大型通用流程模拟系统.ppt

Aspen入门,Aspen的起源与发展,AspenPlus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”（AdvancedSystemforProcessEngineering，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AspenPlus。该软件经过近20年来不断地改进、扩充和提高,已先后推出了多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。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AspenPlus的用户。以AspenPlus严格机理模型为基础,还逐步发展起来了针对不同用途、不同层次的Aspen工程套件(AspenEngineeringSuite,简称AES)产品系列。,ASPENPLUS能做什么,帮助改进当前工艺,回答“如果那会怎么样”的问题,在给定的限制内优化工艺条件,辅助确定一个工艺约束部位,ASPENPLUS的优势,具有最完备的物性系统,一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型(共105种)，包括5000多种纯组分的物性数据AspenPlus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。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，共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性数据与AspenPlus系统连接。高度灵活的数据回归系统（DRS）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，计算任何模型参数，包括用户自编的模型。可以使用面积式或点测试方法自动检查汽液平衡数据的热力学一致性。性质常数估算系统（PCES）能够通过输入分子结构和易测性质（例如沸点）来估算短缺的物性参数Redlich-Kwong-UNIFAC状态方程可用于非极性、极性和缔合组分体系,ASPENPLUS的优势,可以模拟固体系统,AspenPlus在煤的气化和液化、流化床燃烧、高温冶金和湿法冶金，以及固体废物、聚合物、生物和食品加工业中都得到了应用。AspenPlus中固体性质数据有两个来源：一是Solid数据库，它广泛收集了约3314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。还具有一套通用的处理固体的单元操作模型，包括破碎机、旋风分离器、筛分、文杜里洗涤器、静电沉淀器、过滤洗涤机和倾析器。此外，AspenPlus中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热器模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型RGIBBS可用最小GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在。,ASPENPLUS的优势,可以模拟电解质系统,许多公司已经用AspenPlus模拟电解质过程，如酸水汽提、苛性盐水结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收等。AspenPlus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型计算物质的活度系数，包括强弱电解质、盐类和含有机化合物的电解质系统。这些模型已广泛地在工业中应用，计算结果准确可靠。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；模拟电解质过程的功能在整套AspenPlus都可以应用。用户可以用数据回归系统（DRS）确定电解质物性模型参数。所有AspenPlus的单元操作模型均可处理电解质系统。例如，AspenPlus闪蒸和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。,ASPENPLUS的优势,具有完整的单元操作模型库,AspenPlus有一套完整的单元操作模型，可以模拟各种操作过程,由单个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。由于AspenPlus系统采用了先进的PLEX数据结构，对于组分数、进出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制，这是AspenPlus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所能比拟。此外，所有模型都可以处理固体和电解质。单元操作模型库约由50种单元操作模型构成。用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USERMODEL）加入到AspenPlus系统之中，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。,ASPENPLUS的优势,具有快速可靠的流程模拟功能,AspenPlus提供流程模拟所需的多种功能，可帮助用户方便地编写输入文件，快速而可靠地收敛流程，以及进行流程优化计算。这些功能包括：1可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序。2可以使用AspenPlus的插入模块（Insert）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。也可以建立用户自已的Inserts，并存入用户插入模块库（Library）来应用。3可以利用设计规定（DesignSpecification）来达到对任何模块计算的参数所规定的目标值。,ASPENPLUS的优势,具有最先进的计算方法,AspenPlus具有最先进的流程收敛方法AspenPlus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。AspenPlus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。AspenPlus可以进行过程优化计算应用AspenPlus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。AspenPlus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。,流程图（Flowsheet）,ASPENPLUS基本概念,模型库（ModelLibrary）,数据浏览器（DataBrowser）,流股（Stream）,单元操作模型（Block）,物性方法（PropertyMethod）,直观形象地表示所模拟系统的流程,存放可用单元操作模型的库,页面和表页查看图。具有已经定义的可用的模拟输入、结果和对象的树状层次视图,表示模拟中所用的物质流、热量流或功流,表示实际装置所用的各个设备,一批方法和模型。用来计算热力学性质和迁移性质，决定模拟精确性的关键,混合器和分流器,分离器,热交换器,多级分离,反应器,压力改变,固体处理,用户模型,流控制器,建立模型,已知条件,求解方程组,建立流程图,组分数据,物性方法,物流数据,单元操作模型数据,其它数据,ASPENPLUS模拟的流程,三类方程,物性方法选择指南,建立模拟模型的基本步骤,启动UserInterface选用Template选用单元操作模块：ModelBlocks连结流股：Streams设定全局特性：SetupGlobalSpecification输入化学组分信息Components选用物性计算方法和模型PropertyMethods&Models,输入外部流股信息ExternalSteam输入单元模块参数BlockSpecifications运行模拟过程RunProject查看结果ViewofResults输出报告文件ExportReport保存模拟项目SaveProject退出Exit,建立模拟模型的基本步骤,Aspen模拟案例,1psia=6.896kpa,1lbmol/hr=0.45359kmol/hr,红色箭头为必填流股，蓝色为可选,选中模块，单击右键，可进行重命名。,这两项为必选,点击find,这时你会发现,Global标签变成了对号,说明此页已经输入完成，点击NEXT。,NRTL为用于液相溶液，默认气体为理想气体，NRTL-RK用于气体。甲醇与水均为极性物质，且操作压力10bar，因此可选用活性系数法NRTL-RK。,釜式再沸器,全凝器,点击将有关信息显示在流程图中,保存aspen文件,在“Displayreportfor”栏单击箭头从列表中选择“Streams”选项。确保在“Selection”栏中显示的是“ALL”。,Aepen优化模拟,案例原料甲醇50lbmol/hr+水50lbmol/hr回流比1.5分离目标：99.5%,像前面所说，画出塔模型，并重新命名流股,Tools-analysis-properties-binary,Analysistype选择Txy,GO！,没有恒沸物，理论上可以完全分离，可先假设理论塔板数,进料位置未知的情况下，可选择中间塔板，后面再进行优化,塔板压降未知，不填，后面可进行优化,此操作完成后，不能点击NEXT，否则会进行模拟，点击右方的efficiency,选择默弗里效率进行计算,塔段设计,由于冷凝器和再沸器也计算在塔板数内，因此实际的起止塔板分别为2和9,塔段核算,估计塔板直径,选中计算塔板压降,选中报告摩尔分率，就可以看到是否达到分离目标99.5%,点击运行该模拟,94.2%99.5%，关闭结果窗口，进行优化,回到B1，点击工具栏中plot-plotwizard,选中，NEXT，查看塔中液相组成,没有水平点，说明没有多余塔板，可以增加塔板数第