ASPEN-PLUS-介绍及模拟实例课件

ASPENPLUS介绍及模拟实例2008.10.10Outline热力学方法选择RadFrac介绍RadFrac模拟实例-甲醇、水分离反馈控制－甲醇、水分离过程小结作业化工流程模拟系统的使用步骤选择热力学方法定义流股信息提供过程条件定义化学组分定义模拟流程运行模拟过程查看模拟结果②③④⑤⑥⑦①温度压力组成流率选择单元模块连接流股物性计算方法物性参数表格图形⑧模拟环境基本设置ASPENPLUS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

Findinggoodvaluesforinadequateormissingphysicalpropertyparametersisthekeytoasuccessfulsimulation.Andthisdependsuponchoosingtherightestimationmethods.Don'tgamblewithphysicalpropertiesforsimulationsASPENPLUS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。ASPENPLUS的热力学模型（状态方程）Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）；Hayden-O’Connell；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。ASPENPLUS的热力学模型（活度系数模型）EletrolyteNRTL；Flory-Huggins；NRTL；Scatchard-Hilde-Brand；UNIQUAC；UNIFAC；vanLaar；WILSON。ASPENPLUS的热力学模型（其他模型）API酸水方法；BraunK-10；Chao-Seader；Grayson-Streed；Kent-Eisenberg；水蒸气表。ASPENPLUS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ASPENPLUS专有物性数据库在ASPENPLUS10.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）ASPENPLUS10.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2、用于石油混合物的性质方法：BK10、CHAO-SEA、GRAYSON3、针对石油调整的状态方程性质方法：PENG-ROB、RK-SOAVE4、用于高压烃应用的状态方程性质方法：BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM5、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NRTLUNIFACUNIQUACVANLAARWILSON理想气体定律Redlich-KwongRedlich-Kwong-SoaveNothnagelHayden-OConnellHF状态方程

液体活度系数模型汽相状态方程

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RadFrac--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RadFrac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-SandholmNewton算法设计规定的收敛设计规定嵌套循环收敛（适用于除SUM-RATES外的所有算法）设计规定同时收敛（Algorithm=SUM-RATES，NEWTON）

RadFrac的两种计算模式核算模式计算：温度流率摩尔分率分布设计模式计算：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-RKQuestionsAspenPlus的过程流程图；再沸器和冷凝器的热负荷；做出汽相、液相中水和甲醇的组成曲线；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.AspenPlus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，但务必输入定义化学组分选择热力学方法NRTL-RK方程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，如温度、压力、流量、组成提供过程条件，如塔板数、冷凝器类型、再沸器类型、有效相态、收敛算法操作参数进料位置压力及塔压降运行模拟计算过程查看模拟计算结果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.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、水分离过程

设计规定（DesignSpecification）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，ASPENPLUS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-计算值|<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第二个反馈控制过程同optimalRadFrac板效率如果给第2块板效率为0.65，再给第39块板效率为0.65，则ASPENPLUS默认第2～39块板效率都是0.65。RadFrac塔盘尺寸泡罩塔塔板得到塔径小结HomeworkASPENPLUS生产过程说明

环己烷是通过苯的氢化来进行生产的，其化学反应式如下所示。

C6H6+3H2→C6H121.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。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。总流率：330kmol/hrT=50OCP=25Bar摩尔分率：H2=0.975N2=0.005CH4=0.02T=50OCP=1Bar苯流率=100kmo