Aspen流程模拟基础(入门)-1

1、ASPEN PLUSASPEN 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 1. . Aspen Plus Aspen Plus简介简介2 2. . Aspen Plus Aspen Plus 界面介绍界面介绍3 3. . Aspen Aspen Plus Plus 快速入门快速入门4 4. . Aspen PlusAspen Plus精通精通5 5. . 模型分析工具模型分析工具6 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. 1. A ASPENSPEN P PLUSLUS简介简介Aspen PlusAspen Plus是大型通用流程模拟系统，（是大型通用

2、流程模拟系统，（Advanced Advanced System for Process EngineeringSystem for Process Engineering，简称，简称ASPENASPEN。以以Aspen PlusAspen 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对还逐步发展起来了针对不 同 用 途 、 不 同 层 次 的不 同 用 途 、 不 同 层 次 的 A s p e nA s p e n 工 程 套 件工 程 套 件 ( A s p e n ( A s p e n Engineering Suite,Engineering Suite,简

3、称简称AES)AES)产品系列。产品系列。Aspen PlusAspen Plus是是工程套件的核心工程套件的核心, ,可广泛地应用于可广泛地应用于新工艺开发、新工艺开发、装置设计优化，以及脱瓶颈分析与改造装置设计优化，以及脱瓶颈分析与改造。此稳态模拟工具此稳态模拟工具具有丰富的物性数据库，可以处理具有丰富的物性数据库，可以处理非理想、极性高非理想、极性高的复杂的复杂物系；并独具物系；并独具联立方程法和序贯模块联立方程法和序贯模块法相结合的解算方法，法相结合的解算方法，以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度分析、以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度分析、自动排序、多种收敛方法，以

4、及报告等功能。自动排序、多种收敛方法，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 PlusAspen Plus具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了具有最适用于工业、且最完备的物性系统。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 PlusAspen Plus的物性系统，并与其自身的物性系统，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一

5、套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型物性模型 ( (共共105105种种) )Aspen PlusAspen Plus数据库包括数据库包括50005000多种纯组分多种纯组分的物性数据及下列数据库的物性数据及下列数据库 Aspen PlusAspen Plus是唯一获准与是唯一获准与DECHEMADECHEMA数据库数据库接口的软件。该数据库收接口的软件。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，共计二十五万多套二十五万多套数数据。用户也可以把自己的物性数据与据。用户也可以把自己的物性数据与Aspen PlusAspen Plus

6、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，计算任何模型参数，包括用户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。热力学一致性。 性质常数估算系统（性质常数估算系统（PCESPCES）能够通过输入分子结构和易测性质（例如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沸点）来估算短缺的物性参数

7、ASPEN PLUS模拟固体系统模拟固体系统 Aspen PlusAspen Plus在煤的净化和液化、流化床燃烧、高温冶金和湿法冶金，在煤的净化和液化、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。以及固体废物、聚合物、生物和食品加工业中都得到了应用。Aspen PlusAspen Plus中中固体性质数据有两个来源：一是固体性质数据有两个来源：一是SolidSolid数据库，数据库，它广泛它广泛收集了约收集了约33143314种纯无机和有机物质的热化学数据；种纯无机和有机物质的热化学数据；二是和二是和CSIROCSIRO数数据库的接口据库的接口。第。

8、第1010版已合并成新的版已合并成新的SOLIDSSOLIDS数据库，这些数据在模拟数据库，这些数据在模拟冶金、陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的。还具冶金、陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的。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、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，筛分、文杜里洗涤器、静电沉淀器、过滤洗涤机和倾析器。此外，Aspen PlusAspen Plus中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热器中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热

9、器模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型 RGIBBS RGIBBS可用最小可用最小GIBBSGIBBS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 PlusAspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提、苛性盐水模拟电解质过程，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。结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收等。Aspen PlusAspen Plus提供提供PitzerPitzer活

10、度系数模型和陈氏模型（由本公司的陈超群活度系数模型和陈氏模型（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，包括强弱电解质、盐类和含有机化合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。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BarinBarin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

11、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 PlusAspen Plus都可以应用。用户可以用数都可以应用。用户可以用数据回归系统（据回归系统（DRSDRS）确定电解质物性模型参数。所有）确定电解质物性模型参数。所有Aspen PlusAspen Plus的单的单元操作模型均可处理电解质系统元操作模型均可处理电解质系统 。例如，例如，Aspen PlusAspen Plus闪蒸和分馏模型闪蒸和分馏模型可以处理有化学反应过

12、程的电解质系统。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，可以模拟各种操作过程有一套完整的单元操作模型，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，对于组分数、进数据结构，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，这是出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制，这是Aspen Plus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所

13、能比拟。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，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。系统之中，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 PlusAspen Plus的多级严格分离模型是基于内外两层结构（

14、双层）、结合的多级严格分离模型是基于内外两层结构（双层）、结合最新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由最新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由AspenTechAspenTech总裁总裁 J. J. BostonBoston博士首创的。他自博士首创的。他自19811981年起一直担任本公司总裁。此法必须提年起一直担任本公司总裁。此法必须提供初值，在大范围内应用十分可靠。供初值，在大范围内应用十分可靠。RADFRACRADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、有再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分有再

15、沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分馏过程。馏过程。RADFRACRADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在，也可以能严格计算任一塔板上两个液相的存在，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。MULTIFRACMULTIFRAC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，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、解吸塔分馏系统，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、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 PlusAspen Plus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，该模型可在

16、还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，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、化学平衡反应，以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，以及气、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及气、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的反应动力学程序来计算的反应动力学程序来计算 。Aspen PlusAspen Plus的简捷算法蒸馏模型需要输入的简捷算法蒸馏模型需要输入的数据较少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的的数据较少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的情况下可以使用这些模型。情况下可以使用这些模型。A

17、SPEN 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 PlusAspen 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（RSTOICRSTOIC）只需要规定化学计量或反应中一个关）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。键组分的转化率即可应用。在已知反应动力学的情况下，可以用更精确的模型，如连续搅拌釜式在已知反应动力学的情况下，可以用更精确的模型，如连续搅拌釜式反应模型（反应模型（RCSTRRCSTR）或活塞流反应模型（）或活塞流反应模型（RPLUGRPLUG）。）。R

18、BATCHRBATCH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，可选用连续进料和出料。出料。RGIBBSRGIBBS是根据是根据GIBBSGIBBS自由能极小的基本原理，它能描述单相化学平自由能极小的基本原理，它能描述单相化学平衡、相平衡，也能同时描述化学平衡和相平衡，可以处理固、液多相衡、相平衡，也能同时描述化学平衡和相平衡，可以处理固、液多相系统。系统。RGIBBSRGIBBS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

19、 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 PlusAspen Plus提供流程模拟所需的多种功能，可帮助用户方便地编写输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：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FORTRANFORTRAN语句和子

20、程序。语句和子程序。1.1. 可以使用可以使用Aspen PlusAspen Plus的插入模块（的插入模块（InsertInsert）功能，重复使用流程模）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可以建立用户自已的InsertsInserts， 并存入用户插入模块库（并存入用户插入模块库（LibraryLibrary）来）来应用。应用。2.2.可以利用设计规定（可以利用设计规定（Design SpecificationDesign Specification）来达到对任何模块

21、计）来达到对任何模块计算的参数所规定的目标值。算的参数所规定的目标值。A ASPENSPEN P PLUSLUS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

22、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 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍

23、2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASP

24、ENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLU

25、SLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍

26、2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASP

27、ENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍2 2. . A ASPENSPEN P PLUSLUS界面介绍界面介绍3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLU

28、SLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS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 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门v 物性数据已经输入完成物性数据已经输入完成, ,按按NEXTNEXT钮钮, ,请看下一步工作请看下一步工作3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门v 这时你会发现这时你会发现, ,GlobalGlobal标签变成了标签变成了对号对号, ,说明此页已经输入完成说明此页已经输入完成3 3. . A ASPENSPEN P PLUSLUS快速入门快速入门v 再次单击再次单击NextNext钮钮, ,出现该系统的