Aspen的介绍与旋风分离器的模拟
ASPEN讲义(南京化工大学)-04_Separation
平衡反应器 化学计量反应器 收率反应器 平衡反应器 连续搅拌罐式反应器 活塞流反应器 间歇反应器 泵/液压透平 压缩机/透平 多级压缩机/透平 多段管线压降 单段管线压降 严格阀压降 物流倍增器 物流复制器 物流类变送器
压力变送器
手动操作器
第 3 页
ASPEN PLUS的单元操作模型（3）
类型 模型 说明
第 18 页
4.3
多组分多级分离塔的严格计算
第 19 页
理论模型
MESH方程
组分物料衡算（M） 相平衡关系（E） 各相的摩尔分数加和式（S） 热量衡算（H）
典型求解方法
方程解离法 同时校正法 内外法
第 20 页
ASPEN PLUS的严格蒸馏模型
模型 描述 目的 用于
第 8 页
ASPEN PLUS的闪蒸计算——练习
练习4-1：在101.3 kPa下，对组成为45%（摩 尔分数，下同）正己烷、25%正庚烷和30%正 辛烷的混合物。（1）计算泡点和露点温度； （2）将此混合物在101.3 kPa下进行闪蒸， 使进料的50%汽化。求闪蒸温度和两相的组成。 热力学模型采用理想模型（IDEAL）。
近似算法虽然适于手算，但为了快速、准确，采用 计算机进行数值求解也已广泛应用。
第 10 页
多组分精馏的FUG简捷计算法
多组分精馏的FUG简捷计算法（Fenske– Underwood-Gilliland）
①用芬斯克（Fenske）公式估算最少理论板数和 组分分配； ②用恩特伍德（Underwood）公式估算最小回流比； ③用吉利兰（Gilliland）图或相应的关系式估算 实际回流比下的理论板数。
第 15 页
DSTWU--简捷法精馏设计
Aspen功能简介
Aspen Plus介绍(物性数据库)Aspen Plus---生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。
该项目称为“过程工程的先进系统”(Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN）,并于1981年底完成。
1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。
该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。
它以严格的机理模型和先进的技术赢得广大用户的信赖，它具有以下特性：PLUS有一个公认的跟踪记录，在一个工艺过程的制造的整个生命周期中提供巨大的经济效益，制造生命周期包括从研究与开发经过工程到生产。
PLUS使用最新的软件工程技术通过它的Microsoft Windows图形界面和交互式客户-服务器模拟结构使得工程生产力最大。
PLUS拥有精确模拟范围广泛的实际应用所需的工程能力，这些实际应用包括从炼油到非理想化学系统到含电解质和固体的工艺过程。
PLUS是AspenTech的集成聪明制造系统技术的一个核心部分，该技术能在你公司的整个过程工程基本设施范围内捕获过程专业知识并充分利用。
5.在实际应用中，ASPEN PLUS可以帮助工程师解决快速闪蒸计算、设计一个新的工艺过程、查找一个原油加工装置的故障或者优化一个乙烯全装置的操作等工程和操作的关键问。
Aspen Plus功能Aspen Plus AspenTech工程套装软件(AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。
Aspen功能简介 (物性数据库)
Aspen Plus介绍 (物性数据库)•Aspen Plus---生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统•Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。
该项目称为“过程工程的先进系统”(AdvancedSystem for Process Engineering，简称ASPEN）,并于1981年底完成。
1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。
该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。
它以严格的机理模型和先进的技术赢得广大用户的信赖，它具有以下特性：1.ASPEN PLUS有一个公认的跟踪记录，在一个工艺过程的制造的整个生命周期中提供巨大的经济效益，制造生命周期包括从研究与开发经过工程到生产。
2.ASPEN PLUS使用最新的软件工程技术通过它的Microsoft Windows 图形界面和交互式客户-服务器模拟结构使得工程生产力最大。
3.ASPEN PLUS拥有精确模拟范围广泛的实际应用所需的工程能力，这些实际应用包括从炼油到非理想化学系统到含电解质和固体的工艺过程。
4.ASPEN PLUS是AspenTech的集成聪明制造系统技术的一个核心部分，该技术能在你公司的整个过程工程基本设施范围内捕获过程专业知识并充分利用。
5.在实际应用中，ASPEN PLUS可以帮助工程师解决快速闪蒸计算、设计一个新的工艺过程、查找一个原油加工装置的故障或者优化一个乙烯全装置的操作等工程和操作的关键问。
Aspen Plus功能Aspen Plus AspenTech工程套装软件(AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。
Aspen的介绍与旋风分离器的模拟
泡点，软件操作简单。
泡点温度
露点温度
h
10
输出露点泡点
输出露点泡点的计算结果，结果察看方便，直观
h
11
模拟技术在设计、工艺参数整个过程的应用
模拟旋风分离器具体思路： 1、通过给定条件手工计算（Excel程序）计算旋风分离器设备参数
h
14
模拟旋风分离器具体思路
Fluent中计算过程：
h
15
模拟旋风分离器具体思路
1、通过手算、Aspen和fluent的计算，将旋风分离器从设计、工艺参数整个过程 得到再现。
2、在对旋风分离器的整体理论分析和模拟研究同时 ，充分利用计算软件数值模 拟的优势，对于分析设备、优化操作变量提供了便利。
211高校 志比昆仑 学5竞江河
根据前面提供设 备的参数进行输 入，输入结束， 点击运行键，开 始计算
02.09.2020
设定物流和设备参 数
温度参数 流量参数
压力参数
6h
211高校 志比昆仑 学6竞江河
计算结果
物流摩尔流量、质量流量，体积流量
02.09.2020
详 细 的 物 流 参 数
7h
211高校 志比昆仑 学7竞江河
02.09.2020
3h
211高校 志比昆仑 学3竞江河
建立流程
闪蒸分离器
反应器
换热器
从模型库选择模型在流程绘制区进行流程搭建上面搭建的 流程
02.09.2020
4h
211高校 志比昆仑 学4竞江河
输入组分和选择热力学方程
输入参加反应的 物质
选择计算使用的 热力学方程
ASPENPLUS介绍及模拟实例
ASPENPLUS介绍及模拟实例ASPENPLUS具有广泛的应用领域，包括石化、炼油、化肥、热力、制药、生化工程等。
它可以用于模拟各种化工过程，例如分离、混合、反应、蒸馏、液-液/气-液萃取、吸收、脱吸附、干燥等。
ASPENPLUS使用了一套成熟的计算方法和数学模型，可以准确地预测化工过程的性能指标，为工程师提供决策支持。
ASPENPLUS的建模过程包括定义组分、定义装置流程、定义物理特性、定义热力学模型、定义操作条件、定义单元操作、定义修正参数等。
用户可以根据具体的工艺流程需求，选择不同的模拟单元进行组合，以实现整个过程的模拟。
在模拟过程中，用户可以通过调整操作条件和设备参数，进行优化设计，以实现最佳的性能。
下面以丙烯酸酯生产过程为例，介绍ASPENPLUS的模拟实例。
丙烯酸酯是一种重要的化工原料，广泛应用于合成高分子材料、油墨、粘合剂等。
其主要生产过程是通过异丁烯与甲基丙烯酸酯在催化剂存在下进行反应生成。
为了实现丙烯酸酯的高选择性产率，需要优化反应过程的操作条件和装置结构。
首先，在ASPENPLUS中定义组分，包括异丁烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和副产物。
然后，定义装置流程，包括进料反应器、分离塔和产品收集器。
接下来，定义物理特性，如温度、压力、流量等。
充分考虑物料的热力学性质，确保模拟过程的准确性。
在物理特性定义完成后，需要定义热力学模型。
根据反应过程的实际情况，选择适当的热力学模型，并确定模型参数。
在反应过程中，可以设置反应器的温度、压力和催化剂的用量，以及反应物的摩尔比例。
定义好热力学模型后，需要定义操作条件。
根据实际工艺需求，设置反应器的温度和压力，以及进料和产物的流量。
可以使用ASPENPLUS提供的优化算法，通过调整操作条件，实现产物选择性的优化。
最后，定义单元操作，包括进料反应器、分离塔和产品收集器的模型和参数。
分离塔的模型可以选择蒸馏、吸收或萃取等。
通过定义修正参数，可以对模拟过程进行细致的调整和修改，以实现更准确的模拟结果。
ASPEN模拟软件及应用的简介
绘制流程图
单元操作模型的主要类型
• 混合器/分流器 • 分离器 • 换热器 •塔 • 反应器 • 压力变换器 • 调节器 • 固体处理器 • 用户模型
混合器/分流器
模型
Mixer
FSplit SSplit
说明
目的
用途
物流混合器 物流分流器
把多股物流混合成一股 混合三通，物流混合操作，添加
物流
热流股，添加功流股
PROPERTIES PLUS 设置运行
PROPERTI 用 PROPERTIES PLUS 制备一个物性包，以便用于 Aspen Custom Modeler (以前是 ES PLUS SPEEDUP) 或 ADVENT、第三方商业工程程序、或你公司内部程序。
一个独立运行的 Property Analysis
具有多种结构的空冷器. 用于模拟 节煤器和加热炉的对流段.
简捷塔
模型
DSTWU
Distl SCFrac
说明
目的
用途
简捷法蒸馏设计
简捷法蒸馏核算 石油馏分的简捷法 蒸馏
确定最小回流比, 最小理论 板数, 和用 WinnUnderwood-Gilliland 方法 得到的实际回流比或实际塔 板数.
带有一个进料物流和两个产品 物流的塔
ASPEN模拟软件及其 应用简介
刘智信 北京化工研究院
主要内容
• 模拟概念 • ASPEN软件介绍 • ASPEN模块介绍 • ASPEN Plus介绍 • 应用举例
1 流程模拟的概念
• “模拟”可以理解为“模仿”与“拟合”， 是用软件作为工具，去模仿一个过程 （反应、精馏、吸收、萃取、换热、结 晶等），根据用户所给过程的条件（温 度、压力、流量、设备尺寸），对相应 过程进行物料平衡、能量平衡、及相平 衡、化学平衡的计算，从而预测过程中 可能发生的现象，指导科研、设计、生 产部门的工作。过程可以是实际生产过 程、实验过程、假想过程。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第7章分离单元模拟PartB
7.1 概述
模块 DSTWU Dis适用对象
使用Winn-Underwood-Gilliland 方法的多组分精馏的简捷设计模 块
确定最小回流比、最小理论板数以 及实际回流比、实际理论板数等
仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔
使用Edmister方法的多组分精馏 的简捷校核模块
DSTWU模块的模拟结果可给出
最小回流比（Mimimum reflux ratio） 最小理论板数（Mimimum number of stages） 实际回流比（Actual reflux ratio） 实际理论板数（Number of actual stages） 进料位置（ Feed stage） 冷凝器负荷（Condenser cooling required） 再沸器负荷（Reboiler heating required） 等参数
7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU
Specifications——关键组分回收率 （Key component recoveries）
（1）轻关键组分（Light key）在塔顶产品中的摩尔回 收率
塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率/进料中的轻关键组分摩尔流率
（2）重关键组分（Heavy key）在塔顶产品中的摩尔回 收率
计算产品组成
仅有一股进料和两股产品的简 单精馏塔
单个塔的两相或三相严格计算模 块
精馏塔的严格核算和设计计算
普通精馏、吸收、汽提、萃取 精馏、共沸精馏、三相精馏、 反应精馏等
Extract 液-液萃取严格计算模块 MultiFrac 严格法多塔蒸馏模块
液-液萃取严格计算
萃取塔
对一些复杂的多塔进行严格核算和 原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提
所需理论板数，均不包括再
Aspen模拟
西安科技大学
ASPEN PLUS 能做什么
进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算
预测物流的流率、组成和性质
功
预测操作条件和设备尺寸
能
减少装置的设计时间、进行设计方案比较
帮助改进当前工艺
回答“如果…那会怎么样”的问题 在给定的限制内优化工艺条件 辅助确定一个工艺约束部位
西安科技大学
ASPEN PLUS 基本概念
用来计算热力学性质和迁移性质决定模拟精确性的关键西安科技大学单元操作模型及其主要功能分离器热交换器混合器和分流器?heater通用加热器器?heatx热交换器?mheatx多股物流的热交换器?hetran管壳式换热器?aerotran空冷式换热器?hxflux热传递计算?htrixist与htri的接口?mixer通用混合?split分流?fsplit子物流分流?sep组分分割?sep2两产品分离?flash2两相闪蒸?flash3三相闪蒸?decanter液液倾析器西安科技大学单元操作模型及其主要功能反应器压力改变固体处理?pyield收率反应器?rstoic化学计量反应器器?rcstr连续搅拌釜式反应器?rplug活塞流反应器?requil两相化学平衡反应器?rgibbs通用相平衡和化学平衡反应器?rbatch间歇式反应器?pump泵料浆泵?compr单级压缩膨胀机机?mcompr多级压缩膨膨胀机?pipeline多段管线压降降?pipe单段管线压降?valve阀压降?radfrac严格法精馏?multilfrac严格法多塔精馏?extrac严格法萃取?dstwu简算法精馏设计型?distl简算法精馏核算型型?scfrac简算法多塔精馏?petrofrac石油炼制分馏塔西安科技大学单元操作模型及其主要功能用户模型固体处理器流控制器?user有限进出流股?user2无限进出流股?hierarchy分层结构?cyclone旋风分离器?rsp静电除尘器?fabfl纤维过滤器?vscrub文丘里涤气器?crush破碎机?screen筛选机?hycyc水力旋风分离器?filter转鼓过滤器?cfuge离心过滤器?swash固体洗涤器?ccd逆流倾析器?crystallizer结晶器?dryer干燥器?mult乘法器?dupl复制器?clchng流股复类器?select物流选择器?analyzer物流分析器?qtvec热负荷控制器?measurement测量器西安科技大学物性方法和模型描述热力学性质传递性质方法分类理想物性方法状态方程物性方法逸度系数物性方法专用系统物性方法常用推荐方法与煤相关应用推荐的物性方法煤的粉碎研磨solids分离和清洗过滤旋风分离沉降洗涤solids煤燃烧prbmrksbm煤气化prbmrksbm煤液化prbmrksbmbwrls酸性气体吸收使用prwsrkswsprmhv2rksmhv2psr
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2014-11-12
5
211高校 志比昆根据前面提 供设备的参 数进行输入， 输入结束， 点击运行键， 开始计算
温度参数
流量参数
压力参数
2014-11-12
6
211高校 志比昆仑 学竞江河
计算结果
物流摩尔流量、质量流量，体积流量
详 细 的 物 流 参 数
2014-11-12 7 211高校 志比昆仑 学竞江河
2014-11-12
211高校 志比昆仑 学竞江河
软件计算露点泡点的优势：通过手工计算 多组分混合物的露点泡点，计算量极大， 迭代次数多，易出错，精度低。Aspen 有权威基础物性数据库降，不同的热力学 方程，用它计算降低手算计算量，提高计 算准确率和效率，这是手算根本无法达到。
设定输出露点泡点过程
Fluent中计算过程：
模拟旋风分离器具体思路
1、通过手算、Aspen和fluent的计算，将旋风分离器从设计、 工艺参数整个过程得到再现。
2、在对旋风分离器的整体理论分析和模拟研究同时 ，充分 利用计算软件数值模拟的优势，对于分析设备、优化操作 变量提供了便利。 3 、采取数值模拟和手算相结合的方法，使得三种结果可以 相互印证、相互对照，从而研究工作可以取得更好更快的 发展。
Aspen的介绍与旋风分离器的模拟
化工模拟
工具栏
流程绘制区
Aspen plus 主界面，可以看 到工具栏、流程绘制区、模型 库，从模型库选择模型在流程 绘制区进行流程搭建
混合与分离 换热设备 闪蒸 精馏 反应器
5
2014-11-12 2 211高校 志比昆仑 学竞江河
Aspen plus 应用实例：
Aspen露点温度泡点的计算
露点：在一定压力下，混合气体开始冷凝，即开始出现第一个液滴时的 温度叫露点。 泡点：在一定压力下，混合液体开始沸腾，即开始有气泡产生时的温度 叫泡点。
计算露点泡点的重要意义： 1、设计设备时的需要（如：在给定温度下，以估计闪蒸过程是否可行） 2、操作参数的选择（如：输送流体在什么温度下输送较好）
以苯和丙烯为原料合成异丙基苯，苯和丙 烯为原料物流FEED进入反应器REACOTE， 反应后经冷凝器COOL冷凝，进入分离器SEP。 分离器顶部物流RECYCLE循环回反应器，底 部为产品物流PRODUCT。
原料物流的温度220F，压力36psi，苯和丙 烯的摩尔流率均为40lbmol/hr，反应器压 力降和热负荷均为0，反应式为 C6H6+C3H6=C9H12。丙烯转化率为 90%，冷凝器温度130F,压降0.1psi。分离 器压力为1atm，热负荷为0。
2014-11-12 3 211高校 志比昆仑 学竞江河
建立流程
闪蒸分离器
反应器
换热器
从模型库选择模型在流程绘制区进行流程 搭建上面搭建的流程
2014-11-12
4
211高校 志比昆仑 学竞江河
输入组分和选择热力学方程
输入参加反 应的物质
苯 丙烯 异丙苯 选择了RK-SOAVE方 程
选择计算使 用的热力学 方程
Properties Prop-Sets 进行设定 ，通过简单地设置 ， 就可以输出露点和泡点，软件操作简单。
泡点温度
露点温度
输出露点泡点
输出露点泡点的计算结果，结果察看方便，直观
模拟旋风分离器具体思路：
模拟技术在设计、工艺参数整个过 程的应用
1、通过给定条件手工计算（Excel程序）计算旋风分离器设 备参数
模拟旋风分离器具体思路
2、将手算的结果作为条件输入Aspen PLUS 中的旋风分离器， 并计算出结果
Aspen计算的结果是手算结果的进一步计算，计算出手算
不能完成的部分，而且计算更为精准。
模拟旋风分离器具体思路
3、将手算的结果作为条件建立旋风分离器在fluent软件中的模 型，进一步计算。
模拟旋风分离器具体思路