aspen在化工热力学上的应用举例
AspenPlus软件在化工原理教学中的应用
第16卷第9期江苏技术师范学院学报JOURNAL OF JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.16,No.9Sep .,20102010年9月0引言化工原理属于工程学科范围，与工程实践联系密切。
1913年美国麻省理工学院首先开出一门名为“Principles of Chemical Engineering ”的新课，1923年，W H Walker 等人编著并出版了世界第一部关于化工单元操作的著作《化工原理》（Principles of Chemical Engineering ）[1-3]。
Aspen Plus 是美国麻省理工学院于20世纪70年代后期研制开发的大型化工模拟软件，被公认为世界性大型化工标准流程模拟软件[4]。
AspenPlus 自身附带有较完整的物性参数和各种模型（如反应模型、精馏模型等），能根据工艺的特点，精确计算，广泛适用于精馏、吸收、反应等化工生产过程[5,6]。
当工艺参数发生变化时，只要输入改变的参数，As-pen Plus 就可以模拟，重新计算方便。
化工原理概念多、理论性强、计算复杂、与工程实际联系密切。
利用Aspen Plus 的工程设计能力，使化工原理的教学理论联系实际，对化工原理的教学有很好的促进作用。
在教学的过程中先把问题提出来，让学生先自己通过已有的知识进行计算，然后再在Aspen Plus 软件中模拟。
这样学生就能掌握计算和设计两种能力，为解决工业实际问题打下良好的基础。
1在流体流动和输送机械中的应用Aspen Plus 可以对流体流动进行计算。
例如将25℃、1.1atm 、800m 3/h 的低浓度酒精（乙醇的质量含量为30%，水的质量含量为70%）与35℃、1.8atm 、700m 3/h 的高浓度酒精（乙醇的质量含量为95%，水的质量含量为5%）混合，求混合后的温度和体积流量等参数。
在Aspen Plus 中选择Mixers 模型来计算和模拟，工艺流程如图1所示。
ASPEN PLUS在化工专业教学中的应用
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第２ ４卷第 ２期 化 工时 刊 Ｃｈ ｍ ｉａ Ｉｄ ｓ ｒ ｉ ｅ ｅ ｃ ｌ ｎ ｕ ｔ Ｔｍ ｓ ｙ Ｖｏ ． ４， ． １ ２ Ｎｏ ２ ２１ ０ ０年 ２月 Ｆ ｂ ２． ０１ ｅ ． ２ ０ ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ ｏ ：０ ３ ６ ／． ｓ ．０ ２—１ ４ ２ １ ．２ ０ ８ ｓ ５ Ｘ． ０ ０ ０ ． １ Ａ ｐｎＰｕ 在 化 工 专 业 教 学 中 的应 用 ｓｅ ｌｓ 王 帅 钟 宏 金一粟 满瑞林 李海普 （ 中南 大学化 学化 工学 院 湖南 长 沙 ４ ０８ ） １０ ３ 摘 要 通过化工专科课程体系结构的分析 ， 在传统理论 教学 和设计教学的基础上 ， Ａ ｓｎＰｕ 流程模拟软件有 目 将 ｐｅ ｌ ｓ 的、 有步骤地应用于化工专业教学 ， 通过单元模型操作、 过程系统模拟和化工厂设计 ３个 阶段 的训练 ， 使学生逐步掌握 Ａ ｐｎＰｕ 软件的使用和化工设计的精髓 ， ｓｅ ｌｓ 达到培养专 业知识深 厚、 计算 机应用 能力较强 的“ 知识 ”＋“ 能力 ” 型人才 的 目的 。
关键词 Ａ ｐｎＰｕ 化工教学 ｓｅ ｌｓ 课程设计 将 专业 知识教 育 与计 算 机应 用 能 力 培养 结 合起 来， 培养能够熟练运用计算机技术解决化工专业 问题 的学生 ， 是化 工专业 教育 的重要 目标之一 。
为 了实现 这 一培 养 目标 ， 了基 础 的计 算 机知 识 教 学外 ， 内 除 国 地 应用化 工过 程 的研 究开 发 、 置设 计 、 产 过程 控 装 生 制、 工艺 优化及 技 术 改造 等 方 面 训 。
将 Ａ ｐｎＰｕ ｓｅ ｌ ｓ 应 用于化 工专 业教 学 ， 不仅 可 以培 养学生 学 习兴 趣和 计 算机应 用能力 ， 且为学 生将来 从事相关 行业 的工 而 作 打下 了 良好 的基 础 。
Aspen工程软件在化工过程工艺开发中的应用
第31卷第2期2010年4月化学工业与工程技术J o ur nal o f Chemical I ndus try&Eng ineer ingV ol 31N o.2A pr.,2010收稿日期:2009 11 28作者简介:李利军(1972-),男,河北沙河人,高级工程师,在读工程硕士,现从事化工化纤工艺设计和开发管理工作。
E mai l:li_lijun@cnp ,lilj-z hou@应用技术Aspen工程软件在化工过程工艺开发中的应用李利军,劳国瑞(中国纺织工业设计院,北京 100037)摘要:A spen工程软件提供了丰富的物性数据库和多种单元设备的模型库以及适用于不同场合应用的物性方法和计算方法,可以为科研开发、工程设计、生产管理等提供强有力的支持。
利用Aspen软件,在聚酯、PT A、聚乳酸等工艺过程的工程开发各个阶段进行了应用性的尝试和探索,总结和积累了一些实际经验。
关键词:A spen;工程开发;设计应用中图分类号:T Q018 文献标识码:A 文章编号:1006 7906(2010)02 0054 04Application of Aspen engineering suite in chemical process developmentLI L ij un,L A O Guor ui(China T ex tile I ndustr ial Eng ineering I nstit ute,Beijing100037,China)Abstract:A spen eng ineering suit e pr ovides some stro ng to ols and serv ice,such as a huge pro per ties database,several e quipment models,pr operty metho ds and conver gence methods applicable to different cases,which can be used fo r scient ific re search dev elo pment,eng ineering desig n and pro duction management,etc.During each stag e o f the pro cess dev elopment on PET,PT A and PL A,so me applicativ e ex plor ations and attempts ar e carr ied o ut,and some pr act ical experience is summar ized.Key words:Aspen;Eng ineering development;Desig n applicationA spen工程软件(Aspen Engineering Suite,简称AES)作为世界级标准工业流程模拟软件,已广泛应用于石油、化工、聚合物、精细化工、医药、工程建设和电力等行业。
ASPEN_PLUS_介绍及模拟实例
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。
• • • • • • 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。 • 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
目标：塔顶馏出物甲醇纯度>99.95wt%，塔 底水纯度>99.90wt%。
步骤
启动程序
选择单位制和运算类型
用户界面
1. Aspen Plus 的过程流程图
基于ASPEN PLUS的甲醇和苯烷基化反应热力学分析
基于ASPEN PLUS的甲醇和苯烷基化反应热力学分析冯志武;胡博;郭旭青【摘要】利用ASPEN PLUS软件进行了甲醇和苯烷基化过程的热力学研究,计算了非标准状态下的反应焓、反应熵及反应吉布斯自由能变,为该反应体系提供了非标准状态下的热力学依据.研究结果表明,利用ASPEN PLUS软件的纯组分物性分析计算非标准状态的热力学数据可以大大减少人工计算量.甲醇和苯烷基化反应的反应焓变、反应熵变和反应吉布斯自由能变随压力变化不大,温度一定时,该体系中主副反应的热力学数据均可当作常数.该体系的主副反应均为放热反应,反应启动后,可以依靠体系放出的热量维持反应进行.除生成甲苯的反应为熵增反应外,其余反应均为熵减反应.从平衡常数看,该反应体系中乙苯、丙苯、异丙苯、二甲醚等副产物很可能不存在,甲醇作为原料并没有全部参与烷基化反应.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】6页(P16-21)【关键词】甲醇;苯;烷基化;ASPENPLUS【作者】冯志武;胡博;郭旭青【作者单位】阳泉煤业化工集团有限责任公司,山西太原 030021;阳泉煤业化工集团有限责任公司,山西太原 030021;阳泉煤业化工集团有限责任公司,山西太原030021【正文语种】中文【中图分类】TQ626引言甲醇和苯是用途广泛的基础有机化工原料。
近年来，随着煤化工的迅猛发展，我国甲醇和苯的产能迅速增加。
到2017年，我国甲醇产能达到了7 855.5万t，但开工率在50%～60%，纯苯的产能达到了1 250万t/a，而总产量为510.41万t，甲醇和苯的产能严重过剩。
因此，增加甲醇和苯下游衍生物的需求是化解产能过剩的有效途径。
甲醇和苯烷基化反应得到的混合芳烃广泛应用于炼油、乙烯、对二甲苯(PX)、精对苯二甲酸(PTA)、聚酯(PET)、合成纤维、塑料加工等领域，是重要的化工原料，其下游产品广泛应用于高端合成材料、有机原料及各种中间体的制造[1]，而我国的混合芳烃主要依赖进口，近年来进口量超过1 000万t。
用Aspen软件辅助化工热力学教学
用Aspen软件辅助化工热力学教学
信息少、热力学一致好等特点。
纯物质的汽液饱和性质，除了蒸汽压与温度的关系外，也包含饱和汽、液两相的其他摩尔性质，如体积、熵、焓、逸度系数、热容、汽化焓、汽
化熵等。
3.在计算饱和蒸汽压时，在先前的文献[3]中，采用了PL进行计算，
通过分析后发现，应使用PBUB更为合理。
在Apen中，PL指的是采用安
托因方程计算得到的饱和蒸汽压，PBUB指的是用状态方程计算得到的泡
点压力，就纯物质而言，泡点压力即为该条件下的饱和蒸汽压。
本例中，
前提是利用状态方程进行相关计算，因此使用PBUB计算得到的饱和性质
才有意义。
4.若对本例进行沸点计算，在Apen的物性参数中有TB（沸点）、TBUB（泡点）两个代码。
应当注意的是不能使用TB，TB算出的结果是在
常压下该物质的沸点，实际上直接来自于Apen自带的物性数据库，就纯
物质而言，泡点温度即同于沸点温度。
5.实际过程测定混合物性质需要花费大量人力、物力和时间，但用Apen软件和化工热力学原理，推算混合物的性质具有准确、高效的特点。
五、结论
利用Apen软件进行纯物质饱和性质计算，操作步骤简单易行，计算
结果比较准确。
可以使学生对纯物质饱和性质的应用等方面有更深的理解，有利于教学过程。
同时，进一步掌握了Apen软件的内核，还可以实现利
用Apen完成物性数据的计算，将化工过程的基础计算、流程模拟统一起
来，利用一个专业软件解决多个课程的问题，增加将来在工作中应用物性推算解决实际问题的能力。
第11章Aspen Plus在化工分离计算中的应用
第11章Aspen Plus在化工分离计算中的应用11.1 Aspen Plus 简介Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，美国AspenTech公司的产品。
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。
官方网站：/。
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。
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，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。
A spenONE™作为第一流的领先产品将AspenTech公司的所有产品统一起来了,ASPENTECH于1994在纳斯达克上市。
AspenTech软件经过20多年不断的改进、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。
11.1.1 Aspen Plus的主要功能和特点Aspen Plus的主要功能和特点如下。
(1)具有方便灵活的用户操作环境，数据输入方便、直观，所需数据均以填表方式输入，内装在线专家系统Model Manager自动引导帮助用户逐步完成数据的输入工作。
(2)配有最新且完备的物性模型库，具有物性数据回归、自选物性及数据库管理等功能。
(3)备有全面、广泛的化工单元操作模型库，能方便地构成各种化工生产流程。
(4)应用范围广泛，可模拟分析各类过程工业，如：化工、石油化工、生物化工、合成材料、冶金等行业。
用Aspen软件辅助化工热力学教学(一)状态方程计算流体的p—V—T性质
用Aspen软件辅助化工热力学教学（一）状态方程计算流体的p—V—T性质作者：陈新志张哲明钱超来源：《教育教学论坛》2016年第21期摘要：本文用Aspen软件，选择工业中常用的PR状态方程模型，计算流体的p-V-T性质，能有效改进因计算量大、过程复杂而影响课堂教学效果的状况，并对提高学生应用能力，加深概念理解具有重要的作用。
关键词：Aspen；化工热力学教学；p-V-T关系；状态方程中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0214-03一、引言化工热力学是化学工程的基础学科，是化学工程与工艺专业的必修课程，在化学工程的教学过程中占有极其重要的地位。
学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题，物性数据的计算是本课程的重要内容，因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。
例如，为蒸馏、萃取、结晶等分离过程提供基础数据；从容易测量的性质推算难测量的性质；从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据等等。
化工热力学的研究对象更接近实际过程，实际过程所涉及的系统如此复杂，温度、压力范围如此宽广，化学工程师们不能再依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性了，而是需要适用范围更广、准确性更好、复杂性更高的模型，如PR等状态方程，借助商业化的化工流程模拟软件Aspen来促进化工热力学教学是一个很好的选择，对促进学生掌握概念，强化基础，提高应用能力具有重要作用。
同时对后续的化工设计、化工计算等课程的教学十分有益。
化工热力学教学中引入Aspen具有如下优点：1.Aspen软件中物性计算原理与本课程热力学性质的计算原理是一致的，用该软件辅助热力学教学，能提高教学效率，简化计算过程，激发学生的学习兴趣。
另一方面，也能使学生掌握Aspen软件物性计算原理的内核，了解更多的基础数据来源，提高应用能力，真正掌握“核心技术”，不至于再像从前那样，只知计算结果，不知计算原理，不明所用的模型，不能分析结果。
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气体压力的计算
例2-5
某容器置于65℃的恒温水浴中，体积为0.03m3，内
装0.5Kg气体氨。试分别用下列方法计算气体压力。 试验值为2.382MPa。
模型： Mixer 物性方法：NRTL（理想气体状态方程）
NRTL-RK（RK方程）
SRK PR-BW
• 问题： 输入物流默认参数为：温度，压力（戒气相分数）， 流量；而我们要解决的问题是压力未知的条件。 • 解决思路： 我们选择不同的压力，求出相应条件下的体积，与 V=0.03m³ 相应的压力即所求。 然而在灵敏度分析中，体积不能成为因变量，但密度 可以成为因变量，而这是很容易求出的，即： 0.5kg/0.03m³ =16.67kg/m³
模型： 条件： 温度=65℃ 压力=自变量（20~29MPa） 进料流量：0.5kg/h 出料密度=因变量 过程中发现当压力大于3Mpa时，密 度急剧增加，因为气体已经液化
• NRTL方程结果：
NRTL-RK方程结果：
结论：压力在2.75~2.76MPa（最偏离）
结论：压力在2.38~2.39MPa（最接近）
• SRK方程结果：
PR-BW方程结果：
结论：压力在2.35~2.36MPa
结论：压力在2.33~2.34MPa
混合物摩尔体积的计算
例：
• 某合成氨厂原料气的配比是N2∶H2＝1∶3（摩尔 比），进合成塔前，先把混合气体压强压缩到 40.532MPa（400atm），并加热到300℃。因混合气 体的摩尔体积是合成塔尺寸设计的必要数据，试用 以下方法计算（已知文献值Zm＝1.155） 。 模型： Mixer
Vm=0.136m³ /1kmol=0.136m³ /kmol 更接近
物性方法：NRTL（理想气体状态方程）
NRTL-RK（RK方程）
模型： 条件： 温度=300℃ 压力=40.532KPa 进料流量：1kmol/h 其中： N2:H2=1:3（摩尔比）
• NTRL方程模拟结果：
NTRL-RK方程模拟结果：
Vm=0.118m³ /1kmol=0.118m³ /kmol