第四章 第二节 Aspen Plus计算状态方程
Aspen-Plus史上最全最好的教程
工艺合成和分析
经济评价/投资估算/进 度管理
Concept ( DISTIL/HX-Net)/Aspen Split/Pinch/Water/Utilities
Aspen ICARUS
Pinch/Water/Utilities
工艺知识和数据管理
Axsys/Aspen Zyqad
热交换器设计
HTFS/Aspen Hetran/Aerotran/Teams
适合中国人的Aspen Plus教程
主要内容
讲义1 Aspen Plus简介 讲义2 Aspen Plus 界面介绍 讲义3 快速入门 讲义4 Aspen Plus精通 讲义5 模型分析工具 讲义6 其他高级功能简介 综合练习
Aspen Plus培训
ASPEN PLUS软件的发展史
Aspen Plus是工程套件的核心,可广泛地应用于新工艺开发、装置设计优 化，以及脱瓶颈分析与改造。此稳态模拟工具具有丰富的物性数据库， 可以处理非理想、极性高的复杂物系；并独具联立方程法和序贯模块法 相结合的解算方法，以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度 分析、自动排序、多种收敛方法，以及报告等功能。
一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型 (共105种) Aspen Plus数据库包括5000多种纯组分的物性数据及下列数据库 Aspen Plus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。该数据库收集
了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。 用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus系统连接。 高度灵活的数据回归系统（DRS）此系统可使用实验数据求取物性参数 ，可以回归实际应用中任何类型的数据，计算任何模型参数，包括用户 自编的模型。可以使用面积式或点测试方法自动检查汽液平衡数据的热 力学一致性。
Aspen_Plus推荐使用的物性计算方法
做模拟的时候物性方法的选择是十分关键的，选择的十分正确关系着运行后的结果。
是一个难点，高难点，而此内容与化工热力学关系十分紧密。
首先要明白什么是物性方法？比如我们做一个很简单的化工过程计算，一股100C,1atm的水-乙醇(1:1的摩尔比，1kmol/h）的物料经过一个换热器后冷却到了80C,0.9atm,问如分别下值是多少？1.入口物料的密度，汽相分率。
2.换热器的负荷。
3.出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密，还可以问物料的粘度，逸度，活度，熵等等。
以上的值怎么计算出来？好，我们来假设进出口的物料全是理想气体，完全符合理想气体的行为，则其密度可以使用PV=nRT计算出来。
并且汽相分率全为1，即该物料是完全气体。
由于理想气体的焓与压力无关，则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。
在此例当中，描述理想气体行为的若干方程，比如涉及至少如下2个方程：1.pv=nRT，2.dH=CpdT. 这就是一种物性方法（aspen plus中称为ideal property method)。
简单的说，物性方法就是计算物流物理性质的一套方程，一种物性方法包含了若干的物理化学计算公式。
当然这例子选这种物性方法显然运行结果是错误的，举这个例子主要是让大家对物性方法有个概念。
对于水-乙醇体系在此两种温度压力下，如果当作理想气体来处理，其误差是比较大的，尤其对于液相。
按照理想气体处理的话，冷却后仍然为气体，不应当有液相出现。
那么应该如何计算呢？想要准确的计算这一过程需要很多复杂的方程，而这些方程如果需要我们用户去一个个选择出来，则是一件相当麻烦的工作，并且很容易出错。
好在模拟软件已经帮我做了这一步，这就是物性方法。
对于本例，我们对汽相用了状态方程，srk,液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等等），在aspen plus中将此种方法叫做活度系数法。
如果你选择nrtl方程，就称为nrtl方法，wilson方程就成为wilson物性方法(wilson property method)。
AspenPlus史上最全最好的教程
1. 可以使用Aspen Plus的插入模块（Insert） 功能，重复使用流程模型的某一部分，例如一个 酸性气体净化模型，一组物性输入数据。也可以
Aspen Plus具有最先进的计算方 法 Aspen Plus具有最先进的流程收敛方法
Aspen Plus具有最先进的数值计算方法，能使循环物流和设计规定迅 速而准确地收敛。这些方法包括直接迭代法(Wegstein)、正割法(Secant) 、拟牛顿法、Broyden法等。这些方法均经AspenTech进行了修正。例如 ，修正后Secant法可以处理非单调的设计规定。Aspen Plus可以同时收敛 多股撕裂（Tear）物流、多个设计规定，甚至收敛有设计规定的撕裂物 流。这些特点对解决高度交互影响的问题时特别重要。
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
培训讲义2: Aspen Plus界面介 绍
Aspen Plus可以进行过程优化计算
应用Aspen Plus的优化功能，可寻求工厂操作条件的最优值，以达 到任何目标函数的最大值。对约束条件和可变参数的数目没有限制，可 以将任意工程或技术经济变量作为目标函数，如利润和生产率。用户在 选取操作参数限制范围时，具有很大的灵活性。 Aspen Plus的一大特点 是能将流程模拟和优化同时收敛，这样使得收敛更加迅速而可靠。
Hetran/Aerotran
在线应用
RTO Option/Aspen OnLine
AspenPlus应用基础反应器教学教材
2、计算选项 (Calculation Options)
仅计算相平衡/同时计算化学平衡和相平衡/是否限 制化学平衡
3、相态 (Phases)
输入存在的相态数。
RGibbs —— 产物
有三种选择：
1、系统中的所有组分都可以是产物； 2、指定可能的产物组分； 3、定义产物存在的相态。
REquil — 示例（2）
分析示例（1）中反应温度 在300~1000 ℃范围变化时对反 应器出口物流CH4质量分率的 影响。
REquil — 示例（3）
将示例(1)中的反应温度设为 1000 ℃，分别分析反应(1)和反 应(2)的趋近平衡温度在 –200 ~ 0 ℃范围变化时对反应器出口物流 CH4质量分率和CO/CO2摩尔比的 影响。
Aspen Plus 使用方法
Reactor Models
反应器模块
反应器模块的类别
分为三大类七种反应器：
1. 生产能力类反应器（2种） 2. 热力学平衡类反应器（2种） 3. 化学动力学类反应器（3种）
生产能力类反应器
由用户指定生产能力，不考虑热力 学可能性和动力学可行性。
包含两种反应器。
1、化学计量反应器（RStoic） Stoichiometric Reactor
每一个化学反应对象可以包含多个化 学反应，每个反应都要设定计量学参 数和动力学参数/平衡参数。 1、计量学参数(Stoichiometry) 2、动力学参数 (Kinetic) 3、平衡参数 (Equilibrium)
1、操作条件 (Operation Conditions)
(1) 压力； (2) 温度/热负荷
2、有效相态 (Valid Phases)
ASPEN物性系统
ASPEN物性系统Aspen Plus具有最完备的物性系统物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。
人们普遍认为 Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。
许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用 Aspen Plus的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。
二、Aspen Plus 的物性系统包括：2.1 一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型用户可在流程的不同部分选用不同的物性模型。
兹将 Aspen Plus 中的物性模型列举如下：2.1.1 状态方程（共有 20 多种模型）ASME 水蒸汽表关联式 ASME 水蒸汽表关联式理想气体模型 BWR－Lee－Starling 模型Hayden－O’Connell 模型（具有气相缔合） HF 模型（气相水理想性）Lee Kesler 模型 MHV2 混合规则Lee Kesler Plocker 模型（具有气相缔合） NBS/NRC 蒸汽表Nothnagel 模型 Peng Robinson 模型Peng Robinson Boston Math 水－碳氢物体系模型 Peng Robinson MHV2 模型Peng Robinson Wong－Sandler 模型 Predictive SRK 模型PSRK 混合规则 Redlich Kwong 模型Redlich Kwong ASPEN 模型 Redlich Kwong Soave 模型Redlich Kwong Soave Wong Sandler 模型 Redlich Kwong Soave MHV2 模型RK-Sovae Alpha 函数 Schwartzentruber-Renon 模型Helgeson 状态方程（电解质比热及焓计算）2.1.2 活度系数模型扩展的 Scatchard Hildebrand 方程 NRTL 局部组成电解质方程MSA 电解质方程 NRTL 方程 Pitzer 电解质方程Chien Null 模型 Redlich－Kister 模型三后缀 Margules 模型 VanLaar 方程Wilson 方程 UNIFAC 方法Dortmund 改进 UNIFAC Lyngby 改进 UNIQUAC 方法Brornley Pitzer 活及系数模型多项式活度系数模型理想流体模型2.1.3 摩尔体积模型用于石油馏分的 API 液体体积模型Brelvi O’Connell 偏摩尔液体体积模型多项式固体体积模型Cheuh Prausnitz/Rackett 压缩液体体积模型 Campbell Thodos 液体体积模型COSTALD 饱和和压缩液体体积模型 Clark 电解质液体体积模型Debye Huckel 电解质液体体积模型 Cavett 饱和液体体积模型Rackett 饱和液体体积模型表数据输入2.1.4 蒸发潜热模型DIPPR/Watson/IK-CAPE 方程 Clausius Clapeyron 方程2.1.5 焓、自由能、熵模型Cavett 饱和液体和水蒸汽表液体模型Criss Cobble 电解质液体焓模型综合固体升华模型多项式固体升华模型多项式固体模型改进的多项式固体模型 DIPPR 比热模型BARIN 方程改进的 Watson 方程多项式固体熔化热模型Yen Alexander 液体和气体模型汽化热模型表数据输入Yen Alexander 水蒸汽表气体模型2.1.6 蒸汽压模型扩展的 Antoine 液体模型C avett 液体模型改进的多项式模型表数据输入 Antoine 固体模型2.1.7 气液平衡比模型API SOUR 模型 Kent Eisenberg 模型改进的多项式模型表数据输入2.1.8 Henry 常数模型改进的多项式模型表数据输入2.1.9 复合固体密度模型综合广义的密度模型IGT 干燥固体模型2.1.10 复合固体焓模型Boie 关联式Chang Jirapongphan Boston 关联式温度的三次方程 Dulong 关联式综合焓模型 Grummel 和 Davis 关联式基于燃烧热的关联式 Kirov 关联式2.1.11 热导率模型Chung Lee Starling 液体和气体模型IAPS 水的液体和气体模型多项式固体模型 Sato Riedel 液体模型Stiel Thodos 高压气体模型TRAPP 液体和气体模型Wassiljewa Mason Saxena 低压气体模型表数据输入2.1.12 表面张力模型石油馏分的 API 模型Hakim Steinberg Stiel 模型水的 IAPS 模型表数据输入 Onsager Samaras 模型2.1.13 粘度模型Chapman Enskog Brokaw 低压气体模型Chung Lee Starling 液体和气体模型Dean Stiel 高压气体模型水的 IAPS 液体和气体模型API 液体粘度模型Letsou Stiel 高温液体模型Lucas 气体模型改进的 Andrade 液体模型TRAPP 液体和气体模型表数据输入 Andrade/DIPPR 模型2.1.14 扩散系数模型Chapman Enskog/Wilke Lee 低压气体模型Dawson Khoury Kobayashi 高压气体模型Wilke Chang 表数据输入2.2 Aspen Plus 数据库包括24000多种纯组分的物性数据及下列数据库1、纯组分数据库，包括 5000 种化合物的参数。
利用aspen plus进行物性参数的估算
1 纯组分物性常数的估算1.1、乙基2-乙氧基乙醇物性的输入由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中很难查乙基2-乙氧基乙醇的物性参数, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对乙基2-乙氧基乙醇计算。
已知:最简式：(C6H14O3)分子式：(CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)沸点：195℃1.2、具体模拟计算过程乙基2-乙氧基乙醇为非库组分，其临界温度、临界压力、临界体积和临界压缩因子及理想状态的标准吉布斯自由能、标准吉生成热、蒸汽压、偏心因子等一些参数都很难查询到，根据的已知标准沸点TB，可以使用aspen plus软件的Estimation Input Pure Component(估计输入纯组分) 对纯组分物性的这些参数进行估计。
为估计纯组分物性参数，则需1. 在 Data (数据)菜单中选择Properties(性质)2. 在 Data Browser Menu(数据浏览菜单)左屏选择Estimation(估计)然后选Input(输入)3. 在 Setup(设置)表中选择Estimation(估计)选项，Identifying Parameters to be Estimated(识别估计参数)4. 单击 Pure Component(纯组分)页5. 在 Pure Component 页中选择要用Parameter(参数)列表框估计的参数6. 在 Component(组分)列表框中选择要估计所选物性的组分如果要为多组分估计选择物性可单独选择附加组分或选择All(所有)估计所有组分的物性7. 在每个组分的 Method(方法)列表框中选择要使用的估计方法可以规定一个以上的方法。
具体操作过程如下：1、打开一个新的运行，点击Date/Setup2、在Setup/Specifications-Global页上改变Run Type位property Estimation3、在Components-specifications Selection页上输入乙基2-乙氧基乙醇组分，将其Component ID为DIMER4、在Properties/Molecular Structure -Object Manager上，选择DIMER，然后点Edit5、在Gageneral页上输入乙基2-乙氧基乙醇的分子结构6、转到Properties/Parameters/Pure Component Object Manager上，点击“NEW”然后创建一个标量（Scalar）参数TB7、输入DIMER的标准沸点（TB）195℃8、然后转到Properties/Estimation/Set up页上，选择Estimation all missing Parameters9、运行该估算，并检查其结果。
ASPEN_PLUS
单元操作模型（Block） 物性方法（Property Method）
单元操作模型及其主要功能
热交换器 分离器 混合器和分流器 •SEP 组分分割 •SEP2 两产品分离 •FLASH2 两相闪蒸 •SPLIT 分流 •FLASH3三相闪蒸 •DECANTER 液－ 液倾析器 •HEATER 通用加热 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
ASPEN PLUS的优势
具有完整的单元操作模型库 Aspen Plus有一套完整的单元操作模型，可以模拟各种操作 过程,由单个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。 由于Aspen Plus系统采用了先进的PLEX数据结构，对于组 分数、进出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制， 这是Aspen Plus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所能 比拟。 此外，所有模型都可以处理固体和电解质。单元操作模型库 约由50种单元操作模型构成。 用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USER MODEL）加入到Aspen Plus系统之中，这为用户提供了极
用来计算热力学性质和迁移性质决定模拟精确性的关键分离器热交换器混合器和分流器?heater通用加热?heatx热交换器?mheatx多股物流的热交换器?hetran管壳式换?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液倾析器反应器压力改变固体处理?pyield收率反应器rstoic化学计量反应?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?compr单级压缩膨胀?pipe单段管线压降?valve?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?distl简算法精馏核算?scfrac简算法多塔精馏?petrofrac石油炼制分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?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?select物流选择器?analyzer物流分析器?qtvec热负荷控制器?measurement测量器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prwsrkswsprmhv2rksmhv2psrksrpolar焓熵吉布斯自由能逸度系数体积等粘度热导率表面张力扩散系数等用户可以修改现有的物性方法或建立新的物性方法建立模型已知条件求解方程组建立流程图热力学方程单元操作方程数学方程组分数据物性方法物流数据单元操作模型数据其它数据aspenplusaspenplus具有最完备的物
Aspen入门及塔的捷算介绍
Aspen Plus入门及DSTWU捷算介绍摘要: Aspen Plus是用来计算平衡态体系数据的软件，通过Aspen Plus的计算模拟，可以得出模拟系统中所有物流的PFD参数，比如物流的温度，压力，密度，流量等参数，通过这些参数，我们可以推断出操作工况是否合适，操作条件是否合理，成功地找出运行状况下生产装置的瓶颈之处，从而在保证产品质量的前提下，提高产品产量和降低能耗。
本文简要介绍Aspen Plus流程模拟软件的入门操作及注意事项，通过简捷法精馏计算DSTWU 举例说明。
关键词：Aspen Plus,DSTWU,精馏计算，流程模拟一、Aspen Plus入门关于什么是Aspen ，百度百科里面对aspen的解释是：Aspen Plus是一个生产装置设计、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Aspen Tech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。
软件的入门是一件很痛苦的事情，枯燥的英文界面，复杂的软件结构，安装的时候看到软件安装包是1.3G的时候，就感觉到一点痛苦了，首先对于软件的安装，第一次在家里安装的时候，自以为是地不看安装crack手册，一路next 至最后，然后发现安装到半路就无法安装了，卸载重新安装怎么也安装不上了。
于是重装windows系统继续安装，直至最后的安装成功。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ASPEN PLUS的物性分析工具
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。 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。 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。 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和 其他物性曲线特征化原油物系。 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
选择物性方法指南（1）
选择物性方法指南（2）
选择活度系数物性方法常用指南
例题
1. 使用Aspen Plus中的RK方程求解500K和18atm 条件下n-butane的摩尔体积。 2. 求一下混合物在1atm和500K时的比容
物质 CO H2 O CO2 H2 流量(kmol/h) 630 1130 189 63
Aspen Plus计算状态方程
郭宁guoning@概述 物性模型需要一些参数来计算物性。在你选 择了要用于一个模拟中的选项集之后，必须 确定所需要的参数，并要确保所有必需的参 数都能得到。必需的参数可以从数据库中检 索，也可以在Property Constant (物性常 数)表中直接输入，或者使用Property Constant Estimation System (PCES )(物性常数估算系统)由ASPEN PLUS来估算
3. 使用Aspen Plus求解在180℉和70psia条件下以 下列组成进料闪蒸后汽液相的组成。
Propane
n-butane n-pentane N-octane
摩尔组成 0.1 0.3 0.4 0.2
4. 使用Wilson方程作出1atm条件下乙醇-水 的t-x-y图。 5. 在500K和1atm条件下1molCO和1mol水 反应后产物的组成。
ASPEN PLUS的物性方法和模型
类别 详细内容 状态方程模型 活度系数模型 蒸汽压和液体逸度模型 汽化热模型 摩尔体积和密度模型 热容模型 溶解度关联模型 其它 粘度模型 导热系数模型 扩散系数模型 表面张力模型 一般焓和密度模型 煤和焦碳的焓和密度模型
热力学性质模型
传递性质模型
非常规固体性质模型
ASPEN PLUS物性数据库
共含5000个纯组分数据 40000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。 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。 可以建立自己的专用物性数据库。 分为：系统的、内置的以及用户的