化工过程数值模拟及AspenPlus软件应用课件.ppt

1、2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦1化工过程数值模拟化工过程数值模拟及及Aspen Plus软件应用软件应用刘华彦刘华彦浙江工业大学浙江工业大学 化材学院化材学院新产品：研究与开发新产品：研究与开发小试与实验室研小试与实验室研究究中间试验中间试验工业化试验工业化试验实验设计、实验报告：实验设计、实验报告：Microsoft Office文本处理文本处理 Chemoffice、AutoCAD、Visio等分子式、实验装置等分子式、实验装置 Endnote引用参考文献引用参考文献实验数据处理：实验数据处理：Matlab、Polymath等数值计算等数值计算 O

2、rigin、Excel作图作图技术成熟产品：工程设计与生产管理技术成熟产品：工程设计与生产管理前期研究前期研究 市场调研、文献调研市场调研、文献调研 项目建议书项目建议书 可行性研究报告可行性研究报告 环评、安评环评、安评工程设计工程设计 工艺、自控与设备工艺、自控与设备 工厂布置、总图运输工厂布置、总图运输 节能环保、劳动卫生节能环保、劳动卫生 经济社会效益评价经济社会效益评价生产调度、生产调度、企业管理企业管理 生产管理与调度生产管理与调度 节能降耗、过程强化节能降耗、过程强化可研报告、设计报告：可研报告、设计报告：Microsoft Office文本处理文本处理 Chemoffice、A

3、utoCAD、Visio等分子式、工艺流程图、等分子式、工艺流程图、设备装配图、总图、平立面布置图设备装配图、总图、平立面布置图 PDMS、PDS等三维配管等三维配管 Endnote引用参考文献引用参考文献流程模拟与优化、设备核算、经济评价：流程模拟与优化、设备核算、经济评价：Aspen、PROII、ChemCAD等等参考书参考书2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦42022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦5参考书参考书2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦6绪论绪论化工模拟化工模拟流程模拟流

4、程模拟单元模拟单元模拟单元模拟与流程模拟的关系单元模拟与流程模拟的关系2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦7化工模拟化工模拟 化学工程研究对象化学工程研究对象 化学反应过程：化学反应器化学反应过程：化学反应器 物理过程：单元操作物理过程：单元操作 化学工程研究对象的复杂性化学工程研究对象的复杂性 物系的复杂性物系的复杂性 物系流动时边界的复杂性物系流动时边界的复杂性 过程本身的复杂性过程本身的复杂性 化学工程研究方法化学工程研究方法 早期：经验逐级放大早期：经验逐级放大 目前：目前：数学模型方法数学模型方法2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化

5、材学院 刘华彦刘华彦8化工模拟化工模拟 化工模拟的思想化工模拟的思想 过程分解过程分解 过程简化过程简化 过程综合过程综合 化工模拟的层次化工模拟的层次2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦9流程模拟流程模拟/过程模拟过程模拟 根据化工过程的数据，根据化工过程的数据，采用适当的模拟软件采用适当的模拟软件，将，将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，型描述，用计算机模拟实际的生产过程，并在计用计算机模拟实际的生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果：

6、原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据量和质量等重要数据 商业化化工过程模拟软件商业化化工过程模拟软件 Aspen Plus、PRO/II、ChemCAD、HYSIS、Design II、ECSS2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦10单元模拟单元模拟 在单元模拟中，用在单元模拟中，用N-S方程这个高度复杂的方程这个高度复杂的非线性偏微分方程组来描述质量、动量、非线性偏微分方程组来描述质量、动量、能量之间的关系能量之间的关系 单元模拟技术通过离散方法求解这一耦合单元模拟技术通过离散方法求解这一耦

7、合体系，以获得空间和时间的速度分布、温体系，以获得空间和时间的速度分布、温度分布、压力分布、浓度分布、相分数分度分布、压力分布、浓度分布、相分数分布等布等2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦11单元模拟软件单元模拟软件 CFD(Computational Flow Dynamics)商业软件商业软件 CFX软件软件 Fluent PHOENICS 计算流体力学与传热学的商业化软件计算流体力学与传热学的商业化软件 适合模拟低速热流输运现象适合模拟低速热流输运现象 STAR-CD Simulation of Turbulent-flow in Arbitrary

8、 Region缩写，缩写，Computational Dynamics Ltd 基于有限容积法的通用流体计算软件基于有限容积法的通用流体计算软件 强项在于汽车发动机内流动与传热的计算强项在于汽车发动机内流动与传热的计算2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦12流程模拟技术流程模拟技术Aspen Plus2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦13流程模拟的步骤流程模拟的步骤 流程的建立流程的建立根据模拟的实际过程，根据模拟的实际过程，选择合适的模型选择合适的模型描述每一个单描述每一个单元操作过程元操作过程根据实际流程中的根据实际

9、流程中的物流走向物流走向将单元操作的将单元操作的模块连接模块连接起起来，形成完整的模拟所需要的来，形成完整的模拟所需要的工艺流程工艺流程 变量的设置变量的设置 根据模拟的需要完成必须的和可选的根据模拟的需要完成必须的和可选的变量的输入变量的输入 程序的运行程序的运行 根据需要采用合适的方式根据需要采用合适的方式运行流程模拟运行流程模拟 输出报告输出报告2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦14Aspen PlusAspen Plus流程模拟商业软件流程模拟商业软件 ASPEN：先进过程工程系统（：先进过程工程系统（Advanced System for Pro

10、cess Engineering）19761981年：美国能源部资助，年：美国能源部资助，MIT主持，主持，55个高校个高校和公司参与，开发的新型第三代流程模拟软件和公司参与，开发的新型第三代流程模拟软件 1982年：年：Aspen Tech公司成立将其商品化，称为公司成立将其商品化，称为ASPEN PLUS ASPEN PLUS是基于是基于序贯模块法序贯模块法的的稳态稳态化工模拟、化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软件件2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦15Aspen Plus软件功能软件功能 进

11、行工艺过程严格的能量和质量平衡计算进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算 预测物流的流率、组成和性质预测物流的流率、组成和性质 预测操作条件、设备尺寸预测操作条件、设备尺寸 减少装置设计时间并进行各种设计方案比较减少装置设计时间并进行各种设计方案比较 帮助改进当前工艺帮助改进当前工艺 回答回答“如果如果那会怎么样那会怎么样”的问题的问题 在给定的限制内优化工艺条件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（消除瓶颈）辅助确定一个工艺约束部位（消除瓶颈）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦16ASPEN PLUS的组成的组成 物性数据库物性数据库 通用

12、的数据库通用的数据库：Aspen CDASPEN TECH公司自己开发的数据库，公司自己开发的数据库，DIPPR美国化工美国化工协会物性数据设计院设计的数据库协会物性数据设计院设计的数据库 专用的数据库专用的数据库 工业上最适用而完备的物性系统工业上最适用而完备的物性系统：1773种有机种有机物、物、2450种无机物、种无机物、3314种固体物、种固体物、900种水种水溶液电解质的基本物性参数溶液电解质的基本物性参数2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦17ASPEN PLUS的组成的组成 物性数据库物性数据库 丰富的状态方程和活度系数法丰富的状态方程和活度系

13、数法：理想混合物汽理想混合物汽-液平衡的拉乌尔定律液平衡的拉乌尔定律 烃类混合物的烃类混合物的Chao-Seader 非极性和弱极性混合物的非极性和弱极性混合物的Redilch-Kwong-Soave、BWR-Lee-Staring、Peng-Robinson 强的非理想液态混合物的活度系数模型：强的非理想液态混合物的活度系数模型：UNIFAC、Wilson、NRTL、UNIQUAC ASEN PLUS还提供灵活的数据回归系统还提供灵活的数据回归系统(DRS)，使，使用实验数据来求物性参数用实验数据来求物性参数2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦18ASPE

14、N PLUS的组成的组成 单元操作模块单元操作模块 有五十多种单元操作模型有五十多种单元操作模型：混合、分割、换热、闪蒸、：混合、分割、换热、闪蒸、精馏、反应等精馏、反应等 提供了灵敏度分析和工况分析模块提供了灵敏度分析和工况分析模块：利用灵敏度分析：利用灵敏度分析模块，用户可以设置某一变量作为灵敏度分析变量，模块，用户可以设置某一变量作为灵敏度分析变量，通过改变此变量的值模拟操作结果的变化情况。采用通过改变此变量的值模拟操作结果的变化情况。采用工况分析模块，用户可以对同一流程几种操作工况的工况分析模块，用户可以对同一流程几种操作工况的进行运行分析进行运行分析2022-7-20浙江工业大学化材

15、学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦19ASPEN PLUS的组成的组成 系统实现策略（数据输入解算结果输出）系统实现策略（数据输入解算结果输出）提供了提供了交互式图形界面交互式图形界面(GUI)：操作方便、灵活操作方便、灵活 按按DXF标准格式输出标准格式输出流程图，再转换成其他流程图，再转换成其他CAD系统系统如如AUTOCAD所能调用的图形文件所能调用的图形文件 先进的数值计算方法：先进的数值计算方法：直接迭代法、正割法、拟牛顿直接迭代法、正割法、拟牛顿法、法、Broyden法等法等 可以同时收敛多股断裂可以同时收敛多股断裂(Tear)流股、多个设计规定流股、多个设计规定 应用应用AS

16、PEN PLUS的优化功能，可寻求工厂操作条件的优化功能，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的最优值以达到任何目标函数的最大值2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦20Aspen Plus 11.0的安装的安装 运行运行CD1内的内的Setup.exe程序进行安装，单击程序进行安装，单击Aspen Engineering Suite选项，则开始进行安装，选项，则开始进行安装，单击单击Next2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦21Aspen Plus 11.0的安装的安装 在个人在个人PC上使用上使用ASP

17、EN PLUS，选择，选择All Products选项选项(如选择如选择Licensed Products 则要先安装则要先安装ALM，ASPEN LICENSED MANAGER)2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦22Aspen Plus 11.0的安装的安装 单击单击Next继续，选择继续，选择Standard Install 单击单击Next2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦23Aspen Plus 11.0的安装的安装 选择要安装的模块，选择要安装的模块，ASPEN PLUS 必选，第一次必选，第一次安装时和安

18、装时和Online,Web（网络组件）相关的模块不（网络组件）相关的模块不要选择要选择。单击。单击Next出现以下画面出现以下画面：不选：不选2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦24 选择选择Aspen License Manager 单击单击Next进行进行安装安装 出现插入出现插入CD2选项框时，选择选项框时，选择CD2内文件内文件所在的位置或插入所在的位置或插入CD2继续安装继续安装Aspen Plus 11.0的安装的安装2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦25Aspen Plus 11.0的安装的安装 安装完成后

19、安装完成后重新启重新启动动计算机，计算机，指定指定license.dat文件的位文件的位置置，完成整个软件，完成整个软件的安装的安装2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦26ASPEN PLUS 的启动的启动AspenTechASPEN PLUSAspen Engineering Suite空白模拟空白模拟(Blank Simulation)基于模板基于模板（Tamplate）已有的模拟（已有的模拟（Open an Existing Simulation）ASPEN PLUS User Interface常用的模板常用的模板：General with Metr

20、ic UnitsChemicals with Metric Units2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦27Aspen Plus的基本术语的基本术语 用户界面（用户界面（User Interface）流程图（流程图（Flow Sheet）模型库（模型库（Model Library）数据浏览器（数据浏览器（Data Browser）流股（流股（Stream）模块（模块（Block）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦28ASPEN PLUS 用户界面用户界面主窗口主窗口2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材

21、学院 刘华彦刘华彦29数据浏览器（数据浏览器（Data Browser）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦30状态指示符各符号的含义状态指示符各符号的含义2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦31NEXT按钮的使用按钮的使用 单击此按钮就可以调用单击此按钮就可以调用ASPEN PLUS专家系统专家系统 借助显示信息指导用户对一个运行进行必需和可借助显示信息指导用户对一个运行进行必需和可选的输入，进行下一步操作，当用户改变已经输选的输入，进行下一步操作，当用户改变已经输入的选择项和规定时，也确保用户不会做出不完入的选择项和规

22、定时，也确保用户不会做出不完整或不一致的规定整或不一致的规定 在其指导下，用户可以安全、方便地完成模拟所在其指导下，用户可以安全、方便地完成模拟所必须经历的各步骤必须经历的各步骤2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦32Aspen Plus模拟模拟必须的步骤必须的步骤 画出模拟流程图画出模拟流程图：选用单元模块：选用单元模块(Model Blocks)，连接流股连接流股(Streams)进行进行全局级设置全局级设置(Setup Global Specification)，选，选择或定义一个合适的单位集，还可以选择输出报择或定义一个合适的单位集，还可以选择输出报

23、告的格式和内容告的格式和内容 输入输入化学组分化学组分信息数据信息数据(Components)选择选择物性方法物性方法和模型和模型(Property Methods&Models)输入外部输入外部物流数据物流数据(External Streams)2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦33Aspen Plus模拟模拟必须的步骤必须的步骤 输入输入模块数据模块数据(Block Specification)，即规定每一，即规定每一个单元操作模块的性能以表示工艺流程的设计条个单元操作模块的性能以表示工艺流程的设计条件或操作条件件或操作条件 运行运行模型模型 查看计算

24、结果查看计算结果 输出报告文件输出报告文件(Report)保存模拟项目保存模拟项目(*.apw/*.bkp)退出退出2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦34流程的建立流程的建立定义一个流程定义一个流程 定义一个流程步骤定义一个流程步骤 在在View 菜单下确认菜单下确认PFD 状态已经关闭状态已经关闭 选择单元操作模块放置选择单元操作模块放置到流程窗口到流程窗口 选择选择类别类别，再选单元操作，再选单元操作模块模块2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦35流程的建立流程的建立定义一个流程定义一个流程 定义一个流程步骤定义一个

25、流程步骤(cont)用物流连接模块用物流连接模块 单击单击STREAMS图标，选择物流类型（物料、热流或功流），图标，选择物流类型（物料、热流或功流），移动鼠标到流程窗口，单击显亮的流股连接点，引出至合适位移动鼠标到流程窗口，单击显亮的流股连接点，引出至合适位置，完成连接置，完成连接 红色红色：必须连接：必须连接 蓝色蓝色：其它可选连接：其它可选连接 注意检查流程的完整性注意检查流程的完整性STREAMS2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦36流程的建立流程的建立定义一个流程定义一个流程 物流连接过程示意物流连接过程示意 2022-7-20浙江工业大学化材学

26、院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦37流程的建立流程的建立定义一个流程定义一个流程2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦38流程的建立流程的建立定义一个流程定义一个流程 修改流程修改流程 对模块或物流进行对模块或物流进行删除或重命名删除或重命名操作操作 改变物流的连接改变物流的连接 单击鼠标右键：单击鼠标右键：Reconnect Source Reconnect Destination Rename Stream 2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦39流程的建立流程的建立模拟变量的设置模拟变量的设置 全局变量的设定全局变

27、量的设定 全局规定为整个运行设定缺省值全局规定为整个运行设定缺省值 在数据浏览器中单击在数据浏览器中单击Setup，使用，使用Setup Specification 包括：包括：标题标题、度量单位度量单位、全局设置、全局设置(运行类型、输入模运行类型、输入模式、物流类、流率基准、环境压力、有效相态和使用式、物流类、流率基准、环境压力、有效相态和使用游离水计算游离水计算)对每个模块，可以使用对每个模块，可以使用Block Options 表格来替换单个表格来替换单个单元操作的全局级规定单元操作的全局级规定2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦40流程的建立流程的

28、建立模拟变量的设置模拟变量的设置Setup Specification 表表Global 页页1、标题、标题Title2、度量单位、度量单位Units of Measurement输入数据输入数据Input Data输出结果输出结果Output Results3、全局设定、全局设定Global Settings流量基准流量基准Flow Basis大气压力大气压力Ambient Pressure有效相态有效相态Valid Phases游离水计算游离水计算Use Free water calculation2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦41流程的建立流程的

29、建立模拟变量的设置模拟变量的设置 输入化学组分信息输入化学组分信息 每一个组分必须有唯一的每一个组分必须有唯一的ID 组分可用英文名称或分子式输入组分可用英文名称或分子式输入 利用弹出对话框区别同分异构体利用弹出对话框区别同分异构体 利用利用查找化学物质，查找化学物质，Elec Wizard定义电定义电解质等解质等2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦422022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦43流程的建立流程的建立模拟变量的设置模拟变量的设置 物性方法物性方法 用于计算热力学物性用于计算热力学物性(包括逸度系数、包括逸度系数

30、、K、焓、熵、吉、焓、熵、吉布斯自由能、体积布斯自由能、体积)和迁移性质和迁移性质(包括粘度、热导率、扩包括粘度、热导率、扩散系数、表面张力散系数、表面张力)系统内置的物性方法足以满足大部分的应用系统内置的物性方法足以满足大部分的应用 用户也可建立新的适合自己模拟需要的物性方法用户也可建立新的适合自己模拟需要的物性方法 包括：包括：过程类型、基础方法、亨利组分过程类型、基础方法、亨利组分 (Process type,Base method,Henry components)2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦44流程的建立流程的建立模拟变量的设置模拟变量的设

31、置 输入外部流股信息输入外部流股信息 每一外部流股都必须输入信息每一外部流股都必须输入信息 状态变量状态变量：温度、压力、气相分率、流量：温度、压力、气相分率、流量 组成组成：表达基准、数值：表达基准、数值物流规定示意图物流规定示意图2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦45流程的建立流程的建立模拟变量的设置模拟变量的设置 输入单元模块参数输入单元模块参数 每一个单元模块都必须输入模型参数每一个单元模块都必须输入模型参数 模型参数的数量因模型而异，请认真理解其物模型参数的数量因模型而异，请认真理解其物理意义理意义 模型参数的合理选取对仿真模拟结果的质量至模型参

32、数的合理选取对仿真模拟结果的质量至关重要关重要2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦46流程的建立流程的建立模拟程序的运行模拟程序的运行 在用户完成输入的过程中，规定的状态会一直显在用户完成输入的过程中，规定的状态会一直显示在状态栏中示在状态栏中 当状态栏显示：当状态栏显示：Required Input Complete（输入完成）或（输入完成）或Input Changed（输入被改变）或（输入被改变）或Ready to Execute Block（可以执行模块）时，用（可以执行模块）时，用户就可以选择户就可以选择Interactive（交互方式（交互方式)或

33、或Batch（在（在后台批处理方式后台批处理方式)中的一种运行模拟过程中的一种运行模拟过程2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦47 1、选模块，连接流股、选模块，连接流股 2、Setup：Specifications中中Global规定规定Title，Units；Accounting规定规定User Name，Project Name Report Options中规定中规定Stream 3、Components：Specifications中中Defined components（注（注意使用意使用Find）4、Properties：Specificati

34、ons中规定中规定Property methods 5、Streams：规定进口物流条件：规定进口物流条件 6、Blocks：Input中规定模块操作条件中规定模块操作条件 7、Flowsheeting Options：Design Spec进行设计规定运算进行设计规定运算 8、Model Analysis Tools：Sensitivity进行敏感性分析；进行敏感性分析；Optimization进行优化；进行优化；Constraint设定优化和敏感性分析设定优化和敏感性分析约束；约束；Data Fit进行数据拟合；进行数据拟合；Case Study进行工况研究进行工况研究运行，查运行，查看结

35、果看结果应用扩展应用扩展2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦48举例一：熟悉举例一：熟悉AspenPlus解题过程解题过程 甲醇甲醇水混合物进入精馏塔，塔顶分离出以甲醇为水混合物进入精馏塔，塔顶分离出以甲醇为主的混合物，塔底分离出以水为主要成分的混合主的混合物，塔底分离出以水为主要成分的混合物物 进口条件：甲醇进口条件：甲醇50%(wt)，水，水50%(wt)，进口压力，进口压力0.2MPa，温度，温度25，摩尔流率，摩尔流率100kmol/h 精馏塔：总塔板数：精馏塔：总塔板数：30，进料板位置：，进料板位置：15，塔顶，塔顶压力压力0.1MPa，塔顶回流

36、比，塔顶回流比2(摩尔摩尔)，塔顶出料：全，塔顶出料：全部液相，部液相，50kmol/h 给出精馏塔物料和能量衡算结果，每块塔板的相给出精馏塔物料和能量衡算结果，每块塔板的相关结果关结果2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦49举例二：熟悉举例二：熟悉AspenPlus解题过程解题过程 通过压缩机将空气加压通过压缩机将空气加压 进口条件：空气进口压力进口条件：空气进口压力0.012MPa，温度，温度25，摩尔流率摩尔流率100kmol/h 压缩机：等熵压缩、压缩效率压缩机：等熵压缩、压缩效率0.85、电机机械效、电机机械效率率0.8 给出压缩机出口的空气温度、

37、压缩机功率等相关给出压缩机出口的空气温度、压缩机功率等相关结果结果2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦50Aspen Plus的单元操作模块的单元操作模块 混合器混合器/分流器（分流器（Mixers/Splitters）分离器（分离器（Separators）换热器（换热器（Heat Exchangers）塔（塔（Columns）反应器（反应器（Reactors）压力变送设备（压力变送设备（Pressure Changers）控制器（控制器（Manipulators）固体（固体（Solids）用户模型（用户模型（User Models）泄压（泄压（Pres-R

38、elief）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦51混合器混合器/分流（分流（Mixers/Splitters）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦52混合器混合器/分流（分流（Mixers/Splitters）Mixer（物流混合器）操作单元模块（物流混合器）操作单元模块 多股物流（物料流、热流或功流）汇合成一股多股物流（物料流、热流或功流）汇合成一股 操作模型：主要有混合三通、物流混合操作、操作模型：主要有混合三通、物流混合操作、增加热流、增加功流等增加热流、增加功流等 注意：一个单一的注意：一个单一的Mixer 模块

39、不能混合不同类模块不能混合不同类型的物流（物料流、热流和功流）型的物流（物料流、热流和功流）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦53混合器混合器/分流（分流（Mixers/Splitters）Mixer流程连接示意图流程连接示意图 2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦54混合器混合器/分流（分流（Mixers/Splitters）FSplit（分流器）操作单元模块（分流器）操作单元模块 将同类物流（物料流、热流或功流）混合并把结果物将同类物流（物料流、热流或功流）混合并把结果物流流分成两股或更多相同类型的物流分成两股或更多

40、相同类型的物流，主要有分流器，主要有分流器Bleed(排气排气)、阀等单元操作模型、阀等单元操作模型 所有出口物流具有与混合后的入口物流相同的组成和所有出口物流具有与混合后的入口物流相同的组成和条件条件 FSplit 同样不能将一股物料流分成不同类型的物流同样不能将一股物料流分成不同类型的物流 2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦55混合器混合器/分流（分流（Mixers/Splitters）SSplit（子物流分流器）操作单元模块（子物流分流器）操作单元模块 混合物料流并把结果混合物料流并把结果物料流分成两股或多股物流（不物料流分成两股或多股物流（不包括热

41、流和功流）包括热流和功流），主要有分流器、流体固体分离器，主要有分流器、流体固体分离器等操作模型。等操作模型。SSplit出口物流中的子物流与混合入口子物流一样，具出口物流中的子物流与混合入口子物流一样，具有相同的组成温度和压力，有相同的组成温度和压力，只有子物流流率不同只有子物流流率不同 如要模拟出口物流中组成和性质不同的子物流则要选如要模拟出口物流中组成和性质不同的子物流则要选择使用使用择使用使用Sep 模块或模块或Sep2 模块模块 SSplit的流程连接和参数输入的规定与的流程连接和参数输入的规定与FSplit类似类似2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘

42、华彦56创建第一个创建第一个Aspen Plus仿真模型仿真模型 建立以下过程的建立以下过程的Aspen Plus仿真模型仿真模型 将将1000m3/hr低浓度酒精低浓度酒精(乙醇乙醇30%w，水，水70%w，30，1bar)与与700m3/hr高浓度酒精高浓度酒精(乙醇乙醇95%w，水水5%w，20 ，1.5bar)混合混合 计算混合后的温度和体积流量、各组分的摩尔分计算混合后的温度和体积流量、各组分的摩尔分率和质量分率率和质量分率Mixer模块模块两股进料流股，一股出料流股两股进料流股，一股出料流股2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦57创建第一个创建第

43、一个Aspen Plus仿真模型仿真模型 上述两股物流混合后于出口分成两股物流，上述两股物流混合后于出口分成两股物流，其中一股占总流量的其中一股占总流量的30%求出口两股物流的流量和成分求出口两股物流的流量和成分2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦58分离器（分离器（Separators）2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦59分离器（分离器（Separators）Flash（闪蒸罐）（闪蒸罐）Flash2：模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐和其它的：模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐和其它的单级分离器单级分离器 用严格气用严格气-液或气

44、液或气-液液-液平衡把进料分成液平衡把进料分成两股出口物流两股出口物流，完成气完成气-液或气液或气-液液-液平衡计算液平衡计算 Flash3：模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐、倾析器：模拟闪蒸罐、蒸发器、分液罐、倾析器和其它的在产品中有和其它的在产品中有两液相出口两液相出口物流的单级分离物流的单级分离器器Flash3 用严格气用严格气-液液-液平衡把进料分成液平衡把进料分成三股出口物流三股出口物流，完成气，完成气-液液-液平衡计算液平衡计算2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦60分离器（分离器（Separators）Flash（闪蒸罐）（闪蒸罐）闪蒸罐（闪蒸罐（F

45、lash）的流程连接示意图）的流程连接示意图Matrials物流物流Vapor（蒸汽蒸汽）Water（Optional）水水（可选项可选项）Heat（Optional）热热（可选项可选项）Heat（Optional）热热（可选项可选项）Liquid（液相物流液相物流）Matrials物流物流Vapor（蒸汽蒸汽）Heat（Optional）热热（可选项可选项）Heat（Optional）热热（可选项可选项）2nd Liquid第二液相物流第二液相物流1st Liquid第一液相物流第一液相物流Flowsheet for Flash2Flowsheet for Flash32022-7-20浙江

46、工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦61Flash2模型参数模型参数3组组 1、闪蒸设定、闪蒸设定 温度温度(Temperature)压力压力(Pressure)蒸汽分率蒸汽分率(Vapor fraction)热负荷热负荷(Heat duty)设定两个设定两个设定两个设定两个 2、有效相态、有效相态 汽汽-液相液相(Vapor-Liquid)汽汽-液液-液相液相 (Vapor-Liquid-Liquid)汽汽-液液-游离水相游离水相 (Vapor-Liquid-Freewater)3、液沫夹带、液沫夹带(Entrainment)2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化

47、材学院 刘华彦刘华彦62Flash2应用示例（应用示例（1）流量为流量为1000kg/hr、压力、压力0.11MPa、含乙醇、含乙醇70%w、水、水30%w的的饱和蒸汽饱和蒸汽在蒸汽冷凝器在蒸汽冷凝器中部分冷凝，中部分冷凝，冷凝物流的汽冷凝物流的汽/液比液比(摩尔摩尔)=1/3 求离开冷凝器的汽、液两相温度和组成求离开冷凝器的汽、液两相温度和组成Blocks Input SpecificationPressureVapor fraction2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦63Flash2应用示例（应用示例（2）流量流量1000kg/hr、压力、压力0.5

48、MPa、温度、温度120、含乙醇含乙醇70%w、水、水30%w的物料的物料绝热绝热闪蒸到闪蒸到0.15MPa 离开闪蒸器的汽、液两相温度、流量和组成离开闪蒸器的汽、液两相温度、流量和组成?Blocks Input SpecificationPressureHeat duty2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦64Flash2应用示例（应用示例（3）流量流量1000kg/hr、压力、压力0.2MPa、温度、温度20、含丙、含丙酮酮30%w、水、水70%w的物料进行部分蒸发回收丙酮的物料进行部分蒸发回收丙酮 求求丙酮回收率为丙酮回收率为90%时的蒸发器温度和热负

49、荷以时的蒸发器温度和热负荷以及汽、液两相流量和组成及汽、液两相流量和组成设计规定：设计规定：Flowsheeting Option Design Spec Define:汽相出料流股丙酮流量汽相出料流股丙酮流量 Spec:上述流量为上述流量为0.9*进口丙酮流量进口丙酮流量 Vary:闪蒸器模块温度，初选范围闪蒸器模块温度，初选范围100400，再根据实，再根据实际情况调整际情况调整2022-7-20浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院 刘华彦刘华彦65Flash2应用示例（应用示例（4）流量为流量为1000kg/hr、压力、压力0.2MPa、温度为、温度为20、含丙酮含丙酮30%w、水、

50、水70%w的物料进行部分蒸发回收的物料进行部分蒸发回收丙酮。丙酮。蒸发器热负荷蒸发器热负荷250kW 分析分析液沫夹带液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率影响对汽相丙酮分率和丙酮回收率影响敏感性分析：敏感性分析：Model Analysis Tools Sensitivity Define:汽相出料流股丙酮分率及流量汽相出料流股丙酮分率及流量 Vary:闪蒸器模块液沫夹带闪蒸器模块液沫夹带(ENTRN)，范围，范围00.2 Tabulate:1:汽相出料流股丙酮分率汽相出料流股丙酮分率 2:汽相出料流股丙酮流量汽相出料流股丙酮流量/进口丙酮流量进口丙酮流量2022-7-20浙江工业大学化材学院浙