ASPEN培训课件

1、 ASPEN软件基本应用课程安排 第一天第一天 ：介绍软件概况，基本工况建立（绘图，：介绍软件概况，基本工况建立（绘图，基本输入）、单元模块简介、简捷设计和严格核算基本输入）、单元模块简介、简捷设计和严格核算模型应用模型应用 第二天：第二天： 环己烷工厂、甲醇与水分离模型环己烷工厂、甲醇与水分离模型 第三天：反应器、压力变化器、热交换器模型第三天：反应器、压力变化器、热交换器模型 第四天：灵敏度分析、优化、设计规定、计算器第四天：灵敏度分析、优化、设计规定、计算器 第五天：物性介绍（热力学模型、物性参数、物性第五天：物性介绍（热力学模型、物性参数、物性分析）分析） 第六天：物性估算、物性回归第

2、六天：物性估算、物性回归主要内容 图形用户界面图形用户界面 建立流程模拟基本工况建立流程模拟基本工况 单元模块简介单元模块简介 蒸馏塔的简捷设计和严格核算蒸馏塔的简捷设计和严格核算 反应器模型反应器模型 换热器模型换热器模型 压力变化模型压力变化模型主要内容 灵敏度分析灵敏度分析 - 工艺变量之间关系研究工艺变量之间关系研究 优化优化-工艺参数、公用工程优化工艺参数、公用工程优化 设计规定设计规定- 满足工艺目标满足工艺目标 计算器计算器 - 内嵌内嵌 Fortran的使用的使用主要内容 热力学模型介绍热力学模型介绍 物性参数物性参数 物性报告物性报告 物性参数估算物性参数估算 物性参数回归物

3、性参数回归模拟软件介绍 流行的模拟软件：流行的模拟软件：Process_、Hysys、ChemCAD ASPEN (Advanced System for Process Engineering ) 意为先进过程工程系统意为先进过程工程系统, Plus意意思为是经过提高并得到工业部门支持的版本。思为是经过提高并得到工业部门支持的版本。 Aspen Plus是美国是美国ASPEN TECH公司开发的公司开发的流程模拟软件。流程模拟软件。模拟软件介绍 ASPEN TECH公司是当今世界上炼油化公司是当今世界上炼油化工行业中最大的专业软件工程公司，目工行业中最大的专业软件工程公司，目前进行推广应用的

4、软件主要有四大类：前进行推广应用的软件主要有四大类：AES、AeCS、AMS和和AmfgS。 目前应用版本：目前应用版本：AspenONEAspen Plus 2004.1Aspen软件介绍 AES：Aspen Engineering Suite， 包括包括Aspen Plus、 Aspen Water、 Aspen Pinch、 Aspen Dynamics、 Aspen Custom Modeler、 Aspen B-JAC、 Aspen Zyqad 等。等。 AeCS：Aspen eSupply Chain Suite：包括包括Aspen Pims 、Aspen MIMI、Aspen R

5、etail and Bulk等。等。 AMS： Aspen Manufacture Suite：主要有主要有Advanced Process Control。 AmfgS： Aspen mfg Suite ：包括包括information and production management流程模拟的概念 “模拟模拟”可以理解为可以理解为“模仿模仿”与与“拟合拟合”，是，是用软件作为工具，去模仿一个过程（反应、精用软件作为工具，去模仿一个过程（反应、精馏、吸收、萃取、换热、结晶等），根据用户馏、吸收、萃取、换热、结晶等），根据用户所给过程的条件（温度、压力、流量、设备尺所给过程的条件（温度、压力

6、、流量、设备尺寸），对相应过程进行物料平衡、能量平衡、寸），对相应过程进行物料平衡、能量平衡、及相平衡、化学平衡的计算，从而预测过程中及相平衡、化学平衡的计算，从而预测过程中可能发生的现象，指导科研、设计、生产部门可能发生的现象，指导科研、设计、生产部门的工作。过程可以是实际生产过程、实验过程、的工作。过程可以是实际生产过程、实验过程、假想过程。假想过程。 流程模拟的目的？ 回答回答“ what if what if ”问题问题, ,( (如果一个条件改如果一个条件改变了，另一个条件会如何变化变了，另一个条件会如何变化) )，例如：回，例如：回流比改变了，产品纯度会如何变化，要达到流比改变了，

7、产品纯度会如何变化，要达到产品纯度的要求产品纯度的要求, ,回流比的数值是多少回流比的数值是多少. . 帮助改进当前工艺条件帮助改进当前工艺条件在给定的限制内优化工艺条件，如：如何在在给定的限制内优化工艺条件，如：如何在规定的产品规格条件下，减少公用工程的使规定的产品规格条件下，减少公用工程的使用量。用量。 流程模拟的目的？ 辅助确定一个工艺的约束部位辅助确定一个工艺的约束部位 (消除瓶颈消除瓶颈)用于扩产或提量操作用于扩产或提量操作 减少装置设计时间减少装置设计时间允许设计者快速地测试各种装置的配置允许设计者快速地测试各种装置的配置方案方案进入软件 新建一个文件；新建一个文件； 空白：所有信

8、息自己定义；空白：所有信息自己定义； 模板：软件根据特定的应用领域，预先设模板：软件根据特定的应用领域，预先设置一些相关的信息如物性集、数据库、单置一些相关的信息如物性集、数据库、单位制等。（通用化工过程、聚合物、炼油、位制等。（通用化工过程、聚合物、炼油、冶金、医药等），推荐选模板；冶金、医药等），推荐选模板； 打开一个已经存在的文件；打开一个已经存在的文件； 设置运行类型运行类型Flowsheet标准 ASPEN PLUS 流程运行包括灵敏度研究和优化。流程运行可以包括物性估算、化验数据分析、和/或物性分析。Assay DataAnalysis它是一个独立 Assay Data Analy

9、sis（化验数据分析）和生成虚拟组分的运行。当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Assay Data Analysis 来分析化验数据DataRegression一个独立运行的 Data Regression（数据回归）用 Data Regression 把 ASPEN PLUS 要求的物性模型参数与已测量纯组分、VLE、LLE和其它混合数据相拟合。Data Regression 可以含由物性估值和物性分析计算。ASPENPLUS 在 Flowsheet 运行中不能执行数据回归PROPERTIES PLUSPROPERTIES PLUS 设置运行用 PROPERTIES PLUS 制备一

10、个物性包，以便用于 Aspen Custom Modeler (以前是SPEEDUP) 或 ADVENT、 第三方商业工程程序、 或你公司内部程序。 你用 PROPERTIESPLUS 必需经过许可PropertyAnalysis一个独立运行的 Property Analysis当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Property Analysis 生成一个物性表、PT曲线、多相曲线图、和其它物性报告。Property Analysis 可以含有物性估算和化验数据分析计算。PropertyEstimation独立运行的 Property Constant Estimation当你不想在同

11、一个运行中执行流程模拟时，用 Property Estimation 估算物性参数。模板文件 度量单位度量单位 物流报告的特性集物流报告的特性集 组成基准组成基准 物流报告格式物流报告格式 输入规定的全局流量基准输入规定的全局流量基准 设置游离水选项设置游离水选项 选择物流类别选择物流类别 物性方法物性方法 (必需的必需的) 组分列表组分列表 其它特定应用缺省值其它特定应用缺省值常用工具栏或快捷键 打开、新建、保存文件打开、新建、保存文件 数据浏览器数据浏览器 控制面板控制面板 运行运行绘图注意事项 鼠标十字与图中鼠标十字与图中红色箭头重叠，出现黄箭头重叠，出现黄色提示，确认黄色提示是你所要连

12、接的色提示，确认黄色提示是你所要连接的物流时，按一下鼠标左键物流时，按一下鼠标左键 Reconnect source(重新连接物流的来源重新连接物流的来源) Reconnect destination(重新连接物流要去重新连接物流要去的地方的地方)绘图注意事项 Align Block(物流线自动拉直物流线自动拉直) 屏幕右下脚红色提示由屏幕右下脚红色提示由flowsheet not complete 变为变为required input incomplete)表示流程已画完，需要输入其它已知条表示流程已画完，需要输入其它已知条件。件。绘图注意事项 同一个模型有不同的图标同一个模型有不同的图标

13、单元设备的接口分为必须连接物流和可单元设备的接口分为必须连接物流和可选两类选两类 选择适当的流股类型选择适当的流股类型 命名规则：可以是数字、字母，不能有命名规则：可以是数字、字母，不能有空格、空格、=等，长度不能超过等，长度不能超过8个字符。个字符。绘图注意事项 对于有输入信息的物流最好不要轻易删对于有输入信息的物流最好不要轻易删除。除。 绘制同一类型的单元操作不用重复选择。绘制同一类型的单元操作不用重复选择。 注意观察状态栏提示流程图是否完成。注意观察状态栏提示流程图是否完成。状态指示符号符号状态状态表输入未完成表输入完成表中没有输入。是可选项。对于该表有计算结果。对于该表有计算结果，但有

14、计算错误。对于该表有计算结果，但有计算警告。对于该表有计算结果，但自从生成结果后输入已经改变。组分类型简介 convention: 常规组分，必需知道组分常规组分，必需知道组分的分子式。的分子式。 pseudo component: 虚拟组分，不知道虚拟组分，不知道组分的分子式，但知道组分的沸点、比组分的分子式，但知道组分的沸点、比重或分子量重或分子量(三个中的任意两个三个中的任意两个)。组分数据库 数据库数据库 内容内容 用于用于 PURE13 来自 Design Institute for Physical Property Data (DIPPR) 和 AspenTech 的数据 ASP

15、EN PLUS主要组 分数据库 AQUEOUS 水溶液中离子和分子的纯组分参数 模拟含有电解质的系统 SOLIDS 强电解质、盐和其它固体的纯组分参数 模拟电解质和固体的 系统 INORGANIC 在气态、液态或固态下无机组分的热化学性质 用于固体、电解质和 冶 金应用 PURE93 来自 Design Institute for Physical Property Data (DIPPR) 并由AspenTech随ASPEN PLUS 9.3 交货的数据库 向上兼容 PURE856 来自 Design Institute for Physical Property Data (DIPPR)

16、并由AspenTech 随ASPEN PLUS 8.5-6交货的数据库 向上兼容 ASPENPCD 随ASPEN PLUS 8.5-6 交货的数据库 向上兼容 Bkp文件与Apw文件的区别 Bkp文件可以适用于升级后的软件版本，文件可以适用于升级后的软件版本，Apw文件不能在升级后的软件中打开。文件不能在升级后的软件中打开。 Bkp文件不保存中间收敛信息，文件不保存中间收敛信息， Apw文文件保存中间收敛信息。件保存中间收敛信息。Aspen Plus中的文件格式文文件件类类型型扩扩展展名名格格式式说说 明明文档文件*.apwBinary(二进制)包含模拟输入和结果以及中间收敛信息的文件备份文件

17、*.bkpASCII含有模拟输入和结果的存档文件模板文件*.aptASCII含有缺省输入值的模板输入文件*.inpText(文本)模拟的输入运行消息文件*.cpmText显示在控制面板上的计算历史记录历史文件*.hisText详细的计算历史记录和诊断消息汇总文件*.sumASCII模拟的结果问题定义文件*.appdfBinary含有模拟计算中所用数组和中间收敛信息的文件报告文件*.repText模拟的输出报告建立过程模拟基本工况的步骤1.确定所要模拟的过程（普通化工过程、确定所要模拟的过程（普通化工过程、炼油过程、电解质过程、聚合过程等）炼油过程、电解质过程、聚合过程等）2.确定单元操作及单元

18、操作之间的物流关确定单元操作及单元操作之间的物流关系（画出所模拟过程的物料流程图系（画出所模拟过程的物料流程图)3.确定所采用的单位制及结果中需要报告确定所采用的单位制及结果中需要报告的内容的内容(set up)建立过程模拟基本工况的步骤(续)4.定义组分定义组分(components) 告诉告诉Aspen plus所模拟过程的进料中有哪些所模拟过程的进料中有哪些物质，如果包含有反应过程，产物也需要定物质，如果包含有反应过程，产物也需要定义出来。义出来。5.选择物性方法（选择物性方法（properties) 物性方法是一个若干个公式的集合，用于计物性方法是一个若干个公式的集合，用于计算所模拟过

19、程的热力学性质和热传递性质算所模拟过程的热力学性质和热传递性质 。建立过程模拟基本工况的步骤(续)6.输入进料的温度、压力、组成、流量输入进料的温度、压力、组成、流量(streams)7.输入各个单元操作的操作条件或设备尺输入各个单元操作的操作条件或设备尺寸条件寸条件(blocks)单元操作模型的主要类型 混合器混合器/分流器分流器 分离器分离器 换热器换热器 塔塔 反应器反应器单元操作模型的主要类型 压力变换器压力变换器 调节器调节器 固体处理器固体处理器 用户模型用户模型混合器/分流器模模 型型说说 明明目目 的的用用 途途M ixer物 流 混 合 器把 多 股 物 流 混 合 成 一

20、股物 流混 合 三 通 ， 物 流 混 合 操 作 ， 添 加热 流 股 ， 添 加 功 流 股FSplit物 流 分 流 器把 物 流 分 成 多 个 流 股物 流 分 流 器 ， 排 气 阀SSplit子 物 流 分 流 器 把 子 物 流 分 成 多 个 流 股 固 体 物 流 分 流 器 ， 排 气 阀分 离 器模型说说明明目目的的用用法法Flash2两股出料闪蒸确定热和相态条件闪蒸器, 蒸发器, 分离罐, 单级分离罐Flash3三股出料闪蒸确定热和相态条件倾析器, 带有两个液相的单级分离罐Decanter液-液倾析器确定热和相态条件倾析器, 带有两个液相无汽相的单级分离罐Sep组分分

21、离器把入口物流组分分离到出口物流组分分离操作，例如，当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收Sep2两股出料组分分离器把入口物流组分分离到两个出口物流组分分离操作，例如，当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收换热器模型说说明明目目的的用用法法Heater加热器或冷却器 确定热和相态条件换热器, 冷却器, 阀门. 当与功有关的结果不需要时的泵和压缩机.HeatX两物流换热器两股物流的换热器两股物流换热器. 当知道管壳换热器尺寸时可以进行核算.MHeatX多物流换热器任何数量物流的换热器多股热流和冷流换热器. 两股物流换热器. LNG 换热器.Hetran*BJAC Hetran 程序界

22、面管壳式换热器的设计和模拟具有多种结构的管壳式换热器.Aerotran*BJAC Aerotran 程序界面空冷器的设计和模拟具有多种结构的空冷器. 用于模拟节煤器和加热炉的对流段.简捷塔模模型型说说明明目目的的用用途途DSTWU简捷法蒸馏设计确定最小回流比, 最小理论板数, 和用 Winn-Underwood-Gilliland 方法得到的实际回流比或实际塔板数.带有一个进料物流和两个产品物流的塔Distl简捷法蒸馏核算用 Edmister 方法在回流比、理论板数和D:F比的基础上确定分离.带有一个进料物流和两个产品物流的塔SCFrac石油馏分的简捷法蒸馏用分离指数确定产品的组成和流量, 每

23、段的塔板数,负荷复杂塔, 例如原油加工装置和减压塔严格塔模模型型说说明明目目的的用用法法RadFrac严格分馏单个塔的严格核算和设计蒸馏, 吸收, 汽提, 萃取和恒沸蒸馏, 反应蒸馏MultiFrac复杂塔严格分馏多级塔和复杂塔的严格核算和设计热集成塔, 空气分离器, 吸收塔/汽提塔 结合, 乙烯主分馏塔/急冷塔组合, 石油炼制PetroFrac石油炼制分馏石油炼制应用的严格核算和设计预闪蒸塔, 常压原油单元, 减压单元, 催化裂解塔 或焦碳分馏塔, 减压润滑油分馏塔, 乙烯分馏塔和急冷塔BatchFrac*+严格间歇蒸馏单个间歇塔的严格核算一般恒沸蒸馏, 3-相, 和反应间歇蒸馏RateFr

24、ac*基于速率的蒸馏单个和多级塔的严格核算和设计. 建立在非平衡计算基础上蒸馏塔, 吸收塔, 汽提塔, 反应系统, 热集成单元, 石油应用Extract液-液萃取液-液萃取塔的严格核算液-液萃取反应器模模型型说说明明目目的的用用法法RStoic化学计量反应器规定反应程度和转化率的化学计量反应器动力学数据不知道或不重要的反应器，但知道化学计量数据和反应程度RYield收率反应器规定收率的反应器化学计量系数和动力学数据不知道或不重要的反应器 但知道收率分配REquil平衡反应器化学计量计算化学平衡和相平衡单相和两相化学平衡，同时存在相平衡RGibbs平衡反应器用吉布斯最小自由能计算化学平衡和相平衡

25、化学和/或 同时发生的相平衡和化学平衡. 包括固体相平衡.RCSTR连续搅拌釜式反应器连续搅拌釜式反应器在液相或汽相下具有动力学反应的1相,2相, 或3相搅拌釜反应器RPlug活塞流反应器活塞流反应器有任何相态下具有动力学反应的1相,2相, 或3相 活塞流反应器。带有外部冷却剂的活塞流反应器.RBatch间歇反应器间歇或半间歇反应器反应动力学已知的间歇或半间歇反应器压力变化器模模型型说说明明目目的的用用法法Pump泵或水力透平当知道压力、功率需求或性能曲线时，可改变物流压力泵和水力学透平Compr压缩机或透平当知道压力、功率需求或性能曲线时，可改变物流压力多变压缩机,多变正位移压缩机，等熵曲线

26、压缩机透平MCompr多级压缩机或透平通过带有内冷器的多级压缩改变物流压力. 允许从内冷器中采出液体物流多级多变压缩机，多级正位移压缩机, 等熵曲线压缩机，等熵曲线透平.Valve控制阀确定压降或阀系数(CV)多相, 绝热球型流量阀或蝶阀Pipe单段管确定单段管或环型空间的压降或传热多相, 一维, 稳态和全充满管线流动Pipeline多段管确定多段管或环型空间的压降或传热多相, 一维, 稳态和全充满管线流动调节器模模型型说说明明目目的的用用法法Mult物流乘法器用用户提供的系数乘以物流流量把物流按比例放大或按比例缩小Dupl物流复制器把物流复制成任何数量的出口物流在同一流程中复制物流来观察不同

27、方案ClChng物流类变化器改变物流类将使用不同物流类的段或模块连接固 体模模型型说说明明用用法法Crystallizer连续结晶器混合悬浮液, 混合产品脱除 (MSMPR) 结晶器，用于单固体产品Crusher粉碎机旋转式/钳夹式粉碎机, 笼式磨房式压碎机和单辊或多辊粉碎机Screen筛用筛分离固体和固体FabFl纤维过滤器用纤维过滤器分离气体和固体Cyclone旋风分离器用旋风分离器分离气体和固体VScrub文丘里管洗刷器用文丘里管洗刷器分离气体和固体ESP干燥静电沉淀器用干燥静电沉淀器分离气体和固体HyCyc旋流除砂器用旋流除砂器分离液体和固体CFuge离心分离过滤器用离心分离过滤器分离

28、液体和固体Filter旋转减压过滤器用连续旋转减压过滤器分离液体和固体SWash单级固体洗涤器单级固体洗涤器CCD逆流倾析器多级洗涤器或一个逆流倾析器简捷设计的几个概念 恒摩尔流：各层塔板上虽有物质交换，恒摩尔流：各层塔板上虽有物质交换，但汽相和液相通过塔板前后的摩尔流量但汽相和液相通过塔板前后的摩尔流量并无变化。并无变化。 清晰分割：比轻关键组分还轻的组分全清晰分割：比轻关键组分还轻的组分全部从塔顶蒸出，比重会关键组分还重的部从塔顶蒸出，比重会关键组分还重的组分全部从塔底采出。组分全部从塔底采出。简捷设计的几个概念 挥发度：定量描述混合物中各组分挥发挥发度：定量描述混合物中各组分挥发的难易程

29、度。的难易程度。 相对挥发度：两组分挥发难易的对比。相对挥发度：两组分挥发难易的对比。简捷设计 两个极限操作条件：两个极限操作条件： 最小回流比：平衡级数无穷多最小回流比：平衡级数无穷多 全回流：最小平衡级数：全回流：最小平衡级数： 用芬斯克方程求最小平衡级数用芬斯克方程求最小平衡级数 简捷设计 恩德伍德方程求最小回流比：恩德伍德方程求最小回流比：简捷设计 吉利兰关联式：吉利兰关联式：用M.T.(Mccabe-Thiele)法求理论板数 画出二元物系的相图画出二元物系的相图(x-y图图)，并画出对，并画出对角线。角线。 在在x轴上找出轴上找出XD 、 XF 、 XW ，(即轻组分即轻组分在塔顶

30、、进料及塔底的摩尔在塔顶、进料及塔底的摩尔百分数，过百分数，过这三点做垂线，与对角线分别交于这三点做垂线，与对角线分别交于a，f，w。用M.T.(Mccabe-Thiele)法求理论板数 在在y轴上找出轴上找出y= XD *(R+1)的点的点c，ac线为线为精馏段操作线。精馏段操作线。 由进料状态求出由进料状态求出q线的斜率线的斜率q*(q-1)，并通，并通过过f点作点作q线，假定线，假定q线与精馏段操作线线与精馏段操作线ac相交于相交于d点点.用做图法求理论板数(续) 连接连接dw ，得到提馏段操作线，得到提馏段操作线. 从从a点开始，在平衡线与操作先之间作梯点开始，在平衡线与操作先之间作梯

31、级，得到塔的理论板数级，得到塔的理论板数简捷蒸馏与严格蒸馏模型的区别 简捷蒸馏简捷蒸馏模型模型(DSTWU)的已知条件较少，的已知条件较少，通常用于对理论板数、进料位置、回流通常用于对理论板数、进料位置、回流比的初步估算比的初步估算。(已知条件为：进料组成已知条件为：进料组成及希望的到的产品的规格及希望的到的产品的规格)简捷蒸馏与严格蒸馏模型的区别 严格蒸馏模型严格蒸馏模型(RADFRAC)的的已知条件较已知条件较多，通常用于对塔进行核算多，通常用于对塔进行核算. (已知条件已知条件为：为：理论板数、进料位置、回流比和产理论板数、进料位置、回流比和产品流率品流率)。严格核算模型气体蒸馏物气体蒸

32、馏物 (DV)1 顶级或冷凝器热负荷顶级或冷凝器热负荷热热 (可选可选)(Q1) 液体蒸馏物液体蒸馏物 (DL)水水 (DW) (可选可选)D=DL+DV DV:D=DV/D物料物料回流回流RR=L1/D RW=LW/DW（任何数量（任何数量) L1 + LW产品产品 (任何数量任何数量)热热循环回流循环回流倾析器倾析器热热产品产品热热返回返回(任何数量任何数量) 上升蒸汽上升蒸汽(VN) N级级底级或再沸器热负荷底级或再沸器热负荷热热 (可选可选)(QN) 塔底塔底 (B) BR=VN/B设计规定 目标函数：控制指标目标函数：控制指标 变量描述、目标值变量描述、目标值 调节变量：操作变量调节

33、变量：操作变量 调节范围调节范围 有初值的变量有初值的变量 目标函数和调节变量数目一致目标函数和调节变量数目一致练习：环己烷生产 REACTFEED-MIXH2INBZINH2RCYCHRCYRXINRXOUTHP-SEPVAPCOLUMNCOLFDLTENDSPRODUCTVFLOWPURGELFLOW练习：环己烷生产 收集数据收集数据进料：进料： 氢气：压力氢气：压力 335 Psi 335 Psi 温度温度 120 F 120 F 流量：流量：330lbmol/hr330lbmol/hr 组成（摩尔分率）组成（摩尔分率）H2 97.5% H2 97.5% 甲甲烷烷 2% 2% 氮气氮气

34、0.5%0.5% 苯：压力苯：压力 15Psi 15Psi 温度温度 100 F 100 F 流量：流量：100lbmol/hr100lbmol/hr 练习：环己烷生产设备条件设备条件 进料预热器：出口温度进料预热器：出口温度 300F 300F 出口压力出口压力330 330 PsiPsi 反应器：出口温度反应器：出口温度 400F 400F 压力降压力降 15 Psi15 Psi 反应：反应：C6H6 + 3 H2 = C6H12-1C6H6 + 3 H2 = C6H12-1 C6H6 C6H6转化率转化率99.8%99.8% 闪蒸罐：出口温度闪蒸罐：出口温度 120F 120F 压力降压

35、力降 5 Psi5 Psi 练习：环己烷生产 气相分流器：气相分流器：92%92%循环回反应器，循环回反应器，8%8%放空放空 液相分流器：液相分流器：30%30%循环回反应器，循环回反应器，70%70%产品精制产品精制塔塔 产品精制塔：平衡级数产品精制塔：平衡级数 1212 进料位置进料位置 8 8 塔压塔压 200 Psi200 Psi 回流比（摩尔）回流比（摩尔） 1.21.2 塔底产品塔底产品 99 lbmol/hr 99 lbmol/hr 练习：环己烷生产 模拟设备：模拟设备： 进料预热器：进料预热器：Heater 反应器：反应器：Retoic 闪蒸罐：闪蒸罐： Flash2 产品精

36、制塔：产品精制塔：Radfrac 流股分配器（三通）：流股分配器（三通）：Fsplit练习：环己烷生产 组分：氢气、苯、环己烷、甲烷、氮气组分：氢气、苯、环己烷、甲烷、氮气 物性方法物性方法 ：状态方程：状态方程 RK-SOAVE塔的收敛技巧 检查所给的操作条件是否确实合理检查所给的操作条件是否确实合理 增加迭代次数增加迭代次数 增加进料闪蒸计算次数增加进料闪蒸计算次数 增加计算的阻尼性增加计算的阻尼性 改变算法改变算法塔板类型 Glitsch BALLAST:重盘式浮阀塔板重盘式浮阀塔板 Koch Flexitray:盘式浮阀塔板盘式浮阀塔板 Nutter Float Valve:条形浮阀塔

37、板条形浮阀塔板 Bubble Cap:泡罩塔板泡罩塔板 Sieve:筛板筛板板式塔与填料塔的区别 板式塔适合用于板式塔适合用于 1.液相负荷大，压力较高的场合。液相负荷大，压力较高的场合。 2.塔径要求大塔径要求大(填料可能会引起液体分布不填料可能会引起液体分布不均匀均匀)。 3.多股进料，多股采出的场合。多股进料，多股采出的场合。 4.进料组成常变化的场合。进料组成常变化的场合。 5.操作弹性较大。操作弹性较大。 6.金属耗量相对小。金属耗量相对小。板式塔与填料塔的区别(续) 填料填料塔适合用于塔适合用于 1.真空操作，要求塔板压降低的场合。真空操作，要求塔板压降低的场合。 2.塔径小的场合

38、。塔径小的场合。 3.易腐蚀的系统。易腐蚀的系统。 4.易起沫的系统。易起沫的系统。 5.持液量较小的场合。持液量较小的场合。反应器概述Reators(反应器反应器)以物料平衡为基础以物料平衡为基础Ryield(收率反应器收率反应器)Rstioc(化学计量反应器化学计量反应器)以反应平衡为基础以反应平衡为基础REquil(平衡反应器平衡反应器)RGibbs(吉布斯反应器吉布斯反应器)以动力学为基础以动力学为基础RCSTR(连续搅拌釜式反应器连续搅拌釜式反应器)RPlug(活塞流反应器活塞流反应器)RBatch(间歇反应器间歇反应器)基于物料平衡反应器 RYield 只要求物料平衡只要求物料平衡

39、, 不要求原子平衡不要求原子平衡 用来模拟入口物流不知道，但出口物流已知的用来模拟入口物流不知道，但出口物流已知的反应器反应器(例如，模拟一个炉子例如，模拟一个炉子)70 lb/hr H2O20 lb/hr CO260 lb/hr CO250 lb/hr tar（焦油）（焦油）600 lb/hr char（焦碳）（焦碳）1000 lb/hr Coal（煤）（煤）INOUTRYield基于物料平衡反应器 (续) RStoic 要求原子平衡和质量平衡要求原子平衡和质量平衡 用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重要的反应器要的反应器 可以规定或计算在参考温度

40、和压力下的反应热可以规定或计算在参考温度和压力下的反应热2 CO + O2 - 2 CO2C + O2 - CO22 C + O2 - 2 COC, O2INOUTRStoicC, O2, CO, CO2以化学平衡为基础的反应器 概述概述 不考虑反应动力学不考虑反应动力学 各个模块能解算相似的问题，但问题规定各个模块能解算相似的问题，但问题规定不同不同 单个反应能达到严格平衡单个反应能达到严格平衡以化学平衡为基础的反应器 REquil 通过求解反应平衡方程而计算化学平衡和相通过求解反应平衡方程而计算化学平衡和相平衡平衡 不能进行不能进行3相闪蒸计算相闪蒸计算 可用在有许多组分、已知一些反应并且

41、较少可用在有许多组分、已知一些反应并且较少组分参加反应的情况组分参加反应的情况 以化学平衡为基础的反应器(续) RGibbs 未知反应当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反应，致使反应数量很多时，该功能十分有用应，致使反应数量很多时，该功能十分有用。 吉布斯能最小通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最小时的产品组成。自由能最小时的产品组成。 固体平衡RGibbs 是唯一能处理固是唯一能处理固-液液-汽相平衡的汽相平衡的Aspen Plus模块模块动力学反应器 动力学反应器有动力学反应器有 RCSTR,

42、RPlug 和和RBatch。 因为考虑了反应动力学因为考虑了反应动力学, 所以必须定义反应所以必须定义反应动力学。动力学。动力学反应器 动力学可以用一个内置模型定义动力学可以用一个内置模型定义, 或用一或用一个用户子程序定义，现有的内置模型是：个用户子程序定义，现有的内置模型是： 幂律模型幂律模型 Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) 反应的催化剂的反应系数可以为零。反应的催化剂的反应系数可以为零。 反应是用反应反应是用反应 ID 指定。指定。 使用反应 ID 反应反应 ID被设置成对象被设置成对象, 独立于反应器独立于反应器, 并且并且在反应器

43、中被引用。在反应器中被引用。 单个反应单个反应ID可以在任意个数动力学反应器可以在任意个数动力学反应器(RCSTR, RPlug 和和 RBatch.)中引用中引用 。 若建立一个反应若建立一个反应ID，请进入，请进入 Reactions Reactions 对象管理器页面。对象管理器页面。 幂律速率表达式RTk活化能指前因子expT )(niikratei*幂指数浓度示例: 23212ABCDkk反应动力学正反应: (假设反应中假设反应中A为为2级级) 系数系数:A: B: C: D: 指数指数:A: B: C: D: 2 000-2-312反应动力学 逆反应逆反应: (假设反应中假设反应中

44、C为为1级，级，D为为2级级)系数系数:C: D: A: B: 指数指数:C: D: A: B: -1-2 23 1 2 00反应热 不需要为反应提供反应热。不需要为反应提供反应热。 反应热通常按反应器入口和出口焓差计算反应热通常按反应器入口和出口焓差计算 (参见附录参见附录 A).反应热 如果你有的反应热数值和如果你有的反应热数值和Aspen Plus 计计算出的反应热数值不相匹配算出的反应热数值不相匹配，你可以调你可以调整一个或多个组分的生成热整一个或多个组分的生成热 (DHFORM)， 使你的反应热数据和计算的反应热数据使你的反应热数据和计算的反应热数据相匹配。相匹配。 在在RStoic

45、 反应器中，可以规定或计算参反应器中，可以规定或计算参考温度、压力下的反应热考温度、压力下的反应热。练习：反应器 目的: 用不同反应器类型模拟一个反应，比较各个反应器类型的不同用法。练习：反应器反应器条件反应器条件:Temperature（温度）（温度） = 70 CPressure （压力）（压力）= 1 atm 化学计量式化学计量式: Ethanol（乙醇）（乙醇）+ Acetic Acid（乙酸）（乙酸） Ethyl Acetate（乙酸乙酯）（乙酸乙酯）+ Water（水）（水）练习：反应器 动力学参数动力学参数: 正反应正反应: Pre-exp. Factor（指前因子）（指前因子）

46、 = 1.9 x 108 Act. Energy（活化能）（活化能）= 5.95 x 107 J/kmol 逆反应逆反应: Pre-exp. Factor （指前因子）（指前因子） = 5.0 x 107 Act. Energy （活化能）（活化能）= 5.95 x 107 J/kmol练习：反应器 反应中每个反应物的反应都是反应中每个反应物的反应都是1级级 (反应级反应级数数2级级)。 反应发生在液相中。反应发生在液相中。 提示提示: 核对每个反应器是否把汽相和液相核对每个反应器是否把汽相和液相都考虑成有效相态都考虑成有效相态。练习：反应器 (续)Temp = 70 CPress = 1 a

47、tm进料进料:水水: 8.892 kmol/hr乙醇乙醇: 186.59 kmol/hr乙酸乙酸: 192.6 kmol/hrLength = 2 metersDiameter = 0.3 metersVolume = 0.14 Cu. M.乙醇转化率乙醇转化率70 %完成后另存为：完成后另存为：文件名文件名: REACTORS.BKP用用 NRTL-RK 物性方法物性方法RSTOICF-STOICP-STOICRGIBBSF-GIBBSP-GIBBSRPLUGF-PLUGP-PLUGDUPLFEEDF-CSTRRCSTRP-CSTRHeater Heater 模块在规定热力学状态下把多股模块

48、在规定热力学状态下把多股入口物流混合生入口物流混合生 成单股出口物流成单股出口物流。 你能用你能用 Heater 模拟模拟: Heaters（加热器）（加热器） Coolers（冷却器）（冷却器） Valves（阀门）（阀门） Pumps （泵）和（泵）和 Compressors （压缩（压缩机）机）(无论何时都不需要与功有关的结无论何时都不需要与功有关的结果。果。)HeatX HeatX 能模拟如下管壳换热器类型能模拟如下管壳换热器类型: 逆流和并流逆流和并流 弓形隔板弓形隔板 TEMA E, F, G, H, J 和和 X 壳壳 圆形隔板圆形隔板 TEMA E 和和 F 壳壳 裸管和翅片管

49、裸管和翅片管HeatX（续） HeatX 执行执行: 全区域分析全区域分析 传热和压降计算传热和压降计算 显热、显热、 气泡状汽化、气泡状汽化、 凝结膜系数计算凝结膜系数计算 内置的或用户定义的关联式内置的或用户定义的关联式HeatX（续） HeatX 不能不能: 进行设计计算进行设计计算 进行机械震动分析进行机械震动分析 估算污垢系数估算污垢系数Pump 泵 Pump 模块能模拟模块能模拟: 泵泵 水力透平水力透平 计算或输入功率计算或输入功率 Heater 模型只能用于压力计算模型只能用于压力计算 Pump 设计成处理单液相设计成处理单液相 能规定气能规定气-液或气液或气-液液-液计算以确

50、定出口液计算以确定出口物流条件物流条件泵性能曲线 通过规定标量参数或泵性能曲线能进行通过规定标量参数或泵性能曲线能进行核算核算。 规定规定: 有量纲曲线有量纲曲线 压头对流量压头对流量 功率对流量功率对流量 无量纲曲线无量纲曲线: 压头系数对流量系数压头系数对流量系数Compr压缩机 Compr 模块能模拟模块能模拟: 多变离心压缩机多变离心压缩机 多变正位移压缩机多变正位移压缩机 等熵压缩机等熵压缩机 等熵透平等熵透平Compr压缩机 计算或输入功率计算或输入功率 Heater 模型只能用于压力计算模型只能用于压力计算 Pump 设计成处理单相或多相设计成处理单相或多相 Compr 能计算压

51、缩机轴速率能计算压缩机轴速率压缩机性能曲线 通过规定压缩机性能曲线进行核算通过规定压缩机性能曲线进行核算。 规定规定: 有量纲曲线有量纲曲线 压头对流量压头对流量 功率对流量功率对流量 无量纲曲线无量纲曲线: 压头系数对流量系数压头系数对流量系数 Compr 不能处理透平性能曲线不能处理透平性能曲线Valve 阀 阀模块可用来模拟阀模块可用来模拟: 控制阀控制阀 压力变送器压力变送器 阀模型可建立通过阀的压降与阀流量系阀模型可建立通过阀的压降与阀流量系数的关系。数的关系。 阀模型假定流量是绝热的。阀模型假定流量是绝热的。 阀模型可确定出口物流的热状态和相态。阀模型可确定出口物流的热状态和相态。

52、 阀模型能执行单相计算或多相计算。阀模型能执行单相计算或多相计算。Valve 阀（续） 可以计入由管线接头造成的压头损失的影响。可以计入由管线接头造成的压头损失的影响。 有下列三种计算类型有下列三种计算类型: 规定了出口压力的绝热闪蒸（压力变化器）规定了出口压力的绝热闪蒸（压力变化器） 计算在规定出口压力下的阀流量（设计）计算在规定出口压力下的阀流量（设计） 计算所规定阀的出口压力（核算）计算所规定阀的出口压力（核算）Valve 阀（续） 阀模型可以检查被阻塞的流量。阀模型可以检查被阻塞的流量。 可计算气蚀指数。可计算气蚀指数。Pipe 管线 Pipe模块计算单管段中的压降和传热。模块计算单管

53、段中的压降和传热。 Pipeline模块可用于多管段的管线。模块可用于多管段的管线。 不模拟入口效应。不模拟入口效应。Pipe 管线 Pipe可执行单相计算或多相计算。可执行单相计算或多相计算。 如果入口压力已知，如果入口压力已知， Pipe可计算出出口可计算出出口压力。压力。 如果出口压力已知，如果出口压力已知， Pipe可计算出入口可计算出入口压力并可更新入口物流的状态变量。压力并可更新入口物流的状态变量。PFD方式应用 在模拟流程中，可能有必要使用多个单在模拟流程中，可能有必要使用多个单元操作模块来模拟装置中的一个单一设元操作模块来模拟装置中的一个单一设备。备。 例如，一个有液相产品和气

54、相排出的反应器例如，一个有液相产品和气相排出的反应器可能需要用一个可能需要用一个RStoic反应器和一个反应器和一个Flash2模块来模拟。但是在报告中，只需要用一个模块来模拟。但是在报告中，只需要用一个单元操作图标来表示装置中的该单元。单元操作图标来表示装置中的该单元。PFD方式应用 从另一方面来说，有些设备可能不需要从另一方面来说，有些设备可能不需要在模拟流程中明确地被模拟。在模拟流程中明确地被模拟。 例如，泵在模拟流程中就经常不被模例如，泵在模拟流程中就经常不被模拟；其压力变化可以被忽略或者计入拟；其压力变化可以被忽略或者计入另一个单元操作模块。另一个单元操作模块。使用PFD方式 在这种

55、方式下，你可以只为在这种方式下，你可以只为绘图绘图的目的而添加的目的而添加或删除单元操作图标。或删除单元操作图标。 使用使用PFD方式意味着你可以改变流程的连接，方式意味着你可以改变流程的连接，使之与你的装置相符。使之与你的装置相符。 PFD-风格的图画与图形化的模拟流程是完全分风格的图画与图形化的模拟流程是完全分开的。如果你想对实际的模拟流程进行修改，开的。如果你想对实际的模拟流程进行修改，必须返回到模拟方式下。必须返回到模拟方式下。 PFD 方式用流程周围加上浅绿色的边框来表明。方式用流程周围加上浅绿色的边框来表明。灵敏度分析 可使用户研究输入变量的变化对过程输可使用户研究输入变量的变化对

56、过程输出的影响出的影响。 在灵敏度模块文件夹的在灵敏度模块文件夹的 Results 表上能够表上能够查看结果查看结果。 可以把结果绘制成曲线，使不同变量之可以把结果绘制成曲线，使不同变量之间的关系更加形象化。间的关系更加形象化。灵敏度分析 在灵敏度模块中对流程输入量所做的改在灵敏度模块中对流程输入量所做的改变不会影响模拟，灵敏度研究独立于基变不会影响模拟，灵敏度研究独立于基础工况模拟而运行础工况模拟而运行灵敏度分析 研究输入变量的变化对过程（模型）的研究输入变量的变化对过程（模型）的影响影响 用图表表示输入变量的影响用图表表示输入变量的影响 核实设计规定的解是否可行核实设计规定的解是否可行 初

57、步优化初步优化 用准稳态方法研究时间变化变量用准稳态方法研究时间变化变量灵敏度分析应用步骤1. 定义被测量定义被测量(采集采集)变量变量 它们是在模拟中计算的参量，它们是在模拟中计算的参量， (Sensitivity Input Define 页页)。2. 定义被操作定义被操作(改变的改变的)变量变量 它们是要改变的流程变量它们是要改变的流程变量 (Sensitivity Input Vary 页页)。3. 定义被操作定义被操作(改变的改变的)变量范围变量范围 被操作变量的变化可以按在一个间隔内等距点或变量值列表被操作变量的变化可以按在一个间隔内等距点或变量值列表来规定。来规定。 (Sensi

58、tivity Input Vary 页页)4. 规定要计算的或要制成表的参量规定要计算的或要制成表的参量。 制表参量可以是任何合法的制表参量可以是任何合法的Fortran 表达式，表达式含有步骤表达式，表达式含有步骤1中定义的变量中定义的变量 (Sensitivity Input Tabulate 页页)。Notes1.只有被输入到流程中的参量才可以被改只有被输入到流程中的参量才可以被改变或操作。变或操作。 2. 可以改变多个输入。可以改变多个输入。3. 对于每一个被操作对于每一个被操作(改变的改变的)变量的组合变量的组合都运行一次模拟。都运行一次模拟。设计规定（流程） 类似于反馈控制器类似于

59、反馈控制器 用户可把被计算的流程参量值设置成一用户可把被计算的流程参量值设置成一具体值具体值 通过改变一个指定的变量达到目的通过改变一个指定的变量达到目的 没有结果直接和设计规定相关没有结果直接和设计规定相关设计规定应用步骤 标识被测量（采集）变量标识被测量（采集）变量 它们是流程参量，通常是计算出的参量，它们是流程参量，通常是计算出的参量， 用于目标函数中用于目标函数中 (Design Spec Define 页页)。 规定目标函数规定目标函数 (Spec) 和目标和目标 (Target) 它是规定要满足的等式它是规定要满足的等式 (Design Spec Spec 页页) 设置目标函数允差

60、设置目标函数允差 如果在该允差范围内满足目标函数等式，规如果在该允差范围内满足目标函数等式，规定就收敛了定就收敛了 (Design Spec Spec 页页)。设计规定应用步骤 定义被操作变量定义被操作变量 调整其以满足目标函数方程调整其以满足目标函数方程 (Design Spec Vary 页页)。 定义被操作变量范围定义被操作变量范围 调整范围调整范围注意 只有被输入到流程中的参量才能被改变只有被输入到流程中的参量才能被改变 设计规定迭代执行计算。设计规定迭代执行计算。 提供一个好的估值将有利于设计规定收敛，这对于提供一个好的估值将有利于设计规定收敛，这对于带有几个相互关联的规定的大流程尤其重要带有几个相互关联