aspen-plus7.2讲义201310

第1章绪论1绪论•1.1化工过程模拟化工过程模拟简介化工过程模拟的功能化工过程模拟系统的构成•1.2AspenPlus软件AspenPlus简介AspenPlus的主要功能21.1化工过程模拟•化工过程模拟简介•实质：使用计算机程序定量计算一个化学过程中的特性方程根据化工过程的数据，采用适当的模拟软件，将由多个单元操作组成的化工流程用数学模型描述，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分为稳态模拟和动态模拟两类，本书介绍稳态模拟31.1化工过程模拟化工过程模拟的功能改造生产调优故障诊断科学研究开发新工艺设计化工过程模拟的功能41.1化工过程模拟•化工过程模拟系统的构成化工过程模拟系统输入系统图形界面数据文件数据检查系统完整性合理性调度系统指挥中心数据库热力学方法库化工单元过程库……51.2AspenPlus软件软件简介•AspenPlus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件•起源于20世纪70年代美国能源部资助、MIT主持项目——AdvancedSystemforProcessEngineering（ASPEN）1982年将其商品化，成立AspenTech公司，并称之为AspenPlus61.2AspenPlus软件•AspenPlus构成AspenPlus物性数据库通用数据库AspenCDDIPPR专用数据库固体加工电解质单元操作模块50多种模块模型分析工具系统实现策略数据输入解算策略结果输出71.2AspenPlus软件最完备的物性系统完整的单元操作模型库先进的计算方法先进的流程方法进行过程优化计算快速可靠的流程模拟功能1243AspenPlus特性81.2AspenPlus软件对工艺过程进行严格的质量和能量平衡计算可以预测物流的流率、组成以及性质可以预测操作条件、设备尺寸123可以减少装置设计时间并进行装置各种设计方案的比较帮助改进当前工艺45AspenPlus功能9教材中国石油大学（华东）化学工程学院孙兰义教授主编化学工业出版社出版国内第一本关于AspenPlus的中文教材10教材11教材12第2章图形界面与流程建立13图形界面与流程建立2.1图形界面2.2建立流程模拟2.3输入数据2.4运行模拟2.5查看结果142.1图形界面标题栏菜单栏模拟初始化结果显示数据浏览按钮Next按钮流程显示窗口模块库152.1图形界面主要图标功能介绍图标说明功能下一步Next指导用户进行下一步的输入数据浏览DataBrowser浏览、编辑表和页面控制面板RunControlPanel显示运行过程，并进行控制初始化Reinitialize重新计算，不使用上次的计算结果开始运行Start输入完成后，开始计算结果显示Checkresults显示模拟计算的结果162.1图形界面状态指示符号符号意义该表输入未完成该表输入完成该表中没有输入，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，但生成结果后输入发生改变172.2建立流程模拟•例2.1苯和丙烯反应生成异丙苯，求产品PRODUCT中异丙苯的摩尔流率条件：原料FEED，105℃，0.25MPa,苯、丙烯摩尔流率各18kmol/hr反应器REACTOR，绝热操作，0.1MPa，丙烯转化率90%，反应方程式：冷凝器COOLER，出口温度54℃，压降为0.7kPa分离器SEP，绝热操作，压降为06636912CHCHCH182.2建立流程模拟步骤输入数据建立流程图运行模拟查看结果启动AspenPlus保存文件添加模块及物流全局设置输入组分物性方法进料参数模块参数192.2建立流程模拟启动AspenPlus选择模板GeneralwithMetricUnits运行类型RunType选择Flowsheet启动UserInterface，选用Template202.2建立流程模拟保存文件设置保存类型：点击菜单栏Tools∣Options，General∣Saveoptions设置文件的保存类型*.apw，文档文件，二进制存储，包含输入规定、模拟结果和中间收敛信息；*.bkp，运行过程的备份文件，ASCⅡ存储，包含输入规定、结果信息；*.apwz，综合文件，二进制存储，包含模拟过程中的所有信息。点击File∣SaveAs，选择存储位置，给文件命名212.2建立流程模拟建立流程图物流、模块的名称：菜单栏Tools∣Options，Flowsheet页面StreamandBlocklabels去掉复选框的第一项和第三项，对于物流和模块，用户自行定义标识名称，不采用系统生成的默认标识222.2建立流程模拟放置模块从模块库ModelLibrary中点击Reactors，选择RStoic模块输入模块名称232.2建立流程模拟连接物流点击MaterialSTREAMS的下拉箭头，选择物流Material输入物流名称242.2建立流程模拟添加其他模块和物流完成后单击NEXT按钮252.3输入数据全局设置完成后单击NEXT按钮262.3输入数据输入组分272.3输入数据输入组分-表示C9H12的同分异构体Find（查找）功能利用该功能可根据组分名、分子式、组分类别、分子量、沸点、或CAS号查找组分。282.3输入数据选择物性方法物性方法的选择对于模拟的准确性来说至关重要，是模拟的一个关键步骤本例选择状态方程方法RK-SOAVE完成后单击NEXT按钮292.3输入数据输入物流参数总流量可选择输入类型输入进料FEED条件参数通常只对进料物流输入流股信息完成后单击NEXT按钮302.3输入数据输入模块参数COOLER模块输入出口温度、压降、热负荷三项中的两项本题输入温度54℃，压降0.7MPa输入压力＞0，表示设备的操作压力，压力≤0时，表示设备的压降完成后单击NEXT按钮312.3输入数据输入模块参数REACTOR模块本题输入反应器压降为0.1热负荷为0完成后单击NEXT按钮322.3输入数据定义反应在Blocks∣REACTOR∣Setup∣Reactions页面，点击左下角的New出现EditStoichiometry对话框，输入反应物、产物及其化学计量系数，并指定丙烯的转化率为90%完成后单击Next或Close按钮332.3输入数据完成后单击NEXT按钮342.3输入数据输入模块参数SEP模块本题输入分离器压力0.1MPa热负荷0基本条件输入完成完成后单击NEXT按钮352.3运行模拟运行方法出现RequiredInputComplete对话框，点击确定，即可运行。点击工具栏中的运行（Start）图标或使用快捷键F5直接运行模拟。若是用户在输入过程中有改动，需要重新运行模拟时，可以先点击工具栏中的初始化（Reinitialize）图标，对模拟初始化后，再运行模拟。362.4运行模拟控制面板运行中出现的警告和错误均会在控制面板中显示。本题显示没有错误或警告。控制面板的快捷键为F7372.5查看结果点击查看结果图标，由左侧数据浏览窗口选择对应选项，即可查看结果PRODUCT中异丙苯的摩尔流率为17.118kmol/hr38第3章物性方法39物性方法3.1AspenPlus数据库3.2AspenPlus中的主要物性模型3.3物性方法的选择3.4定义物性集3.5物性分析3.6物性估算3.7物性数据回归3.8电解质组分403.1AspenPlus数据库系统数据库•是AspenPlus的一部分，适用于每一个程序的运行，包括PURECOMP、SOLIDS、AQUEOUS、INORGANIC、BINARY等数据库内置数据库•与AspenPlus的数据库无关，用户自己输入，用户需自己创建并激活用户数据库•用户需要自己创建并激活，且数据具有针对性，不是对所有用户开放413.1AspenPlus数据库PURECOMP常数参数。例如绝对温度、绝对压力。相变的性质参数。例如沸点、三相点。参考态的性质参数。例如标准生成焓以及标准生成吉布斯自由能。随温度变化的热力学性质参数。例如饱和蒸汽压。传递性质的参数，例如粘度。安全性质的参数。例如闪点、着火点。UNIFAC模型中的集团参数。状态方程中的参数。与石油相关的参数。例如油品的API值、辛烷值、芳烃含量、氢含量及硫含量等423.2AspenPlus中的主要物性模型•IDEALSYSOP0理想模型•Lee方程、PR方程、RK方程状态方程模型•Pitzer、NRTL、UNIFAC、UNIQUAC、VANLAAR、WILSON活度系数模型•AMINES、BK-10、STEAM-TA特殊模型433.2AspenPlus中的主要物性模型理想物性方法K值计算方法IDEALIdealGas/Raoult'slaw/Henry'slawSYSOP0Release8versionofIdealGas/Raoult'slaw理想模型AspenPlus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。物性方法与模型选择不同，模拟结果大相径庭。如精馏塔模拟的例子。相同的条件计算理论塔板数，用理想方法得到11块，用状态方程得到7块，用活度系数法得42块。显然物性方法和模型选择的是否合适，也直接影响模拟结果是否有意义。《Aspenplus物性方法和模型》443.2AspenPlus中的主要物性模型方法状态方程基于Lee方程的物性方法BWR-LSBWRLee-StarlingLK-PLOCKLee-Kesler-Plöcker基于PR方程的物性方法PENG-ROBPeng-RobinsonPR-BMPeng-RobinsonwithBoston-MathiasalphafunctionPRWSPeng-RobinsonwithWong-SandlermixingrulesPRMHV2Peng-RobinsonwithmodifiedHuron-Vidalmixingrules基于RK方程的物性方法PSRKPredictiveRedlich-Kwong-SoaveRKSWSRedlich-Kwong-SoavewithWong-SandlermixingrulesRKSMHV2Redlich-Kwong-SoavewithmodifiedHuron-VidalmixingrulesRK-ASPENRedlich-Kwong-ASPENRK-SOAVERedlich-Kwong-SoaveRKS-BMRedlich-Kwong-SoavewithBoston-Mathiasalphafunction其他物性方法SR-POLARSchwartzentruber-Renon状态方程模型453.2AspenPlus中的主要物性模型方法液相活度系数汽相逸度系数基于Pitzer的物性方法PITZERPitzerRedlich-Kwong-SoavePITZ-HGPitzerRedlich-Kwong-SoaveB-PITZERBromley-PitzerRedlich-Kwong-Soave基于NRTL的物性方法ELECNRTLElectrolyteNRTLRedlich-KwongENRTL-HFElectrolyteNRTLHFHexamerizationmodelENRTL-HGElectrolyteNRTLRedlich-KwongNRTLNRTLIdealgasNRTL-HOCNRTLHayden-O'ConnellNRTL-NTHNRTLNothnagelNRTL-RKNRTLRedlich-KwongNRTL-2NRTL(usingdataset2)Idealgas基于UNIFAC的物性方法UNIFACUNIFACRedlich-KwongUNIF-DMDDortmund-modifiedUNIFACRedlich-Kwong-SoaveUNIF-HOCUNIFACHayden-O'ConnellUNIF-LBYLyngby-modifiedUNIFACIdeal