Aspen-Plus-培训讲义(完整版)

Slide1LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第1页AspenPlus培训讲义2003.5AspenTechBeijingOffice技术经理李奎武Slide2LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第2页主要内容讲义1AspenPlus简介讲义2AspenPlus界面介绍讲义3快速入门讲义4AspenPlus精通讲义5模型分析工具讲义6其他高级功能简介综合练习AspenPlus培训Slide4LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第4页AspenPlus软件的发展史AspenPlus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（AdvancedSystemforProcessEngineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为AspenPlus。该软件经过近20年来不断地改进、扩充和提高,已先后推出了十个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是AspenPlus的用户。以AspenPlus严格机理模型为基础,还逐步发展起来了针对不同用途、不同层次的Aspen工程套件(AspenEngineeringSuite,简称AES)产品系列。AspenPlus是工程套件的核心,可广泛地应用于新工艺开发、装置设计优化，以及脱瓶颈分析与改造。此稳态模拟工具具有丰富的物性数据库，可以处理非理想、极性高的复杂物系；并独具联立方程法和序贯模块法相结合的解算方法，以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度分析、自动排序、多种收敛方法，以及报告等功能。Slide5LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第5页Slide6LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第6页Aspen工程系列软件计划/研发概念设计工艺设计详细设计施工/开车操作/资产管理经济评价/投资估算/进度管理热交换器设计稳态、动态模拟和优化物性数据和模型在线应用工艺知识和数据管理COMThermo/AspenProperties/AspenOLI/DETHERMHysys/AspenPlus/Optimizer/Dynamics/CustomModeler/AspenWebModelsHetran/AerotranHTFS/AspenHetran/Aerotran/TeamsRTOOption/AspenOnLineConcept(DISTIL/HX-Net)/AspenSplit/Pinch/Water/UtilitiesPinch/Water/UtilitiesAspenICARUSAxsys/AspenZyqadAspenFCC/CatRef/Hydrocracker/Hydrotreater/Traflow/FlareNetPolymersPlus/AspenPlus/Dynamics/CustomModelerBaSYS(BDK/ProcessManuals/ProcessTools)/AspenPlus/BatchPlus/Chromatography/AspenADSIM医药/精细化工石油精制/管道聚合物工艺合成和分析按功能分类生命周期Slide7LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第7页AspenPlus具有最完备的物性系统物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为AspenPlus具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用AspenPlus的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。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)AspenPlus数据库包括5000多种纯组分的物性数据及下列数据库AspenPlus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数据与AspenPlus系统连接。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。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Redlich-Kwong-UNIFAC状态方程可用于非极性、极性和缔合组分体系Slide8LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第8页AspenPlus模拟固体系统AspenPlus在煤的净化和液化、流化床燃烧、高温冶金和湿法冶金，以及固体废物、聚合物、生物和食品加工业中都得到了应用。AspenPlus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。第10版已合并成新的SOLIDS数据库，这些数据在模拟冶金、陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的。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，AspenPlus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。Slide9LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第9页AspenPlus模拟电解质系统许多公司已经用AspenPlus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。AspenPlus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型（由本公司的陈超群博士开发)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。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；一些特殊的电解质系统和应用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司应用部门和用户一起开发的。模拟电解质过程的功能在整套AspenPlus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AspenPlus的单元操作模型均可处理电解质系统。例如，AspenPlus闪蒸和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。Slide10LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第10页AspenPlus具有完整的单元操作模型库AspenPlus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。由于AspenPlus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AspenPlus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所能比拟。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。用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USERMODEL）加入到AspenPlus系统之中，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。Slide11LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第11页AspenPlus具有完整的单元操作模型—分馏模型AspenPlus的多级严格分离模型是基于内外两层结构（双层）、结合最新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由AspenTech总裁J.Boston博士首创的。他自1981年起一直担任本公司总裁。此法必须提供初值，在大范围内应用十分可靠。RADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、有再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分馏过程。RADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在，也可以简单地假设第二液相为纯水。MULTIFRAC可以有效地计算互连的多塔分馏系统，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、解吸塔、空气分馏塔以及有热交换的塔系统。AspenPlus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，该模型可在塔的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应、化学平衡反应，以及气、液相反应。反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供的反应动力学程序来计算。AspenPlus的简捷算法蒸馏模型需要输入的数据较少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的情况下可以使用这些模型。Slide12LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第12页AspenPlus具有完整的单元操作模型—反应器模型AspenPlus的反应器模型可应用于很广泛的范围。简单的化学计量模型（RSTOIC）只需要规定化学计量或反应中一个关键组分的转化率即可应用。在已知反应动力学的情况下，可以用更精确的模型，如连续搅拌釜式反应模型（RCSTR）或活塞流反应模型（RPLUG）。RBATCH反应模型可处理单相或两相的动态反应，可选用连续进料和出料。RGIBBS是根据GIBBS自由能极小的基本原理，它能描述单相化学平衡、相平衡，也能同时描述化学平衡和相平衡，可以处理固、液多相系统。RGIBBS能自动决定实际存在的相数。Slide13LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第13页AspenPlus的单元操作模型及其主要功能Slide14LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第14页AspenPlus的单元操作模型及其主要功能Slide15LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第15页AspenPlus的单元操作模型及其主要功能Slide16LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第16页AspenPlus具有快速可靠的流程模拟功能AspenPlus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：可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序。1.可以使用AspenPlus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。2.可以利用设计规定（DesignSpecification）来达到对任何模块计算的参数所规定的目标值。Slide17LiKuiwu©2002AspentechBeijingOffice第17页AspenPlus具有最先进的计算方法AspenPlus具有最先进的流程收敛方法AspenPlus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。AspenPlus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。这些特点对解决高度交互影响的问题时特别重要。AspenPlus可以进行过程优化计算应用AspenPlus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。AspenPlus的一大