ASPEN-PLUS入门教程--马后炮化工技术论坛

1AspenPlus培训讲义马后炮化工技术论坛mahoupao.com第2页马后炮化工技术论坛简介AdvancedSystemforProcessEngineering（ASPEN）1976~1981年由MIT主持、能源部资助、55个高校和公司参与开发。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为AspenPlus。经过20多年不断地改进、扩充和提高,已先后推出了十多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。基于序贯模块法的大型通用稳态过程模拟软件。流程模拟——使用计算机程序定量模拟一个化学过程的特性方程。第4页马后炮化工技术论坛系列软件计划/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第5页马后炮化工技术论坛能做什么功能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、进行设计方案比较帮助改进当前工艺回答“如果…那会怎么样”的问题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第6页马后炮化工技术论坛流程图（Flowsheet）ASPENPLUS基本概念模型库（ModelLibrary）数据浏览器（DataBrowser）流股（Stream）单元操作模型（Block）物性方法（PropertyMethod）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第7页马后炮化工技术论坛单元操作模型及其主要功能分离器热交换器混合器和分流器•HEATER通用加热器•HEATX热交换器•MHEATX多股物流的热交换器•HETRAN管壳式换热器•AEROTRAN空冷式换热器•HxFlux热传递计算•HTRIXIST与HTRI的接口•MIXER通用混合•SPLIT分流•FSPLIT子物流分流•SEP组分分割•SEP2两产品分离•FLASH2两相闪蒸•FLASH3三相闪蒸•DECANTER液－液倾析器第8页马后炮化工技术论坛单元操作模型及其主要功能反应器压力改变固体处理•PYIELD收率反应器•RSTOIC化学计量反应器•RCSTR连续搅拌釜式反应器•RPLUG活塞流反应器•REQUIL两相化学平衡反应器•RGIBBS通用相平衡和化学平衡反应器•RBATCH间歇式反应器•PUMP泵/料浆泵•COMPR单级压缩/膨胀机•MCOMPR多级压缩/膨胀机•PIPELINE多段管线压降•PIPE单段管线压降•VALVE阀压降•RADFRAC严格法精馏•MULTILFRAC严格法多塔精馏•EXTRAC严格法萃取•DSTWU简算法精馏，设计型•DISTL简算法精馏，核算型•SCFRAC简算法多塔精馏•PETROFRAC石油炼制分馏塔第9页马后炮化工技术论坛单元操作模型及其主要功能用户模型固体处理器流控制器•USER有限进出流股•USER2无限进出流股•HIERARCHY分层结构•CYCLONE旋风分离器•RSP静电除尘器•FABFL纤维过滤器•VSCRUB文丘里涤气器•CRUSH破碎机•SCREEN筛选机•HYCYC水力旋风分离器•FILTER转鼓过滤器•CFUGE离心过滤器•SWASH固体洗涤器•CCD逆流倾析器•CRYSTALLIZER结晶器•DRYER干燥器•MULT乘法器•DUPL复制器•CLCHNG流股复类器•SELECT物流选择器•ANALYZER物流分析器•QTVEC热负荷控制器•MEASUREMENT测量器第10页马后炮化工技术论坛物性方法和模型描述热力学性质传递性质方法分类理想物性方法状态方程物性方法逸度系数物性方法专用系统物性方法常用推荐方法与煤相关应用推荐的物性方法煤的粉碎，研磨SOLIDS分离和清洗过滤,旋风分离,沉降，洗涤SOLIDS煤燃烧PR-BM,RKS-BM煤气化PR-BM,RKS-BM煤液化PR-BM,RKS-BM，BWR-LS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第11页马后炮化工技术论坛建立模型已知条件求解方程组建立流程图热力学方程单元操作方程数学方程组分数据物性方法物流数据单元操作模型数据其它数据ASPENPLUS模拟的流程第13页马后炮化工技术论坛的优势具有最完备的物性系统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)包括5000多种纯组分的物性数据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第14页马后炮化工技术论坛的优势可以模拟固体系统AspenPlus在煤的气化和液化、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。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。第15页马后炮化工技术论坛的优势可以模拟电解质系统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；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。第16页马后炮化工技术论坛的优势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。第17页马后炮化工技术论坛的优势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。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。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。第18页马后炮化工技术论坛的优势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的一大特点是能将流程模拟