1、1Aspen Plus培训讲义马后炮化工技术论坛马后炮化工技术论坛 主要内容主要内容 ASPEN PLUS简介简介 ASPEN PLUS 安装方法及界面介绍安装方法及界面介绍通过实例介绍如何建立模拟模型通过实例介绍如何建立模拟模型模型分析工具使用的基础模型分析工具使用的基础ASPEN PLUS 简介简介ASPEN PLUS 能做什么能做什么 功功功 能能能进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和设备尺寸预测操作条件和设备尺寸减少装置的设计时间、进行设计方案比较减少装置的设计时间、进行设计方案比较帮
2、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辅助确定一个工艺约束部位流程图（流程图（Flowsheet）ASPEN PLUS 基本概念基本概念模型库（模型库（Model Library）数据浏览器（数据浏览器（Data Browser）流股（流股（Stream）单元操作模型（单元操作模型（Block）物性方法（物性方法（Property Method）直观形象地表示所模拟系统的流程直观形象地表示所模拟系统的流程存放可用单元操作模型的库存放可用单元操作模型的库页面和表页查看图。具有
3、已经定义的可用页面和表页查看图。具有已经定义的可用 的模拟输入、结果和对象的树状层次视图的模拟输入、结果和对象的树状层次视图表示模拟中所用的物质流、热量流或功流表示模拟中所用的物质流、热量流或功流表示实际装置所用的各个设备表示实际装置所用的各个设备一批方法和模型。用来计算热力学性质一批方法和模型。用来计算热力学性质和迁移性质，决定模拟精确性的关键和迁移性质，决定模拟精确性的关键单元操作模型及其主要功能单元操作模型及其主要功能分离器分离器热交换器热交换器混合器和分流器混合器和分流器HEATER 通用加热通用加热器器HEATX 热交换器热交换器MHEATX多股物流多股物流的热交换器的热交换器HET
4、RAN管壳式换管壳式换热器热器AEROTRAN空冷式空冷式换热器换热器HxFlux热传递计算热传递计算HTRIXIST 与与HTRI的接口的接口MIXER 通用混合通用混合SPLIT 分流分流FSPLIT 子物流分流子物流分流SEP 组分分割组分分割SEP2 两产品分离两产品分离FLASH2 两相闪蒸两相闪蒸FLASH3三相闪蒸三相闪蒸DECANTER 液液液倾析器液倾析器单元操作模型及其主要功能单元操作模型及其主要功能反应器反应器压力改变压力改变固体处理固体处理PYIELD 收率反应器收率反应器 RSTOIC 化学计量反应化学计量反应器器RCSTR 连续搅拌釜式连续搅拌釜式反应器反应器RPL
5、UG 活塞流反应器活塞流反应器REQUIL两相化学平衡两相化学平衡反应器反应器RGIBBS 通用相平衡和通用相平衡和化学平衡反应器化学平衡反应器RBATCH 间歇式反应器间歇式反应器PUMP 泵泵/料浆泵料浆泵COMPR 单级压缩单级压缩/膨胀膨胀机机MCOMPR多级压缩多级压缩/膨膨胀机胀机PIPELINE多段管线压多段管线压降降PIPE 单段管线压降单段管线压降VALVE 阀压降阀压降RADFRAC 严格法精馏严格法精馏MULTILFRAC 严格法多严格法多塔精馏塔精馏EXTRAC 严格法萃取严格法萃取DSTWU 简算法精馏，设简算法精馏，设计型计型DISTL 简算法精馏，核算简算法精馏，
6、核算型型SCFRAC 简算法多塔精馏简算法多塔精馏PETROFRAC 石油炼制石油炼制分馏塔分馏塔单元操作模型及其主要功能单元操作模型及其主要功能用户模型用户模型固体处理器固体处理器流控制器流控制器USER 有限进出流股有限进出流股USER2 无限进出流股无限进出流股HIERARCHY 分层结构分层结构CYCLONE 旋风分离器旋风分离器RSP静电除尘器静电除尘器FABFL纤维过滤器纤维过滤器VSCRUB文丘里涤气器文丘里涤气器CRUSH破碎机破碎机SCREEN筛选机筛选机HYCYC水力旋风分离器水力旋风分离器FILTER转鼓过滤器转鼓过滤器CFUGE离心过滤器离心过滤器SWASH 固体洗涤器
7、固体洗涤器CCD 逆流倾析器逆流倾析器CRYSTALLIZER 结晶器结晶器 DRYER 干燥器干燥器MULT 乘法器乘法器DUPL复制器复制器CLCHNG 流股复类器流股复类器SELECT 物流选择器物流选择器ANALYZER 物流分析器物流分析器QTVEC 热负荷控制器热负荷控制器MEASUREMENT测量器测量器物性方法和模型描述物性方法和模型描述热力学性质热力学性质传递性质传递性质方法分类方法分类理想物性方法理想物性方法状态方程物性方法状态方程物性方法逸度系数物性方法逸度系数物性方法专用系统物性方法专用系统物性方法常用推荐方法常用推荐方法与煤相关应用与煤相关应用推荐的物性方法推荐的物性
8、方法煤的粉碎，研磨煤的粉碎，研磨SOLIDS分离和清洗过滤分离和清洗过滤, ,旋风分离旋风分离, ,沉降，洗涤沉降，洗涤SOLIDS煤燃烧煤燃烧PR-BM,RKS-BM煤气化煤气化PR-BM,RKS-BM煤液化煤液化PR-BM,RKS-BM，BWR-LS酸性气体吸收，使用酸性气体吸收，使用PRWS,RKSWS,PRMHV2,RKSMHV2,PSRK,SR-POLAR焓、熵、吉布斯自由能、逸度系数、体积等焓、熵、吉布斯自由能、逸度系数、体积等粘度、热导率、表面张力、扩散系数等粘度、热导率、表面张力、扩散系数等用户可以修改现有的物性方法或建立新的物性方法用户可以修改现有的物性方法或建立新的物性方法
9、建立模型建立模型已知条件已知条件求解方程组求解方程组建立流程图建立流程图热力热力学方学方程程单元单元操作操作方程方程数学数学方程方程组分数据组分数据物性方法物性方法物流数据物流数据单元操作模型数据单元操作模型数据其它数据其它数据ASPEN PLUS模拟的流程模拟的流程ASPEN PLUS的优势的优势具有最完备的物性系统具有最完备的物性系统u一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型 (共105种)u包括5000多种纯组分的物性数据uAspen Plus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。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，共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性
10、数据与Aspen Plus系统连接。u高度灵活的数据回归系统（DRS）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。 u性质常数估算系统（PCES）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 u Redlich-Kwong-UNIFAC状态方程可用于非极性、极性和缔合组分体系 ASPEN PLUS的优势的优势可以模拟固体系统可以模拟固体系统uAspen Plus在煤的气化和液化、流化床燃烧煤的气化和液化、流化床燃烧、高温冶金 和湿法冶金，以及固体废物、聚
11、合物、生物和食品加工业中都得到了应用。u Aspen Plus中固体性质数据有两个来源：一是Solid数据库，它广泛收集了约3314种纯无机和有机物质的热化学数据；二是和CSIRO数据库的接口。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、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 Plus中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热器模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型 RGIBBS可用最小GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在。 ASPEN PLUS的优势的优势可以模拟电解质系统可以模拟电解质系统u许多公司已经用Aspen Plu
12、s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。uAspen Plus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型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，计算结果准确可靠。u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Barin数据库包括盐类组分性质；u模拟电解质过程的功能在整套Aspen Plus都可以应用。用户可以用数据回归系统（DRS）确定电解质物性模型参数。所有Aspen Plus的单元操作模型均可处理电解质系统 。例如，Aspen Plus闪
13、蒸和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。ASPEN PLUS的优势的优势具有完整的单元操作模型库具有完整的单元操作模型库uAspen Plus有一套完整的单元操作模型，可以模拟各种操作过程,由单个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。u由于Aspen Plus系统采用了先进的PLEX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Aspen Plus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所能比拟。u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种单元操作模型构成。u用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USER MODEL）加入到Aspen Pl
14、us系统之中，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。ASPEN PLUS的优势的优势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u Aspen 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：u 可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序。u 可以使用Aspen Plus的插入模块（Insert）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。也可以建立用户自已的Inserts， 并存入用户插入模块库（Library）来应用。u 可以利用设计规定（Design Specifi
15、cation）来达到对任何模块计算的参数所规定的目标值。ASPEN PLUS的优势的优势具有最先进的计算方法具有最先进的计算方法uAspen 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，甚至收敛有设计规定的撕裂物流。
16、这些特点对解决高度交互影响的问题时特别重要。uAspen 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。 主要内容主要内容 ASPEN PLUS简介简介 ASPEN PLUS 安装方法及界面介绍安装方法及界面介绍通过实例介绍如何建立模拟模型通过实例介绍如何建立模拟模型模型
17、分析工具的使用模型分析工具的使用ASPEN PLUS 2006 安装方法安装方法一运行虚拟光驱DAEMON TOOLS，载入ASPEN 2006的ISO文件（2.61G那个）二运行虚拟盘上的Setup，到添加license这一步三将文件夹“化工流程模拟系统TLF-SOFT-ASPENTECH ASPEN PIMS FAMILY V2006-MAGNiTUDE”下的文件夹中的license generator和那个数据库dat文件，一起拷到软件将要安装的目的文件夹下四运行license generator，出现一DOS窗口，耐心再耐心，直到窗口提示Press any key，产生lic文件；五回
18、到安装程序，选local license，选中产生的lic文件六安装选择install by Product，选Aspen Engineer，选择所需组件进行安装（一般选组件Aspen Plus和Properties ）七重启电脑，运行user interface即可。状态指示器状态指示器建立模拟模型的基本步骤建立模拟模型的基本步骤2. 选用选用Template3. 选用单元操作模块：选用单元操作模块：Model Blocks4. 连结流股：连结流股：Streams 5. 设定全局特性设定全局特性建立模拟模型的基本步骤建立模拟模型的基本步骤工业分析工业分析(%)元素分析元素分析(%)全硫分析全
19、硫分析()发热量发热量(MJ/kg)Mad VdAdFCdCdHdNdSdOdSpSsSoQdaf.gr1545.79.245.167.14.81.11.316.40.60.10.627.21T=25P=1atmFeed=1kg/hrT=25P=1atmFeed=0.02cum/hrT=1000P=1atmT=1000P=1atm实例实例粉煤炉的煤粉燃烧粉煤炉的煤粉燃烧假定煤粉燃烧分为三个步骤：热解、燃烧和烟气除尘假定煤粉燃烧分为三个步骤：热解、燃烧和烟气除尘设置运行类型设置运行类型 模型模型 说明说明 目的目的 用法用法 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
20、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 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
21、 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 单元操作模型选择依据-反应器 模型模型 说明说明 目的目的 用途用途 Mixer 物流混合器 把多股物流混合成一股物流 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 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
22、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 单元操作模型选择依据-分离和分流 历史文件或控制面板信息历史文件或控制面板信息 包括任何生成的错误信息和警告 在View 菜单下选择 History 或 Control Panel ,显示历史文件和控制面板 物流结果物流结果 包括物流条件和组成
23、对于所有物流 (/Data/Results Summary/Streams) 对于单个物流(在Data Browser中打开物流文件夹选择Results 表) 模块结果模块结果 包括计算出的模块操作条件 (在Data Browser中打开模块文件夹并选择Results 表) 制定流股结果的格式制定流股结果的格式 表格式文件（TFF）决定了流股结果的格式（顺序、标注、精度以及其它选项） 可以在下述之一的位置规定TFF： 1、Results Summary Steams Material页中的Format框 2、Setup Report Options Stream页中的Stream Format
24、框 查看一段报告查看一段报告 在View菜单上，单击Report 选择你想要查看的报告部分 输输出报告文件出报告文件 在 File 菜单上 单击 Export 在 Save As Type （保存类型 ）框中 选择 Report 文件 输入文件名 该文件可以保存到本地计算机上的任何目录中 选择 Save 保存报告文件Aspen Plus中的文件格式中的文件格式 文件类型文件类型 扩展名扩展名 格式格式 说说 明明 文档文件 *.apw Binary(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 *.bkp ASCII 含有模拟输入和结果的存档文件 模板文件 *.apt ASCI
25、I 含有缺省输入值的模板 输入文件 *.inp Text(文本) 模拟的输入 运行消息文件 *.cpm Text 显示在控制面板上的计算历史记录 历史文件 *.his Text 详细的计算历史记录和诊断消息 汇总文件 *.sum ASCII 模拟的结果 问题定义文件 *.appdf Binary 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 *.rep Text 模拟的输出报告 存储模拟的方法有三种：文档文件文档文件备份文件备份文件输入文件输入文件(*.apw)(*.bkp)(*.inp)模拟定义模拟定义YesYesYes收敛信息收敛信息YesNoNo结果结果YesYesNo图形图形Y
26、esYesYes/No用户可读的用户可读的 No NoYes向上兼容向上兼容 No Yes Yes打开打开/保存速度保存速度High (高高)Low (低低) Lowest(最低最低)空间需求空间需求High (高高) Low (低低) Lowest(最低最低)主要内容主要内容 ASPEN PLUS简介简介 ASPEN PLUS 安装方法及界面介绍安装方法及界面介绍通过实例介绍如何建立模拟模型通过实例介绍如何建立模拟模型模型分析工具使用的基础模型分析工具使用的基础进口空气流量是多少才能时烟气中的氧气浓度为进口空气流量是多少才能时烟气中的氧气浓度为5%？被操纵(改变的)变量是什么? 进口空气体积
27、流量进口空气体积流量被测量(采集)变量是什么? 出口烟气中的氧气浓度出口烟气中的氧气浓度要达到的规定(目标)是什么? 出口烟气中的氧气浓度为出口烟气中的氧气浓度为5% 从菜单中选择从菜单中选择-DataFlowsheeting Option-Design Specs 在设计规定页面在设计规定页面,单击单击New,输入输入ID号号单击单击New按钮，新按钮，新建一个设计规定建一个设计规定在在Define页中定义一个采集变量页中定义一个采集变量,单击单击New,创创建一个新变量建一个新变量单击单击New按钮，创按钮，创建一个新的变量，给建一个新的变量，给这个变量命名，然后这个变量命名，然后单击单击
28、OK规定选择见下图规定选择见下图,输入完毕输入完毕,单击单击Close在在Spec页面页面,为采集的变量规定一个目标值为采集的变量规定一个目标值和容差和容差定义操纵变量定义操纵变量,具体规定如下具体规定如下:设计规定是通过设计规定是通过改变操纵变量的改变操纵变量的值来满足目标函值来满足目标函数方程的。操纵数方程的。操纵变量的上下限可变量的上下限可以是常数或是流以是常数或是流程变量的函数程变量的函数这样就完成了一这样就完成了一个设计规定所需个设计规定所需的各步骤的各步骤单击单击Next钮钮,运行软件，在运行结果中查看运行软件，在运行结果中查看Streams考察烟气中考察烟气中SO2浓度随煤粉炉温
29、度的变化情况浓度随煤粉炉温度的变化情况煤粉炉的温度变化范围为：煤粉炉的温度变化范围为：800-1000 采集变量是什么？ 烟气中烟气中SO2的体积浓度的体积浓度操纵变量是什么？ 煤粉炉（煤粉炉（COMB）的温度）的温度 从菜单中选择从菜单中选择-DataModel Analysis Tools-Sensitivity 在敏感分析页面在敏感分析页面,单击单击New,输入输入ID号号 在在Define页定义一个采集变量，这里是烟气中页定义一个采集变量，这里是烟气中SO2浓度，浓度，ID号为号为FLUSO2 在弹出的变量定义窗口中完成其输入，然后单击在弹出的变量定义窗口中完成其输入，然后单击Clos
30、e关闭该窗口关闭该窗口在在Vary页中，定页中，定义一个操纵变量，义一个操纵变量，这里是这里是COMB模模块的温度。块的温度。首先选择一个新首先选择一个新的变量号，然后的变量号，然后选择其变量类型、选择其变量类型、模块及变量模块及变量然后输入变量的然后输入变量的范围和步长范围和步长在在Tabulate页中，页中，定义敏感度分析定义敏感度分析表格中要显示的表格中要显示的内容内容在第一列中输入在第一列中输入数字数字1，后面输入，后面输入要列表的变量或要列表的变量或表达式表达式至此敏感度模块至此敏感度模块已输入完毕，单已输入完毕，单击运行按钮，运击运行按钮，运行该模型行该模型计算结果计算结果见右边所
31、见右边所示示为了更直观的看为了更直观的看到煤粉炉温度对到煤粉炉温度对烟气中烟气中SO2浓度浓度的影响，可以用的影响，可以用此结果表绘制一此结果表绘制一个曲线图，步骤个曲线图，步骤为：为：1、选择第二列、选择第二列数据最为数据最为X轴变轴变量，打开量，打开Plot菜菜单，单击单，单击X-Axis Variable2、类似的选择、类似的选择第三列数据为第三列数据为Y轴变量轴变量3、单击、单击Plot菜单下的菜单下的Display Plot选项，便出选项，便出现右边所示现右边所示的曲线图，的曲线图，可以看到，可以看到，烟气中烟气中SO2浓度随着温浓度随着温度的升高而度的升高而升高升高用于最大化用于最
32、大化/最小化目标函数最小化目标函数目标函数是用流程变量和内嵌的目标函数是用流程变量和内嵌的Fortran 表示表示的。的。优化可以有零个或多个约束条件。优化可以有零个或多个约束条件。约束条件可以是等式或不等式。约束条件可以是等式或不等式。优化位于优化位于/Data/Model Analysis Tools/Optimization 下下约束条件的规定位于约束条件的规定位于/Data/Model Analysis Tools/Constraint 下下优优 化化 找找出烟气中污染物总量（出烟气中污染物总量（NO,NO2,SO2和和SO3）最少时）最少时煤粉炉的温度和进口空气流量。烟气中煤粉炉的温
33、度和进口空气流量。烟气中O2浓度保证在浓度保证在5%采集变量是什么？ 烟气烟气FLUE中中NO,NO2,SO2和和SO3的浓度的浓度要被最小化的目标函数是什么？ NO+NO2+SO2+SO3约束条件是什么 烟气中烟气中O2浓度为浓度为5%操纵变量是什么 煤粉炉温度和进口空气流量煤粉炉温度和进口空气流量 工况研究 工况研究是用来对同一流程做多个工况的模拟研究。每个工况的参数可给定不同的输入值，这样，我们可以在同一次模拟计算中得到不同工况的计算结果，从而可做不同方案的比较。仍以前面的例子为例，研究不同温度下产物的分布情况数据拟合 数据拟合功能可用来将数据拟合功能可用来将ASPEN PLUS 模拟模拟模型与装置数据或实验数据拟合。用户提供一模型与装置数据或实验数据拟合。用户提供一套或多套关于一个模型的输入参数和输出结果套或多套关于一个模型的输入参数和输出结果的实测数据，数据拟合调整指定的某个或某些的实测数据，数据拟合调整指定的某个或某些输入参数以便使模型与实测数据最吻合输入参数以便使模型与实测数据最吻合 具体实例请查看具体实例请查看ASPEN PLUS10.0ASPEN PLUS10.0用户指南用户指南中第中第3232章模拟模型的数据拟合章模拟模型的数据拟合
