第二章 ASPEN PLUS入门

1、化工流程模拟技术及化工流程模拟技术及ASPEN PLUS应用应用 第二章 ASPEN PLUS入门汤吉海汤吉海ASPENASPEN是什么？是什么？C 作为上世纪70年代DOE委托MIT的开发项目（Advanced System for Process Engineering ，ASPEN）的一部分，出于商业化目的，于1981年成立了AspenTech公司。C AspenTech公司在随后的时间里又先后兼并了20多个在各行业中技术领先的公司（如B-JAC International, Inc.、Dynamic Matrix Control Corporation、ICARUS Corporati

2、on、PIMS business group from Bechtel Corp.、Hyprotech Ltd.等），成为为过程工业提供从集散控制系统（DCS）到企业资源计划(ERP)全方位服务的公司。C aspenONE作为第一流的领先产品将AspenTech公司的所有产品统一起来了。A ASPEN ENGINEERING SUITEASPEN ENGINEERING SUITE（ASPEN PLUSASPEN PLUS、HYSYSHYSYS等等4040个软件）个软件）A ASPEN OPERATION MANAGERASPEN OPERATION MANAGERA ASPEN Manufa

3、cturing SUITEASPEN Manufacturing SUITEA ASPEN Supply ChainASPEN Supply ChainC ASPENTECH于1994在纳斯达克上市(NASDAQ: AZPN)第第二二章章 ASPEN PLUSASPEN PLUS入门入门C2.1 ASPEN PLUS简介A ASPEN PLUS主要功能特点A ASPEN PLUS物性数据库A ASPEN PLUS的单元模型库A ASPEN PLUS的模型分析系统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主要功能特点主要功能特点C 方便灵活的用户操作环境，Model Manager是ASPEN Tech向用户提供的专家指导系统 。C 模拟计算以交互方式分析计算结果，按模拟要求修改数据，调整流程。 C 提供了包括拷贝、粘贴等目标管理功能，能方便地处理复杂的流程图。 C DXF格式接口可以将Model Manager中的流程图按DXF标准格式输出，再转换成其他CAD系统如AUTOCAD所能调用的图形文件。C 丰富的物性数据库和单元模型库，强大的流程分析与优化功能等。C 与AspenTech公司其他产品的有效集成。2.1.2 ASPEN PLUS2.1.2 ASPEN PLUS物性数据库物性数

5、据库C共含5000个纯组分数据 C40000个二元交互参数可用于5000 个二元混合物，1000多个水相离子反应的反应常数。 C与世界上最大的热力学实验物性数据库DETHERM （含250,000 多个混合物的汽液平衡、液液平衡以及其它物性数据）的接口。 C可以建立自己的专用物性数据库。纯组分数据库纯组分数据库C Aqueous：适用于电解质（水溶剂），含900种离子参数 C ASPEN PCD：含472个有机和无机化合物参数（主要为有机物） C INORGANIC：含约2450个化合物物性数据（绝大多数为无机） C PURE10：基于DIPPR的数据库，含1727个（绝大多数为有机）化合物参

6、数，是ASPEN PLUS的主要数据库 C SOLIDS：含3314种固体化合物参数，主要用于固体和电解质的处理 C COMBUST：专用于高温、气相计算，含59种燃烧产物中典型组份的参数 ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）的热力学模型（适用体系）C非理想体系采用状态方程与活度系数相结合的模型；C原油和调和馏分；C水相和非水相电解质溶液；C聚合物体系。ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）的热力学模型（状态方程）C Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）；C Hayden-OConnell；C 用于H

7、examerization的氢-氟化物状态方程；C 理想气体模型；C Lee-Kesler（LK）；C Lee-Kesler-Plocker；C Peng-Robinson（PR）；C 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR；C 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR；C 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（活度系数模型）的热力学模型（活度系数模型）CEletrolyte NRTL；CFlory-Huggins；CNRTL；CScatchard-Hilde-Brand；CUNIQUAC；CUNI

8、FAC；Cvan Laar；CWILSON。ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（其他模型）的热力学模型（其他模型）CAPI酸水方法；酸水方法；CBraun K-10；CChao-Seader；CGrayson-Streed；CKent-Eisenberg；C水蒸气表。水蒸气表。ASPEN PLUSASPEN PLUS的物性分析工具的物性分析工具C 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常数。C 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。C 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、相际线、t-p-x-y图等。C 原油分析

9、数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其他物性曲线特征化原油物系。C 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成离子或相应的反应ASPEN PLUSASPEN PLUS专有物性数据库专有物性数据库C 在ASPEN PLUS 10.x版中，有专用于NRTL、WILSON和UNIQVAC方法的二元交互参数库，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI C 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY（1600+对） C ASPEN PLUS 10.x版的电解质专家系统，有内置电解质库，包括几乎所有常见的电解质应用中化学平衡常数及各种电解质专

10、用二元参数。只要启动电解质热力学方法，这些参数便会自动检索。2.1.3 ASPEN PLUS2.1.3 ASPEN PLUS的单元模型库的单元模型库C RADFRAC：用于精馏、吸收、萃取精馏和共沸精馏的严格法模拟；RADFRAC可以处理有双液相、固相以及带有化学反应和电化学反应的情况。C PETROFRAC：用于炼油厂的预闪蒸塔、常减压塔、催化裂化主馏分塔和延迟焦化分馏塔等。C 各种反应过程：产率反应器（RYIELD）、化学计量反应器（RSTOIC）、化学平衡反应器（REQUIL）、基于GibbG自由能最小化的平衡反应器（RGIBBS）、连续搅拌糟式反应器（RCSTR）、活塞流反应器（RPL

11、UG）和间歇反应器（RBATCH）。C 固体处理模型：破碎机、筛分、织物过渡器、文丘里洗涤器、静电沉降器、水力旋流器、离心过滤器、旋风过滤器、洗矿机、结晶器和逆流洗涤器。C 严格的设备尺寸和性能计算：泄压阀、换热器、泵和压缩机、管线以及板式塔和填料塔。C 可以结合用户建立的设备计算模块。2.1.4 ASPEN PLUS2.1.4 ASPEN PLUS的模型分析系统的模型分析系统C 敏感性分析：通过图表方式可看出设备规格和操作条件对工艺性能的影响。C 设计规定：可自动计算满足规定性能指标的操作条件或设备参数。C 收敛性分析：对有多个物流循环和信息循环的体系，可自动分析和建议最优切割物流、流程收敛

12、方法和求解序列。C 数据拟合：可用实际生产数据拟合所用的工艺模型。C 最优化：可根据最优化目标调节工艺条件以达到如最大生产率、最低能耗、物流纯度和最大经济效益等。C 界面工具：可通过Visual Basic编程语言完成新功能。示例示例1 1：活度系数模型参数回归：活度系数模型参数回归示例示例2 2：未知组分物性数据估计：未知组分物性数据估计示例示例3 3：精馏塔的模拟计算：精馏塔的模拟计算示例示例4 4：设计规定：设计规定示例示例5 5：敏感性分析：敏感性分析示例示例6 6：优化：优化示例示例7 7：自定义单元操作模型（膜分离）：自定义单元操作模型（膜分离）示例示例8 8：PFDPFD图（图（

13、过程工艺流程图过程工艺流程图）过程工艺流程图（过程工艺流程图（PFDPFD图）图）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化工流程模拟系统的使用

16、步骤CASPEN PLUS软件窗口界面简介C演示教学C练习一化工流程模拟系统的使用步骤化工流程模拟系统的使用步骤教学演示实例教学演示实例C 采用ASPEN PLUS模拟一个由混合器、闪蒸罐、分流器和泵组成的循环流股流程，热力学性质采用RK-SOAVE模型，计算在给定条件下的各流股的状态（含温度、压力、流率、组成、气相分率、密度等信息）。(p53)ASPEN PLUSASPEN PLUS软件使用基本步骤软件使用基本步骤C 主窗口界面：绘图工作区和数据浏览窗口C 基本设置C 模拟流程图的绘制C 组分定义C 热力学方法的定义C 流股数据和过程数据的输入C 模拟执行过程C 查看结果C 专家支持系统1

17、1、绘制模拟流程图、绘制模拟流程图图形用户界面图形用户界面绘制模拟流程图绘制模拟流程图模块模块C向流程图中添加单元操作模块（Block）A 1. 在“Model Libary”上单击选择模块类别。A 2. 选择单元操作模型，单击向下箭头选择模型图标。A 3. 单击模型图标，然后单击流程图绘图区域放置模块。也可以拖动模型图标至流程图绘制区域。A 4. 单击鼠标右键停止放置模块。绘制模拟流程图绘制模拟流程图流股流股C向流程图中添加流股（Stream）A 1. 在“Model Libary”上单击“STREAMS”图标。A 2. 如果选择不同类型流股（Material, Heat, Work），单击

18、向下箭头选择不同类型流股。A 3. 单击高亮显示端口将流股与模块连接起来A 4. 重复第3步连接流股的另一端与模块A 5. 将流股的起始源或目标端在流程图空白区域单击，则可以放置进料或产品流股。A 6. 单击鼠标右键停止创建流股。A 选择模块、流股、对象编号（object ID）或注解A 带出所选择模块、流股或流程图的快捷菜单A 取消在流程图中放置模块或流股A 打开模块或流股在“Data Browser”中的输入窗口，或中间流股的结果窗口A 进入文本框的编辑状态绘制模拟流程图绘制模拟流程图鼠标使用鼠标使用C左键单击C右键单击C左键双击绘制模拟流程图绘制模拟流程图修改模块或流股修改模块或流股C在

19、“Data Browser”中显示输入和结果窗口A 1、双击流程图中的模块或流股对象，或者，选择模块或流股，单击鼠标右键，从菜单中选择“Input”或“Results”C改变模块或流股的显示外观A 1. 单击鼠标左键选择目标对象A 2. 当指针在选中对象上时，单击鼠标右键弹出快捷菜单A 3. 选择合适的菜单项ASPEN PLUS的用户交互界面的用户交互界面C 图形用户界面（Graphical User Interface）A 使用菜单（Menus）执行程序命令A 工具栏（Toolbars）直接进入进入相应功能A 使用“Model Library”建立模拟流程图C 数据浏览器（Data Brow

20、ser）A 使用文件夹（Folders）、表单（Forms）、工作页表（Sheets）导航A 窗口可以移动、改变大小、最小化、最大化或关闭A 包括了对象管理器（Object Managers），通过它可以操纵每一个离散对象的信息A “Next Button”：检查当前表单是否输入完毕，并移动至另一个需要输入的表单数据浏览器数据浏览器结构结构C数据浏览器是一个观察模拟输入、结果和定义对象的三层次结构，可以在文件夹、表单、工作页表三者之间导航。C “Data Browser”的根目录项C 包含了表单、其他文件夹或对象管理器C 用来输入数据和浏览结果C 可以包含一系列工作页表C 位于文件夹中C 提取

21、表单C 通过使用每一个工作页表顶端的标签（Tab）选择数据浏览器数据浏览器界面界面数据浏览器数据浏览器表单的功能表单的功能C当单击鼠标左键选择表单某个域时，描述区域（Description area）会给出此域的信息，为数据输入提供帮助C单击某个域的下拉式箭头可以带出此域可能的输入选项列表A 输入一个字母，将自动带出以此字母开头的选项C使用“Tab”键将跳转至此表单的下一个输入域C在表格中，ASPEN PLUS总是在最后一个输入行中增加一个空行帮助帮助C帮助专题A 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。B在用户指南中的所有信息在Using Aspen Plus 手册下

22、均可以找到。A 索引 -使用索引项来寻找关于某个专题的帮助A 寻找 -用于查找关于含有任何字或词的专题的帮助C“这是什么?” 帮助A 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基本输入基本输入C 对于运行模拟最小要求的输入是 (除图形流程外) ：A Setup（设置）A Components（组分）A Properties（性质）A Streams（流股）A Blocks（模块）C 这些输入在“Data Browser”中均可以找到C 单击“Next”按钮可以按以上顺序依次在输入窗口输入数据C 用数据菜单或工具栏上的数据浏览器按钮能够快速进入这些输入的文

23、件夹状态指示器状态指示器CASPEN PLUS通过各种不同的颜色与形状来描述当前输入和结果的状态2 2、模拟环境、模拟环境设置设置C大多数常用的设置信息是在“Setup Specifications Global”表中输入:A 在报告上使用的流程标题A 运行类型（Run Type） A 输入和输出单位A 有效的相态 (例如：汽-液或汽-液-液)A 环境压力C物流报告选项包含在“Setup Report Options Stream”表页上.设置规定表单设置规定表单流股流股报告选项报告选项C 流股报告选项在“Setup/Report Options/Stream”表中设置运行类型设置运行类型运行

24、类型Flowsheet标准 ASPEN PLUS 流程运行包括灵敏度研究和优化。流程运行可以包括物性估算、化验数据分析、和/或物性分析。Assay DataAnalysis它是一个独立 Assay Data Analysis（化验数据分析）和生成虚拟组分的运行。当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Assay Data Analysis来分析化验数据DataRegression一个独立运行的 Data Regression（数据回归）用 Data Regression 把 ASPEN PLUS 要求的物性模型参数与已测量纯组分、 VLE、LLE和其它混合数据相拟合。 Data Regres

25、sion可以含由物性估值和物性分析计算。 ASPENPLUS 在 Flowsheet 运行中不能执行数据回归PROPERTIES PLUSPROPERTIES PLUS设置运行用 PROPERTIES PLUS 制备一个物性包，以便用于 Aspen Custom Modeler (以前是SPEEDUP) 或 ADVENT 、第三方商业工程程序、或你公司内部程序。你用 PROPERTIESPLUS 必需经过许可PropertyAnalysis一个独立运行的 Property Analysis当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用Property Analysis 生成一个物性表、 PT曲线、多

26、相曲线图、和其它物性报告。Property Analysis 可以含有物性估算和化验数据分析计算。PropertyEstimation独立运行的 Property Constant Estimation当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Property Estimation 估算物性参数。设置单位设置单位C在Aspen Plus的单位可以按 3 个不同的级别定义：A 1. 全局级 (在“Setup Specifications Global”页面上的“输入数据”和“输出数据”域 )A 2. 对象级 (在一个对象,诸如单元模块和流股的任意输入表页顶部的“Units” 域A 3. 域级C使

27、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。3 3、定义化学组分、定义化学组分C 使用“Components Specifications”表页来定义模拟所需的所有组分C 如果可用的话，每个组分的物性参数是从数据库中检索的C 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。C 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。C 可以使用“Electrolyte Wizard”设置一个电解质模拟。化学化学组分定义组分定义表单表单输入化学组分输入化学组

28、分C组分ID是用于定义模拟输入和结果中的组分C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：A 分子式（Formula）： 组分的化学式，例如： C6H6B注意：当有异构体时要加后缀，例如 C2H6O-2A 组分名（Component Name）： 组分的全名，例如： BENZENEC通过使用“Find”按钮，可以找出数据库组分A 使用组分名、分子式、组分类别、分子量、沸点或CAS 数A 所有包含指定项目的组分都将被列出查找化学组分查找化学组分C当超过一个限定条件时，可以使用“AND”组合查找化学组分数据库化学组分数据库(1)(1)化学组分数据库化学组分数据库(2)(2)化学组分数据库

29、化学组分数据库(3)(3)4 4、选择热力学模型、选择热力学模型C使用“Properties Specifications”表页定义在模拟中所使用的物性方法。C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。C选择正确的物性对于获得合理模拟结果是至关重要的。C选择一个“Process Type”将缩小可用方法的个数。性质规定表单性质规定表单5、输入流股信息、输入流股信息C使用“Stream Input”表页定义进料流股条件和组分。C定义流股状态条件输入下列几项中的两项：A 温度（Temperature）A 压力（Pressure）A 汽化率（Vapor Fraction）C定义流股组分输入下列两项之一:A 总物流流量和组分分率A 单个组分的流率C对于不是模拟流程进料的流股。其规定被用作初始估计值。流股流股输入表单输入表单6 6、定义过程（模块）条件、定义过程（模块）条件C“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C所有单元操作模型