第1讲 ASPEN PLUS 概述及基本操作

Methylcyclohexane Recovery Column
220 20 219 2 16
38065.736 112935.648
19605.002 131396.382
B1
3 325
220 20 B2 5
20
4
1
1.9 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
示例1：活度系数模型参数回归
示例2：未知组分物性数据估计
示例3：精馏塔的模拟计算
示例4：设计规定
示例5：敏感性分析
示例6：优化
示例7：PFD图（过程工艺流程图）
过程工艺流程图（PFD图）
Methylcyclohexane Recovery Process Stream ID Temperature Pressure Vapor Frac Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mole Flow TOLUENE PHENOL MCH Mole Frac TOLUENE PHENOL MCH *** VAPOR PHASE *** Density Viscosity *** LIQUID PHASE *** Density Viscosity Surface Ten lb/cuft cP dyne/cm 46.004 0.288 16.805 62.994 1.021 31.995 43.567 0.323 14.950 Temperature (F) 56.774 0.443 23.805 Pressure (psi) 0.500 0.500 1.000 0.026 0.001 0.973 0.139 0.857 0.004 200.000 lbmol/hr lb/hr cuft/hr MMBtu/hr lbmol/hr 200.000 1200.000 5.219 0.262 194.519 194.781 1199.738 5.481 F psi 1 220.0 20.00 0.000 400.000 827.446 -12.702 2 220.0 20.00 0.000 1200.000 1792.795 -71.945 3 218.8 16.00 0.000 200.000 449.995 -14.509 4 325.3 20.20 0.000 1400.000 2314.389 -62.696
ASPEN PLUS的热力学模型（活度系 数模型）
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
Eletrolyte NRTL Flory-Huggins NRTL Scatchard-Hilde-Brand UNIQUAC UNIFAC van Laar WILSON
ASPEN PLUS的热力学模型（其他 模型）
ASPEN ENGINEERING SUITE（ASPEN PLUS、HYSYS等>40个 软件） ASPEN OPERATION MANAGER ASPEN Manufacturing SUITE ASPEN Supply Chain

ASPENTECH于1994在纳斯达克上市(NASDAQ: AZPN)
1.6 ASPEN PLUS的物性分析工具


物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测 量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算 模型的常数。 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压 曲线、相际线、t-p-x-y图等。 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度 和其他物性曲线特征化原油物系。 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动 生成离子或相应的反应
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
API酸水方法 AMINS Braun K-10 Chao-Seader Grayson-Streed Kent-Eisenberg 水蒸气表
ASPEN PLUS专有物性数据库


在ASPEN PLUS 10.x版中，有专用于NRTL、 WILSON和UNIQVAC方法的二元交互参数库，如 VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLEASPEN、LLE-LTI 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY （1600+对） ASPEN PLUS 10.x版的电解质专家系统，有内置 电解质库，包括几乎所有常见的电解质应用中化 学平衡常数及各种电解质专用二元参数。只要启 动电解质热力学方法，这些参数便会自动检索。
Pla nn ing
at io n
Plant Design
l t ro n Co
tem s Sy
Controls
Operator Training
Operation
Commissioning
Construction
1.3 ASPEN PLUS主要功能特点


方便灵活的用户操作环境，Model Manager是 ASPEN Tech向用户提供的专家指导系统 。 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。 与AspenTech公司其他产品的有效集成。
1.2 ASPEN PLUS的用途

合成流程 工艺参数优化
研究某些设计问题或操作问题 进行参数灵敏度分析 流程优化

消除瓶颈 参数拟合 过程开发阶段—过程设计阶段—实际生产操作
“生命周期模拟”（Lifecycle Modeling）
Application During Plant Lifecycle

纯组分数据库


Aqueous：适用于电解质（水无机化合物参数（主 要为有机物） INORGANIC：含约2450个化合物物性数据（绝大 多数为无机） PURE10：基于DIPPR的数据库，含1727个（绝大 多数为有机）化合物参数，是ASPEN PLUS的主要 数据库 SOLIDS：含3314种固体化合物参数，主要用于固 体和电解质的处理 COMBUST：专用于高温、气相计算，含59种燃烧 产物中典型组份的参数
1.8 ASPEN PLUS的模型分析系统

敏感性分析：通过图表方式可看出设备规格和操作条件对 工艺性能的影响。 设计规定：可自动计算满足规定性能指标的操作条件或设 备参数。 收敛性分析：对有多个物流循环和信息循环的体系，可自 动分析和建议最优切割物流、流程收敛方法和求解序列。 数据拟合：可用实际生产数据拟合所用的工艺模型。 最优化：可根据最优化目标调节工艺条件以达到如最大生 产率、最低能耗、物流纯度和最大经济效益等。 界面工具：可通过Visual Basic编程语言完成新功能。
ASPEN PLUS
Basic Design Concept
tate S y d Stea
Engin eering Dbs D
Detailed Design
yn am
ic
Si m ul
Revamp
On line Op tim Ad iz a van tio ced n S im C on u la tro tio n& l

实例演示
化工流程模拟系统的使用步骤
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
状态指示符号
Setup Run Types
1.7 ASPEN PLUS的单元模型库



RADFRAC：用于精馏、吸收、萃取精馏和共沸精馏的严格法 模拟；RADFRAC可以处理有双液相、固相以及带有化学反应 和电化学反应的情况。 PETROFRAC：用于炼油厂的预闪蒸塔、常减压塔、催化裂化 主馏分塔和延迟焦化分馏塔等。 各种反应过程：产率反应器（RYIELD）、化学计量反应器 （RSTOIC）、化学平衡反应器（REQUIL）、基于GibbG自由 能最小化的平衡反应器（RGIBBS）、连续搅拌糟式反应器 （RCSTR）、活塞流反应器（RPLUG）和间歇反应器 （RBATCH）。 固体处理模型：破碎机、筛分、织物过渡器、文丘里洗涤器、 静电沉降器、水力旋流器、离心过滤器、旋风过滤器、洗矿 机、结晶器和逆流洗涤器。 严格的设备尺寸和性能计算：泄压阀、换热器、泵和压缩机、 管线以及板式塔和填料塔。 可以结合用户建立的设备计算模块。
1.4 ASPEN PLUS物性数据库
共含5000个纯组分数据 40000个二元交互参数可用于5000 个二元 混合物，1000多个水相离子反应的反应常 数。 与世界上最大的热力学实验物性数据库 DETHERM （含250,000 多个混合物的汽 液平衡、液液平衡以及其它物性数据）的 接口。 可以建立自己的专用物性数据库。
1.5 ASPEN PLUS的热力学模型 （适用体系）

非理想体系——采用状态方程与活度系数相 结合的模型； 原油和调和馏分； 水相和非水相电解质溶液； 聚合物体系。



ASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling （BWRS） Hayden-O’Connell 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程 理想气体模型 Lee-Kesler（LK） Lee-Kesler-Plocker Peng-Robinson（PR） 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型
Pure Component Databanks(1)
Pure Component Databanks(2)
Properties
Property Specification
Control Panel
(1)创建第一个AspenPlus 模块模型
建立以下过程的Aspen Plus仿真 模型： 将1000 m3/hr的低浓酒精（乙醇 30%w，水70%w，30℃，1bar）与700 m3/hr的高浓酒精（乙醇95%w，水 5%w，20℃，1.5bar）混合。 求混合后的温度和体积流量。
分离过程模型的分类
Aspen Plus 中的分离过程模 型包含两大类别：
• 简单分离单元模型
Separators
• 塔设备单元模型
Columns
简单分离单元模型
简单分离单元模型包含五个模块：
• 两相闪蒸器
ASPEN PLUS 与化工 过程模拟
第1讲 ASPEN PLUS 概述及基本操作
本课程主要内容
概述及操作基础 反应器模型 分离过程模型 换热器模型 热力学性质计算 分析优化功能

1.1 ASPEN是什么？


作为上世纪70年代DOE委托MIT的开发项目（Advanced System for Process Engineering ，ASPEN）的一部 分，出于商业化目的，于1981年成立了AspenTech公司。 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。 aspenONE™作为第一流的领先产品将AspenTech公司的 所有产品统一起来了。