第10章Aspen工艺流程模拟
ASPEN_培训教材10-ASPEN_气分
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气分装置流程模拟计算
一、工艺流程简述
气分装置是炼油厂后续加工加工装置之一。
它的主要作用是把炼厂深加工装置出来的液化气组份，通过常精馏的方法的分离出丙烷、碳四，高纯度的丙烯。
气分装置一般由三个塔系组成，第一个脱除液化气中比碳四重的组份，叫脱丙烷塔，第二个脱除液化气中比碳二轻的组份，叫脱乙烷塔，第三个塔顶出高纯度的丙烯产品，塔底得到碳三液化气，叫丙烯精馏塔，该塔塔板数较多一般分为两个塔，有的气分装置还有碳四分离塔。
气分装置其工流流程如图5-1所示，所涉及主要模块有进料泵（P101），脱丙烷塔（T101）、脱乙烷塔进料泵（P102），脱乙烷塔（T102）、丙烯精馏塔（T103AB）。
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图5-1 气分装置模拟计算流程图
A1液化气进料；1B碳四出料；2T轻组份排放；3T丙烯产品；3B碳三液化气
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二、需要输入的主要参数
1、装置进料数据
2、单元操作参数
3、设计规定
三、软件版本
采用ASPEN PLUS 软件12.1版本，文件名QF24.APW。
欢迎您的下载，资料仅供参考！
h。
aspen工艺流程费用
aspen工艺流程费用Aspen工艺流程是一种广泛应用于石化工业中的流程模拟软件，它能够进行化工过程的模拟、分析和优化。
在实际工程应用中，使用Aspen工艺流程可以有效提高工艺设计的准确性、可靠性和经济性，降低工艺优化的成本和风险。
Aspen工艺流程的应用主要分为四个步骤：建模、模拟、分析和优化。
首先，需要对工艺流程进行建模，即将实际工艺系统抽象成一组数学模型，描述其中的物质和能量平衡。
然后，通过输入各种操作变量和原料的物性参数，进行流程模拟，分析工艺操作和特性，得到系统的动态响应和稳态性能。
在模拟过程中，Aspen工艺流程能够根据输入参数，自动计算并估计各种物性参数，以及通过加入约束条件，优化工艺操作和产能等。
此外，还能够进行经济分析，根据设备成本、原料成本、能耗等因素，评估工艺流程的经济性和可行性。
在分析和优化阶段，Aspen工艺流程可以通过对系统运行参数的灵敏度分析，找出对系统性能影响最大的参数，以帮助工程师定位问题和改进措施。
同时，它还可以进行多目标优化，根据设定的优化目标，自动调整操作变量，以实现最优的工艺结果。
通过这些分析和优化功能，可以降低工艺优化过程的时间和成本，提高工程师的工作效率和决策能力。
然而，Aspen工艺流程的使用费用较高，主要是由于其复杂的功能和高度专业化的应用领域所致。
首先，需要购买软件许可证，其价格通常根据用户许可数量和功能需求来定。
此外，还需要进行培训和技术支持，以提高使用者的技术水平和解决实际应用中的问题。
同时，软件的维护和更新也需要额外费用。
然而，尽管Aspen工艺流程的费用较高，但是它的应用价值是可以通过工程效益来弥补的。
通过准确的模拟和分析，可以在设计阶段发现和解决问题，避免工程变更和重大投资风险。
此外，优化功能的应用还可以提高生产效率，减少生产成本，提高产品质量和可靠性。
因此，从长远来看，Aspen工艺流程的费用是可以得到回报的。
总之，Aspen工艺流程是一种在石化工业中广泛应用的流程模拟软件，它具有建模、模拟、分析和优化等功能，可以提高工艺设计的准确性、可靠性和经济性。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
第10章 工艺流程模拟
目录
10.1 带循环的工艺流程 10.2 工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）
Purge
Product
Compositional Recycle
撕裂流举例
S7
B1
B2
B3
B4
S1
S2
S3
S4
S5
MIXER
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
➢ S7 ➢ S6
哪个可能是撕裂流？
➢ S7和S6 ➢ S2和S4 ➢ S3
哪个是最好的撕裂流选择？
➢ S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
U5
U6
U7
R1 S9
R2
交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S8
S1
S2
S3
S4
S5
ASPENPLUS参考手册单元操作模型
分 流 热 流 或 功 流 除了一个出口物流不规定以外 对于每个出口物流规定混合后的热或
功的分率 FSplit 把任何剩余的热和功作为未规定的出口物流的热和功以满足能量平衡 使用下面的表格对 FSplit 输入规定和浏览结果
使用这个窗口 Input
BlockOptions
去做
输入分流的规定 闪蒸条件和计算选项以及与分流的规定 有关的关键组分 替换这个模块的物性 模拟选项 诊断消息水平和报告选
Yes or no Yes or no Yes or no Yes or no Yes or no Yes or no Yes
全局的设定规定
1
No
V
1
No
L
2
No
—
3
No
—
1
Yes
—
2
Yes
—
1
No
S
页上选择 Use Free Water Calculations
使用游离
水计算 复选框
ASPEN PLUS 10 版 单元操作模型
ASPEN PLUS 10 版 单元操作模型
2-2
第 2 章 分离器
使用这个窗口 Input Hcurves Block Options
Results Dynamic
去做 输入闪蒸规定 闪蒸收敛参数和夹带量的规定 规定加热或冷却曲线表和浏览结果列表 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 Flash2 的模拟结果 规定动力学模拟的参数
第 1 章 混合器和分流器
第１章 混合器和分流器
本章说明混合和分离物流的单元操作模型 模型是
模型 Mixer
FSplit SSplit
Aspen的介绍与旋风分离器的模拟ppt课件
3、采取数值模拟和手算相结合的方法，使得三种结果可以相 互印证、相互对照，从而研究工作可以取得更好更快的发 展。
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16
降和热负荷均为0，反应式为
C6H6+C3H6=C9H12。丙烯转化率为
90%，冷凝器温度130F,压降0.1psi。分离
器压力为1atm，热完负整版荷PPT课为件 0。
19.04.2021
3
3
211高校 志比昆仑 学竞江河
建立流程
闪蒸分离器
反应器
换热器
从模型库选择模型在流程绘制区进行流程 搭建上面搭建的流程
完整版PPT课件
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模拟旋风分离器具体思路
3、将手算的结果作为条件建立旋风分离器在fluent软件中的模 型，进一步计算。
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模拟旋风分离器具体思路
Fluent中计算过程：
完整版PPT课件
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模拟旋风分离器具体思路
1、通过手算、Aspen和fluent的计算，将旋风分离器从设计、 工艺参数整个过程得到再现。
设定物流和设 备参数
温度参数 流量参数
压力参数
19.04.2021
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计算结果
物流摩尔流量、质量流量，体积流量
19.04.2021
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详 细 的 物 流 参 数
7
211高校 志比昆仑 学竞江河
Aspen露点温度泡点的计算
露点：在一定压力下，混合气体开始冷凝，即开始出现第一个液有气泡产生时的温度 叫泡点。 计算露点泡点的重要意义： 1、设计设备时的需要（如：在给定温度下，以估计闪蒸过程是否可行） 2、操作参数的选择（如：输送流体在什么温度下输送较好）
aspen精馏模拟步骤
Aspen精馏模拟的步骤一、板式塔工艺设计二、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行下面的计算步骤。
三、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。
四、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，希望借此对今后的结构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行。
五、板式塔工艺计算步骤六、 1.物料衡算（手算）七、目的：求解aspen 简捷设计模拟的输入条件。
八、内容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割；九、 (2)估计塔顶与塔底的组成。
十、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十一、参考：《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的内容。
十二、 2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算十三、目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。
十四、方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。
十五、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。
十六、 3.灵敏度分析十七、目的：1.研究回流比与塔径的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数。
十八、 2.研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。
十九、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。
二十、得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。
二十一、 4. 用DSTWU再次计算二十二、目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。
二十三、方法：依据步骤3得到的结果，进行简捷计算。
二十四、得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。
二十五、 5. 用详细计算模块（RadFrace）进行初步设计计算二十六、目的：得出结构初步设计数据。
ASPEN.PLUS.10.0单元操作模型
1-5
ASPEN PLUS 10 版 单元操作模型
第 1 章 混合器和分流器
当 SSplit 有多个入口时 你可以做下述之一 l 在 Input FlashOptions 页上输入出口压力 l 出口压力的缺省值为入口物流中的最低压力值 所有出口物流的组成 温度 压力和其它子物流变量都与混合的入口物流的相同 只是 子物流流率不同 使用下面的表格输入 SSplit 规定并浏览结果
FSplit 不能把一股物料流分成不同类型的物流 例如 FSplit 不能把一股物料流分成一 股功流和一股物料流
要模拟每个出口物流的每个子物流的量不同的分流器 使用 SSplit 模块 要模拟出口物 流的组成和性质不同的分流器 使用 Sep 模块或 Sep2 模块
FSplit 流程连接
物料流
入口 出口
单元操作模型参考手册
ASPEN PLUS 参考手册 第 1 卷 单元操作模型 包括全部 ASPEN PLUS 单元操作 模型和 Pres-Relief 模型的详细技术参考信息 本手册中的信息也可以在在线帮助和提示中得 到
模型按单元操作类型分成章 每个模型的参考信息包括模型和它的常用用法的说明 流 程连接图 必须提供的模型的规定的使用 重要方程和关联式以及其它相关的信息
模型 Mixer
FSplit SSplit
说明 物流混合器
分流器 子物流分流器
目的 把多股物料流汇合成 一股物流
把入口物流分成多个 规定的出口物流 把每个入口子物流分 成多个规定的出口物 流
用于
混合三通型 物流混 合操作 增加热流 增加功流 分流器 Bleed(排气) 阀 分流器 流体固体分 离器
Mixer--物流混合器
Mixer 流程连接
2019-《化工流程模拟实训—AspenPlus教程孙兰义主编》配套PPS课件第10章工艺流程模拟-文档资料
Calculation Sequence U1，(U2，U3，U4，U5)，U6 U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6 U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6 U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流
撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并 且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值 在规定的容差范围内为止
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product
streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow
Processing Sequence) 。
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8
U1
U2
U3
U4
U5
U6
S5
R1
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
S7 S6
哪个可能是撕裂流？
S7和S6 S2和S4 S3
哪个是最好的撕裂流选择？
S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流与计算顺序的关系
10.1 带循环的工艺流程模拟
改变撕裂物流
选择物流RECY-H2O和ORG为撕裂物流（Tear streams）
初始化后，重新运行模拟，控制面板依然出现警告和错 误，此时需要修改收敛算法。
10.1 带循环的工艺流程模拟
改变收敛算法
ASPEN+PLUS+10.0+物性方法和模型
热力学性质方法
在一个模拟中 所执行的主要热力学性质计算是相平衡 在一个平衡的系统的汽液相中 对于每个组分i 最基本的关系是 f i v ＝ f i l （１） 其中： f i v ＝ 组分i在汽相中的逸度 f i l ＝ 组分i在液相中的逸度 应用热力学提供了两种通过相平衡关系根据可测量的状态变量来描述逸度的方法 即状 态方程方法和活度系数方法 在状态方程方法中 f i v＝ ϕi vyi p ２ l l f i ＝ ϕi xi p （３） 同时 ln ϕiα = − 其中：
临界溶解温度
在液－液平衡中 互溶性取决于温度和压力 随着温度和压力的增加和减少溶解度也将 增加和减少 这种趋势与混合物的热力学性质有关但不能预测 随着温度和压力的增加和减 少 不互溶相可以变成易溶 在这种情况下出现一个液－液临界点 方程１１和方程１２能够处 理这种现象 但是工程类的状态方程不能准确地模拟这种现象
地模拟汽－液平衡的压力相关性 然而 它目前还不能精确地模拟临界现象 见 状态方程 模型
富甲烷烃混合物的相平衡曲线图 逆行液化 在２７０k 在混合物临界温度以上 下 压缩在 富甲烷烃混合物的相平衡曲线 图中所 示的富甲烷混合物 将出现一个露点 然后将形成液相直到液相分率大约为０．７５ １１０bar 在进一步压缩后 液相分率将又减少直到第二个露点出现 如果随着减小压力进行此过程
f i l = ϕil x i P
９
一个液相与一个理想气体的差别比一个真实气体与一个理想气体的差别更大 因此 对 于某一液体的逸度系数和１相差很远 例如 液相水在室温 标准大气压下的活度系数大约 是０．０３ Haar 等，１９８４ 状态方程描述了纯组分和混合物的压力 体积和温度 P V T 表现行为 通常对于 压力的描述是明确的 大多数状态方程都有不同的项来描述分子间的吸引和排斥力 任何热 力学性质 如活度系数和焓 都可以由一个状态方程来计算 在相同的条件下以相同的混合 物的理想气体的性质为基准计算出状态方程的性质 见 用一个状态方程性质方法计算性 质
Aspen精馏过程模拟
4 精馏过程模拟
第1页
例题-环己烷生产
•目的:创建一个流程来模拟环己烷生产过程 •环己烷可以用苯加氢反应得到，反应如下: • C6H6 苯 + 3 H2 氢气 = C6H12 环己烷
第10章Aspen工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
增加迭代次数
将收敛参数（Convergence parameters）中的流程 最大计算次数（Maximum flowsheet evaluations）设 置为100
初始化重新运行模拟不收敛，原因可能是Aspen Plus默 认的撕裂物流不恰当或是该流程不适合用韦格斯坦法。
10. 当所有子流程计算完成后，将其组合为一个完整的流 程。此时的流程计算可能需要改变撕裂物流，设计规定也 逐步严格直到整个流程收敛。
10.2 工艺流程模拟
示例：苯乙烯的生产 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
如图10-2所示。
图10-2 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
苯乙烯的生产——问题描述
U3
U4
U5
U6
S5
R1
计算顺序必须包括所有的流程单元 计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假 设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8
U1
U2
U3
U4
U5
U6
S5
R1
Recycle Stream Guessed R1 S3 S4 S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
0.01
0.97
0.97
0.0001
0.09
0.0001
Aspen-plus模拟甲苯脱烷基制苯过程
四川理工学院毕业论文Aspen-plus模拟甲苯脱烷基制苯过程学生：***学号：1****专业：化学工程与工艺班级：*****指导老师：****四川理工学院材料与化学工程学院二〇一五年六月本文基于甲苯加氢热解法（HDA）脱烷基制苯工艺，建立了Aspen Plus全流程模拟模型。
模型包括混合器、预热器、反应器、精馏塔等模块。
设定操作参数后，通过灵敏度分析工具对操作参数进行优化，提高了产品质量，降低了能耗。
通过对全流程模拟分析，提出了增加变压吸附（PSA）过程来回收循环气中氢气。
采用该过程后，循环气中甲烷含量大大减少，循环气中氢气质量分数达95%，高于原料氢气质量分数。
苯塔是分离工段能耗最大的塔，通过对苯塔进行热泵精馏技术的模拟应用，考察了热泵精馏的节能效果。
采用以塔顶气相为换热介质的塔顶气相压缩式热泵节能效果达74%。
采用以循环水为换热介质的闭式热泵节能效果达68%。
结果表明热泵精馏技术是很有应用前景的节能措施。
关键词：HDA；Aspen Plus；优化；流程改造Based on the pyrolysis (HDA) process, the establishment of Aspen Plus simulation model of the whole process. The model includes a mixer, a preheater, reactor, distillation and other modules. After setting the operating parameters, sensitivity analysis tool to optimize the operating parameters, improve product quality and reduce energy consumption.Through the whole process simulation analysis, the increase in pressure swing adsorption (PSA) process to be recycled and the hydrogen gas. With this process, the cycle gas methane content significantly reduced cycle gas hydrogen mass fraction of 95%, higher than the hydrogen content of raw materials.Benzene tower is the most energy intensive separation section column by benzene distillation tower heat pump technology analog applications, investigated heat distillation energy savings. Using the heat transfer medium to the overhead vapor overhead vapor compression heat pump energy-saving effect of 74%. The use of water as a heat transfer medium to circulate in a closed heat pump energy-saving effect of 68%. The results show that energy-saving measures heat pump distillation technology is very promising.Keywords：HDA；Aspen Plus；Optimization；Process reform目录第一章绪论 (1)1.1苯和甲苯在石油化工工业中的地位 (1)1.2甲苯和苯的来源以及利用 (2)1.3甲苯脱烷基制苯的生产方法 (2)1.3.1典型工艺过程 (2)1.3.1催化法脱烷基 (2)1.3.2热解法脱烷基 (3)1.3.3催化法和热解法工艺对比 (4)1.4Aspen Plus在化工生产中的运用 (5)1.5本文研究内容 (6)第二章 HDA工艺流程模拟 (7)2.1组分分析 (7)2.2工艺流程 (7)2.2.1进料组成 (8)2.2.2物性方法选择 (8)2.3反应工段模型建立 (9)2.3.1预热器HX模拟 (9)2.3.2加热炉FUR模拟 (10)2.3.3反应器RX模拟 (10)2.3.4急冷器QUENCHER模拟 (11)2.4预分离工段模型建立 (11)2.4.1终冷器COND模拟 (11)2.4.2气液分离器SEP模拟 (11)2.4.3输送设备模拟 (12)2.5分离工段模型建立 (12)2.5.1精馏塔的模拟 (12)2.5.2稳定塔C1模拟 (13)2.5.3苯塔C2模拟 (14)2.5.4甲苯塔C3模拟 (14)2.6流程模拟结果 (15)第三章 HDA工艺过程优化 (16)3.1.1稳定塔C1优化 (16)3.1.2苯塔C2优化 (19)3.1.3甲苯塔C3优化 (22)3.2优化结果 (24)第四章 HDA工艺过程改造 (25)4.1模拟结果分析 (25)4.2改造后模拟流程 (25)4.3变压吸附过程 (25)4.3.1变压吸附原理 (25)4.3.2预处理装置PRESEP流程 (26)4.3.3变压吸附装置PSA流程 (27)4.3.4 PSA过程工艺参数 (27)4.3.5 模拟结果比较 (28)4.4热泵精馏技术模拟 (28)4.4.1塔顶气相压缩式热泵模拟 (29)4.4.2闭式热泵模拟 (30)4.4.3热泵精馏模拟结果 (31)第五章结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)第一章绪论1.1苯和甲苯在石油化工工业中的地位苯和甲苯是石油化工工业的重要基础原料。
Aspen_工业装置流程模拟
对于核算型模拟计算，流程是确定的，模拟人员要仔细阅读流 包 宗 程图，理解原设计思路，搞清楚原流程中各设备的功能，删繁 宏 就简，抽象出模拟流程。
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5.1 混酸过程 苯硝化工艺中使用的硝化剂是混合酸，由硫酸和硝酸按一定比 例配置而成。 在实验室中，可以用两个烧杯和一根玻璃棒搅拌完成。
第三效蒸发器进料 (物流号74) 是二效蒸发器未蒸发的残液， 进料量由二效蒸发器液位调节器控制，蒸发所需热量由二效蒸 发器顶部蒸汽 (物流号73) 提供。
四效蒸发器进料 (物流号76) 是三效蒸发器未蒸发的残液，进 料量由三效蒸发器液位调节器控制，蒸发所需热量由三效蒸发 包 宗 器顶部蒸汽 (物流号75) 提供，蒸发残液 (物流号84) 送焚烧炉 宏 处理。
在工业上，为保证混酸装置能够连续、稳定、安全地生产，为 循环利用硝化反应后分离出来的稀硫酸，为减少混酸过程中产 南 生的NOx废气的污染，需要对混酸装置配置较多的设备、管道 京 工 管件、仪表等，如图5-1所示。
业 大 学 包 宗 宏
5/42
5.1 混酸过程
在图5-1中，除了硫酸、硝酸、稀硫酸储罐外，还设置了混合 酸循环罐、混合酸储罐、换热器、流体泵、气体吸收文丘里 设备和相应的管道管件。
第五章 工业装置流程模拟
化工工业装置除了包含主要设备外，还要包含真实的管道、阀 门、管件、仪表、以及采样、放净、排空、连通等设施。 除了主生产流程，还包含开车、停车、事故时的备用设备与管 线。所以，反映真实化工流程的管道及仪表流程图(Piping and Instrument Diagram，PID图)看上去密密麻麻，繁复异 常。
705
E5
GAS
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
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Feed Thermal Recycle
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路的种类
独立循环回路(Independent Loop)
S8
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
R1
R2
S9
嵌套循环回路(NeHale Waihona Puke ted Loop) S8S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
U1
U2
U3
10.1 带循环的工艺流程模拟
增加迭代次数
将收敛参数（Convergence parameters）中的流程 最大计算次数（Maximum flowsheet evaluations）设 置为100
初始化重新运行模拟不收敛，原因可能是Aspen Plus默 认的撕裂物流不恰当或是该流程不适合用韦格斯坦法。
初始化后，重新运行模拟，控制面板显示结果可行。
10.1 带循环的工艺流程模拟
查看结果
选择Streams∣B-ETHNOL∣Results，在Material页面可 看到DIST2模块塔底物流（B-ETHNOL）中乙醇（ETHAN01）的摩尔分数为1.00
结论
模拟带有循环的工艺过程时， 使用Aspen Plus默认的撕裂物流 和收敛方法可能不收敛，此时可以 尝试改变撕裂物流或收敛方法，使 流程收敛。
分离单元均用简单分离器模块计算
输入模块（H）参数
输入模块（J）参数
苯乙烯的生产——简单模块流程
分离单元均用简单分离器模块计算
查看物流结果
苯乙烯的生产——物性参数
选择物形方法UNIQUAC并修改二元交互作用参数
Properties∣Parameters∣Binary Interaction∣UNIQ1页面修改参数
撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样
要 确 定 由 Aspen Plus 选 择 的 撕 裂 流 ， 可 在 Control Panel（控制面板）中的“Flowsheet Analysis（流 程分析）”页面查看
用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行 规定
苯乙烯的生产——简单模块流程
分离单元均用简单分离器模块计算
模块G和H采用模块库中Separators∣Sep∣ICON1模 块，模块J采用模块库中Separators∣Sep2∣ICON2模块
初步估算分离模 块的参数使模拟结 果和过程描述基本 一致
输入模块（G）参数
苯乙烯的生产——简单模块流程
能量衡算； 7. 严格模块首先单独运行，模块参数以简单模块计算结果
为初值；
10.2 工艺流程模拟
工艺流程模拟经验总结
8. 当带循环的子流程用到严格模块时，将简单模块的计 算结果作为其撕裂物流的初值；
9. 如果Aspen Plus选定的撕裂物流不合适，则定义新的 撕裂物流，同时重新确定收敛模块和收敛顺序；
在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小 时的计算顺序
最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳 的计算顺序
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环工艺流程
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
1.为循环物流提供合适的初始值 2.选择合适的单元计算顺序
➢ 在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的 计算顺序； ➢ 最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺 序。 3.增大迭代次数 4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 直接迭代法（Direct） ➢ 韦格斯坦法（Wegstein）
U3
U4
U5
U6
S5
R1
计算顺序必须包括所有的流程单元 计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假 设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8
U1
U2
U3
U4
U5
U6
S5
R1
Recycle Stream Guessed R1 S3 S4 S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 布洛伊顿拟牛顿法（Broyden） ➢ 牛顿法（Newton）
直接迭代法的收敛速度较慢，特别是当迭代矩阵的最大特征 值接近1时；
韦格斯坦法具有计算简单、所需存储量少等优点，在化工过 程模拟中应用广泛；
布洛伊顿拟牛顿法对迭代变量进行修正时，考虑了变量间的 交互作用，特别适用于求解变量间存在较强交互作用的情况， 并且在接近收敛值时，仍然具有很高的收敛速度；
牛顿法收敛速度快，但计算量大。
10.1 带循环的工艺流程模拟
增大迭代次数
选择收敛方法
10.1 带循环的工艺流程模拟
用户自定义撕裂物流
用户自定义收敛次序
可以规定全部 的计算顺序和 局部的顺序
10.1 带循环的工艺流程模拟
例题
以环己烷作共沸剂，通过共沸精馏分离乙醇和水，流 程图如图10-1所示。进料（FEED1）中乙醇和水的摩尔 流率分别为10kmol/hr和225kmol/hr，进料（FEED2 ）为纯的环己烷，摩尔流率为0.005kmol/hr。进料均 为饱和液体，操作压力为0.1MPa，塔和分相器的压降可 忽略。精馏塔（DIST1和DIST2）选用Sep2模块，分相 器（DECANT）选用Sep模块，只做物料衡算，表10-1 给出了各个模块的操作参数。试计算精馏塔（DIST2） 塔底物流中乙醇的纯度。
10. 当所有子流程计算完成后，将其组合为一个完整的流 程。此时的流程计算可能需要改变撕裂物流，设计规定也 逐步严格直到整个流程收敛。
10.2 工艺流程模拟
示例：苯乙烯的生产 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
如图10-2所示。
图10-2 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
苯乙烯的生产——问题描述
10.1 带循环的工艺流程模拟
改变撕裂物流
选择物流RECY-H2O和ORG为撕裂物流（Tear streams）
初始化后，重新运行模拟，控制面板依然出现警告和错 误，此时需要修改收敛算法。
10.1 带循环的工艺流程模拟
改变收敛算法
将 默 认 的 撕 裂 物 流 收 敛 算 法 （ Default convergence methods）改为牛顿法（Newton）进行计算（撕裂物流不 变）
Calculation Sequence U1，(U2，U3，U4，U5)，U6 U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6 U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6 U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流
撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并 且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值 在规定的容差范围内为止
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
➢ S7 ➢ S6
哪个可能是撕裂流？
➢ S7和S6 ➢ S2和S4 ➢ S3
哪个是最好的撕裂流选择？
➢ S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流与计算顺序的关系
输 入 物 流 FEED1 和 FEED2 进 料 条 件 ， 模 块 DIST1和DIST2参数，运行模拟，控制面板显示 错误，流程不收敛。 在 Control Panel （ 控 制 面 板 ） 中 的 “Flowsheet Analysis（流程分析）”页面查看 默认撕裂流为RECY-H2O、RECYCLE。
苯乙烯的生产——问题描述
6. 物流7在两相闪蒸器G中冷却到50℃，得到富含H2的物 流9，去流程的其他部分。物流8在分相器H中进一步冷却到 25℃，分离出水相物流11和有机相物流10；
7. 物流10在精馏塔J中进行乙苯和苯乙烯的分离，塔底得 到富含苯乙烯的物流12；塔顶得到富含乙苯的物流2，经过 冷却器K被冷却得到物流15。
该工艺过程的进料条件： 物 流 1 ： 纯 乙 苯 ， 摩 尔 流 率 为 45.35kmol/hr ， 温 度 为 25℃，压力为0.1MPa； 物 流 14 ： 纯 水 ， 摩 尔 流 率 为 18.14kmol/hr ， 温 度 为 25℃，压力为0.1MPa。
苯乙烯的生产——问题描述
物性方法采用UNIQUAC，系统的二元交互作用参数如表 10-2所示。
10.2 工艺流程模拟
工艺流程模拟经验总结
1. 将总流程划分为一系列子流程； 2. 每个子流程使用准确的物性方法； 3. 模拟子流程时，首先只进行物料衡算； 4. 计算时先采用系统默认设置，如收敛算法采用默认的韦
格斯坦算法，一般此算法能解决多数问题； 5. 最初计算时使用简单的设计规定； 6. 随着流程的建立，严格模块逐步替代简单模块，并进行
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
从 原 料 物 流 (Feed streams) 到 产 物 物 流 (Product
streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow
Processing Sequence) 。
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8