过程模拟软件AspenPlus基础与实例

第5章过程模拟软件Aspen Plus基础与实例5.1基础知识Aspen工程套件（Engineering Suite）是目前应用最广泛的一种过程模拟软件系统，其功能强大，具有包括化工过程的模拟、优化与设计在内的很多功能。

Aspen Plus是Aspen工程套件中的一个重要组成部分，采用化学工程师所常用的流程求解技术实现对化工单元操作及整个工艺流程的模拟。

本节介绍软件使用的一些基础知识。

1、主窗口启动Aspen Plus之后，出现如图5-1所示的主窗口，包括标题栏、菜单栏、工具栏、工艺流程窗口、模型库与状态栏。

图5-1 Aspen Plus用户界面-主窗口2、工具栏工具栏上设置有常用的按钮，可以快捷的进行一些操作，缺省的工具栏包括标准工具栏、数据浏览器工具栏、模拟运行工具栏、工艺流程工具栏等。

用户可以定制所需要的工具栏，在View菜单下，单击Toolbar，弹出如图2-2所示的对话框，选择所需要显示的操作即可。

图5-2 工具栏定义对话框3、模型库模型库（Model Library）中存放着各种单元操作模块。

如果软件启动后看不到模型库，按一下F10即可显示模型库，也可以在View菜单下，选中Model Library进行显示。

4、数据浏览器数据浏览器（Data Browser）是显示所需要的输入、各种定义及计算结果的树状表格，在主窗口的工具栏中单击形状类似眼镜的按钮即可激活数据浏览器，如图5-3所示。

图5-3 Aspen Plus用户界面-数据浏览器打开数据浏览器的其它方法是按一下F8或者在Data菜单下，选中Model Library进行显示。

数据浏览器中的状态指示符(Status indicator)对于工艺流程的建立、纠错、调试等具有重要的作用，这些指示符显示每个单独表格及整个模拟的完整状态。

5、对象管理器每一个块、物流或者其它模拟对象都具有一个唯一的ID。

当用户选择数据浏览器中的一个文件夹时，在数据浏览器的表格部分就出现对象管理器，如图5-4所示。

图5-4 对象管理器6、Next—专家系统位于工具栏上数据浏览器图表后面的Next按钮是一个非常有用的专家系统（Expert System）。

它使得用户能够以最简便的方式完成一个复杂的模拟：指导用户输入必要或可选的数据、显示用户下一步所要进行内容的提示或者当用户的规定不完整或不一致时能够提示用户。

5.2过程模拟实例详解软件学习的最有效的途径就是实践，本节通过甲基环己烷回收的实例详细讲解Aspen Plus的使用。

1、模拟问题描述甲基环己烷与甲苯形成一个共沸体系，采用简单的精馏方法很难分离。

在回收塔中，使用苯酚来萃取甲苯，使得在塔顶能够回收相对纯的甲基环己烷。

回收的甲基环己烷的纯度依赖于苯酚进料流量。

通过Aspen Plus的模拟，可以研究分离的情况。

甲基环己烷回收塔的操作条件为：塔的理论板数为22、采用全凝器且压力为16psia、回流比为8、塔顶馏出物的流量为200 lbmol/hr、再沸器压力为20.2 psia，原料进料位置为14、温度为220F、压力为20psia、甲基环己烷与甲苯各200 lbmol/hr，苯酚进料位置为7、温度为220F、压力为20psia、流量为1200 lbmol/hr。

2、启动Aspen Plus程序单击“开始”菜单中的“程序/AspenTech/ Process Modeling V7.1/Aspen Plus /Aspen Plus User Interface”启动Aspen Plus 的用户界面程序，如图5-5所示。

图5-5 Aspen Plus启动路径可以在桌面上创建Aspen Plus User Interface快捷方式，以后每次启动时，单击快捷方式就能启动程序。

程序启动后，跳过启动画面后，出现如图5-6的启动对话框。

图5-6 Aspen Plus启动对话框-文件方式单击图中的Template，然后单击OK，利用Aspen Plus内置的模板创建一个新的模拟。

3、选择模板创建模拟Aspen Plus内置模板可以用于化学品、石油、电解质、特殊化学品、药物、冶金、聚合物、固体等的模拟，如图5-7所示。

图5-7 Aspen Plus启动对话框-单位与运行类型采用默认模板，注意到图中右下角显示运行类型为Flowsheet，正是模拟所需要的，其它的运行类型包括数据分析、数据回归、性质估计等，可以在需要的时候通过下拉菜单进行选择。

单击OK出现如图5-8的对话框。

图5-8 Aspen Plus启动对话框-连接方式单击OK，稍等片刻，出现如图5-9所示的主窗口，由于还没有进行任何的输入，工作区目前是空白的。

图5-9 主窗口4、绘制工艺流程图在工艺流程窗口下部的模型库中，单击Columns标签，出现一系列塔的模块，如图5-10所示。

将鼠标放置在各个模块上，会出现相应的说明。

图5-10 塔模块在该模拟中，选用RadFrac。

首先，单击RadFrac右侧的三角形，出现可用的图标，如图5-11所示。

图5-11 RadFrac塔的各种模块单击图中顶部第二个标志为FRACT1的图标，此时鼠标变成十字线，然后在流程图中单击，如图5-12所示，完成在流程图中放置单元操作模块的过程。

图5-12 在工艺流程中放置RadFrac模块注意到，此时箭头仍然为十字线，如果在流程图上再次单击，则出现第二个模块，单击鼠标右键，恢复鼠标形状，从而进行其它的操作。

在流程图中放置单元操作模块的过程也可以通过另一种方式实现：单击图中顶部第二个标志为FRACT1的图标，保持鼠标左键按住不放，然后移动鼠标到流程图中，释放鼠标左键。

然后连接相应的物流。

单击模型库最左侧的物流图标，鼠标变成十字线，注意到此事流程图中的塔模块上出现可以连接物流的箭头，如图5-13所示。

图5-13 RadFrac模块上的物流连接点图中的红色箭头表示必须连接物流，蓝色的箭头表示可选连接。

在流程图上单击鼠标左键，生成一个物流，此时鼠标与物流相关联，将鼠标移动到与塔左侧红色箭头相重合的地方，单击鼠标左键，则建立并连接进料物流。

单击鼠标的右键，可以恢复鼠标的形状，进行其它的操作。

再次单击模型库最左侧的物流图标，鼠标变成十字线，在塔顶部的横向红色箭头上单击，建立一个物流，此时鼠标与物流相关联，将鼠标移动到空白位置，单击左键，完成塔顶采出产品物流的建立与连接。

同样操作，可以完成塔底采出产品与另外一股进料物流的建立与连接。

如图5-14所示。

图5-14 完整的工艺流程图如果图中的物流线比较凌乱，可以单击Ctrl+A，选中所有的对象，然后在其中的塔模块上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Align Blocks，则物流的形状变得清晰美观。

主窗口右下角的红色状态指示符显示为Required Input Incomplete，这表明要完成模拟，还有其它必须的输入没有完成。

如果需要对模块或者物流进行重新命名，可以选中模块或者物流，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Rename Stream或者Rename Block，然后在弹出的对话框中输入相应的名称即可，重命名后如图5-15。

图5-15 重新命名工艺物流后的工艺流程图5、输入标题、单位与全局设定数据单击Next图标，弹出如图5-16所示的对话框，表示流程已经绘制完整，可以显示相关的输入表格。

图5-16 提示流程完成对话框单击OK，即可打开数据浏览器，显示应当输入的表单，如图5-17所示。

图5-17 全局设定表格在Setup | Specifications | Global表格下，可以输入模拟的标题（Title），可以通过下拉菜单选择模拟过程中所采用的单位（Units of measurement），还可以通过进行一些全局设定，这些设定对模拟的各个部分都是适用的。

6、定制报告中所要显示的内容单击Setup | Report Options，可以观察到Aspen Plus默认设置的报告内容，在该模拟中需要显示摩尔分数，因此单击其中的Stream标签，选中Fraction basis下的Mole复选框，如图5-18所示。

图5-18 设定报告中显示的物流信息如果用户要显示质量分数，同时选择Fraction basis下的Mass复选框即可。

有时，用户希望显示物流的某些物性，可以通过以下方法实现：单击Setup | Report Options | Stream | Property Sets，然后在弹出的对话框中选择相应的物性集即可，如图5-19所示。

图5-19 物性集选择对话框Aspen Plus中内置有五个物性集模板：HXDESIGN、THERMAL、TXPORT、VLE、VLLE。

TXPORT能够显示物流的密度、粘度以及液相物流的表面张力。

设置好后，单击Close。

7、输入模拟中涉及的物质单击Next图标，专家系统导航到下一个必须的操作：在Components | Specifications | Selection内进行化学物质的规定。

单击左下角的Find按钮，弹出如图5-20所示的对话框。

图5-20 查找物质对话框可以通过物质名称、分子式、CAS号或者分子量与沸点的范围确定所需要的物质，比如输入名称等于（equals）TOLUENE，单击Find now，则找到甲苯，如图5-21。

图5-21 查找物质甲苯单击甲苯物质，然后单击左下角的Add selected compounds按钮，将甲苯添加到模拟中去。

按照同样的方法，将苯酚与甲基环己烷也添加到模拟中去。

然后单击Close按钮。

以上完成之后，应当如图5-22所示。

图5-22 所添加物质一览表8、选择适宜的热力学方法单击Next图标，专家系统导航到热力学方法的选择。

单击Properties | Specifications | Global | Properties methods & models| Process type下的下拉菜单，将其选为All。

单击其下面的Base mothod的下拉菜单，可以看到Aspen Plus内置了超过50多种的物性方法。

热力学方法的选择对模拟至关重要，很多情况下要根据具体的物系结合文献中发表的实验数据进行确定。

本例中，热力学方法选择UNIFAC，如图5-23。

图5-23 选择热力学方法为UNIFAC然后单击Next图标，出现如图5-24所示的对话框。

图5-24 专家系统向导对话框单击OK，专家系统导航到物流相关参数的规定。

9、工艺物流数据的规定在Streams | FEED | Input | Specifications表格上，输入进料物流的温度、压力以及流量：温度为220F、压力为20psia、甲苯流量200 lbmol/hr、甲基环己烷流量200 lbmol/hr。