Aspen流程模拟基础(入门)-1.pdf

ASPEN PLUS 北京石油化工学院北京石油化工学院 赵杰赵杰 主要内容 1 Aspen Plus简介简介 2 Aspen Plus 界面介绍界面介绍 3 Aspen Plus 快速入门快速入门 4 Aspen Plus精通精通 5 模型分析工具模型分析工具 6 其他高级功能简介其他高级功能简介 综合练习综合练习 1 ASPEN PLUS简介简介 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统是大型通用流程模拟系统 Advanced System for Process Engineering 简称简称ASPEN 以以Aspen Plus严格机理模型为基础严格机理模型为基础 还逐步发展起来了针还逐步发展起来了针 对不同用途对不同用途 不同层次的不同层次的Aspen工程套件工程套件 Aspen Engineering Suite 简称简称AES 产品系列产品系列 Aspen Plus是是工程套件的核心工程套件的核心 可广泛地应用于新工艺开可广泛地应用于新工艺开 发发 装置设计优化装置设计优化 以及脱瓶颈分析与改造以及脱瓶颈分析与改造 此稳态模拟此稳态模拟 工具具有丰富的物性数据库工具具有丰富的物性数据库 可以处理非理想可以处理非理想 极性高的极性高的 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 方法方法 以及一系列拓展的单元模型库以及一系列拓展的单元模型库 此外还具有灵敏度此外还具有灵敏度 分析分析 自动排序自动排序 多种收敛方法多种收敛方法 以及报告等功能以及报告等功能 ASPEN PLUS具有最完备的物性系统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 人们普遍认为人们普遍认为 Aspen Plus具有最适用于工业具有最适用于工业 且最完备的物性系统且最完备的物性系统 许多公司为了许多公司为了 使其物性计算方法标准化而采用使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus的物性系统的物性系统 并与其自身并与其自身 的工程计算软件相结合的工程计算软件相结合 一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型 共共105种种 Aspen Plus数据库包括数据库包括5000多种纯组分的物性数据及下列数据库多种纯组分的物性数据及下列数据库 Aspen Plus是唯一获准与是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件数据库接口的软件 该数据库该数据库 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 共计二十五万多套共计二十五万多套 数据数据 用户也可以把自己的物性数据与用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus系统连接系统连接 高度灵活的数据回归系统高度灵活的数据回归系统 DRSDRS 此系统可使用实验数据求取物性参数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可以回归实际应用中任何类型的数据 计算任何模型参数计算任何模型参数 包括用户包括用户 自编的模型自编的模型 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 热力学一致性热力学一致性 性质常数估算系统性质常数估算系统 PCES 能够通过输入分子结构和易测性质能够通过输入分子结构和易测性质 例如例如 沸点沸点 来估算短缺的物性参数来估算短缺的物性参数 Redlich Kwong UNIFAC状态方程可用于非极性状态方程可用于非极性 极性和缔合组分极性和缔合组分 体系体系 ASPEN PLUS模拟固体系统模拟固体系统 Aspen Plus在煤的净化和液化在煤的净化和液化 流化床燃烧流化床燃烧 高温冶金和湿法冶金高温冶金和湿法冶金 以及固体废物以及固体废物 聚合物聚合物 生物和食品加工业中都得到了应用生物和食品加工业中都得到了应用 Aspen Plus中固体性质数据有两个来源 一是中固体性质数据有两个来源 一是Solid数据库数据库 它广它广 泛收集了约泛收集了约3314种纯无机和有机物质的热化学数据 二是和种纯无机和有机物质的热化学数据 二是和CSIRO 数据库的接口数据库的接口 第第10版已合并成新的版已合并成新的SOLIDS数据库数据库 这些数据在模这些数据在模 拟冶金拟冶金 陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的 还还 具有一套通用的处理固体的单元操作模型具有一套通用的处理固体的单元操作模型 包括破碎机包括破碎机 旋风分离器旋风分离器 筛分筛分 文杜里洗涤器文杜里洗涤器 静电沉淀器静电沉淀器 过滤洗涤机和倾析器过滤洗涤机和倾析器 此外此外 Aspen Plus中所有的单元操作都适合于处理固体中所有的单元操作都适合于处理固体 例如闪蒸和加热例如闪蒸和加热 器模型能计算固体的能量平衡器模型能计算固体的能量平衡 而反应器模型而反应器模型 RGIBBS可用最小可用最小 GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在 ASPEN PLUS模拟电解质系统模拟电解质系统 许多公司已经用许多公司已经用Aspen Plus模拟电解质过程模拟电解质过程 如酸水汽提如酸水汽提 苛性盐水苛性盐水 结晶与蒸发结晶与蒸发 硝酸生产硝酸生产 湿法冶金湿法冶金 胺净化气体和盐酸回收等胺净化气体和盐酸回收等 Aspen Plus提供提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型活度系数模型和陈氏模型 由本公司的陈超群由本公司的陈超群 博士开发博士开发 计算物质的活度系数计算物质的活度系数 包括强弱电解质包括强弱电解质 盐类和含有机化合盐类和含有机化合 物的电解质系统物的电解质系统 这些模型已广泛地在工业中应用这些模型已广泛地在工业中应用 计算结果准确可计算结果准确可 靠靠 电解质系统有三个电解质物性参数数据库 水数据库包括纯物质的各电解质系统有三个电解质物性参数数据库 水数据库包括纯物质的各 种离子和分子溶质的性质 固体和种离子和分子溶质的性质 固体和Barin数据库包括盐类组分性质 一数据库包括盐类组分性质 一 些特殊的电解质系统和应用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司些特殊的电解质系统和应用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司 应用部门和用户一起开发的应用部门和用户一起开发的 模拟电解质过程的功能在整套模拟电解质过程的功能在整套Aspen Plus都可以应用都可以应用 用户可以用数用户可以用数 据回归系统据回归系统 DRS 确定电解质物性模型参数确定电解质物性模型参数 所有所有Aspen Plus的的 单元操作模型均可处理电解质系统单元操作模型均可处理电解质系统 例如例如 Aspen Plus闪蒸和分馏闪蒸和分馏 模型可以处理有化学反应过程的电解质系统模型可以处理有化学反应过程的电解质系统 ASPEN PLUS具有完整的单元操作模型库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有一套完整的单元操作模型 可以模拟各种操作过程可以模拟各种操作过程 由单由单 个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟 由于由于Aspen Plus系统采用了先进的系统采用了先进的PLEX数据结构数据结构 对于组分数对于组分数 进进 出口物流数出口物流数 塔的理论板数以及反应数目均无限制塔的理论板数以及反应数目均无限制 这是这是Aspen Plus 的一项独特优点的一项独特优点 非其它过程模拟软件所能比拟非其它过程模拟软件所能比拟 此外此外 所有模型都可以处理固体和电解质所有模型都可以处理固体和电解质 单元操作模型库约由单元操作模型库约由50种种 单元操作模型构成单元操作模型构成 用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型 USER MODEL 加入加入 到到Aspen Plus系统之中系统之中 这为用户提供了极大的方便性和灵活性这为用户提供了极大的方便性和灵活性 ASPEN PLUS具有完整的单元操作模型具有完整的单元操作模型 分馏模型分馏模型 Aspen Plus的多级严格分离模型是基于内外两层结构的多级严格分离模型是基于内外两层结构 双层双层 结合结合 最新的联立方程和求解法编制而成最新的联立方程和求解法编制而成 双层法是由双层法是由AspenTech总裁总裁 J Boston博士首创的博士首创的 他自他自1981年起一直担任本公司总裁年起一直担任本公司总裁 此法必须提此法必须提 供初值供初值 在大范围内应用十分可靠在大范围内应用十分可靠 RADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作模型能严格地模拟多级气液平衡操作 包括吸收包括吸收 汽提汽提 有再沸器的吸收和汽提有再沸器的吸收和汽提 萃取和共沸蒸馏萃取和共沸蒸馏 以及高度非理想体系的分以及高度非理想体系的分 馏过程馏过程 RADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在能严格计算任一塔板上两个液相的存在 也可以也可以 简单地假设第二液相为纯水简单地假设第二液相为纯水 MULTIFRAC可以有效地计算互连的多可以有效地计算互连的多 塔分馏系统塔分馏系统 如原油蒸馏如原油蒸馏 减压塔减压塔 催化裂化分馏塔催化裂化分馏塔 吸收塔吸收塔 解吸解吸 塔塔 空气分馏塔以及有热交换的塔系统空气分馏塔以及有热交换的塔系统 Aspen Plus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型还有经过工业考验的能处理反应的分离模型 该模型可在该模型可在 塔的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应塔的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应 化学平衡反应化学平衡反应 以以 及气及气 液相反应液相反应 反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供 的反应动力学程序来计算的反应动力学程序来计算 Aspen Plus的简捷算法蒸馏模型需要输的简捷算法蒸馏模型需要输 入的数据较少入的数据较少 也具有设计和核算两种型式也具有设计和核算两种型式 在不需要高度精确计算在不需要高度精确计算 的情况下可以使用这些模型的情况下可以使用这些模型 ASPEN PLUS具有完整的单元操作模型具有完整的单元操作模型 反应器模型反应器模型 Aspen Plus的反应器模型可应用于很广泛的范围的反应器模型可应用于很广泛的范围 简单的化学计量模型简单的化学计量模型 RSTOIC 只需要规定化学计量或反应中一个只需要规定化学计量或反应中一个 关键组分的转化率即可应用关键组分的转化率即可应用 在已知反应动力学的情况下在已知反应动力学的情况下 可以用更精确的模型可以用更精确的模型 如连续搅拌釜式如连续搅拌釜式 反应模型反应模型 RCSTR 或活塞流反应模型或活塞流反应模型 RPLUG RBATCH反应模型可处理单相或两相的动态反应反应模型可处理单相或两相的动态反应 可选用连续进料和可选用连续进料和 出料出料 RGIBBS是根据是根据GIBBS自由能极小的基本原理自由能极小的基本原理 它能描述单相化学平它能描述单相化学平 衡衡 相平衡相平衡 也能同时描述化学平衡和相平衡也能同时描述化学平衡和相平衡 可以处理固可以处理固 液多相液多相 系统系统 RGIBBS能自动决定实际存在的相数能自动决定实际存在的相数 A ASPENSPEN P PLUSLUS的单元操作模型及其主要功能的单元操作模型及其主要功能 A ASPENSPEN P PLUSLUS的单元操作模型及其主要功能的单元操作模型及其主要功能 A ASPENSPEN P PLUSLUS的单元操作模型及其主要功能的单元操作模型及其主要功能 ASPEN PLUS具有快速可靠的流程模拟功能具有快速可靠的流程模拟功能 Aspen Plus提供流程模拟所需的多种功能提供流程模拟所需的多种功能 可帮助用户方便地编写可帮助用户方便地编写 输入文件输入文件 快速而可靠地收敛流程快速而可靠地收敛流程 以及进行流程优化计算以及进行流程优化计算 这些功这些功 能包括 能包括 可按流程模拟需要使用在线可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序语句和子程序 1 可以使用可以使用Aspen Plus的插入模块 的插入模块 Insert 功能 重复使用流程 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 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 也可以建立用户自已的也可以建立用户自已的Inserts 并存入用户插入模块库 并存入用户插入模块库 Library 来应用 来应用 2 可以利用设计规定 可以利用设计规定 Design Specification 来达到对任何模块 来达到对任何模块 计算的参数所规定的目标值 计算的参数所规定的目标值 ASPEN PLUS具有最先进的计算方法具有最先进的计算方法 Aspen PlusAspen Plus具有最先进的流程收敛方法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 Aspen Plus可以进行过程优化计算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 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 2 ASPEN PLUS界面介绍界面介绍 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 在本页面中在本页面中 可以选择输入及输出单位可以选择输入及输出单位 我们用默认值我们用默认值 再按再按NextNext 钮钮 3 ASPEN PLUS快速入门快速入门 3 ASPEN 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