第3讲-流程模拟中热力学模型的选择和使用
第3讲 ASPEN PLUS 反应器的模拟与优化(2)
RStoic —— 选择性（2）
RStoic —— 化学反应（3）
RStoic —— 反应热
设定反应热的计算类型(Calculation type) 和参照条件(Reference condition) ： 1、不计算反应热 (Do not calculate heat of reaction) 2、计算反应热 (Calculate heat of reaction) 3、用户指定反应热 (Specify heat of reaction)
进料流股的温度为16℃，压力为1.9 atm，进料组成如下表所示：
Mass Flow（kg/hr） Component n-丁烷（n-Butane） 1-丁烯（1-Butene） Cis-2-丁烯（Cis-2-Butene） Trans-2-丁烯（Trans-2-Butane） 异丁烯（Isobutene） 35000 10000 4500 6800 1450
Gibbs反应器的评价
1)
优点：
可避免写出化学计量方程的必要性（只 需要规定可能的产物） 容易构造多相和同时存在相平衡的计算 问题
2)
缺点：
可能产生不正确的结果，因为它们隐含 动力学上不可能的反应。
RStoic —— 选择性
如果要计算对于选定组分的选择性，其 定义为：
[ Δ P / Δ A ]real S P,A = [ΔP / ΔA]ideal
△P代表选定组分 (selected) P的生成摩尔数； △A代表参照组分 (reference) A的消耗摩尔数； r eal 代表反应器内的实际情况； real ideal 代表只有 A→P 一个反应发生时的情况。
有两种选择：
1、 设定整个系统的平衡温差 、设定整个系统的平衡温差
Aspen物性方法选用图
ij:是否是二元交互参数LL:是否是液液这张图ij？的意思是问有没有二元交互参数。
如果没有，物性方法选择活度系数模型中的基团贡献模型类UNIFAC.; a. r+ Z" k9 F i/ ~ "UNIFAC活度系数模型是UNIQUAC模型的一个扩展模型。
它把UNIQUAC用于分子的理论用于了官能团。
有限个数的官能团足可以组成无限个不同的分子。
与纯组分库中可能需要的组分（500至2000个组分）间交互作用参数的个数相比，可能需要的基团交互作用参数的个数很少。
由一个有限的、精选的实验数据集确定的基团间交互作用参数足以能够预测几乎任何组分对间的活度系数。
"所以，它能很好的预测VLE的活度系数。
但是如果要预测LL数据时，必须使用一个不同的数据集，这个时候你可以用aspen plus自带的UNIFAC-LL.如果有，物性方法选择分子模型类NRTL\WILSON\UNIQUAC.分子模型运行二元交互参数可以灵活准确的模拟许多低压（P＜10atm）非理想溶液。
但是这里面WILSON不能用于模拟液液（LL)混合物。
正如前面所说的，活度系数方法适用于低压非理想溶液，如果是高压（P>10atm）非理想溶液，应该选用灵活的、有预测性的状态方程，如图所示的sp-polar、特殊混合规则的(ws,hv)方程。
图示把这些状态方程归为活度系数法是错误的aspen模拟中状态方程物性方法的选择在Aspen模拟中物性方法的选择至关重要，物性方法选择正确与否直接关系到模拟结果的准确性。
现向全体海友征集各种物性方法的使用条件、范围及相关注意事项。
例如：性质方法名：WILSON，γ模型名：wilson，气体状态方程：理想气体定律! J* v3 ~+ V1 c$ X7 e/ R f1 mWilson 模型属于活度系数模型的一种。
适用于许多类型的非理想溶液，但不能模拟液-液分离。
可在正规溶液基础上用于模拟低压下的非理想系统。
5_掌握化工流程模拟：你需要知道什么？
驾驭化工流程模拟：你须要知道什么？本人读探讨生选择化工过程计算机仿真方向，起先接触建模和模拟；到工作后始终以流程模拟为工具，至今已有15年。
探讨生期间第一次为企业建立全流程模型，虽然之前学习了很多数学课程（基本覆盖全部可选修的数学课程），但还是须要重新学习分别过程和化工热力学等。
博士毕业后工作于工业界，始终从事工艺技术相关工作，包括概念设计、工程设计、分别和换热单元设计、工艺分析、诊断与优化，建模和模拟始终是我的主要工具。
在国内和国外工作期间，也接触和建立了很多大型困难流程模型。
期间也遇到过很多困难，例如热力学性质的计算模型和参数校正、模型参数校正、大型流程的计算收敛。
很多问题只能自己思索摸索，辗转反侧。
工作期间也遇到过几位大师，在热力学模型和大型流程模拟收敛方面，能给我启发和指导，这是幸运之处。
我准备以系列文章形式，谈谈化工建模和模拟的阅历，覆盖热力学、困难单元建模、数值算法和收敛。
大部分内容来自本人笔记，以AspenPlus 为平台，案例来自aspen 案例库，不涉及任何商业机密。
本系列并不准备写成基础教程，基础教程网上有太多资料，只关注于公开资料少见的一些问题。
开篇就谈谈流程模拟可以干什么？以及学习流程模拟须要哪些先行基础学问？为今后系列文章作个基础。
一、流程模拟可以干什么？流程模拟可以用于化工装置生命周期的3 个阶段：探讨开发阶段：削减小试和中试的试验次数；溶剂塞选；概念和工程设计阶段：从投资成本和运行成本优化概念设计（分别序列和换热网络），比较不同方案，确定温度压力等工艺条件，完成质量和能量平衡装置运行阶段：无风险的what-if 分析，避开干脆在装置试验带来的风险，从而对装置进行故障诊断、分析、调优；实时在线优化下图是Aspentech 给出的模拟在运行装置中的应用。
Fig.1: model application in running plant 二、要驾驭流程模拟须要哪些学问？由于流程模拟软件已经封装好单元模型、热力学模型和参数、以及自动优化计算序列，所以上手入门特别简洁，简洁让人产生错觉：模拟很简洁。
CHEMCAD 操作手册
CHEMCAD 的其它特点
➢ 强大的计算和分析功能 可以求解几乎所有的单元操作，对非常复杂的 循环回路也可以轻松处理； 可以指定断裂流股，可以通过RUN 指令方便地 控制计算顺序，这对全流程模拟的收敛非常有 利，可以加速循环的收敛； 自动计算功能具备先进的交互特性，允许用户 不定义物流的流率来确定物流的组成； 具有先进的优化和分析功能。灵敏度分析模块 可以定义2 个自变量和多至12 个因变量，优化 模块可以求解有10 个自变量的函数最值。
UNIFAC 方程
是基于估算活度系数的基团分布法，它有如下的优 点和缺点：
PSRK 方程
是一个预测性模型，它试图把UNIFAC 和SRK 方 法的最好性能相结合，故而PSRK 方程能处理像包 括两个液相的正规溶液那样的非理想系统。 准确性对非理想溶液在低压下与UNIFAC 相当， 而在高压下则明显地更好。
➢方便地进行各种主要设备的核算和设计。 ChemCAD 还提供了设备价格估算功能， 用户可以对设备的价格进行初步估算。
操作优化 ➢ 改进工厂操作、提高产品产率以及减
少能量消耗的有力工具
➢ 确定在原料、产品要求和环境条件发 生变化时操作条件应该发生的变化
技术改造
➢ ChemCAD 也可模拟研究工厂合MCAD 的其它特点
➢ 作业和工况管理方便 用户可以方便地恢复、拷贝或删除流程； 对每个项目，可输入帐号和一些描述性语言； 可以记录每个项目所花费的时间； 每一个作业只对应于一个文件。
➢ 使用灵活： 可以定义新增组分、图标和符号， 用户也可以利用简单的计算机语言建立自己的设备模 型和计算程序。 多用户可以在不同的目录中定义自己的组分、图标和 符号，互不干扰。
➢ 支持动态模拟：动态蒸馏模拟CC-DCOLM，动态 反应器模拟CC-ReACS，间歇蒸馏模拟CC-Batch 等。
基于Aspen Plus异丙醇异丙醚水三元体系模拟分离
基于Aspen Plus异丙醇异丙醚水三元体系模拟分离李成帅【摘要】采用乙二醇做萃取剂,在选用UNIFAC物性分析方法的基础上,用Aspen Plus中的Radfrac模型,研究了不同操作参数(如回流比、塔板数、流出率、进料位置以及萃取精馏塔萃取剂的用量等)对精馏过程的影响,并对各参数进行了优化。
同时进行了灵敏度分析。
结果表明：对于处理量为1 t/h,含异丙醚为7wt%,异丙醇13wt%,水为80wt%的物料,采用多级精馏的方式可以实现水中异丙醇的含量小于20 mg/L,异丙醚含量小于100 mg/L的要求,且乙二醇质量分数99．9%以上,可以循环使用。
%Glycol was used as the extracting agent. The Aspen Plus was used to simulate the rectification parameters, including reflux ratio, plate number and feed stage. The Radfrac and sensitivity were chosen for simulation. The results indicated that when the volume was 1 t/h which contained 7wt% isopropyl ether, 13wt% isopropanol and 80wt% water, multiple rectification realized that the content of isopropanol was lower than 20 ppm and the content of isopropyl ether was lower than 100 ppm. The other result showed that glycol can be recycled.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)023【总页数】3页(P135-137)【关键词】乙二醇;Aspen Plus;异丙醇;异丙醚;共沸物【作者】李成帅【作者单位】中国石油大学胜利学院，山东东营 257061【正文语种】中文【中图分类】TQ009异丙醇是一种重要的有机化工原料和性能优良的有机溶剂[1]。
[能源化工]aspen讲义
![[能源化工]aspen讲义](https://img.taocdn.com/s3/m/36f0f7140640be1e650e52ea551810a6f424c859.png)
第一章前言第一节化工过程流程摸拟的基本概念一、化工过程流程模拟化工过程流程模拟就是借助计算机求解整个化工生产过程的数学模型，得到有关该化工过程的性能的信息。
二、稳态模拟和动态模拟化工流程模拟可分为稳态模拟和动态模拟。
稳态模拟是模拟一个稳态的化工生产操作过程。
一头是稳定地连续进料，中间经过一系列稳定连续的加工操作，最后从另一头稳定连续的提供出化工产品的工厂或装置都属于稳定操作过程。
我厂绝大多数生产装置都是稳态生产过程，例如，乙烯裂解装置、原油加工装置等。
动态模拟系统是模拟不稳定的生产过程，例如间歇操作反应釜的生产过程、装置的开停工过程都属于不稳定的生产过程。
目前，由于化工流程稳态模拟系统与动态模拟系统相比，较为成熟，且应用范围较广。
所以化工流程模拟一般是指化工流程稳态模拟。
三、化工过程流程模拟的应用范围化工过程流程模拟主要用于新装置的设计和指导现有装置操作。
化工过程流程模拟能够对化工过程进行稳态的热量和物料衡算、尺寸计算和费用计算、过程的技术经济评价及过程优化。
四、化工流程模拟系统化工流程模拟系统是能够用来实现化工流程模拟的一整套计算机程序，或软件系统。
五、通用和专用化工模拟系统从应用范围方面来看，化工流程模拟系统还可以分为专用的和通用的化工流程模拟系统。
专用化工流程模拟系统是针对特定流程专门开发的模拟系统，只能用于对该流程进行模拟的目的，不具有通用性。
例如，荷兰KTI公司的SPYRO软件便是一个只用于乙烯裂解炉的、稳态的、专用模拟软件。
通用化工流程模拟系统是指并非针对特定流程开发的、对不同流程均可适用的、带有通用性的化工流程模拟系统。
本课程所要讲的ASPEN PLUS 便是一个稳态的、通用化工流程模拟系统。
六、模拟系统的“三要素”系统模型、物性数据和解算方法是模拟的三个核心环节，缺一不可，亦称“模拟三要素”。
系统模型即描述化工系统性能的数学模型。
一个完整的系统模型，不仅必须包括组成此系统的各个单元模型，而且还包括能对系统结构给予明确表述的部分。
aspen plus7.2讲义201310
• Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大 型通用流程模拟软件 • 起源于20世纪70年代美国能源部资助、MIT主持项目——Advanced System for Process Engineering（ASPEN） 1982年将其商品化，成立AspenTech公司，并称之为Aspen Plus
2.2 建立流程模拟
选择模板General with Metric Units 运行类型Run Type选择 Flowsheet
启动User Interface，选 用Template
20
保存文件
2.2 建立流程模拟
设置保存类型： 点击菜单栏Tools∣Options， General ∣ Save options 设 置文件的保存类型 *.apw，文档文件，二进制 存储，包含输入规定、模 拟结果和中间收敛信息； *.bkp，运行过程的备份文 件，ASCⅡ存储，包含输 入规定、结果信息； *.apwz，综合文件，二进制 存储，包含模拟过程中的 所有信息。 点击File∣Save As，选择存 储位置，给文件命名
输入模块参数
REACTOR模块
2.3 输入数据
本题输入 反应器压降
完成后单击 NEXT按钮
为0.1
热负荷为0
32
定义反应
2.3 输入数据
在Blocks∣REACTOR∣Setup∣Reactions页面，点击 左下角的New
出现Edit Stoichiometry对 话框，输入反应
物、产物及其化
指导用户进行下一步的输入
浏览、编辑表和页面 显示运行过程，并进行控制 重新计算，不使用上次的计算结果 输入完成后，开始计算 显示模拟计算的结果
aspen流程模拟一般步骤
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