《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
AspenPlus在化工过程模拟中的应用
AspenPlus在化工过程模拟中的应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：AspenPlus在化工过程模拟中的应用第1章化工过程模拟概述—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100m3/hr 的低浓酒精（乙醇20%w，水80%w，400C,1 atm)与200m3/hr 的高浓酒精（乙醇90%w,水10%w，300C,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4000C,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。
化工流程模拟实训AspenPlus教程图形界面与流程建立
初始化Reinitialize
重新计算，不使用上次的计算结果
开始运行Start
输入完成后，开始计算
结果显示Check results
显示模拟计算的结果
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2.1 图形界面
状态指示符号
符号
意义
该表输入未完成
该表输入完成
该表中没有输入，是可选项
对于该表有计算结果
对于该表有计算结果，但有计算错误
第22页/共25页
2.4 运行模拟
控制面板
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2.5 查看结果
点击查看结果图标 ，由左侧数据浏览窗口选择对应选项，即可查看结果
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感谢您的观看！
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2.2 建立流程模拟
添加其他模块和物流
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2.3 输入数据
全局设置
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2.3 输入数据
输入组分
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2.3 输入数据
输入组分
-表示C9H12的同分异构体
Find（查找）功能
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2.3 输入数据
选择物性方法
物性方法的选择对于模拟的准确性来说至关重要，是模拟的一个关键步骤本例选择状态方程方法RK-SOAVE
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2.2 建立流程模拟
步骤
输入数据
建立流程图
运行模拟
查看结果
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2.2 建立流程模拟
启动Aspen Plus
选择模板General with Metric Units运行类型Run Type选择 Flowsheet
启动User Interface，选用Template
Aspen Plus 课程讲义-全部PPT
-23-
操作基础
ASPEN PLUS入门
汤吉海 2006年8月
-24-
2.2 ASPEN PLUS使用初步
化工流程模拟系统的使用步骤 ASPEN PLUS软件窗口界面简介
演示教学
练习一
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化工流程模拟系统的使用步骤
-26-
ASPEN PLUS软件使用基本步 骤
主窗口界面：绘图工作区和数据浏览窗口 基本设置 模拟流程图的绘制 组分定义 热力学方法的定义 流股数据和过程数据的输入 模拟执行过程 查看结果 专家支持系统
AspenTech公司在随后的时间里又先后兼并了20多个在各 行业中技术领先的公司（如B-JAC International, Inc. 、 Dynamic Matrix Control Corporation、ICARUS Corporation 、PIMS business group from Bechtel Corp. 、Hyprotech Ltd. 等），成为为过程工业提供从集 散控制系统（DCS）到企业资源计划(ERP)全方位服务的 公司。
模拟计算以交互方式分析计算结果，按模拟要求修 改数据，调整流程。
提供了包括拷贝、粘贴等目标管理功能，能方便地 处理复杂的流程图。
DXF格式接口可以将Model Manager中的流程图按 DXF标准格式输出，再转换成其他CAD系统如 AUTOCAD所能调用的图形文件。
丰富的物性数据库和单元模型库，强大的流程分析 与优化功能等。
概述
ASPEN PLUS入门
汤吉海 2006年8月
-1-
主要内容
概述 操作基础 分离过程模型 反应器模型 换热器模型 模型分析功能 热力学性质计算
-2-
化工步骤模拟实训-AspenPlus教学教程简单单元模拟
4.3.2 三相闪蒸器Flash3
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.2 分流器 FSplit
例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3，进料 物流依然选用例4.1.1的三股进料，物性方法选用 CHAO-SEA。 要求：①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的 50%；②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的 正丁烷。
4.3.4 组分分离器Sep
4.3.4 组分分离器Sep
Sep 模块的连接图如下：
4.3.4 组分分离器Sep
Sep 模块的模型参数有 ：
1. 设定(Specifications) 2. 进料闪蒸(Feed Flash) 3. 出料闪蒸(Outlet Flash)
4.3.4 组分分离器Sep
4.1.1 混合器 Mixer
出口物流的压力（或
Mixer计算时需要指定 模块压降）
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.1 混合器 Mixer
例4.1.1 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、 压力及各组分流率，物性方法选用CHAO-SEA。
可以通过指定产品分率（Split Fraction ，产品流率与进料总流率的比值）、质量 流率、摩尔流率、体积流率或组分流率（ 需要确定出口产品的参数。
《化工流程模拟》课程教学大纲
《化工流程模拟》课程教学大纲课程名称：化工流程模拟课程编号： 18000034学时：32学时学分：2学分开课学期：第 5学期课程类别：选修课程性质：学科技术基础任选课适用专业：化学工程与工艺专业先修课程：大学计算机基础、物理化学、化工原理一、课程的性质、目的与任务本课程是化学工程与工艺及应用化学专业学生的专业选修课之一。
其目的是让学生在化工专业知识和实践的基础上，做进一步的拓展，以巩固和提高学生的计算机理论与应用能力，使学生了解和掌握当前化工领域中设计过程的应用软件及其功能，同时培养学生利用计算机进行化工流程模拟的能力，为今后从事化工设计、新工艺流程的开发研究提供初步能力。
本课程主要是根据化工过程的数据，其中包括进料的温度、压力、流量、组成，有关的工艺操作条件，工艺规定，产品规格以及相关的设备参数，采用Aspen Plus模拟软件，将由多个单元操作组成的化工流程用数学模型描述，模拟实际的生产过程，并通过改变各种有效条件得到所需要的结果。
二、基本要求熟悉Aspen Plus模拟环境，掌握物性方法的选择和物性的分析，了解物性参数的估算和物性数据的回归。
熟练掌握主要单元模块包括混合器、分离器、压力变送设备、换热器、塔和反应器的模拟操作。
掌握小型的稳态过程系统模拟、设计和优化操作。
了解采用Aspen Plus进行化工厂的综合性设计操作。
根据大纲要求，选用孙兰义主编，化学工业出版社出版的《化工流程模拟实训-Aspen Plus教程》作为教材。
因为该教材与大纲要求基本适应。
在教学方法上采用课堂讲解、课堂演示以及学生上机实践相结合的方法，讲授运用Aspen Plus对常见化工单元进行模拟计算的过程和方法，再通过运用Aspen Plus软件模拟实际化工过程，穿插讲解化工系统的模拟算法（序贯模块法、联立方程法和联立模拟法），以使学生掌握Aspen Plus软件模拟计算的收敛方法和收敛过程的选择与调整。
三、教学内容第一章绪论了解本课程的任务，化工过程模拟的发展概况，本课程的内容、学习要求及学习方法。
《化工流程拟》课程规范(上机)
通过该课程学习，要求学生能够使用Aspen Plus软件进行化工模拟、计算和设计。
一、课程概况
二、课程知识、能力体系
《化工流程模拟》课程知识（能力）体系
序号
知识单元描述
知识点
对应能力
学时
要求
1
第一章
绪论、图形界面和流程模拟
图形界面；掌握流程建立。
理解化工模拟过程和Aspen Plus软件；熟悉图形界面；掌握流程建立方法。
成绩构成比例：总成绩 = 平时成绩×30% + 卷面成绩×70%
平时成绩: 点命名扣分形式确定
教材及主要教学参考书
教科书：
孙兰义主编.《化工流程模拟实训》. 北京：化学工业出版社，2012
课程简介
本课程重点介绍的基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，同时是一个大型的化工数据库，由美国Aspen Tech公司研发，是唯一能处理带有固体、电解质、生物质和常规物料等复杂体系的流程模拟系统。
基本知识：图形界面，建立流程模拟
基本理论：无
基本方法：介绍
教学内容与
学时分配
1.1图形界面（2学时）
1.2建立流程模拟（2学时）
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式。
2.启发引导为主，线上教学与线下教学相结合。
教学手段：
1.通过多媒体图片和故事启发化工流程模拟的定义、作用与特点。
2.通过课堂现场实例计算演示，目的是避免老师的一言堂，达到“以学生为本、师生互动”的目的。
本章思考题
P15-16:1
主要
参考资料
教科书：
孙兰义主编.《化工流程模拟实训》.北京：化学工业出版社，2012
ASPEN_培训教材10-ASPEN_气分
h
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
h
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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。
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
《化工流程模拟》课程规范(上机)
重点和难点
重点：物性分析，物性估算，物性数据回归
难点：物性方法的选择
“三基”分析
基本知识：物性分析，物性估算，物性数据回归
基本理论：物性方法
基本方法：上机
教学内容与
学时分配
重点和难点
重点：全混釜、平推流
难点：间歇式反应器
“三基”分析
基本知识：全混釜、平推流和间歇式反应器
基本理论：无
基本方法：上机
教学内容与
学时分配
4.1全混斧反应器（4学时）
4.2平推流反应器（3学时）
4.3间歇式反应器（3学时）
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例计算演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.1物性方法的选择（1学时）
2.2物性分析（1学时）
2.3物性估算（1学时）
2.4物性数据回归（1学时）
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式。
2.启发引导为主，线上教学与线下教学相结合。
教学手段：
1.通过多媒体图片和故事启发引出基本术语的定义、作用与特点。
10
掌握
“要求”指学生对知识、能力掌握的熟练程度，填写：了解、熟悉、掌握。
三、教学内容及基本要求
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：4
章
第一章绪论、图形界面和流程模拟
教学目的
和要求
理解化工模拟过程和Aspen Plus软件；熟悉图形界面；掌握流程建立方法。
ASPENPLUS反应器的模拟与优化PPT课件
.
7
RStoic —— 选择性
选择性定义为：
SP,A
P/Areal P/Aideal
△P代表选定组分 (selected) P的生成摩尔数；
△A代表参照组分 (reference) A的消耗摩尔数；
real 代表反应器内的实际情况；
ideal 代表只有A→P一个反应发生时的情况。
.
8
RStoic计算－例5.1
.
27
RGibbs —— 模型设定
.
28
RGibbs —— 产物
有三种选择：
1、系统中的所有组分都可以是产物；
RGibbs considers all components as products
2、指定可能的产物组分； Identify possible products
3、定义产物存在的相态。 Define phases in which products appear
▪ 了解特定的反应过程的特点，选择相适应 的反应器类型或反应器网络，保证所需产 品组分足够的产率和选择性。
.
5
（一）生产能力类反应器
Rstoic — 化学计量反应器
性质：按照化学反应方程式中的计量关 系进行反应，有并行反应和串联 反应两种方式，分别指定每一反 应的转化率或产量。
用途：已知化学反应方程式和每一反应 的转化率，不知化学动力学关系。
.
12
RYield —— 产率
指定相对于每一单位质量非惰性进料而言 ，RYield出口物流中各种组分间的相对产ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率。并设定进料中的惰性组分。
.
13
RYield — 示例5.2
甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
Aspen入门篇化工流程模拟与AspenPlus
Aspen入门篇化工流程模拟与AspenPlus为了和大家一起学习基础化工应用知识，科普化工特推出Aspen Plus 系列教程，主要包括：Aspen 入门篇（Aspen简介和物性方法）、Aspen 进阶篇（Aspen 基础单元模拟）、Aspen 技巧篇（Aspen 设计/分析工具）和Aspen 实战篇（Aspen 经典实例）。
欢迎大家持续关注，今天介绍：Aspen入门篇1—化工流程模拟与AspenPlus。
本篇目的：介绍一般的化工流程模拟概念和Aspen Plus功能。
一、化工流程模拟1、化工流程模拟的概念化工流程模拟是指使用计算机程序定量模拟一个化学过程的特性方程。
其主要过程是根据化工过程的数据，采用适当的模拟软件，将由多个单元操作组成的化工流程用数学模型描述，模拟实际的生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果。
2、化工流程模拟的功能1）科学研究、开发新工艺2）进行新装置的设计3）进行旧装置的改造4）生产装置调优和故障诊断3、流程模拟实例含苯（BENZENE，C6H6）和丙烯（PROPENE,C3H6）的原料物流FEED进入反应器REACTOR，经反应生成异丙苯（PRO-BEN,C9H12）,反应后的混合物经冷凝器COOLER冷凝，再进入分离器SEP，分离器SEP顶部物流RECYCLE循环回反应器REACTOR，分离器SEP底部物流作为产品PRODUCT流出，流程如下图所示，求产品PRODUCT中异丙苯的摩尔流率。
原料物流FEED温度为105℃，压力为0.25MPa，苯和丙烯的摩尔流率均为18kmol/h, 反应器REACTOR绝热操作，压力为0.1MPa，反应方程式为：C6H6+C3H6→C9H12其中丙烯的转化率为90%。
冷凝器COOLER的出口温度为54℃，压降为0.7kPa；分离器SEP绝热操作，压降为0。
如此复杂的过程手算很困难，但使用化工过程模拟仿真软件就能很简单的解决了，这里只是举例说明化工流程模拟的作用，具体的解决过程见后面说明。
《化工流程模拟实训—Aspen Plus教程(孙兰义主编)》配套PPS课件第10章 工艺流程模拟
第10章工艺流程模拟作者：王丁丁孙兰义目录⏹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）PurgeCompositional RecycleProductFeedThermal Recycle●独立循环回路(Independent Loop)●嵌套循环回路(Nested Loop)●交叉循环回路(Interconnected Loop)U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9R1R2U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9R1R2U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8R1⏹循环回路的种类⏹化工流程模拟的计算方法●序贯模块法●联立方程法●联立模块法⏹在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II)，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法)，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。
⏹计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。
通常，过程原料物流的变量是指定的。
⏹如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。
⏹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)。
U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1●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U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1Recycle Stream Guessed Calculation SequenceR1U1，(U2，U3，U4，U5)，U6S3U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6S4U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6S6U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6主流程处理顺序⏹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●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ControlPanel（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●为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力推荐，否则缺省值为零）●如果输入了“回路”中的某个物流的信息，Aspen撕裂流举例S1S2S3S6S4S7S5MIXERB1MIXERB2FSPLITB3FSPLITB4●哪个是循环物流？●哪个可能是撕裂流？●哪个是最好的撕裂流选择？S7S6S7和S6S2和S4S3S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）⏹撕裂流举例⏹撕裂流与计算顺序的关系●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循环工艺流程⏹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。
化工单元仿真实习操作课件
活塞式压缩机的原理
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微型活塞式空气压缩机
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离心式压缩机的外观
返回
离心式压缩机的原理
返回
全封闭制冷式压缩机
返回
无润滑油压缩机
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L型压缩机高压侧
返回
L型压缩机低压侧
返回
二氧化碳压缩机
返回
压缩机的工艺仿真说明
• 本仿真培训系统选用甲烷单级透平压缩的典型流程作为仿真对象。
• 在生产过程中产生的压力为1.2～1.6kg/cm2(绝)，温度为30℃左右的低压 甲烷经VD01阀进入甲烷贮罐FA311，罐内压力控制在300mmH2O。甲烷从贮 罐FA311出来，进入压缩机GB301，经过压缩机压缩，出口排出压力为 4.03kg/cm2(绝)，温度为160℃的中压甲烷，然后经过手动控制阀VD06进 入燃料系统。
• 液体输送是化工生产及其它过程工业中最常见、最重要的操作单元之一。 • 由于流体种类、特性的多样性，生产工艺条件的复杂性，流体输送机械
的种类很多。通常，输送液体的机械称为泵，输送气体的机械根据其产 生的压力高低分别称为通风机、鼓风机、压缩机与真空泵。 • 离心式压缩机是化工生产中使用最多的气体压送机械之一，这主要得益 于它具有：结构简单、易损件少、体积小、转速高、运行安全平稳、易 实现自动化和大型化等优点。但也有缺陷：操作适应性较差、有喘振现 象、两机并列操作运行困难。
1.吸收系统
吸收系统仿DCS图
吸收系统仿现场图
来自界区外的原料气（富气，其中C4 组分
占25.13%，CO和CO2占6.26%，N2占64.58%，H2 占3.5%，O2占0.53%）由阀V1控制流量从吸收塔 T-101底部进入与自上而下的贫油（C6油)逆向 接触，将原料其中的C4组分吸收下来，富油 （C4占8.3%，C6占91.8%）从塔釜排出，经贫富 油换热器E-103预热至80OC,进入解吸塔。吸收
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
化工过程过程系统的模拟精品PPT课件
S2 S4 S7 R A1 0 0 1 B0 0 1 1 C1 1 0 2 D0 1 1 2
S2 S4 S7 R A1 0 0 1 B0 0 1 1 C1 1 0 2 D0 1 1 2
II. 选择断裂流股 剩下的独立列构成的回路矩阵中，秩为1的行说明
1
2
3
4
关联矩阵 RI=
5 6
7 8
9 10
11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 –1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 1 0 -1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 -1 -1 0 000000000 0 0 0 1 0 000000000 0 0 0 0 1
单元设 备序号
1 2 3 4
相关物流号
-1 1 -2
流入该节点的流股+ 流出该节点的流股-
11 12
(b) 邻接矩阵（Adjacency Matrix) RA 一个由n个单元或节点组成的系统，其邻接矩阵或相邻矩阵 可表示为n×n的方阵。
RA [ Aij ]
1, 从节点i到节点j有边联结;
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10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流与计算顺序的关系
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）
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
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 U7 S10 S1 U1 S2 U2 S3 U3 S4 S5 R1 U4 S6 U5 S7 U6 S8
Recycle Stream Guessed
Calculation Sequence
R1 S3
S4 S6
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 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 为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力 推荐，否则缺省值为零） 如 果 输 入 了 “ 回 路 ” 中 的 某 个 物 流 的 信 息 ， Aspen Plus会自动设法把该物流选为撕裂流
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
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
S7
S1
B1
MIXER
S2
B2
MIXER
S3
S5
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）
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。
10.1 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
S8
S9
交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S4 S5 S6 S7 S8 S1 U1 S2 U2 S3 U3 U4 U5 U6 U7
S9 R2
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程模拟的计算方法 序贯模块法 联立方程法 联立模块法
10.1 带循环的工艺流程模拟
第10章 工艺流程模拟
作者：王丁丁 孙兰义
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
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 R1 S4 S5 S6 R2 S7 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7
S9
嵌套循环回路(Nested Loop)
S1 U1 S2 U2 S3 U3 S4 R1 R2 U4 S5 U5 S6 U6 S7 U7
在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II) ，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法 ) ，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。
计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序 进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。通常 ，过程原料物流的变量是指定的 。
如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流 的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。
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 U1 S2 U2 S3 U3 S4 S5 R1 U4 S6 U5 S7 U6 S8