ASPEN-PLUS-介绍及模拟实例
AspenPlu反应器模拟介绍
1、反应器体积 (Reactor 2、停留时间 (Residence 4、反应器体积和相体积分率 5、反应器体积和相停留时间 6、停留时间和相体积分率 Volume) 7、相停留时间和体积分率 Time) 3、反应器体积和相体积 (Reactor Volume & Volume Fraction) Residence Time) (Reactor Time & PhasePhase Volume) 只需输入物料在反应器中的平均停 (ResidenceVolumeTime &Volume Fraction) ) (Phase Residence & Phase Volume Fraction 只需输入反应器的体积。 (Reactor 必须输入反应器体积和气相/凝聚相 必须输入反应器体积和气相/凝聚相所 必须输入物料在反应器中的总平均停 必须输入气相/凝聚相在反应器中的停 留时间。 必须输入反应器体积和气相/凝聚相 在反应器中的停留时间。 占的体积分率。 留时间和气相/凝聚相所占的体积分率。 留时间和所占的体积分率。 所占的体积。
RYield —— 模型设定
模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：
1、操作条件 (Operation Conditions)
(1) 压力； (2) 温度/热负荷
2、有效相态 (Valid Phases)
汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液 / 液-游离水 / 汽-液-游离水
RYield —— 产率
RYield — 示例（2）
若在示例（1）的原料气中 加入 25 kmol/hr 氮气，其余条 件不变，计算结果会发生什么 变化？
RYield — 示例（3）
以示例（2）的结果为基础， 在Ryied模块的产率设置项中 将氮气设置为惰性组份，重新 计算，结果如何？
Aspen plus简介与经济评估中的应用实例
Aspen简介
1.ASPEN（Advanced System for Process Engineering） 其作为流程模拟与优化软件，不仅能模拟不同的工艺流程并给出详 细的热量和物料衡算结果，而且还能估计设备大小和提供投资、操 作费用及进行经济可行性的初步估算，最新版本为Aspen One V7.2。 2.新版本的Aspen Plus 模块可以方便的调用NIST数据库进行物性查 询和估算。总体而言，Aspen Plus模拟是基于静态的，需使用 Dynamics才能完成相应的动态模拟。另外，使用该模块的灵敏度 分析以及优化子功能，可以方便的进行工况变化分析和寻优。 3. Exchanger Design and Rating 模块可以对各种类型的换热器 进行设计和模拟，并对换热网络做进一步的优化分析。
第三步：点击运行，得到输出结果
需要什么样的输出结果，可以在下面的 界面设置
输出结果的表格形式
甲醇合成分离 S tream ID F rom To P hase S ub stream: MIX E D Mo le Flow CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 Mo le Frac CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 Mass Flow CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 Mass Frac CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 T otal Flow T otal Flow T otal Flow T emperature P ressure V ap or Frac L iq uid Frac S olid F rac E nthalpy E nthalpy E nthalpy E ntrop y E ntrop y D en sity D en sit
aspen plus辅助案例
目录一、软件基本应用 (3)二、物性系统的应用 (27)三、常用词汇表 (40)一、软件基本应用练习一：异丙苯工厂(文件：CAD0001.Bkp)利用教材P28页条件，模拟异丙苯工厂。
题目介绍：苯和丙烯在反应器中发生烃化反应生成异丙苯，丙烯的转化率为90%，反应产物经冷却器冷到130℉进入闪蒸罐在1个大气压下绝热闪蒸，罐顶气相循环至反应器入口，液相为产品。
物性方法：RK-SOA VE主要掌握内容：1、选择模板，进入软件。
2、绘制模拟流程并进行修饰。
3、选择单位制。
4、订制报告内容。
5、定义组分。
6、选择物性方法。
7、定义物流条件。
8、定义单元设备操作条件。
9、查看计算结果。
10、通过习题掌握建立模拟的基本步骤。
练习二：苯分离(文件：CAD0002.Bkp)利用教材P66页条件，模拟苯分离流程。
题目介绍：含有氢气、甲烷、苯、甲苯的混合物经过一个冷却器及两个闪蒸罐分离苯溶液中的轻组分。
物性方法：PEN-ROB主要掌握内容：1、选择模板，进入软件。
2、绘制模拟流程并进行修饰。
3、选择单位制。
4、订制报告内容。
5、定义组分。
6、选择物性方法。
7、定义物流条件。
8、定义单元设备操作条件。
9、查看计算结果。
10、通过习题掌握建立模拟的基本步骤。
练习三：分馏塔简捷设计与严格核算模型的应用：(文件：DSTWU1.Bkp)题目介绍：拟分离由丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷组成的混合物，要求塔顶正丁烷的摩尔回收率达到99.08%，异戊烷的摩尔回收率 1.124%，用冷却水作塔顶全凝器的冷却介质；操作压力4.4个大气压，根据上述条件设计一个分离流程。
其他条件见P81页。
物性方法：PEN-ROBCOLUMN正丁烷 30异戊烷 20正戊烷 15正己烷 20主要掌握内容：1、正确选择模型。
2、了解分馏塔简捷设计和严格核算模型的区别及应用范围。
3、学会两种模型的基本应用。
4、利用初步设计结果进行严格核算。
5、学会使用设计规定完善设计。
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。
Aspenplus简介与经济评估中的应用实例解读
应用例子2 –甲醇生产的灵敏度分析
第二步：依次完成组分输入，进料条件设定，
以及其他塔器的 设定。
应用例子2 –甲醇生产的灵敏度分析 -组分输入
应用例子2 –甲醇生产的灵敏度分析 -进料条件设置
应用例子2 –甲醇生产的灵敏度分析 -塔器设定部分，以合成塔为例
应用例子2 –甲醇生产的灵敏度分析
第三步：点击运行，得到输出结果
பைடு நூலகம்
需要什么样的输出结果，可以在下面的 界面设置
输出结果的表格形式
甲醇合成分离 S tream ID F rom To P hase S ub stream: MIX E D Mo le Flow CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 Mo le Frac CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 Mass Flow CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 Mass Frac CO CO 2 H2 CH 4 N2 H2 O CH 40 T otal Flow T otal Flow T otal Flow T emperature P ressure V ap or Frac L iq uid Frac S olid F rac E nthalpy E nthalpy E nthalpy E ntrop y E ntrop y D en sity D en sity A v erage MW L iq V o l 60 F cu m/h r J/kmo l J/kg J/sec J/kg -K k mol/cu m k g/cum k mol/h r k g/hr cu m/h r K N /sqm 2 .2 32 40 E-4 .01 86 06 9 9 .6 57 62 E-5 2 .3 28 89 E-
aspen使用入门第6讲plus换热器的模拟(60页)
■ 换热器方位 Exchanger orientation
■ 密封条数 Numberof sealing strip pairs
■ 管程流向 Direction of tubeside flow
■ 壳内径
Inside shell diameter
■ 壳/管束间隙 Shell to bundle clearance
5.3.2 换热器计算方程
■ 换热器的标准方程是： Q=U× A× LMTD 这里LMTD是对数平均温差，此方程用于纯逆流 流动的换热器。
■ 通用方程是： Q=U× A× F × LMTD 这里F是校正因子，考虑了偏离逆流流动的程度
■ 在Setup Specifications页上用LMTD Correction Factor区域输入LMTD校正因子。
Block Options
替换这个模块的物性、模拟选项、诊断消息水平和报告选项的全 局值。
Results
浏览结果、质量和能量平衡、压降、速度和区域分析汇总。
Detailed Results
浏览详细的壳程和管程的结果以及关于翅片管、折流挡板和管嘴 的信息。
Dynamic
规定动力学模拟的参数。
5.3.1 HeatX—计算类型
TEMA壳体类型
壳体尺寸
■ Geometry Shell页也包含了两个重要的壳 体尺寸：
· 壳体内径 · 壳体到管束的最大直径的环形面积
Outer Tube Limit 管束外层的最大直径
Shell Diameter 壳体直径
Shell to Bundle Clearance 壳层到管束的环形面积
HeatX——管程参数（2）
HeatX——管程参数（3）
化工流程模拟AspenPlus实例教程第二版课程设计
化工流程模拟AspenPlus实例教程第二版课程设计1. 简介本课程设计旨在介绍化工流程模拟软件AspenPlus的应用。
通过实例教程的方式，让学生了解AspenPlus软件的基本功能、建模方法、过程模拟，从而掌握化工流程模拟技术。
本教程为第二版，相较于第一版教程，内容更加完善，实例更加充分。
2. 实验内容本课程设计共包括四个实验，分别是：实验一：单元操作建模与模拟本实验旨在介绍AspenPlus软件的基本操作和单元操作建模方法。
学生需要完成以下内容：1.熟悉AspenPlus软件基本操作；2.建立一个简单的加热器模型；3.进行模拟操作，获得加热器的温度变化曲线；4.修改模型参数，观察加热器温度的变化趋势。
实验二：化工反应器建模与模拟本实验旨在介绍化工反应器建模方法。
学生需要完成以下内容：1.建立一个简单的反应器模型；2.添加反应物和催化剂；3.进行模拟操作，获得反应物浓度和反应温度的变化曲线；4.修改反应器参数和操作条件，观察反应物浓度和反应温度的变化趋势。
实验三：化工分离过程建模与模拟本实验旨在介绍化工分离过程建模方法。
学生需要完成以下内容：1.建立一个简单的分离过程模型；2.添加原料和分离介质；3.进行模拟操作，获得分离程度的变化曲线；4.修改分离过程参数和操作条件，观察分离程度的变化趋势。
实验四：化工流程建模与模拟本实验旨在介绍化工流程建模方法。
学生需要完成以下内容：1.建立一个化工流程模型；2.添加各种单元操作，包括加热器、反应器和分离器等；3.进行模拟操作，获得化工流程的各项数据指标；4.修改流程参数和操作条件，观察各项数据指标的变化趋势。
3. 实验要求学生需要完成实验报告，对实验过程中的问题、解决方法、结果进行总结，形成完整的实验报告。
实验报告需要包括以下内容：1.实验目的和意义；2.实验原理和步骤；3.实验结果和数据分析；4.实验心得和体会。
4. 实验要求1.每个学生独立完成实验，不得相互抄袭；2.实验报告需要符合科技论文写作规范；3.实验报告需要提交纸质版和电子版，电子版格式为pdf或word；4.实验报告提交截止时间为本学期最后一周。
Aspen_plus软件介绍
ASPEN PLUS——工艺流程模拟软件blueski推荐[2008-9-29]出处：来自网上作者：不详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。
自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。
Aspen Plus包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。
比如像电解质模拟，Aspen Plus主要的功能如下：EO模型：方程模型有着先进参数管理和整个模拟的灵敏分析或者是模拟特定部分的分析。
序贯模块法和面向方程的解决技术允许用户模拟多嵌套流程。
即使很小问题也能很快地、精确的解决，比如像塔的 divided sumpsimulation.ActiveX (OLE Automation)控件. 可以和微软 Excel 和 Visual Basic 方便的连接，支持 OLE （对象链接与嵌入）功能，比如像复制，粘贴或链接。
全面的单元操作：包括气/液，气/液/液，固体系统和用户模型。
ACM Model Export选项：用户可以在 Aspen Custom Modeler （ ACM ）创建模拟模型和编译。
编译好的模型可以应用在 Aspen Plus 静态模拟中，可以是序贯模块法模式下或面向方程的解决方案的模式下。
热力学物性：物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。
Aspen plus 使用广泛的、已经验证了的物性模型，数据和 Aspen Properties 中可用估算方法，它涵盖了非常广泛的范围——从简单的理想物性流程到非常复杂的非理想混合物和电解质流程。
内置数据库包含有8500种组分物性数据，包括有机物，无机物，水合物，和盐类；还有 4000 种二元混合物的37,000 组二元交互数据，二元交互数据来自于 Dortmund 数据库，获得DECHEMA 授权。
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选择单位制和运算类型
用户界面
1. Aspen Plus 的过程流程图 建立流程
模拟环境基本设定 输入、输出单位制
任意输入用户名，但务必输入
定义化学组分
选择热力学方法
NRTL-RK方程
lnγi
nc
τjiG ji x j
j 1
nc
Gki xk
k 1
nc j 1
x jGi j
3. 从分离器出来的液体产品物流流入蒸馏塔以进一步除去任何 溶解的轻气体以及稳定最终产品。为有利于温度控制，部分 环己烷产品回流到反应器。
Thanks for your attention!
热力学方法选择
Don't gamble with physical properties for simulations
• Finding good values for inadequate or missing physical property parameters is the key to a successful simulation. And this depends upon choosing the right estimation methods.
• 标准流率加和和非理想算法 • MultiFrac、PetroFrac 和Extract模型
– Napthali-Sandholm
• Newton算法
• 设计规定的收敛
– 设计规定嵌套循环收敛（适用于除SUM-RATES 外的所有算法）
– 设计规定同时收敛（Algorithm=SUM-RATES， NEWTON）
热力学平衡计算模型的状态方程法
• 1、IDEAL理想状态性质方法
用于气相和液相处于理想状态的体系（如减压体系、低压下的同分异构体系）
• 2、用于石油混合物的性质方法：BK10、CHAO-SEA、 GRAYSON
用于气体加工、炼油及化工应用。（如气体加工装置、原油塔及乙烯装置）
• 3、针对石油调整的状态方程性质方法：PENG-ROB、RKSOAVE 用于炼油应用,它能用于原油塔、减压塔和乙烯装置的部分工艺过程
• 平衡 • 流率控制 • 电解质
RadFrac 流程的连接
RadFrac 流程的连接
RadFrac 可以有任何数量的 • 级数 • 级间加热器/冷凝器 • 倾析器（分相器） • 中段回流
规定 RadFrac
• 级数 • 进料物流约定 • 没有冷凝器或再沸器的塔 • 再沸器处理 • 加热器和冷却器规定 • 倾析器 • 中段回流 注：RadFrac 塔板数从上到下，从冷凝器开始（如没有冷
活度系数模型与状态方程方法的比较
• 活度系数方法是描述低压下高度非理想液体混合 物的最好方法。你必须由经验数据（例如相平衡 数据）估计或获得二元参数。
• 状态方程可以在一个很宽的温度和压力范围应用， 包括亚临界和超临界范围。对于理想或微非理想 的系统，汽液两相的热力学性质能用最少的组分 数据计算状态方程，适用于模拟带有诸如CO2、N2、 H2S这样轻气体的烃类系统。
• 通过选择相应Convergence（收敛）模块 的Results（结果）页面，可以查看收敛模 块的摘要和收敛历史。
设计规定的步骤
• 建立设计规定。 • 标识设计规定中所用的被采集流程变量。 • 为一个被采集变量或一些被采集变量函数
指定目标值并指定一个允差。 • 标识一个为达到目标值而被调整的模拟输
凝器从塔顶第一块板算起）
算法
• 石油和石油化工应用
– 极宽沸程的混合物和/或许多组分和设计规定， 使用Sum-Rates算法
• 高度非理想体系
– 当液相的非理想程度非常强，使用Newton算法
• 共沸蒸馏 • 吸收和汽提
– 使用Sum-Rates算法
• 深冷应用
求解策略
• 塔收敛
– Inside-out
• 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
ASPEN PLUS专有物性数据库
• API酸水方法； • Braun K-10； • Chao-Seader； • Grayson-Streed； • Kent-Eisenberg； • 水蒸气表。
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。
Questions
1. Aspen Plus 的过程流程图； 2. 再沸器和冷凝器的热负荷； 3. 做出汽相、液相中水和甲醇的组成曲线； 4. 使用之前的模拟结果再次运行模拟，提高
塔板效率，降低成本。至少做两次改变。
目标：塔顶馏出物甲醇纯度>99.95wt%，塔 底水纯度>99.90wt%。
步骤
• 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LLEASPEN、LLE-LTI
• 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY （1600+对）
• 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。
ASPEN PLUS 介绍及模拟实例
2008.10.10
Outline
1. 热力学方法选择 2. RadFrac 介绍 3. RadFrac 模拟实例-甲醇、水分离 4. 反馈控制－甲醇、水分离过程 5. 小结 6. 作业
化工流程模拟系统的使用步骤
ASPEN PLUS软件使用基本步骤
• 主窗口界面：绘图工作区和数据浏览窗口 • 基本设置 • 模拟流程图的绘制 • 组分定义 • 热力学方法的定义 • 流股数据和过程数据的输入 • 模拟执行过程 • 查看结果 • 专家支持系统
• 被操纵变量：选择调整一个模块输入变量 或过程进料变量以便满足设计规定。
设计规定的收敛
• 设计规定产生必须迭代求解的回路。缺省 情况下，ASPEN PLUS为每个设计规定生 成一个收敛模块并排序。
• 在物流或模块输入中提供的被操纵变量的 值被用作初始估值。
• 规定还必须有一个允差的方程是：
|规定值-计算值|<允差
RadFrac 塔盘尺寸
泡罩塔塔板
得到塔径
小结
Homework
ASPEN PLUS生产过程说明
环己烷是通过苯的氢化来进行生产的，其化学反应式如 下所示。
C6H6+3H2→C6H12
1. 在苯和氢进入固定催化床反应器之前，与回流的氢和环己烷 进行混合。假定苯的转化率为99.8%。
2. 反应器流出物被冷却后，轻气体从产品物流中分离出来，其 中部分轻气体作为回收氢气回流回反应器。
气体干燥、甲醇脱硫及超临界萃取）
液体活度系数性质方法
液体活度系数模型
• NRTL • UNIFAC • UNIQUA
C • VAN
LAAR • WILSON
汽相状态方程
• 理想气体定律 • Redlich-Kwong • Redlich-Kwong-
Soave • Nothnagel • Hayden-O Connell • HF状态方程
提供过程条件，如塔板数、 冷凝器类型、再沸器类型、 有效相态、收敛算法
操作参数
进料位置
压力及塔压降
运行模拟计算过程
查看模拟计算结果
2. 再沸器和冷凝器的热负荷 再沸器热负荷 冷凝器的热负荷
3. 汽相、液相中水和甲醇的组成曲线
选择相态和 质量or摩尔组成反馈控制－甲醇、水分离过程
nc
Gkj xk
k 1
nc
xkτkiGkj
τi j
k 1 nc
Gkj xk
k 1
Gji exp(aiτj ji),τki aij bij/T (K),aij= aji,τji τij 0
不要求掌握这个方程，但要求知道模型中参数的含义及用途， 特别是模型实用范围
二元交互作用参数
定义流股信息， 如温度、压力、 流量、组成
ASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）
➢非理想体系——采用状态方程与活度系数相 结合的模型；
➢原油和调和馏分；
➢水相和非水相电解质溶液；
➢聚合物体系。
ASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）
• Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）； • Hayden-O’Connell； • 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程； • 理想气体模型； • Lee-Kesler（LK）； • Lee-Kesler-Plocker； • Peng-Robinson（PR）； • 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR； • 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR； • 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。
设计规定（Design Specification）
设计规定
• 设计规定：指定要操纵（调整）的一个模 块输入变量、过程进料物流变量或其它模 拟输入变量来满足规定。
• 设计规定通过调整一个由用户指定的输入 变量来达到它的目标。
• 被采集变量：为一个流程变量或一些流程 变量的函数指定一个你所希望的值。
• 一般精馏 • 吸收 • 再沸吸收 • 汽提 • 再沸汽提 • 萃取和共沸蒸馏 RadFrac 适用于 • 两相蒸馏体系 • 三相蒸馏体系 • 窄沸程和宽沸程体系 • 液相具有非理想性强的体系