ASPEN_PLUS_介绍及模拟实例

1、ASPEN PLUS 介绍及模拟实例介绍及模拟实例2008.10.10Outline1. 热力学方法选择2. RadFrac 介绍3. RadFrac 模拟实例-甲醇、水分离4. 反馈控制甲醇、水分离过程5. 小结6. 作业化工流程模拟系统的使用步骤ASPEN PLUS软件使用基本步骤 主窗口界面：绘图工作区和数据浏览窗口 基本设置 模拟流程图的绘制 组分定义 热力学方法的定义 流股数据和过程数据的输入 模拟执行过程 查看结果 专家支持系统热力学方法选择 Finding good values for inadequate or missing physical property parame

2、ters is the key to a successful simulation. And this depends upon choosing the right estimation methods.Dont gamble with physical properties for simulationsASPEN 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-OCo

3、nnell； 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。 ASPEN PLUS的热力学模型（活度系数模型） Eletrolyte NRTL； Flory-Huggins； NRTL； Scatchard-Hilde-Brand； UNIQUAC； UNIFAC； van Laar； WILSON

4、。ASPEN PLUS的热力学模型（其他模型） 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ASPEN PLUS

5、专有物性数据库 在ASPEN PLUS 10.x版中，有专用于NRTL、WILSON和UNIQVAC方法的二元交互参数库，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY（1600+对） ASPEN PLUS 10.x版的电解质专家系统，有内置电解质库，包括几乎所有常见的电解质应用中化学平衡常数及各种电解质专用二元参数。只要启动电解质热力学方法，这些参数便会自动检索。热力学平衡计算模型的状态方程法 1、IDEAL理想状态性质方法理想状态性质方法 2、用于石油混合物的性质方法、用于石油混合物的性质方法

6、：BK10、CHAO-SEA、GRAYSON 3、针对石油调整的状态方程性质方法：、针对石油调整的状态方程性质方法：PENG-ROB、RK-SOAVE 4、用于高压烃应用的状态方程性质方法：、用于高压烃应用的状态方程性质方法：BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM 5、灵活的和预测性的状态方程性质方法灵活的和预测性的状态方程性质方法：PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-ASPEN、RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR 计算高温、高压、接近临界点混合物及在高压下的液-液分离的体系。（如乙二醇气体干燥、甲醇脱硫及超临界萃取） 处理高温、高压以及接近临界点的体系（如气体

7、管线传输或超临界抽提） 用于气体加工、炼油及化工应用。（如气体加工装置、原油塔及乙烯装置）用于炼油应用,它能用于原油塔、减压塔和乙烯装置的部分工艺过程 用于气相和液相处于理想状态的体系（如减压体系、低压下的同分异构体系）液体活度系数性质方法 NRTL UNIFAC UNIQUAC VAN LAAR WILSON 理想气体定律 Redlich-Kwong Redlich-Kwong-Soave Nothnagel Hayden-O Connell HF状态方程 液体活度系数模型液体活度系数模型 汽相状态方程汽相状态方程 活度系数模型与状态方程方法的比较 活度系数方法是描述低压下高度非理想液体混合

8、物的最好方法。你必须由经验数据（例如相平衡数据）估计或获得二元参数。 状态方程可以在一个很宽的温度和压力范围应用，包括亚临界和超临界范围。对于理想或微非理想的系统，汽液两相的热力学性质能用最少的组分数据计算状态方程，适用于模拟带有诸如CO2、N2、H2S这样轻气体的烃类系统。 活度系数方法只能用在低压系统（10atm以下），对于在低压下含有可溶气体并且其浓度很小的系统，使用亨利定律。对于在高压下的非理想化学系统，用灵活的、具有预测功能的状态方程。 RadFrac模块介绍RadFracRadFrac-严格法精馏严格法精馏RadFrac 是一个严格模型,用于模拟所有类型的多级气-液精馏操作 一般精

9、馏 吸收 再沸吸收 汽提 再沸汽提 萃取和共沸蒸馏RadFrac 适用于 两相蒸馏体系 三相蒸馏体系 窄沸程和宽沸程体系 液相具有非理想性强的体系RadFrac 可以处理离开任何级并返回到同一级或一个不同的级的中段回流；RadFrac 可以模拟发生化学反应的塔反应有固定转化率或它们是： 平衡 流率控制 电解质RadFrac 流程的连接流程的连接RadFrac 流程的连接流程的连接RadFrac 可以有任何数量的 级数 级间加热器/冷凝器 倾析器（分相器） 中段回流规定 RadFrac 级数 进料物流约定 没有冷凝器或再沸器的塔 再沸器处理 加热器和冷却器规定 倾析器 中段回流注：RadFrac

10、 塔板数从上到下，从冷凝器开始（如没有冷凝器从塔顶第一块板算起）算法 石油和石油化工应用 极宽沸程的混合物和/或许多组分和设计规定，使用Sum-Rates算法 高度非理想体系 当液相的非理想程度非常强，使用Newton算法 共沸蒸馏 吸收和汽提 使用Sum-Rates算法 深冷应用 求解策略 塔收敛 Inside-out 标准流率加和和非理想算法 MultiFrac、PetroFrac 和Extract模型 Napthali-Sandholm Newton算法 设计规定的收敛 设计规定嵌套循环收敛（适用于除设计规定嵌套循环收敛（适用于除SUM-RATES 外的所有算法）外的所有算法） 设计规定

11、同时收敛（设计规定同时收敛（Algorithm=SUM-RATES，NEWTON） RadFrac的两种计算模式 核算模式核算模式计算： 温度 流率 摩尔分率分布 设计模式设计模式计算： 满足塔的操作参数（例如纯度或回收率）或塔中任意物流的物性所需要满足的规定 有广泛的设计和核算塔板及填料的能力RadFrac 模拟实例Exercise:甲醇、水分离饱和液体进料塔顶压力：16.1psi每板压降：0.1psi蒸出流率：39885Ib/hr热力学方法：NRTL-RKQuestions1. Aspen Plus 的过程流程图；2. 再沸器和冷凝器的热负荷；3. 做出汽相、液相中水和甲醇的组成曲线；4.

12、 使用之前的模拟结果再次运行模拟，提高塔板效率，降低成本。至少做两次改变。 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建立流程1. Aspen Plus 的过程流程图模拟环境基本设定输入、输出单位制任意输入用户名，但务必输入任意输入用户名，但务必输入定义化学组分选择热力学方法选择热力学方法NRTL-RK方程111111lnncncjijijkkikjncjji jki jncncncjkikkjkkjkkkkG xxGx GG xG xG xiexp(),/ ( ),0jikiGTK ij j iijijijj ij iij

13、a a ba=a 不要求掌握这个方程，但要求知道模型中参数的含义及用途，特别是模型实用范围二元交互作用参数定义流股信息，定义流股信息，如温度、压力、如温度、压力、流量、组成流量、组成提供过程条件，如塔板数、提供过程条件，如塔板数、冷凝器类型、再沸器类型、冷凝器类型、再沸器类型、有效相态、收敛算法有效相态、收敛算法操作参数操作参数进料位置压力及塔压降压力及塔压降运行模拟计算过程运行模拟计算过程查看模拟计算结果查看模拟计算结果2. 再沸器和冷凝器的热负荷再沸器热负荷冷凝器的热负荷3. 3. 汽相、液相中水和甲醇的组成曲线汽相、液相中水和甲醇的组成曲线选择相态和质量or摩尔组成反馈控制甲醇、水分离过

14、程设计规定（Design Specification）设计规定 设计规定：指定要操纵（调整）的一个模块输入变量、过程进料物流变量或其它模拟输入变量来满足规定。 设计规定通过调整一个由用户指定的输入变量来达到它的目标。 被采集变量：为一个流程变量或一些流程变量的函数指定一个你所希望的值。 被操纵变量：选择调整一个模块输入变量或过程进料变量以便满足设计规定。设计规定的收敛 设计规定产生必须迭代求解的回路。缺省情况下，ASPEN PLUS为每个设计规定生成一个收敛模块并排序。 在物流或模块输入中提供的被操纵变量的值被用作初始估值。 规定还必须有一个允差的方程是： | |规定值规定值- -计算值计算值

15、|允差允差 通过选择相应Convergence（收敛）模块的Results（结果）页面，可以查看收敛模块的摘要和收敛历史。 设计规定的步骤 建立设计规定。 标识设计规定中所用的被采集流程变量。 为一个被采集变量或一些被采集变量函数指定目标值并指定一个允差。 标识一个为达到目标值而被调整的模拟输入变量，并指定调整该变量的上下限。 输入可选的Fortran 语句。 采集变量函数指定目标值采集变量函数指定目标值采集变量函数指定目标值采集变量函数指定目标值采集变量函数指定目标值被调整的模拟输入变量被调整的模拟输入变量第二个反馈控制过程同第二个反馈控制过程同optimalRadFrac 板效率如果给第如

16、果给第2 2块板效率为块板效率为0.650.65，再，再给第给第3939块板效率为块板效率为0.650.65，则，则ASPEN ASPEN PLUSPLUS默认第默认第2 23939块板效率都是块板效率都是0.650.65。RadFrac 塔盘尺寸泡罩塔塔板泡罩塔塔板得到塔径得到塔径小 结HomeworkASPEN PLUS生产过程说明 环己烷是通过苯的氢化来进行生产的，其化学反应式如环己烷是通过苯的氢化来进行生产的，其化学反应式如下所示。下所示。 C6H6+3H2C6H121. 在苯和氢进入固定催化床反应器之前，与回流的氢和环己烷在苯和氢进入固定催化床反应器之前，与回流的氢和环己烷进行混合。

17、假定苯的转化率为进行混合。假定苯的转化率为99.8%。2. 反应器流出物被冷却后，轻气体从产品物流中分离出来，其反应器流出物被冷却后，轻气体从产品物流中分离出来，其中部分轻气体作为回收氢气回流回反应器。中部分轻气体作为回收氢气回流回反应器。3. 从分离器出来的液体产品物流流入蒸馏塔以进一步除去任何从分离器出来的液体产品物流流入蒸馏塔以进一步除去任何溶解的轻气体以及稳定最终产品。为有利于温度控制，部分溶解的轻气体以及稳定最终产品。为有利于温度控制，部分环己烷产品回流到反应器。环己烷产品回流到反应器。总流率：总流率：330kmol/hrT=50 OCP=25 Bar摩尔分率：摩尔分率：H2=0.975 N2=0.005 CH4=0.02T=50 OCP=1 Bar苯流率苯流率=100kmol/hr的苯的苯T=150 OCP=23 BarT=200 OC压降压降=1 Bar苯的转化率苯的转化率=0.99892%回流回流30%回流回流T=50 OC压降压降=0.5 Bar理论塔板数理论塔板数=12回流比回流比=1.2塔底流率塔底流率=99