如何使用ASPEN TM_软件模拟完成精馏的设计和控制 第一章
Aspen第一讲
Aspen Plus的基本操作
1、Aspen plus的启动
(1)选择【开始】→【程序】→【AspenTech】→【Aspen engineering Suite 】→【Aspen
Plus 11.1】→【Aspen Plus User Interface】，如下图所示：
(2)启动Aspen Plus 对话框后，弹出Aspen Plus Startup对话框。选择Blank
Simulation。如下图所示：
空白模拟
模板模拟
打开现有模拟
然后出现如下对话框时，点击OK即可。
流程区
单元模块区
单元模块区可分为：
Mixers/splitters 混合器/分流器
Separators 分离器
HeatExchangers 热交换器（或称为换热器）
Columns 塔（精馏塔、吸收塔）
Reactors 反应器
Pressure Changers 压力转换设备
Manipulators 流股调节器
Solids 固体操作设备
2、模拟流程的设置步骤：
（1）当选定了合适的单元模块，就可以放到流程区去。
（2）在画好流程的基本单元后，就可以打开物流区，用物流将各个单元设备连接起来。
（3）进行物流连接的时候，系统会在图中以红色的标记显示，提示在设备的哪些地方需要物流连接。
（4）在红色标记处，确定所需要连接的物流，当整个流程结构确定以后，红色标记消失，按Next 按钮，系统提示下一步需要做的工作。
（5）最终流程图如下图所示。
3、物流数据及参数的输入
(1) 输入流程的数据参数时，有两种方式可以进行输入。
a. 点击后，在跳出的对话框中选择确定，即可进入数据参数输入对话框“Data Browser”；
Aspen精馏模拟灵敏度分析与优化实例use
图 3.8-5
在该窗口中，定义变量 N 的属性，即具体含义. N 的属性需要定义下面内容： Type：变量类型：Block 或 stream 变量. 在中选择 Block Var，即 N 为模块变量； Block（或 stream）：确定变量归属. 在 Block 中选择 B1，表明 N 是 B1 模块的变量； Variable：变量的意义. 在中选择 Act-STAGES，表明 N 是 B1 模块的塔板数.
快速访问按钮类似. ·Next 按钮（N->）：设计过程的任意时刻点击它，系统都会自动跳转到当前应当进行的工
作位置，这为我们输入数据提供了极大的方便.
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2 Aspen Plus 模拟精馏简介
（1）塔模型分类
做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算--- 塔的初步设计. 计算结果为理论板数、 进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷. 然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精 确计算的输入依据. 本文以甲醇-水混合物系分离为例，首先介绍初步设计方法，然后介绍复 杂塔模拟计算。为初学者提供帮助。
图 3.2-1
图 3.2-2
3.3 定义组份
本节任务： ·输入物料化学成份
单击 N-> 快捷键直到进入进料参数输入页，如图 3.3-1 所示.
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图 3.3-1
Aspen 模拟软件使用指南
第一章开始运行Aspen Pinch
本章回顾了一个典型热集成研究案例。阐述了一个类似研究案例的各个步骤，以及如何在不同的阶段应用Aspen Pinch。同时，本章还介绍了Aspen Pinch界面，已经如何启动和推出Aspen Pinch。
一个典型的热集成案例
下图表示了一个典型的热集成案例研究的主要步骤以及相应阶段Aspen Pinch的特征。尽管本图看来是一个一次性完成的过程，但在实际过程中需要多次迭代来保证获得总体最优的结果。
一个热集成案例研究包含以下步骤：
1．从你的流程中获取数据。
2．建立公用工程消耗，能量消耗和投资费用的操作目标。
3．作出一个换热网络的设计
4．检查所设计换热网络的性能。
下面详细介绍这些步骤。
从你的流程模拟中获取数据
一个热集成研究是从获取流程的数据开始的。一个热集成研究所需要的数据包括每个流股的温度与热负荷信息。对于任一个公用工程的温度和费用信息都是必要的。如果你想作费用分析的话，就必须提供换热器的投资费用。
流股的数据可以直接从过程的物料与能量衡算获取。另外，流股数据也可以从Aspen Plus模拟或其他软件输入。输入数据可以运用Aspen Pinch 的数据输入功能、Aspen Plus 接口或流股分段功能来实现。
建立目标函数
案例的下一个步骤是确定公用工程消耗、能量消耗和投资费用目标。对于一个新的换热网络设计可以运用Aspen Pinch的targeting 功能。换热网络的改造可以用retrofit targeting功能。对于从不同过程单元回收热量的总过程来说，我们可以运用Aspen Pinch 的total site 功能。
Aspen 模拟软件使用指南
第一章开始运行Aspen Pinch
本章回顾了一个典型热集成研究案例。阐述了一个类似研究案例的各个步骤，以及如何在不同的阶段应用Aspen Pinch。同时，本章还介绍了Aspen Pinch界面，已经如何启动和推出Aspen Pinch。
一个典型的热集成案例
下图表示了一个典型的热集成案例研究的主要步骤以及相应阶段Aspen Pinch的特征。尽管本图看来是一个一次性完成的过程，但在实际过程中需要多次迭代来保证获得总体最优的结果。
一个热集成案例研究包含以下步骤：
1．从你的流程中获取数据。
2．建立公用工程消耗，能量消耗和投资费用的操作目标。
3．作出一个换热网络的设计
4．检查所设计换热网络的性能。
下面详细介绍这些步骤。
从你的流程模拟中获取数据
一个热集成研究是从获取流程的数据开始的。一个热集成研究所需要的数据包括每个流股的温度与热负荷信息。对于任一个公用工程的温度和费用信息都是必要的。如果你想作费用分析的话，就必须提供换热器的投资费用。
流股的数据可以直接从过程的物料与能量衡算获取。另外，流股数据也可以从Aspen Plus模拟或其他软件输入。输入数据可以运用Aspen Pinch 的数据输入功能、Aspen Plus 接口或流股分段功能来实现。
建立目标函数
案例的下一个步骤是确定公用工程消耗、能量消耗和投资费用目标。对于一个新的换热网络设计可以运用Aspen Pinch的targeting 功能。换热网络的改造可以用retrofit targeting功能。对于从不同过程单元回收热量的总过程来说，我们可以运用Aspen Pinch 的total site 功能。
如何使用ASPEN软件模拟完成精馏的设计和控制马后炮
第6 章：使用稳态计算选择控制结构
Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前，要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构，。故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。因此，在精馏塔的操作和控制中，“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量（如，回流流量和再沸器的输入热量），从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而，由于一些现实的原因，很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高，其可靠性对连续在线控制而言，有时略显不足。如果使用色层法，还会在控制回路中引入死时间。此外，不使用直接测量组分法，通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。温度传感器廉价而又可靠，在控制回路上只有很小的测量滞后。对恒压二元体系，温度与组成是一一对应相关的。这在多组分体系中不适用，但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
在单端控制结构中，只需控制某块塔板的温度；选择剩下的“控制自由度”时应使产品质量可变性最小。例如，确定一定的回流比RR 或者固定回流与进料流量的比值R/F。有时候，需要控制两个温度（双温控制系统）。我们将在本章中讨论这些被选方案。
aspen精馏教程
图 3.7-1 图 3.7-2
Aspen plus 在精馏中的应用实例教程 http://hi.baidu.com/teacherf/
第 13 页共 37 页
通过选择目录树中的不同文件夹，可以查看 Streams、Blocks 计算结果. 在 Blocks / Column 页，可看到塔的设计参数. 包括最小回流比、实际回流比、最小理论板数、 实际理论板、数冷凝器和再沸器的热负荷等. 如图 3.7-3 所示.
1）创建精馏塔模块 在模型库中选择塔设备 column 标签，如图 3.1-1.
图 3.1-1
点击该 DSTWU 模型的下拉箭头，弹出三个等效的模块，任选其一如图 3.1-2 所示.
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在箭头提示下我们可以根据需要来绘制流股，其中红色箭头表示必须定义的流股，蓝色 箭头表示可选定义的流股，不同的模型根据设计任务绘制. 本例一股进料、塔顶和塔底两股 出料，如图 3.1-5.
图 3.1-5
3）模块和物流命名 选择中流股/模块（单击流股/模块），点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择 rename stream
aspen精馏过程模拟
一、首先用简捷法模拟，选择DSTWU模块，精馏装置如下截图
对文件命名并自定义单位如截图所示
然后在计算机上输入物料的组成，如下截图所示
选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示
对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为
100kmol/h。还有物料组成及比例如下截图所示
对精馏塔进行参数的设定，回流比为最小回流比的1.2倍，塔顶轻组分丙烷的含量为0.999，重组分含量丁烷为0.001，参数设定值如下截图所示
参数设定完成运行软件并查看结果，计算结果如下图所示
从结果可知实际的回流比为1.198，实际塔板数为38块，实际的进料板为第17块板，冷凝器的温度为44.25℃，塔釜的温度为116.88℃。
二、进行严格法计算
根据简化法得到的条件进行模拟
选择Radfrac模块，模拟装置图如下截图
对文件命名并自定义单位如截图所示
在计算机上输入物料的组成，如下截图所示
选择一个热力学方法为SRK方法如下截图所示
对1号进料物流管进行参数设定，为泡点进料,进料压力为16.5Kg/cm2，进料流量为100kmol/h。还有物料组成及比例如下截图所示
对塔进行参数设置，根据简化法的计算结果知，塔板数为38，实际回流比为1.198。再根据题目设计的要求冷凝器为全回流，塔顶的采出率为80。参数如下截图所示：
根据简化法结果进料板为第十七块板进料，截图如下
设置塔顶压力为16kg/cm2,冷凝器压力为15.8kg/cm2,全塔的压降为0.2kg/cm2。设置如下截图所示
参数设置完成并运行软件，查看结果不满足分离的目的，
ASPEN模拟精馏塔
此时Xw=0.09766 X甲苯=0.90234
1.选择Columns——RadFrac, 作图1如下：
图 1
单位设置
进料组分选择
物性选择
IDEAL和NRTL不适合
进料参数
塔参数设置
采出量D ?? 自选
进料板选择和操作压力
进料板位置？ 自选
Block—Tray sizing—new
模拟结果如下：进料板为第10块板，D=300lbmol/h
XD=0.9225
灵敏度分析，改变进料位置，观察XD的变化
D=300 lbmol/h
从9到17块板进料都可以 达到分离要求。
D=200 lbmol/h
D=250 lbmol/h
D=325 lbmol/h
D=350 lbmol/h
源自文库结：
当D选取200，250，300，325 lbmol/h时，都可以通过选择 适宜的进料板而达到分离效果。如何选取适宜的D? 一方面，D作为采出量，D越大，产量越高。另一方面，在回 流比一定条件下，D越大，上升蒸汽量增加，再沸器及冷凝器负 荷增大。所以需要综合考虑选择适宜的D。 以D=300 lbmol/h为例： 进料板选择第17块板， XD=0.91978，相对误差=（0.92-0.91978）/0.92=2.4×10-4
题目
应用AspenPlus模拟以下过程，并核算并 求出塔底馏出液中甲苯的含量。在1atm下操作 的筛板精馏塔的进料为：流量700lbmol/h，组 成45％（mol）苯和55 ％（mol）甲苯，压力 1atm，温度为该压力下的泡点温度201F。塔顶 馏出液含92％（mol）苯，沸点为179F。甲苯 沸点为227F。该塔有23块塔板，板间距18in， 回流比为1.25.塔的压力降可以忽略。
利用化工模拟软件ASPEN PLUS设计轻苯馏分体系精馏塔设计
《化工过程模拟与优化》
综合报告
设计题目轻苯馏分体系精馏塔设计
学生姓名吴凡平
班级09化工（2）班
学号********
指导教师姓名张明珏
完成时间2012年12月13日
综合报告成绩:
指导教师签字:
目录
第一章综述 (1)
1.1 设计题目 (1)
1.2 题目概述 (1)
1.3 公用工程条件与注意事项 (1)
1.4 设计任务 (1)
1.5 确定设计方案原则 (2)
1.6 Aspen Plus软件简介 (3)
第二章工艺计算过程 (4)
2.1 绘制工艺流程草图 (4)
2.2 C4精馏塔的简捷计算 (4)
2.3 C4精馏塔的严格计算 (9)
2.4 精馏塔灵敏度分析 (14)
2.5 C5 和C6 精馏塔的简捷计算 (22)
2.6 C5 和C6 精馏塔的严格计算 (25)
2.7 物流表 (32)
第三章设备计算 (33)
3.1 塔设备计算 (33)
3.1.1 C4 塔设备计算 (33)
3.1.2 C5 塔设备计算 (37)
3.1.3 C6 塔设备计算 (40)
3.2 冷凝器设备计算与设计规定的应用 (44)
3.2.1 C4 精馏塔冷凝器 (44)
3.2.2 C5 精馏塔冷凝器 (56)
3.2.3 C6 精馏塔冷凝器 (56)
3.3再沸器设备计算 (57)
3.3.1 C4 精馏塔再沸器 (57)
3.3.2 C5 精馏塔再沸器 (68)
3.3.3 C6 精馏塔再沸器 (68)
第四章参考文献 (69)
第五章设计心得 (70)
第一章综述
1.1 设计题目
轻苯馏分体系精馏塔设计
1.2 题目概述
有一股轻苯馏分，流率为960kg/h，温度80℃，压力600kPa，经过反应器后将其中环戊二烯经热二聚反应生成双环戊二烯后，温度变为103℃,组成和基本物性见表1-1。物性：SRK方程要求将热二聚反应产物分离成为4个馏分，即C4馏分(主要成分1-丁烯)、C5(主要成分环戊烯)、C6(主要成分苯)、C10(主要成分双环戊二烯)。每个馏分中主要成分的质量分数不低于0.95，收率不低于0.96。
ASPEN软件进行精馏塔设计
1引言
1.1ASPENPLUS概述
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”（Advanc ed System for Proces s Engine ering，简称ASPE N），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了Asp enTec h公司，并称之为As pen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、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，应用案例数以百万计。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Aspen Plus 的用户。
1.2精馏塔概述
精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
如何使用aspen软件模拟完成精馏的设计和控制马后炮终审稿)
如何使用A S P E N软件模拟完成精馏的设计和
控制马后炮
Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
如何使用ASPEN TM 软件模拟完成精馏的设计和控制威廉·L·鲁平博士
第6 章：使用稳态计算选择控制结构
Steadt-state Calculations for Control Structure Selection 在我们转入将稳态模拟转化为动态模拟细节讨论之前，要先讨论一些重要的稳态模拟计算方法。因为经常被用于精馏设计中帮助为其选择一个实用且高效的控制结构，。故此类讨论可能是一定意义的。
绝大部分精馏塔的设计是为了将两种关键组分分离获得指定的分离效果。通常是两个设计自由度指定为馏出物中重关键组分的浓度和塔底产品中轻关键组分的浓度。因此，在精馏塔的操作和控制中，“理想的”控制结构需测定两股产品的组成并操控两输入变量（如，回流流量和再沸器的输入热量），从而能够达到两股产品中关键组分的纯度要求。
然而，由于一些现实的原因，很少有精馏塔使用这种理想的控制结构。组分检测仪通常购价昂贵且维修成本高，其可靠性对连续在线控制而言，有时略显不足。如果使用色层法，还会在控制回路中引入死时间。此外，不使用直接测量组分法，通常也有可能取得非常高效的控制效果。
温度测量被广泛应用于组分的推理控制。温度传感器廉价而又可靠，在控制回路上只有很小的测量滞后。对恒压二元体系，温度与组成是一一对应相关的。这在多组分体系中不适用，但精馏塔中合适位置的温度通常能够相当准确地提供关于关键组分浓度的信息。
如何用aspen做塔模拟
如何用aspen做塔模拟？
ASPEN 2008-03-18 23:25:06 阅读225 评论0 字号：大中小订阅
1. 如用何用DSTUW 和RadFRac 进行精馏塔模拟计算
经过简单的训练，初学都便能够用DSTUW 和RadFRac 进行塔模拟计算，似乎会用aspen 做塔的设计和操作模拟了。但计算思路是不是很清楚就不一定了。如可用DSTUW 和RadFRac完成一个塔的设计，或对一个已知的塔进行模拟，需要有清晰的过程思路，这样才能用好模拟软件。
使用DSTUW 和RadFRac塔单元模块，首先我们应该知道模块能做什么？然后知道如何用它做我们想做的事？需要输入那些参数？
在有aspen之前你首先回答不用aspen你能不能做塔设计？如果答案是肯定的，那就可以往下用aspen了，否则先进搞清楚精馏塔的设计原理与方法，再来研究如何用aspen做精馏模拟。
DSTUW能做什么？
DSTUW是塔的简捷计算模块，它能够对进行设计计算和操作计算（也就是核算）。
如何用DSTUW进行设计和操作模拟？
这两种功能通过选择输入回流比和理论板数来实现。
设计计算：输入参数：回流比（或最小回流比倍数）和其它设计必须的工艺参数，但不需要结构尺寸数据。计算结果：实际回流比、实际塔板数、进料板位置、蒸出率（D/F）和传热面积及其它的工艺数据等。为精确设计计算提供必要的设计参数。
操作模拟：输入参数：塔板数、进料板位置等必要的操作参数。计算结果：为回流比、塔顶组成等。
当然很多输入参数是可以选择的，但一定要保证设计或操作必须的自由度数。也就是条件必须足够，且不能有多余。
aspen精馏模拟步骤
Aspen精馏模拟的步骤
一、板式塔工艺设计首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进
展下面的计算步骤。其次要知道你用的软件〔或软件模块〕能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的构造和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进展。
板式塔工艺计算步骤1.物料衡算〔手算〕目的：求解 aspen 简捷设计模拟的输入条件。
容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割；(2)估计塔顶与塔底的组成。得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率参考："化工原理"有关精馏多组份物料平衡的容。2.用简捷模块〔DSTWU〕进展设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定适宜的回流比和塔板数。方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。3.灵敏度分析目的：1.研究回流比与塔径的关系〔NT-R〕，确定适宜的回流比与塔板数。2.研究加料板位置对产品的影响，确定适宜的加料板位置。方法：可以作回流比与塔径的关系曲线〔NT-R〕，从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。4. 用DSTWU再次计算目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。
aspen精馏教程
Aspen plus 在精馏中的应用实例教程 http://hi.baidu.com/teacherf/
Aspen plus 在精馏中的应用实例教程 http://hi.baidu.com/teacherf/
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图 3.3-2
选择所需组分，点击面的 add 按钮，该组分就被添加到组分列表中. 用同样方法输入水 分，结果如图 3.3-3 所示.
图 3.3-3
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1）创建精馏塔模块 在模型库中选择塔设备 column 标签，如图 3.1-1.
图 3.1-1
点击该 DSTWU 模型的下拉箭头，弹出三个等效的模块，任选其一如图 3.1-2 所示.
Aspen plus 在精馏中的应用实例教程 http://hi.baidu.com/teacherf/
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·DSTWU 规定与估算内容
规定 轻重关键组分的回收率 理论级数 回流比
Aspen流程模拟基础(入门)-1
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
Βιβλιοθήκη Baidu
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
2. ASPEN PLUS界面介绍
3. ASPEN PLUS快速入门
3. ASPEN PLUS快速入门
3. ASPEN PLUS快速入门
这时你会发现,Global标签变成了对号,说明此页已经输入完成
3. ASPEN PLUS快速入门
再次单击Next钮,出现该系统的二元交互作用参数,你需要确认也可对其进 行修改; 这时你会发现物性原红色标识标签全部变成蓝色对号;按Next钮
3. ASPEN PLUS快速入门
3. ASPEN PLUS快速入门
3. ASPEN PLUS快速入门
•在本页面中,可以选择输入及输出单位,我们用默认值,再按Next 钮
3. ASPEN PLUS快速入门
3. ASPEN PLUS快速入门
物性数据已经输入完成,按NEXT钮,请看下一步工作
ASPEN PLUS具有最完备的物性系统
Aspen反应精馏的模拟和设计
First Liquid (water)
第二十五页，共54页。
有机相回流至反应蒸馏塔
第二十六页，共54页。
物流名称
第二十七页，共54页。
第二十八页，共54页。
进料流的输入
第二十九页，共54页。
废酸进料
第三十页，共54页。
丁醇进料
第三十一页，共54页。
反应蒸馏塔内操作方法
第三十二页，共54页。
两元体系选用的估计算法
第七页，共54页。
选定热力学模式，HOC表示气体会 产生双元体或三元体的现象
第八页，共54页。
极性、亲水和疏水系数
输入两元体系热力学参数
(从文献或Aspen Plus 内建参数)
第九页，共54页。
反应动力学方程的输入方法
第十页，共54页。
Reactions —— 对象类型
第十八页，共54页。
注意单位
输入正反应动力式数值
第十九页，共54页。
第二十页，共54页。
输入逆反应动力式
数值
程序输入方法
第二十一页，共54页。
选择Columns，后选择 STRIP1
第二十二页，共54页。
第二十三页，共54页。
将塔顶物流与 冷凝器进行连 接
加入Decanter
第二十四页，共54页。
因为水为第一液相 ，所以酯为第二液