器,目的: 用不同反应器类型模拟一个反应，比较各个反应器类型的不同用法。,反应器条件: Temperature（温度） = 70 C Pressure （压力）= 1 atm 化学计量式: Ethanol（乙醇）+ Acetic Acid（乙酸） Ethyl Acetate（乙酸乙酯）+ Water（水） 动力学参数: 正反应: Pre-exp. Factor（指前因子） = 1.9 x 108, Act. Energy（活化能）= 5.95 x 107 J/kmol 逆反应: Pre-exp. Factor （指前因子） = 5.0 x 107, Act. Energy （活化能）= 5.95 x 107 J/kmo 反应中每个反应物的反应都是1级 (总共为2级)。 反应发生在液相中。 提示: 核对每个反应器是否把汽相和液相都考虑成有效相态。,2019年6月24日星期一,Slide 91,Introduction to Aspen Plus,练习：反应器 (续),Length = 2 meters,Diameter = 0.3 meters,Volume = 0.14 Cu. M.,乙醇转化率70 %,完成后另存为： 文件名: REACTORS.BKP,用 NRTL-RK 物性方法,92,Introduction to Aspen Plus,练习：环己烷生产过程,2019年6月24日星期一,Slide 93,Introduction to Aspen Plus,练习：环己烷生产过程,目的:创建一个流程来模拟环己烷生产过程 环己烷可以用苯加氢反应得到，反应如下: C6H6 + 3 H2 = C6H12 苯 氢气 环己烷 在进入固定床接触反应器之前，苯和氢气进料与循环氢气和环己烷混合。 假设苯转化率为 99.8%。 反应器出料被冷却，轻气体从产品物流中分离出去。 部分轻气体作为循环氢气返回反应器。 从分离器出来的液体产品物流进入蒸馏塔进一步脱除溶解的轻气体，使最终产品稳定。部分环己烷产品循环进入反应器，辅助控制温度。,2019年6月24日星期一,Slide 94,Introduction to Aspen Plus,练习：环己烷生产,C6H6 + 3 H2 = C6H12,苯 氢气 环己烷,用 RK-SOAVE 物性方法,完成后另存为： 文件名: CYCLOHEX.BKP,Bottoms rate = 99 kmol/hr,P = 25 bar,T = 50 C,Total flow = 330 kmol/hr,T = 40 C,P = 1 bar,Benzene flow = 100 kmol/hr,T = 150C,P = 23 bar,T = 200 C,Pdrop = 1 bar,Benzene conv =,0.998,T = 50 C,Pdrop = 0.5 bar,去物流 H2RCY的流量为92%,去物流 CHRCY的流量为30%,Stages = 12,Reflux ratio = 1.2,只有气体蒸馏物 的部分冷凝器,P = 15 bar,Feed stage = 8,95,Introduction to Aspen Plus,物性,目的: 介绍物性方法和物性参数的概念 明确有关物性方法选择方面的问题 介绍使用物性分析来报告物性 Aspen Plus 参考资料: 用户指南, 第 7 章, 物性方法 用户指南, 第 8 章, 物性参数和数据 用户指南, 第 29 章, 性质分析,2019年6月24日星期一,Slide 96,Introduction to Aspen Plus,工况研究- 丙酮回收,要获得精确的模拟结果，选择正确的物性方法和精确的物性参数是很重要的,FEED,OVHD,BTMS,COLUMN,5000 lbmol/hr,丙酮：10 mole %,水：90 mole %,规定: 丙酮回收率为99.5 mole %,2019年6月24日星期一,Slide 97,Introduction to Aspen Plus,如何建立物性,选择一个物性方法,检查参数/获得其它参数,确认结果,创建流程,2019年6月24日星期一,Slide 98,Introduction to Aspen Plus,物性方法,一个物性方法是用于计算物性的模型和方法的集合 Aspen Plus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。 用户可以修改现有的物性方法或建立新的物性方法。,2019年6月24日星期一,Slide 99,Introduction to Aspen Plus,描述组分物性的方法 物性模型 理想 状态方程 活度系数 特殊 (EOS) 模型 模型 模型,物性模型,模型类型的选择取决于非理想行为程度和操作条件。,2019年6月24日星期一,Slide 100,Introduction to Aspen Plus,理想状态与非理想状态的对比,我们所定义的理想行为应该是什么样? 符合理想气体定律和拉乌尔定律 理想系统应该是什么样? 大小和形状相似的非极性组分 什么决定非理想状态程度? 分子相互作用 例如，分子的大小、形状和极性 我们如何研究一个系统的非理想程度? 性质图 (例如 TXY & XY),x,y,x,y,x,y,2019年6月24日星期一,Slide 101,Introduction to Aspen Plus,状态方程和活度模型比较,2019年6月24日星期一,Slide 102,Introduction to Aspen Plus,常用选项集,状态方程物性方法 PENG-ROB RK-SOAVE 活度系数物性方法 NRTL UNIFAC UNIQUAC WILSON,2019年6月24日星期一,Slide 103,Introduction to Aspen Plus,亨利定律,亨利定律只和理想与活度系数模型一起使用。 它用于确定液相中的轻气体和超临界组分的量。 任何超临界组分和轻气体 (CO2、N2、等。) 都应该说明为亨利组分 (Components Henry Comps Selection 页面)。 亨利组分列表 ID 应该在 Properties Specifications Global 页 中的 Henry Components 域中输入。,2019年6月24日星期一,Slide 104,Introduction to Aspen Plus,选择物性方法 - 复习,你的系统中有无极性组分?,操作条件是否在混合物临界区域附近?,你的系统中是否有轻气体或超临界组分?,用带有亨利定律的活度系数模型,用活度系数模型,用状态方程模型,否,否,否,是,是,是,参考: Aspen Plus 用户指南, 第 7章, 物性方法, 给出了关于物性方法选择方面的类似的、更详细的信息。,2019年6月24日星期一,Slide 105,Introduction to Aspen Plus,选择物性方法 - 举例,对于如下组分系统在环境条件下选择适当物性方法：,2019年6月24日星期一,Slide 106,Introduction to Aspen Plus,如何建立物性方法,选择物性方法,检查参数/获得其它参数,确认结果,创建流程,2019年6月24日星期一,Slide 107,Introduction to Aspen Plus,纯组分参数,描述一单个组分的属性 在 Properties Parameters Pure Component 文件夹中输入 保存在数据库中，例如， PURE10、