Aspen精馏过程模拟
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例题4.2
在例题4.1的基础上，寻找合适的塔顶馏出物流量 和回流比，使得塔顶馏出物中异丁烷含量为2 mol%而塔釜馏出物中丙烷含量为1mol%
分离要求：xD,IC4≤2 mol% xB,C3≤1 mol%
第30页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
“DESIGN SPEC-VARY”功能：指定某些“控制”变量 （DESIGN SPEC），同时指定“调整变量”（VARY）。程序 会通过操控调整变量从而使控制变量达到指定值。 本例中： 1）调整塔顶馏出物流量使得塔顶产品合格； 2）调整回流比使得塔底产品合格（馏出物指标仍然起作用）
第7页
4.2 RadFrac---严格多级分离模块
结构选项:
• 任何数量的进料
• 任何数量的侧线采出 • 总液体采出和循环回流 • 任何数量的换热器 • 任何数量的倾析器
第8页
4.2 RadFrac---拓扑结构
气体蒸馏物 (DV) 1
顶级或冷凝器热负荷 (Q1) 物料 （任何数量) 热 循环回流 热 热 (任何数量) 底级或再沸器热负荷 (QN)
第48页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
1）塔温度剖面的绘制
第49页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
2）塔板液相组成剖面的绘制
第50页
例4.4 最佳进料位置及最小条件的确定
通过前面的例题，明确了达到预期产品指标 所需的操作条件（操作温度、压力、操作回流 比，采出量等）。
2）指定第一调整变量 --- Specifications 调整distillate rate 在0.2-0.6kmol/sec之间变化
第35页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
3) 运行模拟 --- Control Pannel
第36页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
不同的物性计算模型
第20页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
6）输入流股信息
第21页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - C1- Configuration
第22页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - C1- Streams
第23页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
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 + 氢气 3 H2 = 环己烷 C6H12
•在进入固定床反应器前，苯和氢气进料与循环氢气和环 己烷混合。 假设苯转化率为 99.8%。
•反应器出料被冷却，轻气体从产品物流中分离出去。 部 分轻气体作为循环氢气返回反应器。 •从分离器出来的液体产品物流进入蒸馏塔进一步脱除溶 解的轻气体，使最终产品稳定。部分环己烷产品循环进入 第2页 反应器，辅助控制温度。
4) 查 看 结 果
第37页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
5）指定第二控制变量--- Specifications 第二控制变量为塔底中c3的浓度值为0.01
第38页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
5）指定第二控制变量--- Components
第39页
VFLOW
H2IN
VAP FEED-MIX RXIN
T = 150C P = 23 bar
REACT HP-SEP RXOUT
T = 200 C Pdrop = 1 bar Benzene conv = 0.998 T = 50 C Pdrop = 0.5 bar
LTENDS
Stages = 12 Reflux ratio = 1.2 Bottoms rate = 99 kmol/hr 只有气体馏出物 的部分冷凝器 P = 15 bar Feed stage = 8
SCFrac
第4页
4.1 单元操作模型 -- 塔-严格塔
模型
RadFrac
说明 严格分馏
目的 单个塔的严格核算和设 计
用法 蒸馏, 吸收, 汽提, 萃取和恒沸蒸馏, 反应蒸馏 热集成塔, 空气分离器, 吸收塔/汽 提塔 结合, 乙烯主分馏塔/急冷塔 组合, 石油炼制 预闪蒸塔, 常压原油单元, 减压单元 , 催化裂解塔 或焦碳分馏塔, 减压 润滑油分馏塔, 乙烯分馏塔和急冷 塔 一般恒沸蒸馏, 3-相, 和反应间歇蒸 馏
MultiFrac
复杂塔严格 多级塔和复杂塔的严格 分馏 核算和设计
PetroFrac
石油炼制分 石油炼制应用的严格核 馏 算和设计 严格间歇蒸 单个间歇塔的严格核算 馏
BatchFrac*
RateFrac* Extract
单个和多级塔的严格核 蒸馏塔, 吸收塔, 汽提塔, 反应系统, 基于速率的 算和设计. 建立在非平衡 蒸馏 热集成单元, 石油应用 计算基础上 液-液萃取 液-液萃取塔的严格核算 液-液萃取
模型 说明 目的 确定最小回流比, 最小 理论板数, 和用 WinnUnderwood-Gilliland 方 法得到的实际回流比或 实际塔板数 用途 带有一个进料物流和两个 产品物流的塔
DSTWU 简捷法蒸馏 设计
Distl
简捷法蒸馏 核算 石油馏分的 简捷法蒸馏
用 Edmister 方法在回流 带有一个进料物流和两个 比、理论板数和D：F比 产品物流的塔 的基础上确定分离 用分离指数确定产品的 复杂塔， 例如原油加工装 组成和流量， 每段的塔 置和减压塔 板数，负荷
5 运行模拟计算
6 使用”DESIGN SPEC-VARY”功能 7 最佳进料位置及最小条件的确定 8 精馏塔尺寸的估算 9 小结
第15页
例4.1 启动新的模拟过程
1）新建模拟文件
第16页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
2）建立模拟流程图 （分别选择RADFRAC、Valve、Pump模块） 重命名各流股和单元操作
BZIN
T = 40 C P = 1 bar Benzene flow = 100 kmol/hr
CHRCY LFLOW
COLFD
去物流 CHRCY的流量为30%
PRODUCT
用 RK-SOAVE 物性方法
COLUMN
完成后另存为： 文件名: CYCLOHEX.BKP 第3页
4.1 单元操作模型 -- 塔-简捷塔
第45页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
增加塔顶压力16.8atm ，再次运行模拟 --- 查看结果
第46页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
1） 塔温度剖面的绘制
2）塔板液相组成剖面的绘制
第47页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
1）塔温度剖面的绘制
回流 L1 + LW
热 (可选) 液体蒸馏物 (DL) 水 (DW) (可选) D=DL+DV DV:D=DV/D RR=L1/D RW=LW/DW 产品 (任何数量) 倾析器
上升蒸汽 (VN) N级
返回 热 (可选) 塔底 (B) BR=VN/B
产品Biblioteka Baidu
第9页
4.3 RadFrac---结构设置
规定: • 理论板数 • 冷却器和再沸器结构 • 两塔操作规定 • 有效相态 • 收敛
例题-环己烷生产模拟流程图
C6H6 苯
Total flow = 330 kmol/hr T = 50 C P = 25 bar Molefrac H2 = 0.975 N2 = 0.005 CH4 = 0.02
+
3 H2 氢气
=
C6H12 环己烷
PURGE
去流股 H2RCY的流量为92%
H2RCY
泵和控制阀的命名以易于 与精馏塔C1关联为宗旨
选择液相馏出物
第17页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
3）设定全局特性
工程概述、工程 单位、报告输出 形式等
第18页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
4）指定化学组分并重命名
第19页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
5）选择物性计算模型
注意：不同单元操作可选择
数32，第16块板处进料。回流比为2。冷凝器为全 凝器。泵的压力提升为5atm, 阀的压力降为3atm。 热力学方法为chao-sea.
第13页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
• 流程图
第14页
例4.1建立稳态模拟流程
1 启动新的模拟过程 2 指定化学组分及物性模型
3 输入流股信息
4 输入设备参数
7）输入设备参数 - C1- Pressure
第24页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - P11&P12
第25页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - V1
第26页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
8）运行模拟计算
第27页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
• 塔压力分布
• 塔顶/塔底压力
• 塔段压降
第12页
例4.1丙烷、异丁烷的分离过程模拟
【例4.1】 采用Radfrac模块，对于丙烷、异丁烷的 分离过程进行模拟。进料中丙烷的摩尔含量为40% 。分离要求塔顶流出物中异丁烷的含量为2%，塔 底产品中丙烷的含量为1%。流程图如下图所示。
进料温度为322K, 精馏塔操作压力为14atm，塔板
本节将寻找最佳进料位置，最小回流比和最 小理论板数，为精馏过程经济优化奠定基础。
第51页
例4.4 最佳进料位置及最小条件的确定
1）最佳进料位置的确定
课堂练习：利用4.1中工程文件，保持其它条件不变，改 变进料板位置（12~16），记录进料板位置变化对再 沸器热负荷的影响。
进料板位置 12 13 再沸器热负荷/MW 27.944 27.415 冷凝器热负荷/MW 23.452 22.922 回流比 3.616 3.512
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
5）指定第二控制变量--- Feed/Product Sreams
第40页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
6 ）指定第二调整变量 --- Specifications Reflux Ratio在 1-5之间调整
第41页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
第10页
4.4 RadFrac---流股设置
规定:
进料板位置 进料物流规则 (见帮助) ABOVE-STAGE:
从进料物流来的气体进入 进料板上一层塔板,液体进 入进料板位置 ON-STAGE: 来自进料的气体和液体都 进入进料板位置
第11页
4.5 RadFrac---压力设置
规定下列项之一:
9）查看计算结果
分离要求：xD,IC4≤2 mol% xB,C3≤1 mol%
可通过增加回流比或增加塔 的理论板数提高分离效果
第28页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
10） 增大回流比为3
分离要求：xD,IC4≤2 mol% xB,C3≤1 mol%
第29页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
第32页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
1）指定第一控制变量--- Components
第33页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
1）指定第一控制变量--- Feed/Product Sreams
第34页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
第5页
*
Requires separate license
4.2 RadFrac --严格多级分离模块
教学目标
• 讨论RadFrac模型的最小输入条件 • 学习RadFrac内嵌的变量规定
第6页
4.2 RadFrac---严格多级分离模块
可对下述过程做两相或三相模拟:
• 普通蒸馏
• 吸收, 再沸吸收 • 汽提, 再沸汽提 • 恒沸蒸馏 • 反应蒸馏
为了保证模拟计算能够得到合理、正确的技术结果，在运 用“DESIGN SPEC-VARY”功能时，较好的做法是使程序 一次只对一个变量收敛，而不是同时求解数个变量。
第31页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
1）指定第一控制变量--- Specifications 第一控制变量为塔顶中c4的浓度值为0.02
7） 再次运行模拟 --- Control Pannel
第42页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
8） 查 看 结 果
第43页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
查看结果 --- 操作回流比
第44页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
为了可以使用冷却水作为塔顶冷凝器冷 源(塔顶操作温度约52℃)，增加塔顶压 力至16.8atm，再次运行模拟。
在例题4.1的基础上，寻找合适的塔顶馏出物流量 和回流比，使得塔顶馏出物中异丁烷含量为2 mol%而塔釜馏出物中丙烷含量为1mol%
分离要求：xD,IC4≤2 mol% xB,C3≤1 mol%
第30页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
“DESIGN SPEC-VARY”功能：指定某些“控制”变量 （DESIGN SPEC），同时指定“调整变量”（VARY）。程序 会通过操控调整变量从而使控制变量达到指定值。 本例中： 1）调整塔顶馏出物流量使得塔顶产品合格； 2）调整回流比使得塔底产品合格（馏出物指标仍然起作用）
第7页
4.2 RadFrac---严格多级分离模块
结构选项:
• 任何数量的进料
• 任何数量的侧线采出 • 总液体采出和循环回流 • 任何数量的换热器 • 任何数量的倾析器
第8页
4.2 RadFrac---拓扑结构
气体蒸馏物 (DV) 1
顶级或冷凝器热负荷 (Q1) 物料 （任何数量) 热 循环回流 热 热 (任何数量) 底级或再沸器热负荷 (QN)
第48页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
1）塔温度剖面的绘制
第49页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
2）塔板液相组成剖面的绘制
第50页
例4.4 最佳进料位置及最小条件的确定
通过前面的例题，明确了达到预期产品指标 所需的操作条件（操作温度、压力、操作回流 比，采出量等）。
2）指定第一调整变量 --- Specifications 调整distillate rate 在0.2-0.6kmol/sec之间变化
第35页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
3) 运行模拟 --- Control Pannel
第36页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
不同的物性计算模型
第20页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
6）输入流股信息
第21页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - C1- Configuration
第22页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - C1- Streams
第23页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
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 + 氢气 3 H2 = 环己烷 C6H12
•在进入固定床反应器前，苯和氢气进料与循环氢气和环 己烷混合。 假设苯转化率为 99.8%。
•反应器出料被冷却，轻气体从产品物流中分离出去。 部 分轻气体作为循环氢气返回反应器。 •从分离器出来的液体产品物流进入蒸馏塔进一步脱除溶 解的轻气体，使最终产品稳定。部分环己烷产品循环进入 第2页 反应器，辅助控制温度。
4) 查 看 结 果
第37页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
5）指定第二控制变量--- Specifications 第二控制变量为塔底中c3的浓度值为0.01
第38页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
5）指定第二控制变量--- Components
第39页
VFLOW
H2IN
VAP FEED-MIX RXIN
T = 150C P = 23 bar
REACT HP-SEP RXOUT
T = 200 C Pdrop = 1 bar Benzene conv = 0.998 T = 50 C Pdrop = 0.5 bar
LTENDS
Stages = 12 Reflux ratio = 1.2 Bottoms rate = 99 kmol/hr 只有气体馏出物 的部分冷凝器 P = 15 bar Feed stage = 8
SCFrac
第4页
4.1 单元操作模型 -- 塔-严格塔
模型
RadFrac
说明 严格分馏
目的 单个塔的严格核算和设 计
用法 蒸馏, 吸收, 汽提, 萃取和恒沸蒸馏, 反应蒸馏 热集成塔, 空气分离器, 吸收塔/汽 提塔 结合, 乙烯主分馏塔/急冷塔 组合, 石油炼制 预闪蒸塔, 常压原油单元, 减压单元 , 催化裂解塔 或焦碳分馏塔, 减压 润滑油分馏塔, 乙烯分馏塔和急冷 塔 一般恒沸蒸馏, 3-相, 和反应间歇蒸 馏
MultiFrac
复杂塔严格 多级塔和复杂塔的严格 分馏 核算和设计
PetroFrac
石油炼制分 石油炼制应用的严格核 馏 算和设计 严格间歇蒸 单个间歇塔的严格核算 馏
BatchFrac*
RateFrac* Extract
单个和多级塔的严格核 蒸馏塔, 吸收塔, 汽提塔, 反应系统, 基于速率的 算和设计. 建立在非平衡 蒸馏 热集成单元, 石油应用 计算基础上 液-液萃取 液-液萃取塔的严格核算 液-液萃取
模型 说明 目的 确定最小回流比, 最小 理论板数, 和用 WinnUnderwood-Gilliland 方 法得到的实际回流比或 实际塔板数 用途 带有一个进料物流和两个 产品物流的塔
DSTWU 简捷法蒸馏 设计
Distl
简捷法蒸馏 核算 石油馏分的 简捷法蒸馏
用 Edmister 方法在回流 带有一个进料物流和两个 比、理论板数和D：F比 产品物流的塔 的基础上确定分离 用分离指数确定产品的 复杂塔， 例如原油加工装 组成和流量， 每段的塔 置和减压塔 板数，负荷
5 运行模拟计算
6 使用”DESIGN SPEC-VARY”功能 7 最佳进料位置及最小条件的确定 8 精馏塔尺寸的估算 9 小结
第15页
例4.1 启动新的模拟过程
1）新建模拟文件
第16页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
2）建立模拟流程图 （分别选择RADFRAC、Valve、Pump模块） 重命名各流股和单元操作
BZIN
T = 40 C P = 1 bar Benzene flow = 100 kmol/hr
CHRCY LFLOW
COLFD
去物流 CHRCY的流量为30%
PRODUCT
用 RK-SOAVE 物性方法
COLUMN
完成后另存为： 文件名: CYCLOHEX.BKP 第3页
4.1 单元操作模型 -- 塔-简捷塔
第45页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
增加塔顶压力16.8atm ，再次运行模拟 --- 查看结果
第46页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
1） 塔温度剖面的绘制
2）塔板液相组成剖面的绘制
第47页
例4.3 使用“plot wizard”功能绘图
1）塔温度剖面的绘制
回流 L1 + LW
热 (可选) 液体蒸馏物 (DL) 水 (DW) (可选) D=DL+DV DV:D=DV/D RR=L1/D RW=LW/DW 产品 (任何数量) 倾析器
上升蒸汽 (VN) N级
返回 热 (可选) 塔底 (B) BR=VN/B
产品Biblioteka Baidu
第9页
4.3 RadFrac---结构设置
规定: • 理论板数 • 冷却器和再沸器结构 • 两塔操作规定 • 有效相态 • 收敛
例题-环己烷生产模拟流程图
C6H6 苯
Total flow = 330 kmol/hr T = 50 C P = 25 bar Molefrac H2 = 0.975 N2 = 0.005 CH4 = 0.02
+
3 H2 氢气
=
C6H12 环己烷
PURGE
去流股 H2RCY的流量为92%
H2RCY
泵和控制阀的命名以易于 与精馏塔C1关联为宗旨
选择液相馏出物
第17页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
3）设定全局特性
工程概述、工程 单位、报告输出 形式等
第18页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
4）指定化学组分并重命名
第19页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
5）选择物性计算模型
注意：不同单元操作可选择
数32，第16块板处进料。回流比为2。冷凝器为全 凝器。泵的压力提升为5atm, 阀的压力降为3atm。 热力学方法为chao-sea.
第13页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
• 流程图
第14页
例4.1建立稳态模拟流程
1 启动新的模拟过程 2 指定化学组分及物性模型
3 输入流股信息
4 输入设备参数
7）输入设备参数 - C1- Pressure
第24页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - P11&P12
第25页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
7）输入设备参数 - V1
第26页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
8）运行模拟计算
第27页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
• 塔压力分布
• 塔顶/塔底压力
• 塔段压降
第12页
例4.1丙烷、异丁烷的分离过程模拟
【例4.1】 采用Radfrac模块，对于丙烷、异丁烷的 分离过程进行模拟。进料中丙烷的摩尔含量为40% 。分离要求塔顶流出物中异丁烷的含量为2%，塔 底产品中丙烷的含量为1%。流程图如下图所示。
进料温度为322K, 精馏塔操作压力为14atm，塔板
本节将寻找最佳进料位置，最小回流比和最 小理论板数，为精馏过程经济优化奠定基础。
第51页
例4.4 最佳进料位置及最小条件的确定
1）最佳进料位置的确定
课堂练习：利用4.1中工程文件，保持其它条件不变，改 变进料板位置（12~16），记录进料板位置变化对再 沸器热负荷的影响。
进料板位置 12 13 再沸器热负荷/MW 27.944 27.415 冷凝器热负荷/MW 23.452 22.922 回流比 3.616 3.512
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
5）指定第二控制变量--- Feed/Product Sreams
第40页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
6 ）指定第二调整变量 --- Specifications Reflux Ratio在 1-5之间调整
第41页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
第10页
4.4 RadFrac---流股设置
规定:
进料板位置 进料物流规则 (见帮助) ABOVE-STAGE:
从进料物流来的气体进入 进料板上一层塔板,液体进 入进料板位置 ON-STAGE: 来自进料的气体和液体都 进入进料板位置
第11页
4.5 RadFrac---压力设置
规定下列项之一:
9）查看计算结果
分离要求：xD,IC4≤2 mol% xB,C3≤1 mol%
可通过增加回流比或增加塔 的理论板数提高分离效果
第28页
例4.1 丙烷、异丁烷的分离过程模拟
10） 增大回流比为3
分离要求：xD,IC4≤2 mol% xB,C3≤1 mol%
第29页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
第32页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
1）指定第一控制变量--- Components
第33页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
1）指定第一控制变量--- Feed/Product Sreams
第34页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
第5页
*
Requires separate license
4.2 RadFrac --严格多级分离模块
教学目标
• 讨论RadFrac模型的最小输入条件 • 学习RadFrac内嵌的变量规定
第6页
4.2 RadFrac---严格多级分离模块
可对下述过程做两相或三相模拟:
• 普通蒸馏
• 吸收, 再沸吸收 • 汽提, 再沸汽提 • 恒沸蒸馏 • 反应蒸馏
为了保证模拟计算能够得到合理、正确的技术结果，在运 用“DESIGN SPEC-VARY”功能时，较好的做法是使程序 一次只对一个变量收敛，而不是同时求解数个变量。
第31页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
1）指定第一控制变量--- Specifications 第一控制变量为塔顶中c4的浓度值为0.02
7） 再次运行模拟 --- Control Pannel
第42页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
8） 查 看 结 果
第43页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
查看结果 --- 操作回流比
第44页
例4.2 使用“DESIGN SPEC-VARY”功能
为了可以使用冷却水作为塔顶冷凝器冷 源(塔顶操作温度约52℃)，增加塔顶压 力至16.8atm，再次运行模拟。