学习Aspen-Plus的体会

学习AspenPlus的体会寸杨立有幸在这个学期学习了AspenPlus，在这之前还没有了解过这一软件的功能，经过一个学期的学习，算是对这个软件有了一些初步的认识，并且学会了一些软件的基本操作，并能够利用这个软件绘制化工生产中的流程图，解决一些遇到的问题，可以说这一学期对AspenPlus的学习使我受益匪浅，也有了一些心得体会。首先是关于AspenPlus的一些认识。从20世纪50年代开始，人们就开始利用计算机解决化工过程的数学问题，目前化工过程模拟已成为化学工程技术人员普遍采用的技术手段。随着计算机计算能力的快速提高以及软件技术的迅速发展，模拟计算的准确性和可靠性大大增强，应用范围不断拓宽，在化工过程开发、设计、生产操作的控制与优化、操作培训和技术改造等方面均有应用。AspenPlus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，由美国AspenTech公司开发，是唯一能够处理带有固体、电解质、生物质和常规物料等复杂体系的流程模拟系统。基于AspenPlus的上述特点，为用户提供了一套完整的单元操作模块，可用于各种操作过程的模拟以及单个操作单元到整个流程工艺的模拟。AspenPlus主要有三部分组成：（1）物性数据库：AspenPlus具有工业上最适用且完备的物性系统，计算时可自动从数据库中调用基础物性进行传递性质和热力学性质的计算。此外，AspenPlus还提供了几十种用于计算传递性质和热力学性质的模型方法其含有的物性常数估算系统PCES能够通过如入分子结构和易测性质来估算缺少的物性参数；（2）单元操作模块：AspenPlus拥有50多种单元操作模块，通过这些模块和模型的组合，可以模拟用户所需要的流程。除此之外，还提供了多种模型分析工具，如灵敏度分析和工况分析模块；（3）系统实现策略：①数据输入：AspenPlus的数据输入是由命令方式进行的。②解算策略：AspenPlus所用的解算方法为序贯模块法以及联立方程法，流程的计算顺序可由系统自动产生，也可由用户自己定义。③结果输出：可把各种数据及模拟结果存放在报告中，可通过命令控制输出报告文件的形式及报告文件的内容，并可在某些情况下对输出结果作图。AspenPlus主要功能主要有以下几种：（1）对工艺过程进行严格的质量和能量平衡计算；（2）可以预测物流的流率、组成以及性质；（3）可以预测操作条件、设备尺寸；（4）可以减少装备的设计时间并进行装置各种设计方案的比较；（5）帮助改进当前工艺，主要包括回答“如果……，那会怎么样”的问题，在给定的约束内优化工艺条件，辅助确定一个工艺的约束部位，即消除瓶颈。其次从学习内容上来说，由于课程时间限制，我们没有对AspenPlus的全部内容进行学习，主要了解的是课本的前半部分，即图形界面与流程建立、物性方法、简单单元模拟、流体输送单元模拟、换热器单元模拟、分离单元模拟、反应器单元模拟、流程选项和模型分析工具等一些较为基础的内容。我们首先了解了AspenPlus的界面窗口。由于其是全英文的，这就要求我们对其中的一些基本操作或者说主要的图标功能要一定的了解，否则就无从下手，在这一过程中我们学到了一些快捷键的使用如：F10modeldalette；F5RUN；F1TOPICHELP；ctrl+A→ctrl+B所有流线排列整齐等等。在学习过程中，我们逐步深入，基本掌握了利用AspenPlus解决问题的一般步骤，下面是我的一些经验和体会：（1）启动AspenPlus并选择系统模版，在大多数情况下选择的都是GeneralwithMetricUnits；（2）保存文件：一般来说我们进行的是较为简单的计算，并不需要保存全部的数据，因此文件保存格式为*.bkp，在操作过程中有时会出现程序异常结束的情况，所以需要经常主要保存。（3）建立流程图：①AspenPlus对于物流和模块，有默认的系统标识，我们需要去掉默认选项后才能进行自己想要的名称标识。②在选择模块时要注意根据具体题目要求进行选择，如果没有选择正确类型在输入模块参数时就会对应不上。③在物流和模块连接时，必须将红色必选物流连接完整，否则就会出错，要注意箭头顶端是否接在了正确的点上，有的时候看起来是接上了，但是运行结果错误，就是有地方没有接好。同时为便于观察，应该尽量使流线排列整齐，简洁明了。（4）数据输入：为了便于人们的操作AspenPlus提供了系统的导向，我们可以根据系统的提示输入要输入的数据，但是这样并不适用于所有问题，有的时候可能会有遗漏，我们在具体操作时是根据软件左侧数据浏览窗口中的未完成部分带有的标识，逐步完善所有数据。具体又分以下几步：①全局设定：一般是为模拟命名，在后期的练习中还涉及到了规定报告形式——选择输入输出数据的单位制等。②输入组分：组分的名称可以由我们自主命名，如果输入的是系统能够识别的组分，相关参数就会自动录入，如果是不能识别的，就需要我们手动查找，一般是输入所给物质的分子式，但是要注意同分异构体的存在，结合相关参数确定所选的物质。③选择物性方法：是指计算中所需的物性方法和模拟的集合，简单的说物性方法就是计算物流性质的一套方程，包含了若干物理性质的计算公式。选择物性方法决定了模拟结果的准确性，我们必须选择合适的物性方法。AspenPlus为用户提供了两种选择方法，一是根据物系特点和操作点温度、压力进行选择，例如在苯、乙烯至异丙苯，经反应器（REACTOR）、冷凝器（COOLER）、分离器（SEP）求产品中异丙苯的摩尔流率的问题中，苯、乙烯、异丙苯是非极性体系，故采用了RK-SOAVE的物性方法；二是根据AspenPlus提供的帮助系统进行选择。AspenPlus中的物性方法可以分为两大类：状态方程法和活度系数法。常见的状态方程有IDEAL、SRK、PR、LK方程以及它们的一些改进方程，状态方程法就是基于此类状态方程来计算逸度，压缩因子，焓等的物性方法。常见的活度系数方程有NRTL、WILSON、UNIQUAC等。活度系数法就是基于此类活度系数方程来计算液相逸度，液相焓等的物性方法。一些推荐，在化工体系中空分、气体加工，采用PR、SRK；化工过程，采用NRTL、UNIQUAC、PSRK；电解质，采用ENRTL、Zemaitis。关于物性方法还涉及到了物性集的设定、物性分析、物性估算、物性数据回归等内容。其中最令我感兴趣的是物性估算，通过在AspenPlus中输入分子骨架的原子编号，官能团信息（如果分子含有苯环还有不一样的输入方式）在加上沸点等一些条件，即可完成物性估算得到该物质的多方面性质，对于我们了解物质，进行条件假设、反应设计等提供了参考和依据。④输入物流参数：需要输入物流的温度、压力或者气相分率中的两个以及物流的流率或组成。我们可以先输入总流率，然后输入物流组成，也可以直接输入物流中各组分的流率。⑤输入模块参数：不同的模块参数输入界面和内容的都是不一样的。就要我们了解各种各样的模块。简单单元模拟中我们学习了混合器Mixer，物流倍增器Mult、物流复制器Dupl，两相闪蒸器Flash2、三相闪蒸器Flash3、液-液分离器Decanter、组分分离器Sep等；流体输送单元模拟中，学习了泵Pump，压缩机Compr，阀门Valve，管段Pipe，管线系统Pipeline；换热器单元模拟：换热器Heater、HeatX，MHeatX；分离单元模拟：DSTWU、Distl、RadFrac、Extract，以及各类反应器等等。这些模块逐渐从简单到复杂，所需要的参数也逐渐变得复杂。其中我感觉较为困难的是RadFrac模块，由于可以进行多种计算，参数输入和选择内容也是多种多样的，还涉及到了设计规定以及操作变量的定义，有时还要添加计算器（表达式采用Fortran语句），并且根据计算对输入条件进行修正最后才能得到正确的计算结果。⑥运行模拟：如果运行发现错误或警告系统会有提示，有的时候会弹出文本文件，对结果没有影响。⑦查看结果：可在左侧数据浏览窗口选择对应选项，即可查看结果。不同版本AspenPlus结果，即使操作步骤相同，但是结果上还是会存在一些微小的差异。我们可以根据需要选取Plot菜单中不同的图像模版，选择横纵坐标绘制图像。最后是我的一些感想：AspenPlus的确是一款非常实用的工具，学习AspenPlus对我们个人能力的提高很有帮助，但由于其内容繁多，且是英文软件，对我们而言还是有一定困难的，有的时候跟着例题做完了，但很快就忘记了，就需要多做练习加深印象，同时熟悉AspenPlus解决问题的思路，知道有那些步骤，每一步该干什么是十分重要的。遇到了困难或有不懂的地方就要多想多问，在上机课上老师、学长、同学都了我很多帮助，我非常感谢。我们一个学期学习是对AspenPlus的入门，学习的一些过程都是经过简化了的，工业生产中所面对的问题要复杂得多，因此要想学好AspenPlus我们需要更多的时间来学习和操作。