Aspen.Plus在化工设计及模拟中的应用
化工过程分析与合成Aspen plus在化工过程设计中的应用
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
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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
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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
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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 。
关于Aspen Plus在化工设计中应用的探讨
工业技术78 2015年15期关于Aspen Plus在化工设计中应用的探讨耿晓云1李彦菊21.河北旭阳工程设计有限公司，河北石家庄0500002.河北科技大学，河北石家庄050000摘要：在化工设计中，Aspen Plus是针对化工为代表的功能强大的过程系统模拟软件。
介绍了如何将其引入化工设计环节。
使用软件模拟可以节省计算量、提高效率，培养设计工作者解决工程问题的能力，与手工计算的差异对比分析原因。
关键词：Aspen Plus；化工设计；应用中图分类号：TQ0-4 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)15-0078-021软件使用现状分析通过对Aspen Plus软件的理论学习与上机实践，让设计工作者掌握流体输送单元、传热单元、分离单元等单元操作的仿真设计和流程模拟；通过不定期的《化工原理课程设计》的手工计算，让设计工作者熟悉和掌握化工设计的基本原理和方法，并辅以AspenPlus软件进行流程模拟，例如设计工作者设计化工厂，针对指定的化工生产系统进行模拟和优化。
通过使用这个软件，使设计工作者从简单的单元操作模块模拟，过渡到对整个化工生产系统的模拟和优化；从基础的计算机操作的学习，转向解决设计型和综合型的复杂问题；从理论知识的学习转向工程实践能力的培养，最终达到培养设计工作者综合运用专业理论知识和计算机技术解决实际工程问题的能力的目的。
Aspen Plus是一个功能强大的通用过程仿真软件，但要灵活掌握、使用软件，学习起来仍有相当难度。
软件是全英文的操作界面，对设计工作者的专业英语水平也提出了更高的要求。
为了使设计工作者能在给定时间内掌握软件的基本用法并利用它完成设计任务，利用有限学时，在软件使用环节介绍软件的使用步骤、用户界面；物性计算模型的选择；流体输送单元选择pump和valve；传热单元选择heater和heatX；分离器选择flash2和sep；塔器选择DSTWU和RadFrac；反应器选择RStoic、Rplug和RCSTR等典型的单元模块进行软件使用，让设计工作者学习典型单元模块的基本设置方法，通过单元模块的仿真模拟，掌握软件的工作原理，学会分析仿真模拟结果，并结合化工原理课程设计中的手工计算结果，进行对比分析。
化工设计中流程模拟软件Aspen Plus的使用
４结 语
市场的热 需促使 Ｌ Ｎ Ｇ 车 用市场快速 发展 ， 但我 们也应该 明 积极 推广 Ｌ Ｎ Ｇ汽车 优势 ， 切 实解决 油改 Ｌ Ｎ Ｇ技 术难 题 ， 形成 一 确 Ｌ Ｎ Ｇ产业 不能滥 发展 ， 要 适时 适宜 ， 逐步 形成加 气站 网络 覆 定 的改 装验 收标 准 ， 才能 惠及 大众 ， 切 实促进 Ｌ Ｎ Ｇ车用 市场 长
以， Ｌ Ｎ Ｇ在这 个范 围内的发 展 前景 是十 分看 好 的 。同时 ， Ｌ Ｎ Ｇ
【 ２ ］ 王华北． 我国Ｌ Ｎ Ｇ工业发展及应用研 究［ Ｄ 】 ， ２ ０ ０ ９ ． ［ ３ 】 霍 自成． 青藏两省 区Ｌ Ｎ Ｇ应用的市场分析及发展策略研
Ｄ １ ， ２ ０ １ ２ ． 储运 装备也 正在朝 着多样化 的方 向发 展 ， 加快Ｌ Ｎ Ｇ产业在 天然 究【 『 ４ ］ 廖 子夏． 四川省天 然气 车用市场 发展现 状及 前景分析 ［ Ｊ ］ ． 气应用市场 新技 术的融 合 ， 在天然 气应用 中还有一 些新技 术是 ２ ０ １ ３ （ ２ ０ ） ． 可以与 Ｌ ｉ Ｎ Ｇ产业共 同发展的 ， 例如 Ｃ Ｎ Ｇ 储存 与运输方 面的一些 技术 与市场 ， ［ ５ 】 渐入佳 境 的Ｌ Ｎ Ｇ商用汽 车［ Ｊ ］ ． 交通世界 ， ２ ０ １ ２ （ １ ２ ） ． 新 装备 与新 方法 ， Ｎ Ｇ ｒ Ｉ （ 天然 气水合物） 的生 产与运送 技术 ， Ａ Ｎ Ｇ
型重 载运输 车 等可 采用 Ｌ Ｎ Ｇ作为燃 料 。而对 于各 类船舶 更是
参考文献 ：
［ １ 】 中国车用 Ｌ Ｎ Ｇ市场发 展 与加气 站建设 趋 势［ Ｊ １ ．
Ｔ Ｒ ｕｃ Ｋ ＆Ｌ ０ Ｇ Ｉ ｓ ｒ ｒ Ｉ ｃ ｓ ， ２ ０ １ ２ ￣ ） ．
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。
Aspen Plus在无机盐工艺开发与设计中的应用--六水氯化镁生产过程的模拟
Aspen Plus在无机盐工艺开发与设计中的应用--六水氯化镁生产过程的模拟王红蕊;沙作良;王彦飞【摘要】应用 Aspen Plus 软件，选择 ELECNRTL 物性方法和蒸发器、换热器模块对六水氯化镁生产的连续蒸发和冷却工艺进行了模拟和验证．讨论了蒸发器的气相分率以及冷却结晶的冷却终温对产品产率的影响．在综合考虑副反应、设备材质及公用工程等影响因素的基础上，以单位产品能耗最小为目标进行了优化．确定的合理操作参数为：蒸发器的压力70,kPa、气相分率0.4、换热器的冷却温度38,℃．在此工艺条件下，产品产率为60.17%，单位产品总热负荷为990.75,kJ/kg．通过流程模拟对不同的工艺条件进行分析获得物性数据及工艺参数，可节省设计时间和优化现有生产工艺，降低能耗．%The process of continuous evaporation and cooling of magnesium chloride hexahydrate was simulated by using Aspen Plus software,ELECNRTL property method and the flash and heat exchanger module. The influence of the vapor fractionof the flash and the cooling temperature of cooling crystallization on the product yield was discussed. After consider-ing the side effects,equipment materials and public work,the process was optimized aiming at minimum energy consump-tion per unit of product. The reasonable parameters of the process of magnesium chloride hexahydrate are that the pressure of the flash is 70,kPa,the vapor fraction of the flash is 0.4,and the cooling temperature of the heat exchanger is 38,℃. Under these conditions,the product yield of magnesium chloride hexahydrate is 60.17% and the duty per unit of the product is 990.75,kJ/kg. The process simulation can savedesigning time,optimize existing production processes,reduce energy con-sumption and help analyze different process conditions.【期刊名称】《天津科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P44-48)【关键词】Aspen Plus;六水氯化镁;模拟【作者】王红蕊;沙作良;王彦飞【作者单位】天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457;天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457;天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457【正文语种】中文【中图分类】P746Aspen Plus是化工生产装置设计、稳态/动态模拟和优化的大型通用流程模拟系统．该软件经过30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，可对化工过程进行模拟、优化、灵敏度分析和经济评价．它具有一套完整的单元操作模块和工业上比较完备的物性系统，可用于各种操作过程的模拟以及从单个操作单元到整个工艺流程的模拟[1]．许多企业已经用Aspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提[2–3]、苛性盐水结晶与蒸发、硝酸生产[4]、湿法冶金[5]、胺净化气体和盐酸回收[6]等．Aspen Plus软件可以研究某些设计问题或操作问题，进行参数灵敏度分析和流程优化．使用流程模拟不仅可以对不同的工艺条件进行分析，获得对实际生产具有指导意义的工艺数据，同时还可以节省时间和操作费用．本文应用Aspen Plus软件，以增加六水氯化镁的产率和降低单位产品能耗为目的，对六水氯化镁生产过程中的最重要的蒸发和冷却结晶工艺进行模拟和优化．1.1 单元操作的确定根据生产六水氯化镁的工艺流程[7–8]，模拟的主要单元操作为蒸发和冷却，所以选用Aspen Plus软件中的基础模型中分离器Flash2模型和换热器Heater模型(或者使用Flash2模块来代替换热器模块)的组合来模拟MgCl2·6H2O的生产过程中的蒸发工艺和冷凝工艺．工业上生产六水氯化镁[9–10]的原料一般为制溴后的废液，其组成中杂质很少，可以看作是MgCl2–H2O体系，并且MgCl2质量分数约为30%．图1为生产六水氯化镁的流程模拟图．1.2 组分的定义由于MgCl2·6,H2O与H2O都是以电解质溶液的形式存在，所以使用软件中的Electrolyte Wizard定义各个组分，结果见表1.在定义过程中，氢离子类型一项中默认的是H3O+，但是H+也是存在的，选择H3O+的原因是它能更好地代表几乎所有电解质体系的相平衡和化学平衡；物性方法选择ELECNRTL；模拟方法一项选择真实组分，它不仅表示在溶液化学中用离子或盐来进行计算并且也表示用真实组分来报告结果．这样就定义了各个组分，并且生成了3种反应类型：离子平衡、盐析出、完全溶解，这些反应可在Reactions-Chemistry项中查到．1.3 物性方法的选择和改进物性方法的可靠性是过程模拟的关键，对于MgCl2–H2O体系，比较成熟和可靠的热力学模型为ELECNRTL和PITZER电解质模型[11]．对本体系，两种模型的精度相当，本模拟过程选择ELECNRTL模型．由于氯化镁水溶液体系固液平衡相图比较复杂，在不同条件下，可能存在六水、四水、两水及无水氯化镁固相，并且在高温下还会存在固相的水解反应．根据本文以制备六水氯化镁晶体为目的，在工艺研究范围内，平衡固相只考虑六水氯化镁和四水氯化镁，忽略热解，对该体系的热力学模型进行适当简化．软件ELECNRTL模型中对于MgCl2·6H2O的溶解平衡常数进行了给定，通过相图数据进行回归溶解度参数和软件内嵌的溶解度参数是一致的．但软件中无MgCl2·4H2O的溶解平衡常数，需要对热力学模型进行改进以适应过程模拟的实际情况.在一定温度下，MgCl2·4H2O在水中溶解达到饱和时，达到了溶解平衡，其溶解平衡可以表示为MgCl2·4H2O的溶解平衡常数在一定温度下是一个常数，其形式为lnK＝A＋B/T ＋ClnT＋D．根据溶解度数据[12]，使用Aspen Plus软件中数据回归功能对模型方程中的参数A、B、C、D进行回归，结果为：A＝－3,260.790、B＝116,217.111、C＝537.109、D＝－0.631．将这些参数在Reaction-Chemistry 项中进行定义．两相分离器Flash2用于严格的气液平衡，把进料物流分成两股出口物流．用两相分离器Flash2进行计算时，需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这4个参数中的任意两个．用换热器Heater计算时需要规定冷却温度．所以在模拟六水氯化镁生产过程中需要确定的操作参数为蒸发器的压力(或温度)、气相分率以及换热器的冷却温度，同时也是通过分析这些参数对模型进行优化．计算之前，需要对各个物流和单元操作进行规定．各个物流及单元模块的初始输入值见表2．2.1 氯化镁水溶液沸点的确定MgCl2·6H2O的组成中MgCl2的质量分数为46.84%，该数值为理论上获得最大产量的蒸发终点，若超过此值，冷却后得到的是卤块(MgCl2·6H2O和MgCl2·4H2O的混合物)，因此需要知道不同压力下MgCl2水溶液的沸点．文献中大多给出常压下的氯化镁水溶液的沸点，没有给出各个压力下氯化镁水溶液的沸点．使用Aspen Plus软件的物性分析(Property Analysis)功能，运行类型选择物性分析，利用Prop-Sets定义要分析的物性参数——TBUB．在Analysis项中创建物性分析，分析在不同压力下沸点温度与MgCl2水溶液质量分数的关系，结果见表3．表3数据与文献[13–14]中常压、MgCl2质量分数小于36%的沸点比较，结果非常接近．对质量分数为44.6%的MgCl2水溶液的沸点进行了测定，值为149℃，模拟值与测量值的误差为14%，误差较大，所以所选的物性方法对于计算低质量分数的MgCl2水溶液的沸点是适用的，而对于高质量分数的MgCl2水溶液的沸点可参考文献[15]中数据．溶液沸点升高与溶质组成、性质、压强都有关系．对于一定溶质组成的混合溶液，在同一压强条件下，溶液质量分数越高，溶液沸点也越高，溶液质量分数与沸点升高存在一一对应关系．其关系可通过吉辛科法来估算，估算公式为式中：ΔT表示操作压强下溶液沸点升高值，K；ΔT0表示常压下氯化镁水溶液沸点升高值，K；T表示操作压强下氯化镁水溶液的沸点，K；T′表示常压下氯化镁水溶液的沸点，K；T0表示操作压强下纯水的沸点，K；r表示操作压强下纯水的蒸发潜热，kJ/kg．用表3中数据回归出常压下氯化镁水溶液沸点T与氯化镁的质量分数w的线性方程为由文献[14]中数据回归出纯水蒸发潜热r与温度T0的线性方程：将上述式(1)—式(5)联立，化简得到形如T＝f(T0，w)的函数，结果为因此，只要测出常压下氯化镁水溶液的质量分数和任意压强下纯水的沸点T0，根据式(6)即可计算出氯化镁水溶液在任意压强条件下的沸点值．2.2 蒸发器气相分率对产率的影响使用Aspen Plus软件中灵敏度分析工具进行灵敏度分析．可以通过改变其中一个变量(控制变量)来分析其他变量(采集变量)的变化．在表2中其他输入条件不变，通过改变FLASH模块的气相分率来分析PRODUCT 物流中六水氯化镁的产率与FLASH蒸发器模块中的气相分率的关系，计算结果如图2所示．由图2可以看出：当气相分率小于0.42时，随着气相分率的增大，六水氯化镁的产率增大．在气相分率为0.42时，六水氯化镁的产率最大，与通过物料衡算得到的结果一致，此时产品全部为六水氯化镁．当气相分率大于0.42时，蒸发后水量已不足以完全形成六水氯化镁，并且由软件模拟结果可知在蒸发过程中液相中已经有MgCl2·4,H2O析出，产品流中已不只是六水氯化镁，从而出现图2中的结果．模拟结果表明：若以六水氯化镁为产品，则最大气相分率为0.42．超过该值，则产品不是纯六水氯化镁．2.3 冷却终温对产率的影响在表2中其他输入条件不变的情况下，通过改变COOLER模块的冷却温度来分析PRODUCT物流中六水氯化镁的产率与冷却温度的关系，计算结果如图3所示．由图3可以看出：六水氯化镁的产率是随着冷却终温的降低而增大的．但是，冷却终温越低，冷却水的用量越大，这样就增大了投资费用，所以需要选择合适的冷却温度．冷却终温过高就会使产率降低，冷却终温过低就会有十二水氯化镁析出．由于工业上常见的循环冷却水水温平均为30℃，所以冷却终温选在38℃为宜，在不同季节可根据冷却水温进行适当调整．在保证产率的条件下，以降低单位产品能耗为目的进行优化．规定冷却温度为38℃不变，分析不同压力下，单位产品热负荷随气相分率的变化，结果如图4所示．规定蒸发器压力为70,kPa，分析不同冷却温度下，单位产品热负荷随气相分率的变化，结果如图5所示．由图4可知：随着压力的增大，单位产品热负荷是逐渐增大的；压力为70,kPa时单位产品热负荷最小．由图5可知：随着冷却终温的升高，单位产品热负荷是逐渐减小的；冷却温度为38℃时热负荷最小．两图中，单位产品热负荷都随着气相分率的增大而减小，所以蒸发过程中应尽可能多的蒸走多余的水分．综上所述，在保证产率的条件下，为使单位产品能耗最小所确定的工艺条件为：蒸发器的压力70,kPa、气相分率0.4、换热器的冷却温度38℃．在确定的合理的工艺条件下得到的模拟结果见表4．(1)用Aspen Plus软件建立了六水氯化镁生产过程的流程．选用Aspen Plus软件中的基础模型的分离器Flash2模型和换热器Heater模型，采用了ELECNRTL物性方法并进行了改进．改进后的模型可以用来模拟该工艺过程．(2)使用Aspen Plus的物性分析功能得到了不同压力下沸点与MgCl2质量分数的关系．使用灵敏度分析功能，讨论了影响产品产率的因素．在保证产率的条件下以降低能耗为目标进行了优化．确定了合理的工艺参数：蒸发过程的操作压力70,kPa、气相分率0.4、冷却结晶的操作温度38℃．在此工艺条件下，MgCl2·6,H2O产率为60.17%，单位产品总的热负荷为990.75,kJ/kg，这些数据为六水氯化镁生产过程的模拟计算和现有工艺改进提供了理论依据和参考数据．【相关文献】［1］孙兰义. 化工流程模拟实训：Aspen Plus教程[M]. 北京：化学工业出版社，2012：1–16. ［2］王正，汪建华. 青岛炼化酸性水汽提装置流程模拟与优化[J]. 中外能源，2011，16(增刊1)：74–77.［3］徐义明，王佳兵. Aspen Plus软件模拟及优化酸性水汽提塔[J]. 广东化工，2012，39(1)：125–126.［4］王洪江. Aspen Plus软件在浓硝酸制备工艺上的应用[J]. 石化技术，2005，12(1)：31–33. ［5］蓝德均. 化工流程模拟软件Aspen Plus在湿法冶金学教学中的应用[J]. 广东化工，2011，38(10)：185–186.［6］马海龙，贾小平，项曙光. 用Aspen Plus软件模拟计算HCl回收[J]. 化学工业与工程技术，2008，29(5)：16–19.［7］薛自义. 制盐工业手册[M]. 北京：中国轻工业出版社，1994：1663–1668.［8］王德智. 晶体氯化镁制备的工艺研究[D]. 天津：天津科技大学，2003.［9］王世忠. 白色氯化镁生产工艺的探讨[J]. 海湖盐与化工，1997，26(1)：11–14.［10］刘立平. 制取高纯晶体氯化镁的研究[J]. 盐业与化工，2007，36(1)：18–20.［11］李以圭，陆九芳. 电解质溶液理论[M]. 北京：清华大学出版社，2005：100–105. ［12］牛自得，程芳琴. 水盐体系相图及应用[M]. 天津：天津大学出版社，2001：53–56. ［13］刘光启，马连湘，刘杰. 化学化工物性数据手册：无机卷[M]. 北京：化学工业出版社，2002：474.［14］夏青，陈常贵. 化工原理上册[M]. 天津：天津大学出版社，2005：333–355.［15］张罡，何斌鸿，沈晃宏. 氯化镁溶液质量分数与其沸点及二次蒸汽温度的关系[J]. 无机盐工业，2006，38 (6)：57–59.。
AspenPlus软件在化工原理课程设计中的应用
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。
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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。