Aspen Plus在化工设计及模拟中的应用

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化工过程分析与合成Aspen plus在化工过程设计中的应用

化工过程分析与合成Aspen plus在化工过程设计中的应用
折流挡板切口高度 折流挡板间距 折流挡板面积
对于圆盘形折流挡板需要的信息包括:
环形直径 支承盘的几何尺寸
第 22 页
折流挡板的几何结构
Baffle Cut 折流挡板的切口高度 Tube Hole 管孔 Shell to Baffle Clearance 壳层到折流挡板的环形面积
Ethylene Glycol Ti=340 K Pi=2 atm
E101
Freon-12 To=Tsat Vapor fraction=1.0
Ethylene Glycol To=300 K
第 27 页
确定出口物流的热和 加热器、冷却器、冷凝
相态条件
器等
在两个物流之间换热
两股物流的换热器。当 知道几何尺寸时,核算 管壳式换热器
在多股物流之间换热
多股热流和冷流换热器, 两股物流的换热器, LNG换热器
提供B-JAC Hetran管壳 管壳式换热器,包括釜
式换热器程序界面
式再沸器
提供B-JAC Aerotran空 错流式换热器包括空气
Rod Diameter 圆盘直径 Ring Outside Diameter 环外径 Ring Inside Diameter 环内径
第 23 页
管子的几何尺寸
计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸, HeatX模型也用这个信息从膜系数来计算传热 系数,在Geometry Tubes(管子的几何尺寸) 页上输入管子的几何尺寸。
替换这个模块的物性、模拟选项、诊断消息水平和报告选项的全 局值。
浏览结果、质量和能量平衡、压降、速度和区域分析汇总。
浏览详细的壳程和管程的结果以及关于翅片管、折流挡板和管嘴 的信息。

Aspen.Plus在化工设计及模拟中的应用

Aspen.Plus在化工设计及模拟中的应用

Aspen Plus 在化工设计及模拟中的应用(摘自方利国等编《计算机在化学化工的应用》第九章,化学工业出版社,2003 年)Aspen P1us 是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件,它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求,其计算结果得到许多同行的认可,该软件也和其他软件一样在不断地升级。

在美国能源部的拨款资助下,麻省理上学院化工系有关教授组织了一个由高等学校和企业部门各方人员参加的开发小组,集中进行新一代化工流程模拟系统的开发,于1979 年初开发成功Aspen,并投入使用。

1981年专门成立了一家公司接管了这套系统的继续开发和完善工作,同时软件更名为Aspen P1us。

它被用于化学和石油工业、炼油加工、发电、金属加工、合成燃料和采矿、纸浆和造纸、食品、医药及生物技术等领域,在过程开发、过程设计及老厂的改造中发挥着重要的作用。

该软件主要由三部分组成,简述如下。

(1))物性在物性部分中包括基础物性数据库、热力学性质和传递物性,下面分别加以介绍。

①基础物性数据库Aspen Plus 中含有一个大型物性数据库.共含有32 类近900 种纯物质的物性,主要有:分子量、Pitzer 偏心因子、临界性质、标准生成自由能、标准生成热、正常沸点下汽化浴热、回转半径、凝固点、偶极矩、比重等。

同时还有:理想气体热容方程式的参数、Antoine 方程的参数、液体焓方程系数。

对UNIQAC 和UNIFAC 方程的参数也收集在数据库中,在计算过程中,只要所计算的组分在物性数据库中存在,则可自动从数据库中取出基础物性进行传递物性和热力学性质的计算。

②燃烧物数据库燃烧物数据库是计算高温气体性质的专用数据库。

该数据库含有常见燃烧物的59 种组分的参数,其温度可高达6000K,而用Aspen P1us 主数据库,当温度超过1500K 以上时,计算结果就不精确了。

燃烧物数据库只适用于部分单元操作模型对理想气体的计算。

Aspen Plus模拟软件在化工中的应用

Aspen Plus模拟软件在化工中的应用

Vol.50No.8(2019)ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY 收稿日期:2019-05-08作者简介:姚卫国(1991-),男,陕西西安人,硕士,助理工程师,主要从事化工过程模拟与优化、化工过程放大研究。

E-mail :yaoweiguo@ 。

Aspen Plus 模拟软件在化工中的应用姚卫国,郑瑞朋,胡凯瑞,高鹏飞,郑刚,刘勇营(浙江省化工研究院有限公司,浙江杭州310023)摘要:流程模拟软件在化工中的应用非常广泛,本文主要阐述流程模拟软件在气相密度计算,压缩因子的计算,密度随温度的变化,不同压力下的沸点,物质性质的估算,二元交互参数,变压精馏等方面的应用,对化工设计有指导作用。

关键词:流程模拟;压缩因子;物性估算;变压精馏文章编号:1006-4184(2019)08-0028-05流程模拟技术的发展为化工过程带来了很大的改变。

利用计算机的强大计算能力,解算化工过程的数学模型,用来模拟化工过程系统的性能。

流程模拟技术经过几十年的发展,现在被广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产过程的控制与优化、新员工的培训和老厂的技术改造[1-3]。

相比于实际的生产过程的高成本,化工过程模拟有其更大的优势,主要包括以下几点[4-6]:(1)经济性。

运用计算机模拟实际化工过程,可以大量地节约生产成本,并且过程的再现性好,比实际过程更加的快速、经济。

(2)加大了放大倍数,降低了实验数据向实际化工生产过程的转化时间,缩短了新产品、新工艺的开发难度。

(3)稳定性与变工况。

利用数学模型的准确性,为模拟提供可靠性;而且可根据不同的参数变化确定合适的操作参数。

(4)为控制提供良好的基础,随着技术的进一步发展,利用软件研究过程的动态方程已经成为可能。

Aspen Plus 是美国能源局在20世纪70年代后期在麻省理工学院组织的会战,开发的流程模拟软件,经过三十多年的发展,该软件日臻成熟,经过十几个版本的发展,现在Aspen Plus 的最高版本为10。

Aspen Plus在化工设计物料衡算中的应用

Aspen Plus在化工设计物料衡算中的应用
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在讲 完 手箅过 程后 , 体介绍 A p nPu 在 该连 具 se ls
续 反 应过 程物 料 衡算 实例 中的应 用 。首 先 , 据题 设 根
条件 得 到进料 组 成 。打开 A pnPu 用 户 界面 , se ls 选用
化学 计 量反 应器 模 块 进 行模 拟 , 图 1 示 。然 后 , 如 所
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A pn Pu 是 美 国 麻 省 理 工 学 院 于 2 se ls 0世 纪 7 0
转 化 率为 2% , 成产 物 的乙烯 的选 择性 为 8 % . 5 生 0 计 算 反 应器 出 口物 料 的流量 和组 成 。 传统教学 中, 我们 按 课 本 的计 算 步 骤讲 解 , 行 进 物料 组分 的编 号 、 计算 简 图 、 物料平 衡方 程 、 画 列 列摩

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章 节 之一 , 本里 的 例题 都是 通 过 手 算 解得 , 课 公式 太 多 , 算过 程 复杂 , 计 老师 讲得 煞费 苦心 , 生学得 一 知 学
半 解 。A p nPu 作 为 目前 通 用 的大 型化 工 流程 模 se ls
拟 软件 , 有 强大 的工 艺计 算能 力 , 具 因此 , 很有必 要将 其 应 用 于物料 衡算 。
过对该 软 件 的介 绍 和举 例 应 用 , 阔 了学 生 的 眼界 , 开 激发 了他们 的学 习兴 趣 , 提高 了他们 的 学 习主动性 。

Aspen Plus在化工设计教学中的应用

Aspen Plus在化工设计教学中的应用

Aspen Plus在化工设计教学中的应用摘要:随着计算机技术的发展,ApsenPlus作为高水平的仿真软件在高校教学中备受青睐,本文在传统教学的基础上,将ApsenPlus 流程模拟软件有步骤地应用于化工设计课程的教学中,通过ApsenPlus软件对一精馏塔进行模拟设计,使学生逐步掌握AspenPlus 软件的使用和加深对化工设计这门课的理解。

关键词:ApsenPlus化工设计模拟设计化工设计课程是化工类专业的必修课程之一,是一门融合化工工艺学、化工原理、化工设备、化工热力学、化学反应工程等专业基础课知识并最能体现学生专业综合能力的学科。

陈显彰在其《化工设计概论》中讲“故凡修习化学工程者,皆以化工设计为最高攻读目标”[1]。

由此可见该课程的重要性。

这门课是将一个系统(如一个工厂、一个车间或一套装置等)全部用工程制图的方法,描绘成图纸、表格及必要的文字说明,也就是把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。

它是通过设计人员运用各种手段,通过大脑的创造性劳动,将人们的要求变为现实生产的第一步。

它属于科学技术,是生产力的一部分[2]。

在21世纪的今天,世界各国之间的竞争主要是科技、人才和综合国力之间的竞争,人才竞争是竞争的实质。

中国高等工程教育的出发点和归宿是培养现代职场需要的、具有创造性及开拓性、能够参与国际竞争、具备良好的应变能力的高级专门人才。

化工设计课是一门实践性较强的学科,需要把理论和实践紧密结合;并且化工生产技术难度大,工艺流程复杂,操作技术求较高。

由于化工实验成本高,工艺设备庞大,耗时较长等特点使得实验室仅设了一些小型的、简单的验证性实验,这对于培养生的创新能力以及解决工程实际问题能力帮助不大。

鉴于上述特点,在授课及实验教学中仅采传统的教学模式比较困难。

为了强化对学生设计能力的培养,提高学生的上岗工作能力,适应社会发展需求,许多化工院校都有针对性地开设了课程设计以及创新性实验等教学环节,使学生运用一门或几门课程识解决一个不太复杂但却是综合性的问题,从而初步获得工程技术的基本训练。

Aspen_Plus(课程重点)

Aspen_Plus(课程重点)

1.化工过程模拟可分为稳态模拟和动态模拟两部分。

化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟,模拟过程中涉及的化工过程中的数据一般包括(进料)的温度、压力、流率组成2.化工过程模拟的功能①科学研究、开发新工艺:随着过程模拟技术不断发展,工艺开发已逐渐转变为完全或部分利用模拟技术,仅在某些必要环节进行个别的试验研究和验证。

②设计:化工过程模拟的主要应用之一是进行新装置的设计,随着科技进步,在石油化工炼油领域绝大多数过程模拟的结果可以直接运用于工业装置的设计,而无需小试或中试③改造:旧装置的改造及设计已有设备的利用也可能需要增添新设备,其计算往往比设计还要复杂,必须在过程模拟的基础上才能解决④生产调优、故障诊断:通过流程模拟才能寻求最佳工艺条件才能达到节能降耗增效的目的,通过全系统的总体调优以经济效益为目标函数,可求得关键工艺参数的最佳匹配,革新了传统观念。

3.化工过程模拟系统的构成主要包括输入系统、数据检查系统、调度系统、数据库。

现代模拟系统既可以采用图形界面,也可采用数据文件的方式输入、并且这两种方式之间可以相互转换。

图形输入简单直观,需要先做出所需计算的模拟流程图,然后再输入相关数据。

由于图形输入无需记忆输入格式和关键字,所以比较方便,现已成为主要的输入方式。

数据输入完成后,由数据检查系统进行流程拓扑分析和数据检查,这一阶段的检查只分析数据的合理性,完整性,而不涉及正确性。

若发现错误或是数据输入不完整,则返回输入系统,提示用户进行修改。

数据检查完之后进入调度系统,调度系统是程序中所有模块调用以及程序运行的指挥中心。

调度系统的考虑是否完善,编制是否灵活,是否为用户提供最大的方便,对于模拟软件的性能至关重要。

任何一个通用的化工过程模拟系统都需要物性数据库、热力学方法库、化工单元过程库、功能模块库、收敛方法库、经济评价库等。

其中最重要的是化工单元过程库和热力学方法库,化工单元工过程库关系着能否进行计算,热力学方法库关系着计算结果的准确性。

ASPEN Plus在化工过程优化中的应用研究

ASPEN Plus在化工过程优化中的应用研究

ASPEN Plus在化工过程优化中的应用研究ASPEN Plus是目前最为常用的化工过程模拟软件之一。

该软件通过建立化工装置的模型,运用热力学计算方法,模拟不同操作条件下的工艺流程,实现多种化工计算,优化和设计。

ASPEN Plus在化工工艺的优化过程中起着至关重要的作用。

化工过程模拟的主要目的是为了优化和改进现有的生产工艺。

通过模拟计算,可以得到不同工艺参数之间的关系,从而找到最优工艺参数,提高生产效率,降低生产成本。

而ASPEN Plus则是目前用于化工过程模拟和优化的最常用软件之一。

作为工业中经典化工软件,ASPEN Plus可以对化工流程进行详细的分析和确定。

它不仅可以模拟在不同工艺条件下的化工过程,还可以进行优化和设计。

因为它能够模拟多种化学反应,包括催化反应、裂解、聚合、氧化、加氢、脱氢等等。

其热力学计算功能可以模拟化学反应的放热与吸热,计算化学反应的平衡和转化率,同时还能模拟化学反应产物的物性参数。

而且,ASPEN Plus还有着优秀的流程计算功能。

它可以模拟化工装置的各种操作,如稳态、动态、可逆、不可逆、均相、异相等等,并能对装置进行热力学和物理学计算。

ASPEN Plus模拟优化的策略是通过改变优化变量,去寻找化工过程的最大化利润或最小化成本。

可以通过设置它的参数,如反应器类型、反应器进料比、反应温度、反应时间、反应物浓度,来寻求最优工艺方案。

经过多次模拟计算,确定最优方案后,可以进一步进行实验验证,以此来验证模拟计算的准确性和可行性。

ASPEN Plus还可以进行装置设计与模拟。

通过建立化工装置的模型,可以预测关键物理变量的行为、设施性能和输出结果。

在装置设计和模拟中,可以通过优化变量,如进料物料、反应条件等,找到最佳的装置配置方案。

可以通过ASPEN Plus进行分析的工艺,包括化学反应器、精馏塔、黏附塔、萃取塔、气体吸收塔和热交换器等。

最后,ASPEN Plus的应用领域相当广泛。

利用化工模拟软件ASPEN PLUS设计轻苯馏分体系精馏塔设计

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。

AspenPlus软件在化工原理课程设计中的应用

AspenPlus软件在化工原理课程设计中的应用
·136·
山 东 化 工 SHANDONGCHEMICALINDUSTRY 2019年第 48卷
AspenPlus软件在化工原理课程设计中的应用
管述哲,刘宣池,董孝宇,吴进喜,苏 冰,张玉双,吴咏梅
(新疆工程学院,新疆 乌鲁木齐 830091)
摘要:化工原理课程设计是化工类专业一门重要的工程技术类基础课程,是考察学生化工原理知识的综合运用以及解决实际工程问题 能力的重要课程。通过 AspenPlus软件进行辅助教学,提高了学生解决化工原理课程设计实际问题的效率;培养了学生多角度、多方法 解决工程问题的能力;通过设计结果误差的分析,加深了学生对化工原理及化工原理课程设计课程的理解。 关键词:AspenPlus;化工原理;教学方法;课程设计 中图分类号:G642.3 文献标识码:B 文章编号:1008-021X(2019)01-0136-02
连续精馏塔。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热 至泡点后送入精 馏 塔 内,塔 顶 上 升 蒸 汽 采 用 全 凝 气 冷 凝,冷 凝 液在泡点下一部分回流至塔顶,其余部分经产品冷却器冷却后 送至储罐。
(1)生产能力:年处理乙苯 -苯乙烯混合物 11.0万 t(开 工率 330天 /年,F=131.8kmol/h);
临界温度 /℃
临界压力 /MPa
乙苯(A) 苯乙烯(B)
C8H10 C8H8
106.16 104.14
136.2 146
343.1 369
3.70 底产品流率为 W, 塔顶流出液中乙苯含量不低于 0.95,塔底釜液中含量不高于 0.25,对精馏塔做全塔物料衡算。有:FXf =DXd +WXw
(2)原料:乙苯的含量 60%(质量分数,下同); (3)分离要求:塔顶流出液中乙苯含量不低于 0.95,塔底 釜液中含量不高于0.25,泡点进料。

Aspen Plus在化工类专业本科毕业设计中的应用与思考

Aspen Plus在化工类专业本科毕业设计中的应用与思考

第12期 收稿日期:2020-04-20基金项目:烟台大学教学改革研究项目(jyxm2020014);山东省高等学校青创人才引育计划作者简介:杜玉朋(1986—),博士,主要从事高校化工类专业教学与科研工作。

AspenPlus在化工类专业本科毕业设计中的应用与思考杜玉朋,王一飞,田 晖,王 玮,赵玉潮,任万忠(烟台大学化学化工学院,山东烟台 264005)摘要:化工生产属于过程工业的范畴,因此化工类专业教育非常注重化工过程分析、合成、模拟与优化等教学内容。

毕业设计是化工类专业最重要的一次综合性实践教学,工艺流程模拟是毕业设计任务中极为重要的一环。

本文以丙烷脱氢制丙烯工艺过程设计为例,介绍了AspenPlus流程模拟软件在化工类专业本科毕业设计中的应用及教学心得体会,以期能够为化工类专业学生顺利完成毕业设计任务和教师指导实践教学提供参考。

关键词:化工类专业;毕业设计;实践教学;AspenPlus中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2020)12-0131-02ApplicationsandConsiderationsofAspenPlusintheGraduationDesignofChemicalEngineeringMajorsDuYupeng,WangYifei,TianHui,WangWei,ZhaoYuchao,RenWanzhong(CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,YantaiUniversity,Yantai 264005,China)Abstract:Chemicalproductionbelongstothecategoryofprocessindustry.Therefore,theeducationofchemicalengineeringmajorsattachesgreatimportancetothecontentsofchemicalprocessanalysis,synthesis,simulationandoptimization.Graduationdesignisoneofcomprehensivepracticeteachingcurriculumsforchemicalengineeringmajors,andprocesssimulationisanessentialpartofthecurriculum.Takingtheprocessdesignofpropanedehydrogenationtopropyleneasacase,thisstudyintroducestheapplicationandteachingexperienceofAspenPlusprocesssimulatorinthegraduationdesignofchemicalengineeringmajors.Thiswouldprovidereferencesforstudentstosuccessfullycompletegraduationdesigntasksandforteacherstoguidepracticeteaching.Keywords:Chemicalengineeringmajors;graduationdesign;practiceteaching;AspenPlus 化工类专业是我国现行高等教育中的重要组成部分。

ASPENPLUS介绍及模拟实例

ASPENPLUS介绍及模拟实例

ASPENPLUS介绍及模拟实例ASPENPLUS具有广泛的应用领域,包括石化、炼油、化肥、热力、制药、生化工程等。

它可以用于模拟各种化工过程,例如分离、混合、反应、蒸馏、液-液/气-液萃取、吸收、脱吸附、干燥等。

ASPENPLUS使用了一套成熟的计算方法和数学模型,可以准确地预测化工过程的性能指标,为工程师提供决策支持。

ASPENPLUS的建模过程包括定义组分、定义装置流程、定义物理特性、定义热力学模型、定义操作条件、定义单元操作、定义修正参数等。

用户可以根据具体的工艺流程需求,选择不同的模拟单元进行组合,以实现整个过程的模拟。

在模拟过程中,用户可以通过调整操作条件和设备参数,进行优化设计,以实现最佳的性能。

下面以丙烯酸酯生产过程为例,介绍ASPENPLUS的模拟实例。

丙烯酸酯是一种重要的化工原料,广泛应用于合成高分子材料、油墨、粘合剂等。

其主要生产过程是通过异丁烯与甲基丙烯酸酯在催化剂存在下进行反应生成。

为了实现丙烯酸酯的高选择性产率,需要优化反应过程的操作条件和装置结构。

首先,在ASPENPLUS中定义组分,包括异丁烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和副产物。

然后,定义装置流程,包括进料反应器、分离塔和产品收集器。

接下来,定义物理特性,如温度、压力、流量等。

充分考虑物料的热力学性质,确保模拟过程的准确性。

在物理特性定义完成后,需要定义热力学模型。

根据反应过程的实际情况,选择适当的热力学模型,并确定模型参数。

在反应过程中,可以设置反应器的温度、压力和催化剂的用量,以及反应物的摩尔比例。

定义好热力学模型后,需要定义操作条件。

根据实际工艺需求,设置反应器的温度和压力,以及进料和产物的流量。

可以使用ASPENPLUS提供的优化算法,通过调整操作条件,实现产物选择性的优化。

最后,定义单元操作,包括进料反应器、分离塔和产品收集器的模型和参数。

分离塔的模型可以选择蒸馏、吸收或萃取等。

通过定义修正参数,可以对模拟过程进行细致的调整和修改,以实现更准确的模拟结果。

Aspen Plus软件在化工原理课程各教学环节中的应用

Aspen Plus软件在化工原理课程各教学环节中的应用

Aspen Plus软件在化工原理课程各教学环节中的应用李微;刘世熙;马志刚;袁申富【摘要】Principles of Chemical Engineering is an important fundamental technology course for students majoring in Chemical Engineering.It is an application course with the focuses of practicality and engineering.The model blocks in Aspen Plus are closely related to unitoperations.Employing Aspen Plus in theory teaching,experiment teaching and curriculum design of Principles of Chemical Engineering realizes the combination of theory and practical application.It can not only improve the quality of teaching,but also promote the cultivation of students' engineering practical ability.The application of Aspen Plus in the teaching links of chemical engineering principles was emphatically introduced,and some concrete examples were presented.%化工原理是化工类专业的重要基础技术课,工程性和实践性很强,其各单元操作与Aspen Plus软件中的单元模块紧密联系.将Aspen Plus应用于化工原理理论教学、实验教学以及课程设计等环节,实现理论与实际应用的充分结合,不仅可以提高教学质量,而且能够促进学生工程实践能力的培养.本文分点介绍了Aspen Plus软件在化工原理各教学环节中的应用,并给予了实例说明.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)011【总页数】5页(P185-189)【关键词】AspenPlus;化工原理;实3【作者】李微;刘世熙;马志刚;袁申富【作者单位】云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091;云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091;云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091;云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091【正文语种】中文【中图分类】TQ019化工原理是化工类专业学生最基础的专业课程,其概念多,计算复杂,理论性和实践性都很强。

基于Aspen_Plus_的无水氟化氢生产工艺模拟优化

基于Aspen_Plus_的无水氟化氢生产工艺模拟优化

0引言近年来,随着氟化工产品在汽车、制冷、半导体等应用领域的不断拓展,无水氟化氢(HF )作为氟化工业的基础性原料,需求量逐年提高。

目前工业上生产HF 的途径有两种:萤石路线和氟硅酸路线。

萤石路线包括回转炉工艺和气固流化床工艺,而气固流化床工艺因萤石细粉易聚团成块还未实现工业化[1-10]。

氟硅酸路线包括ICM 法、BUSS 法以及浓硫酸法[2]。

据统计,截至2019年,国内HF 生产线共103条,这些生产线除了瓮福集团于2008年自主掌握浓硫酸分解氟硅酸工艺并工业化生产HF 外,其余均为萤石—硫酸回转炉工艺生产HF [3]。

回转炉工艺作为生产HF 的主流工艺,在我国已经有近50年的历史[4],该工艺以萤石、液态硫酸为原料,在回转炉内反应后,经洗涤、冷凝、精馏、脱气得到HF 产品。

严建中[5]研究萤石硫酸反应动力学,得出加强物料混合有利于扩散从而加快反应速率的结论。

陈祥衡[6]将发烟硫酸应用于HF 生产,发现发烟硫酸可以提高氟化氢质量并降低物料对炉体的腐蚀。

缪明基[7]研究水对氟化氢生产的影响,得出的结论为:当萤石杂质中碳酸钙≤0.8%、二氧化硅≤0.8%,可大大减少生产过程中杂质产生的水分。

回转炉工艺经过多年的理论研究和工程实践,生产技术已趋成熟,产品质量稳定,但仍存在设备笨重、腐蚀严重以及反应速率低等诸多问题。

本文通过Aspen Plus 软件模拟回转炉工艺反应过程,描述回转炉工艺中原料配比、反应温度、物料反应停留时间对反应效率的影响,通过灵敏度分析对操作参数进一步优化,提高萤石和硫酸反应生成氟化氢的反应速率。

1工艺流程系统无水氟化氢的生产主要以萤石、98酸、105酸为原料,无水氟化氢生产工艺主要分为5个部分,分别为上料系统,反应、热风及排渣系统,洗涤、冷凝、精馏系统,硫酸吸收、氟硅酸吸收和中央吸收系统,尾气综合治理系统。

萤石—硫酸法生产HF 工艺流程如图1所示。

图1萤石—硫酸法生产HF 工艺流程1.1给料系统萤石进入给料系统的流程:湿粉萤石经过烘干炉烘干后由斗提机、刮板机送入萤石高位仓—通过*2019年(第二批)中央引导地方科技发展专项资金支持项目“无水氟化铝绿色生产工程化技术研究平台”(2019-0101-GXC-0037)。

Aspen Plus模拟计算软件在氯化氢吸收与解析化工设计中的应用

Aspen Plus模拟计算软件在氯化氢吸收与解析化工设计中的应用
2。2 电流 密度 的 自动控 制 对 于电流密 度 自动控 制装置 的应 用来 说 ,现 在 已经存 在商
业 化的 产 品。分 析其 原 理 ,主要 是将 电极 表面 积变 动通过 传 感
软件在氯化氢吸收与解析 化 工设计 中的应 用
器来 进行收 集 ,并进行 数据处 理 ,结合数 字运算 器的功能 ,能 实 现信 息传送 到存 储器以及 预定的 电流 密度变动 范围 ,在此基 础 上 ,进行 必要 的运算分 析 ,并 能及时 根据实 际情 况进行调 整 ,实
整输 出电流 。
行 了探 讨 。
对 于商业化的 电流密 度控 制仪来说 ,能实现 30组 电流密度 关键词 :Aspen Plus;氯化 氢;吸 收;解析
控 制参数 的要 求 ,在 系统 的 自学功能 的情 况下 ,将 其在控制器 内 进行存 储。系统运 行 中,能实现 电流密 度的 自动监控 和调节 ,准 确地 来反映镀槽 内镀件表面积 的情 况 ,利 用这种方式 ,能 自动化 的控 制好镀槽 中的镀件表面 的电流密度符合具体的工况要求 。
接触 方式 能够 响应 快 、收集 信 息较 为准 确的 特 点 ,但 人工 测量 工设计 中的应用进 行综述和探 讨。
不可 避免 高温 蒸 气影 响下读 数 准确性 的 问题 。另外 ,在玻 璃制 1氯 化氢 吸收 制备 盐 酸工 艺流 程模 拟
造工 艺 的影 响下 ,还 容 易出现 破碎 问题 ,以及其 他控 制线 路 的 腐蚀 情况 ,这 样都 会造 成现 场测 量 的不稳 定性 存在 。如果 系统 1.1氯 化 氢吸 收工 艺描 述
氯化氢吸收 制备盐酸通 常采用 多级 吸收工艺 ,其 中多级填 料 塔 串联 使用 ,氯化氢 气体则 顺次进入 多级填料 吸收塔进 行盐 酸 吸收 ,新 鲜水 从最 后一 级塔 顶部注 入 ,每 级塔底 采 出部分 稀 酸返 回前一级 塔顶作为 吸收液 。 1.2 Aspen Plus模拟 计算

AspenPlus在化工过程模拟中实际应用

AspenPlus在化工过程模拟中实际应用

Aspe nPlus 在化工过程模拟中的应用第2章AspenPlus 模拟基础 第3章流股的混合与分割过程模拟 第4章 压力变送过程模拟 第5章分离设备模拟第6章传热设备模拟 第7章塔设备模拟 第8章反应器模拟 第9章固体操作设备模拟第三章 流股的混合与分割过程模拟学习目的:1、练习用 Aspen Plus 进行流程仿真的基本步骤;2、掌握物流混合模块 Mixers/Splitters 的用法。

内容:课堂练习: 建立以下过程的 Aspen Plus 仿真模型 (exercise-3.1):已知:将 100m 3/hr 的低浓酒精(乙醇20%w ,水80%w,40°C , 1 atm )与200m 3/hr目 录第1章化工过程模拟概述-Prop 丙 n-正 iso-间、异 Meta-间的高浓酒精(乙醇90%w,水10%w, 30°C, 2atm)混合,混合后物流平均分为三股,一股直接输出,第二股与100 kg/hr的甲醇水溶液混合后(甲醇95%w,水5%w, 450C, 1.5 bar)输出,第三股与80 kg/hr的乙酸水溶液混合后(乙酸90%w, 水10%w, 350C, 1.2 bar)输出。

求:三股输出物流的组成(摩尔分率与质量分率)和流量(摩尔流量及体积流量)分别是多少?课后练习:建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型(exercise-3.2):1)将4000C, 3 bar 下的1000m3/hr 水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。

2)将400°C, 30 bar 下的1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。

3)将4000C, 300 bar 下的1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。

Aspen+plus在化工设计教学中应用

Aspen+plus在化工设计教学中应用

万方数据汪斌等Aspenplus在化工设计教学中应用2010.V01.24,No.91.1具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。

AspenPlus具有丰富的物性数据和完备的物性模型。

AspenPlus数据库包括将近6000种纯组分的物性数据,约900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数,约3314种固体的固体模型参数,61种化合物的Henry常数参数,二元交互作用参数约40000多个。

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25万多套数据。

1.2完整的单元操作模块AspenPlus包含完整的化工单元模块,易于组建化工流程。

单元模块包括①换热器,包括加热(冷却)器、两股物流换热器和多股物流换热器;②闪蒸器,包括双出口闪蒸和三出口闪蒸;③多级平衡计算,包括用于精馏、萃取、间歇蒸馏和石油精炼过程的平衡计算及填料塔、板式塔的塔内流体力学计算;④反应器,包括理想反应器、平衡反应、收率反应器、化学计量反应器和最小自由能反应器;可用来对反应器的物料和能量衡算,并进行反应器的设计;⑤其他,包括混和器、分流器、多出口组分分离器、泵和压缩机。

1.3分析工具AspenPlus提供了一些重要的模拟分析工具。

如:流程优化、灵敏度分析、设计规定及工况研究等。

日垒璺巳皇翌旦坚璺查丝王透过史座旦2.1设计型计算设计任务:在常压连续筛板精馏塔中精馏分离含苯41%的苯、甲苯混和液。

要求塔顶馏出液中含甲苯量不大于4%,塔底釜液中含甲苯量不低于96%(以上均为质量分率)。

已知参数:苯、甲苯混合液处理量4t/h;进料热状态自选;回流比自选;塔顶压强4kPa(表压),热源低压饱和水蒸气,单板压降不大于0.7kPa;其他计算中所用物性数据由Aspenplus内置或计算。

在模型库中选择D蚋rU模型进行设计型简捷计算,如图l所示。

在这里苯和甲苯体系可近似看成理想系,选择I.deal方法。

化工流程模拟软件AspenPlus的介绍专题资料集锦(二)

化工流程模拟软件AspenPlus的介绍专题资料集锦(二)

多郊蒸发分离过程的节能优化与控制
在化工行业中,我国单位产值的能源消耗量比发达国家要高很多,其主要原 因就在于分离过程的能耗远高于发达国家。蒸发操作即为分离过程,其耗能
大,并伴随着二次蒸汽的产出,所以自上世纪70年代的能源危机以来,对蒸
发操作中节能优化和有效控制的研究成为重中之重。
基于AspenPlus的零排放生物质发电系统模型构筑
基于Aspenplus建立乙烯装置急冷系统的模拟
利用Aspenplus建立乙烯装置急冷系统模型,为乙烯装置急冷系统优化打下基
础。实现评估某一操作变量的变 化对能量、平稳运行的敏感性研究;监测装 置的操作,通过预测装置当前性能来进行装置的评级或优化,可以通过改 变
操作方案或操作原理来研究工艺并寻找工艺优化的机会。
厂输出功率则从600MW增加到1041.90 MW.
基于AspenPlus的提高航煤收率的优化
由于石油组成非常复杂,馏分的物性估算和气液平衡研究十分困难,在相当 长一段时间内,石油蒸馏工艺计算基本上是经验性的,计算不仪费时,精度
也难达到。近年来,国外学者已将“虚拟物系”的概念用于石油及石油馏分
物性及气液平衡的研究和预测,开发出了适Hj下石油化1=过程的优秀模拟软 件,其中最具代表的是美国的AspenPlus。AspenPlus具有50余种单元操作模
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基于AspenPlus的CCRs碳捕捉系统过程模拟
采用商业软件Aspen Plus对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)的碳捕捉 过程进行了模拟,讨论CCRs碳捕捉系统的能量回收问题,并运用Aspen Plus
软件进行灵敏度分析,研究补充 碳酸钙流量对循环固体量、煅烧燃煤量和CO
。捕捉率的影响。结果表明:某600 Mw超临界机组引 入CCRs碳捕捉系统后, 机组效率下降为39.59,而将该碳捕捉系统回收的能量用于蒸汽轮机发电,电
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Aspen Plus在化工设计及模拟中的应用(摘自方利国等编《计算机在化学化工的应用》第九章,化学工业出版社,2003年)Aspen P1us是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件,它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求,其计算结果得到许多同行的认可,该软件也和其他软件一样在不断地升级。

在美国能源部的拨款资助下,麻省理上学院化工系有关教授组织了一个由高等学校和企业部门各方人员参加的开发小组,集中进行新一代化工流程模拟系统的开发,于1979年初开发成功Aspen,并投入使用。

1981年专门成立了一家公司接管了这套系统的继续开发和完善工作,同时软件更名为Aspen P1us。

它被用于化学和石油工业、炼油加工、发电、金属加工、合成燃料和采矿、纸浆和造纸、食品、医药及生物技术等领域,在过程开发、过程设计及老厂的改造中发挥着重要的作用。

该软件主要由三部分组成,简述如下。

(1))物性在物性部分中包括基础物性数据库、热力学性质和传递物性,下面分别加以介绍。

①基础物性数据库Aspen Plus中含有一个大型物性数据库.共含有32类近900种纯物质的物性,主要有:分子量、Pitzer偏心因子、临界性质、标准生成自由能、标准生成热、正常沸点下汽化浴热、回转半径、凝固点、偶极矩、比重等。

同时还有:理想气体热容方程式的参数、Antoine方程的参数、液体焓方程系数。

对UNIQAC和UNIFAC方程的参数也收集在数据库中,在计算过程中,只要所计算的组分在物性数据库中存在,则可自动从数据库中取出基础物性进行传递物性和热力学性质的计算。

②燃烧物数据库燃烧物数据库是计算高温气体性质的专用数据库。

该数据库含有常见燃烧物的59种组分的参数,其温度可高达6000K,而用Aspen P1us主数据库,当温度超过1500K以上时,计算结果就不精确了。

燃烧物数据库只适用于部分单元操作模型对理想气体的计算。

⑧热力学性质和传递物性在模拟中用来计算传递物性和热力学性质的模型和各种方法的组合共有43种,主要有:计算理想混合物汽液平衡的拉乌尔定律、烃类混合物的Chao-Seader、非极性和弱极性混合物的Redlich-Kwong-Soave、BWR-Lee-Starling、Peng-Robinson。

对于强的理想液态混合物的活度系数模型主要有UNIFAC、Wilson、NRTL、UNIQUAC,另外还有计算纯水和水蒸气的模型ASME及用于脱硫过程中含有水、二氧化碳、硫化氢、乙醇胺等组分的Kent-Eisenberg模型等。

有两个物性模型分别用于计算石油混合物的液体粘度和液体体积。

对于传递物性主要是计算气体和液体的粘度、扩散系数、导热系数及液体的表面张力。

每—种传递物性计算至少有一种模型可供选择。

(2)单元操作ASPEN PLUS中共有二十多个单元操作模型。

如混合、分割,还包括:间歇反应器、多塔精馏、灵敏度分析和工况分析模块。

①间歇反应器用来模拟单相或两相间歇式反应器。

反应器可有一个连续进料或一个连续出料。

采用缓冲罐的办法使间歇反应器与模拟流程的稳态物流相连接。

②多塔精馏用于对多个多级分馏装置相互联接系统的严格模拟。

能处理带有侧流汽提、泵循环旁路和外部换热器的复杂分馏操作。

③工况分析为了对同一流程作几种操作工况的运行分析,可采用工况分析模块进行模拟外,还要对一系列工况中的每个工况进行流程模拟。

④灵敏度分析用户通过给定某一变量作为灵敏度分析变量,通过改变此变量的值模拟出操作结果的变化情况。

(3)系统实现策略对任一模拟系统软件,有了数据库和单元模块之后还应有以下几项。

①数据输入ASPEN PLUS的输入是由命令方式进行的,即通过三级命令关键字书写的语段、语句及输入数据对各种流程数据进行输入。

输入文件中还可包括注解和插入的FORTRAN语句,输入文件命令解释程序可转化成用于模拟计算的各种信息。

这种输入方式使得专家用户使用起来特别方便。

②解算策略ASPEN PLUS所用的解算方法为序贯模块法,对流程的计算顺序可由用户自己定义,也可由程序自动产生。

对于有循环回路或设计规定的流程必须迭代收敛。

所谓设计规定是指用户希望规定某处的变量值达到—定的要求,例如要规定某产品的纯度或循环流股的杂质允许量等。

对设计规定通过选择一个模块输入变量或工艺进料流股变量,加以调节以使设计规定达到要求值。

关于循环物流的收敛方法有:威格斯坦法(Wegstein)、直接迭代法、布罗伊顿法、虚位法和牛顿法等,其中虚位法和牛顿法主要用于收敛设计规定。

②结果输出可把各种输入数据及模拟结果存放在报告文件中,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。

在物流结果中包括:总流量、强度、压力、气化率、焓、熵密度、平均相对分子质量及各组分的摩尔流量。

9.2 ASPEN PLUS基本操作9.2.1 ASPEN PLUS的启动(1) 打开控制面板,双击Aspen License Manager(见图9-1)。

(2) 选择手动(Manual),点击Launch,激活License Sever(见图9-2)。

(3) 在程序菜单中打开Aspen Plus User Interface,启动Aspen P1us(见图9-3)。

(4) 在弹出的对话框中,用户可以选择B1ank simulation(新流程)、Template(模板)和using an existing simulation (打开一个已有的流程)(见图9-4)。

(5) 确定用户服务器的位置,使用缺省项,按OK键,系统出现成功连接的消息框(见图9-5)。

否则打开控制面板,重新启动Aspen License Manager。

(6) 系统进入Aspen Plus主界面(见图9-6)。

9.2.2模拟流程的设置(1) 当选定了合适的单元模块,就可以放到流程区中去。

(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,系统会提示在设备的哪些地方需要物流连接,在图中以红色的标记显示。

(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。

9.2.3 物流数据及其他参数的输入(1) 当流程的参数没有完全输入时,系统自动打开数据浏览器(data browser)使用户了解哪些参数需要输入,并以红色标记显示。

(2) 在组分(component)一栏中,输入流程的组分,也可以通过查找功能从Aspen数据库中确定需要的组分。

(3) 在物性计算方法栏(Properties-Specification)确定整个流程计算所需的热力学方法。

(4) 设置物流的参数,包括压力、温度、浓度等。

设定设备的参数,如塔板数、回流比。

(5) 当数据浏览器的红色标记没有以后,按Next按钮,系统提示所有的信息都输入完毕,可以进行计算了。

9.2.4 结果的输出当ASPEN对整个流程计算完毕以后,存数据浏览器中的结果汇总(Results Summary)中可以看到模拟的结果,也可以在物流(streams)中看到输出物流的计算结果。

更为详细的内容可通过生成数据文件获取,该数据文件以文本形式保存,便于其他软件调用编辑。

获取数据文件的步骤如下。

(1) 点击File,在其下拉菜单中选取Export。

(2) 在弹出的Export对话框中,选择文件的保存类型为“Report File”。

(3) 在文件名中输入文件名,点击保存,就可以在相关文件夹中找到此文件。

9.3 Aspen Plus应用实例9.3.1 甲醇-二甲醚-水三元混合物精馏塔模拟首先假设系统已进入Aspen Plus的主界面,具体过程如下。

(1) 在单元模块区选择Columns,在它的下层菜单中选择Radfac(见图9-7),在其弹出的精馏塔图示中选择第一行中的第三个图例(见图9-8)。

(2) 将鼠标移到流程区,并单击,在流程区出现一个塔,将鼠标移到物流、能流区,单击,这时在塔上出现需要连接的物流(用红色表示),鼠标移到红色标记前后,通过拖动连接上进出单元的物流(见图9-9)。

如果输入了多余的物流,这时需要将鼠标在左下角的箭头处点击一下,然后利用鼠标选中多余的物流,技常规的方法删除。

该软件中许多有关删除、复制等功能和常规软件有相同之处,在此不再一一讲述。

(3) 当连接单元物流上的红色标记消失后,表明单元流程己建立,单击“N”,系统弹出如图9-10所示的对话框,在“Title”中输入模拟流程名称,在“Units of Measurement”中选择输入、输出数据的单位制一般选择米制。

(4) 单击“N”,系统弹出如图9-11所示的模拟流程组分对话框,在“component ID”下分别输入1、2、3,在对应的“Formulas”下分别输入“H20、CH4O、C2H6O”,对前两种物质,系统会自动辨识,并自己添上组分名称;而对于第3种物质,由于有多种可能,系统会弹出让用户作出选择的对话框,选择二甲醚即可。

(5) 单击“N→”,系统弹出如图9-12所示的物流特性估算方法对话框,在对话框中选择“P-R”方法。

(注意:在实际应用中,具体的物流特性估算方法应根据具体的情况,结合热力学知识进行选择,否则可能出现错误的计算结果)。

(6) 单击“N→”,系统弹出如图9-13所示的输入物流基本情况对话框,主要有流量(8 kmol/hr、压力(8 kg/sqcm)、温度(30℃)、摩尔分率(0.4,0.27,0.33)。

(7) 单击“N→”,系统弹出如图9-14所示的塔设备基本情况设置对话框,设置塔板数为5,冷凝器的形式为全凝器,回流比为2,塔顶引出物流量为2.5 kmol/hr以及其他各参数,再单击“N→”,系统弹出如图9-15所示的塔压情况对话框,输入各种压力。

(8)点击“N→”,输入加料板位置及出料物流的气、液状态,完成所有的设置,输入区的红色标记消失,数据输入完毕,系统开始计算。

计算完成后可以点击“Result Summary”,得到如图9-16所示的数据。

(9)在没有计算前,首先要检查一下左边输入物流及各种设置的红色记号是否消除,如果没有,则需要进行补充:同时,如果认为原来的输入可能有错误,也可以直接点开左边的相关内容,如果左边的工具栏不存在,则可通过DATA菜单,选择相应的内容进行修改。

(10)更详细的数据可通过数据文件获取,下面是数据文件中部分重要的数据。

9.3.2 苯与丙烯反应合成异丙苯的反应模拟己知条件如图9-17所示。

反应器入口温度为84℃,压力为36psi(1psi=6894.76Pa),假定反应过程压降为零,反应产物冷却到44℃,进入分离器。

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