Aspen模拟例题之乙醇水溶液蒸馏

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模拟练习#1 1. 采用以下选项，对乙醇在P = 1 atm下绘制 y-x 图： a. NRTL b. WILSON c. UNIQUAC d. VANLAAR 2. 将图与Perry的数据进行比较

注意：如何绘制y-x 图介绍： 1. 确保你已经将Setup, Components, 和 Properties的输入条件已经完成，除了可选项以及压力外被系统默认接受。 2. 改变可选项，在下拉菜单“Data”中选择“Properties” 中的“Specifications”。 在 “Property Method” 区域选择合适方法和所需要得操作参数。从下拉菜单“Tools”中选择 “Analysis”下 “Properties”中的“Binary”, 然后选择 Txy，会出现一个绘制 Txy 图得对话框。 Aspen Plus 会默认填写所需的信息。 3. 你可以改变以下信息： a. 组成（Components）； b. 第一组成的成分范围； c. 成分基准：摩尔分率或 质量分率； d. 压力； e. 成生的数据点个数； f. 闪蒸条件 g. 性质选项的设置 将压力改为1 atm， 按自己的要求设置相关选项，其余的采用系统默认的设置。 4. 点击GO产生 Txy 图。 5. 根据Txy 结果的形式选用绘图向导。 6. 选择 “YX” ，显示乙醇的y-x 图。 精品文档

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Aspen 模拟 #1: 乙醇水溶液蒸馏 介绍：这个练习得目的是让你熟悉Aspen得一些基本操作技能。在这个练习中，你可以建立一个简单得蒸馏柱，对乙醇和水得分离过程进行分析。 开始： 选择Aspen Plus User Interface开始运行Aspen。选择 “Template”。系统会出现一个窗口提示你完成任务所用的单位和类型。，因为我们要建立一个流程，所以选择“Chemicals with metric units” 这种类型，然后点击OK。连接建立以后，你就要准备输入你 的工艺流程信息。

Aspen 操作概述：模拟的第一 步是建立工艺流程图，也叫做 Process Flow Diagram (PFD)。PFD可以通过剪切粘贴代表单元操作和物流的图标建立。将这些图标相连接，表示流动的路径和流股的变化。然后，通过一系列得表格，输入单元操作和流股的有关参数。如果你在建立模型，当你在建立模型的时候，可以查看Aspen 主窗口底部的状态条（“status bar”）。它提供了非常有用的状态信息，比如：“Flowsheet Not Complete”， “Required Input Complete”等等。

流程图的发展： PFD 图在Aspen 的流程图窗口（ Process Flowsheet window ）建立，气目的是定义工艺流程： 1. 从View 这个下拉菜单，保证PFD 模式是关闭的。否则， 你绘制的块和物流将不能成为你模拟的模型的一部分。 2. 从窗口底部的模型库中选择单元操作的块，并将他们放置在流程图窗口中。点击模型库的模型种类条会显示这个种类的模型一览 3. 用物流将各块相连接。

在这个练习中，你将建立一个塔模型，它有一个进料、一个蒸馏产物和一个塔釜出料。 添加塔： 首先在模型库中选择塔（ “Column”） 。 在塔这个种类的模型中将会显示RADFRAC, MULTIFRAC, PETROFRAC, 等等。将鼠标指针指向每一个模型时，主窗口 底部会出现一段关于该模型的简短的描述。用HELP 可以得到更详细的信息。对大多数的单塔模拟，选择严格法计算模型RADFRAC。DSTWU 模型提供了关于塔的简捷法计算； 这里不推荐用这个模型，它不适合于多组分或共沸精馏，其回流比的计算也不如RADFRAC模型准确。 精品文档 。 3欢迎下载

然后，将选择的单元操作模型放置到你的流程图中，将鼠标移到PFD图的中间点击，可以将塔的图标放在相应的位置。注意：如果你不想采用系统对模型块的自动命名，你必须自己给模型块输入ID。你可以随时更改块的ID。将鼠标点在塔上并按住左键不放，就可以移动鼠标将塔在PFD上移动（其他图标也一样）。要显示其他的图标选项，首先在PFD上点击左键选择该操作，然后点击右键。 添加物流：点击模型库左边的物流（Streams） 图标。在PFD 上合适的位置插入一股进料和两股产物物流（进料在左边，出料在右边）。 进料和出料物流的图标很相似，注意不要弄混了。如果你将进料物流放在了出料物流的位置， Aspen 不会让你的物流与单元操作的的出口相连。可以通过点击左键显亮然后点击右键的方式删除折线图标。以下是关于在PFD中如何连接物流的更详细叙述。 添加物流的更多叙述：如果你想选择不同的物流的类型，（物料、热流或功流），点击图标右边的箭头可以选择不同的类型。将鼠标指针在流程图窗口移动，对于流程图中的每一个模块，适合加入物流的端口位置都是显亮的。这些位置中至少有一个是必须连接物流的，用红色表示，其他可选择加入物流的位置用蓝色表示。如果你将鼠标放到这些端口位置的时候，箭头就会显亮，并且出现关于这个端口的文字说明，此时点击显亮的端口就可连接物流。如果这个端口位置不在你想要的地方，可以在这个端口上点击鼠标左键并按住不放，将物流端口位置拖拉到所需地方即可。要停止加入物流，可以点击模型库左上角的选择模式（Select Mode）按钮。 对于我们这个例子，进料在塔的中间加入，蒸馏物和塔釜出料在各自合适的位置。

错误的修正：有几种方式可以 可以改正PFD中的错误或者加入一些信息。其中一种方式利用在需要修改的模块上的弹出菜单。你可以采用以下方式激活这个菜单：首先点击左键选择模块，然后点击右键。在弹出的右键菜单上选择想要的选项即可。

完成Aspen的表页：:当PFD完成后，你需要在数据浏览器中完成必要的参数输入。 表页 内容说明 Setup 模拟的全局选项 Components 模拟中常用的化学分、石油组分及假设组分 精品文档 。 4欢迎下载

Physical Properties 计算物性所用的方法和数据 Streams 进料的组成、流量及条件 Blocks 流程中每个单元操作模块的操作和设备条件

如果有需要，可以在数据浏览器的Reactions、 Convergence、 Flowsheeting Options、 Model Analysis Tools 和 Setup Report Options等表页中输入更多的补充参数 显示表页：有两种方式可以显示表页。1）利用数据浏览器显示和编辑 表页来定义输入参数及查看模拟结果。要打开数据浏览器，可以点击工具栏中的数据浏览器图标（看起来象眼镜），或者从Data 菜单上选择点击Data Browser。 2） 在完成你的PFD后，点击PFD顶部的 “Next” 按钮，要进入下一个表页，页点击Next 按钮。你还可以 利用 “>>” 和 “<<” 按钮转到前一个表格或后一个表格。

小帖士：虽然你可以采用任何顺序输入大多数参数，但是最好利用Aspen主窗口右上角的Next按钮，让Aspen Plus的专家系统帮助你。PFD底部的信息栏告诉你正在输入的相关信息的领域或者你应该选择的菜单。

注意： 全局定义建立的是整个运行的默认设置，应该在输入Aspen运行所需的参数之前进行定义。全局定义包括组分（components）、热力学模型（ thermodynamic models）和一些计算选项。你不需要检查所有的全局选项，Aspen会提示你在一些方面进行选择。、 以下给出了一些我们这个例子所需的一些参数。 Setup表页：输入这个设计的题目， Setup 表页的示例见图3。

Component 表页：输入过程设计的化学组成。对于乙醇－水的蒸馏过程，在 “ComponentID” 格中填入乙醇（ethanol）和水 （water）。如果 Aspen 能从内部数据库中找到与 输入的ComponentIDs 匹配的数据，它会自动完成这一行。图4 给出了 component 表页的示例， component ID’s 填写的是ethanol” 和 “water”。

Properties 表页：在这个表页要定义 热力学模型和二元交互作用参数。在数据浏览器的左边窗格上点击“Properties”文件夹，然后点击“Parameters” 文件夹，再点击“Binary Interaction” 文件夹，选择想要的热力学模型。对我们的例子，默认的NRTL 模型已经足够了。对于水－烃体系中自由水的计算，假设水是纯的，然后估算水在有机相中的溶解度。全局精品文档 。 5欢迎下载

定义受限于任何一个模块的定义。计算自由水的方法也可以自己定义。在数据浏览器的右边的窗格中，为你输入组分的二元交互参数的值定义ij 矩阵，然后输入参数。我们这个工作中用的默认值是纯组分，所以用NRTL 参数。一般默认的二元交互参数值已经够用了， 除非你要设定特殊的数值。自己给定热力学 参数值要非常小心，建议使用Aspen 中的帮助。图5给出了 Property 表页窗口的示例。

Streams 表页： Streams 表页必须对每股物流逐个填写。图6是Streams 表页的一个示例。再我们的例子中，物流温度和压力分别为25 ºC 和1.013 bar，乙醇和水的进料流量分别为20 kmol/hr和980 kmol/hr 。

Block 表页： 单元操作的模块默认命名为B1, B2, B3, 等等。在这个例子中，模块 “B1” 为蒸馏塔，这个模块的block 表页如图7 所示，需要输入蒸馏塔设计和操作的条件。 我们的例子中，蒸馏塔塔为33块板，蒸馏物流量为23 kmol/hr，塔釜蒸汽向上流量为1500 kmol/hr，选择全凝器。进料在第17块板上加入（注意指明 “on stage”）。然后输入第一块板/冷凝器的压力为1.013 bar 。压力降 （DP）可以给出全塔的，页可以给出每一级的压力降。我们假设每一级的压力降可以忽略，因此输入0作为塔的压力降。

运行模拟： 到这个时候，点击Next 按钮会出现 “Required Input Complete” 窗口。如果没有出现这个窗口，Aspen会提示你还需要输入那些信息。点击 “OK”就可以运行模拟。或者等完成输入后，选择主窗口的 RUN 工具条。 控制面板（“Control Panel）装口会随之打开显示计算的过程。模拟完成后显示 “calculations completed” 的信息。从控制面板上可以看到你的运算是否是收敛的。如果计算没有收敛，但是从得到数值上可以看出这个方法可以收敛，可以点击RUN 再次运行，或者更改塔的收敛的阈值。 我们这个例子不需要更改。如果你的模拟运行困难，要仔细检查你的输入的数值。模拟完成后，可以关闭控制面板窗口。