ASPENPLUS反应器模拟教程

1、A百 pen Plus Startu pxj简介什么是 Process FlowsheetProcess Flowsheet （流程图）可以简单理解为设备或其一部分的蓝图 .它确定了所有的给料流， 单元操作 ,连接单元操作的流动以及产物流 .其包含的操作条件和技术细节取决于 Flowsheet 的细节级别 .这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节 .对于稳态操作 ，任何流程图都会产生有限个代数方程。例如,只有一个反应器和适当的给料 和产物, 方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是, 当流程图复杂程度Aspen PlusTM, ChemCadTM, PRO/IITM

2、。这些产 他们被用于在真是世界应用中, 从实验室数据到提高, 且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、 换热器、吸收器等加入流程图时,方程数量很 容易就成千上万了。 这种情况下,解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而,叫做流程图 模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组, 品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。大型工厂设备。流程模拟的优点在设备的三个阶段都很有用：研究 &发展,设计,生产。在研究 &发展阶段,可用来节省实 验室实验和设备试运行； 设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展； 生产阶段可用来对各 种假设情况做无风险分析。流程模拟缺点人工解决问题通常会让人对问题思考的更深, 找到新颖的解决方式,

3、 对假设的评估和重新评 估更深入。 流程模拟的缺点就是缺乏与问题详细的交互作用。 这是一把双刃剑, 一方面可以 隐藏问题的复杂性使你专注于手边的真正问题, 另一方面隐藏的问题可能使你失去对问题的 深度理解。历史AspenPlusTM 在密西根大学界面基础启动 AspenPlus, 个新的 AspenPlus 对象有三个选项，可以Open an Existing Simulation，从blank simulation 。Template 开始，或者用 BlankSimulation 创建你的工作表。这里选择-Create a New Simulation Usinga Blank Simula

4、tionC r empidftes瘓广如 an E Minting SimulationCADocumemU and Sehing$gurmenMv DocumentsSmydiphe C:Documents and Sett(ngsgurmenMy DocumentsVmydipbe CADocumerU and S eHinggurmenMy Document$diphe叩 CADocumerls ancl S ehingsgurmenMy DocunfientsVdiphenl *1I 2iKExitAspen PlusTm的模拟引擎独立于它的图形用户界面（GUI）。你可以在一个电脑上使

5、用GUI创建你的模拟，然后运行连接到另一个电脑的模拟引擎。这里我们使用Local PC模拟引擎。缺省值不变。点击 0K。匚onnect to EngineHdpOKExit下一步就是Aspen PlusTM主应用窗口空白的流程图窗口。先熟悉下界面。状态信息Flowsheet Not Complete 直持续到完整的流程描述进入窗口，完成后状态信息会变为Required Input Incomplete （所需输入未完成）。一个模拟只有在状态信息显示RequiredInput CompIete （所需输入完成）时才能运行。对于最简单的流程图，必须有两股物流，一个FEED 一个PRODUCT连接到

6、单元操作设备，叫做REACTOR模型库工具条（Model Library Toolbar）:这个工具条包含 Aspen Plus不同操作单元的内置模 型。lfl A&peii Pill当-iNuldbiMi ZD|B|亘團丄旦旦也型邑BrjnpF 刽 HW3|Prareft hlowtheel Window卫旦上JjJ剳到Ml流睥图设计区域數据浏览按爼jgUJMixcrt/S litt* I Separatofs hcsar rxcHangeri | ColJinnn | Rgttod | Ptmajc ClHngQ |，I 卜Tnui*STR/kWeMrye,FSUS5ptConrwcbcn

7、 EsttbichtdI电型库具栏慌态信息CATEW文件有三种保存模式：Aspen Plus文件，Aspen Plus备份文件和模板。T 甘辭 hf Hot ConnpMSSave AsSave in: | mydiphenylI勺凶: S CF S 喑屈 k_J imagesFile name:|dipheri)LapwSaveSave as type:Aspen Plui Documerls (* 日p刚CencelApen Plus Backup File bk.p Template? K aptAspen Plus文件可保存结果和运行信息，但这是个二进制文件；备份文件则是标准的ASCI

8、I文本文件。如果你是 Aspen Plus专家，你可以直接在文件中更改，并作为输入从命令行发送到模拟器，把文件从一台机器传送到另一台很容易，但是里边不再含有结果和运行信息。最后，项目和被保存为模板作为另一个模拟的起点。如果你正在一个项目上工作，则应该保存为Aspen Plus文件，备份格式的文件将自动建立。反应器模型有7个内置的反应器模型，RSTOIC（化学计量反应器）、RYIELD（产率反应器）、REQUIL（平衡反应器）、RGIBB（ Gibbs反应器）、RPLU（平推流反应器）、RCSTR全混釜反应器）、RBATCH（间歇釜反应器）。RPLUG RCSTR RBSTCH是严格对应平推流、

9、 全混釜反应和间歇反应的。RSTOIC用于化学计量数已知但反应动力学未知活可忽略的情况。如果反应动力学和化学计 量数都未知，则应用RYIELD对单相化学平衡或均相和化学平衡计算，应用REQUIL或 RGIBBSREQUIL计算基于同时解决化学计量数和相平衡计算，RGIBBS通过Gibbs自由能最小化解决模型。除了 RPLUG和RBATCH所有模型可有任意数量的物料流.这些物料流内部混合.严密的模型可包括内置的幕次定律或 Lan gmuir-Hi nschelwood-Houge n-Watson 动力学或用户自定义的动力 学.自定义的动力学可以用 Fortran子程序或者excel工作表格定义

10、.Table 1 Summary of reactor models in Aspen PlusModelStoichiometryKineticsRigorousFeedRSTOICYesNoNoAnyRYIELDNoNoNoAnyREQUILNoNoNoAnyRGIBBSNoNoNoAnyRBATCHYesYesYes1RCSTRYesYesYesAnyRPLUGYesYesYes1例题:苯的高温分解本教程将介绍苯高温分解反应用于Aspen Plus中RPLUG.Di pheny l（C12H10）联苯是很重要的工业媒介，其一种生产方案为苯 （C6H6）的高温分解脱氢，过程中，二级反应还生

11、成了 trip he nyl （C18H14）三苯。反应如下：C6 H 6 C12 H10 ? C18 H14 H 2ABCDMurhpy,Lamb和Watson对最初由Kassell实施的这个实验得到一些实验数据.试验中，液态苯反应器尺寸: 速率方程：r1A k1A (pAPbPD)K1ar2Bk2B ( Pa PbPc Pd )K2B蒸发，加热到反应温度，进入平推流反应器，产物流冷凝，分析组分。结果如下TemperatureCF)Flow rale (Ibmole/hr)VaVn*Vd14000 06820.S4100.0695Q.ooeso0.OS3012650 02100 B2800,

12、07370,008120.090012650 01050.70400J130iOl022970.159012650.D0700.62200J3220.038150.20851西50 00530.56500.14000.051900.244012650.00350.49900J46S0l0691O0.2S4712650,00300 48200J4770X74000.296012650 00260.47000.14770.070100.30401250.00070.44300J4760.037000.32201265OOODS0.44300J475Ol087000.3220Table 2 Labo

13、ratory data tOf P = 1 aim.L=37.5in, D=0.5in速率常数:k1AA, exp(k2BA exp(RT)罟)Ei平衡常数:ln K1AAIn K2BAB；TBCl n(T) DT ET2Cl n(T) DT ET2参数值:E1=30190cal/mol ；A1=7.4652E6lbmole/h/ft3/atm2A-19.76 ； B-1692; C3.13 ；A=-28.74 ； B=742 ； C =.32 ； P=14.69595psiE2=30190cal/mol;A2=8.6630E6 lbmole/h/ft3/atm2D-1.63E-3; E1.9

14、6E-7D=-3.15E-3; E=08E-7R=1.987cal/mol/K练习：根据实验课指示，在Aspen Plus中使用手册复制 T=1400F和p=1atm时表1的数据。实验和模拟的摩尔分率误差是多少？教程流程图我们从添加反应器开始。10 Aspen Plus - diphenyl.iimTlaiiVI-El： VitL J , z 1:- Pr_-, -.hti ! Lihri 1ijw 八1旧I圖Bd蔺團囲滋KI念1切吨I釧N*J园八卜| wljgl釧 I門ffEFQ饲览|闫|LdaJMaterial 1STREAMS Fi Stoic RYield REquil Fl Gibb

15、s RCSTF!C3TEMP INiKers/Splittefs | Separators | Heat EKchangers | Columns Reactors I Pressue 匚hungers | jjR-rlDLCRPIliq|For Help, press FL.1小r1 *X pOUUT9:Compete .Z：Aspen术语选中反应器，插入流程图窗口，这时，窗口上有代表平推流反应器的图片出现, 叫做Block （块），默认名字为B1.ll|ll Aspen Pluf - Simubtlon 1JnJxl I色I即團Bj 闻囲 百I吋念曲21釧申I圈 卜I卜I I叫圉圜 錮厂I

16、ttlW朮血I何韵I川密 Process Flowsheet WindowElhxrlLdaJMaterial 1STREAMSjJ I A 一MiKers/Spftters | Separators Heat Eichangers | Columns Reaclors I Pressure 匚hanger I丄RSloicRYIBLDREquil RGibbs RCSTBRPlugBBjtchFor Helppress FlC;TEMPNUM|Flflwsheet Not Complete 必选择工具条上Streams选项。Aspen有三种不同的物流种类：物质流，热流和功流。物质流 为默认图

17、标。-mMaterialHe*口吉Work选择物流图标后在流程图 B1左边向B1画一道线。当接近块时，会看到两个亮起来的箭头。 红线是必须的给料，蓝线是可选的加热或冷却流体的入口。选择红线连接给料流。 I色I即團Bj 闻囲 百I吋念曲21釧申I圈 卜I卜I I叫圉圜 錮厂IttlW朮血I何韵I川密 Process Flowsheet WindowLd-DMaterialSTREAMSB1HMiKers/Spftters | Separators Heat Eichangers | Columns Reaclors | Pressure 匚hangerFor Helppress FlRYIBLD

18、RSBic而ilREquil RGibbs RCSTR PPKij RBtchC;TEMP NUMFlowsheet Not Complete 必物流的默认名称为 S1同样的，连接产品流。完成后，流程图如下图所示。仍有两个亮的蓝 色箭头表示所需热负荷。这是可选的，我们继续下一步。看到状态栏从Flowsheet NotComp lete变为Required Inp ut In com plete，点击流图标上的箭头，隐藏蓝色箭头，此时可以自由移动流程图上的图标，从而安排连接。需要注意的是：将流和块对齐。选中流程图上的所有图标，右击出现菜单，选中Align Blockso如果只是选中一个图标，出现

19、的菜单将不同。Rename B-ock。JnJxl I色I即團Bd电|囲 歯吋I釦如21釧申I圈 卜I卜I I叫圉圜 錮密 Process Flowsheet WindowCtrkICtrl 换Ctrl-FOInput. iHRes J ii,.Strea-n Results rChange Section.-匚trI+FllAdd ba Model LibraryDeactivateDelete BlockDelLdCtrkKngersHCT匚RYIBLDDB(LnQECSCentei View匚 trI+Homs 1 i1ncrrn|HhIOtIRSloicHYWdREquilRGibbs

20、RCSTBHPKigBBjtchCtrl-rtJRotate IconResize IconExchange IconHideMiKers/Spftters | Separators Heat Eichangers-DMaterialSTREAMSChanges the ID oF this blockC:TEM PNUMlf|Requred Input Incomplete 必重新命名为 FEED PRODUCT REACTORll|ll Aspen Pluf - Simubtlon 1JnJxl I色I即團Bj 闻囲 百I吋念曲21釧申I圈 卜I卜I I叫圉圜 錮厂IttlW朮血I何韵I川

21、密 Process Flowsheet WindowREA匚TORI FEEDLdMiKers/Spftters | Separators Heat Eichangers | Columns Reaclors | Pressure 匚hanger-DMaterialSTREAMSFor Helppress FlRYIBLDRSBic而ilREquil RGibbs RCSTR PPKij RBtchC:TEMP TjUmT fiRequred Input Incomplete 必到此，流程图绘制完毕，剩下的参数在输入表格中完成。当不知道下一步该做什么，最简单的做法是点击 Next Butt o

22、n。这个按钮会带你进入下一步,或告诉你还缺少什么。此时，流程图完成了，但是还缺少必须的输入参数。点击N|将显示Flowsheet ComplEte Flowsheet connsctivitf is complete. Provide the remaining problerm speciFications on input Forms.Display next input fwm?OKCancel组分输入表格点击上图中的0K,进入组分部分,数据浏览器。ll|ll Aspen Pluf - diphenykapwJgJ xjLifar4ry Window Help於|*|经|中|釧 申I E

23、BI卜I卜I I W I圉圏置lomponents Specifications - Data BrowserI Specifications+ 勺 Setupa ml CompoTients母 SpecificationsQj Assay/Blend0 口 Petro Characterisation / O Psftudocomponents；O Altr-Comps”“亡I Henry CompsC IJNIFAC GroupsQ Cnmp-Groups 亩”包 Comp-Lists阿 PropertiesS Pl StreamsB - al BlocksS 口 Re氛tiers t 2

24、j Convergence(+ 二I Fici艸sheeting Opbons (+ 口 Model Analysis TookFT 2J Summary33、4 I3 Dl團申IComponerit IDTypeComponent name IFormula匚6HSConventionalBENZENECGH6C12H10ConventionalDIPHENYLC12H10H2Conve ntionalHYDROGENH2Cl SHI 4Conventional塗1-Define componentsAllSelection| Petroleum | Nonconventional | Da

25、tabanks |FindElec WizardUser DefinedReorderComponent name from the bi-in databanks. Click on the Find button to use the Find dialog boK to quickly search for components in the databank.Input CompiWeMixers/Splitters j Separators Heat Eitchangera | 匚olumns Reactors | Pressure 匚hangersMMal MSTREAMS MJf

26、lnMi刑For Helppress FlFSpftSSplitC;,.nVy DocumentsmycliphenylNUMI |Requiied Input Incomplete /按图中所示，输入数据。Component ID就是组分的身份。这里组分比较简单，使用化学式作为身份。从身份，Aspen可以调出名字和化学式。第四种没有调出，是因为这个化学式有 三种同分异构体：间三联苯，对三联苯，邻三联苯。在名称栏输入Terphenyl,会出现Find入Name Of FornnUa Advanced |Comporenit name or formula : TERPHENYL 厂 Match

27、 on components beginning with this stringDatabankr Double click on component to add to listConnponent name1 Formula1 Databank1 MW1 BP1 CAS noIM TERPHEMYL C13H14-2PURE10230.309707920G-S TERPHENYLC13HU-1PURE10230 309636 3B4-15-1P-TERPHENYL 8HU-3PURE10230.309719. e92-94-41AddMatches Found ; 3选择M-terphe

28、nyl，点击Add。到下一步- /pen P一u的 I diphen兰.apwD-E- g-s- 莎一兰右一M N丄 a 工-二-三 测-B 曲一一一nvy CIgumen亘mydipheny-Fclr He-U pres FlPJLI3 - 一Req=ed Inpur Incclmp-eke kSefup 彗湍灌| Aspen Pluf - diphenyl.apwI:创么血41 k IFor Helppress FlDociJiientsmyidphenyl | NUMRequired Input Complete 必S Setup Report Optians - Data Browse

29、rj Report OptionsH 21 Setup0 SpeciFicatiors母 Simulation Options 母 aream Class 0 Q Substreamt 由住1 Uh粘Sets母 Report Options g?划 ComporentsE叠I PropertiesB- StreamsS ”胡 BlocksF 二I ReactknsS 二J Convergence + 二I Flowsheeting Opbons E 仁j Model Analysis Tools t 2J 诫吝 Summary3牛1*1 F53221副劃申IGeneral | Flowshee

30、t | Block ySheamj Property | ADAFlow basis-Faction bisii厂 Mole1? Mole厂 Mass厂 Mass厂 Std.liq.voKjme厂 Std.liq. volume1 Components with zeio Wow or frsdBn磧 eneratea standard stream repo -hems to be included in sheam repoil Include Streams I EKclude Streams PropeiEets-Stream FornutTFF: I FULL三J席 Standard

31、 (30 column)C Wide 132 column)p Sort 就re4n$ alpharxinericallpComponent AttributesBalch OperationSipplementaiv StreamPrint (he standaid stream report. Suppletnentary reports rw stiK be generated.Input Compliete，/aJCH JMaterial 1STREAMS MiKers/Splitters j Separators Heat Eichangers | Columns Reactors

32、| Pressure 匚hangerMJflnmiTBn.ITMixerFSpftSSplit虽然是可选项，但是输入一个标题来描述你的项目还是一个很好的主意。 建议。F面两页提出两个illi Aspen Plu$ - diphenyl.apwJDJ xJg3B 回画Bnninai 囱 H囱阴曲aBaniimB 口 be 腿ii 田For Het), press Fl|c: V-nMy Doaimntsmydiphenyi |UM | Reqired Input Incomplete /H SHup Specirications Data Browser-jnj2d19 Specificabon

33、s岂 Setup Specifications& Smuldtion Options 0 Stream Class * 口 Substream$ W 型 Units Sets Report Options Components bl Properties Q StreamsEE：EE 佥Blocks ffi 口 Reactions E 口 Convergence E 口 Flowsheeting Options E 口 Modd Analysis Took K 向 Results SummaryInput Complete1LtMaterialSTREAMSZ 0*11|Global I De

34、scription | Accounting | Diagnostics |Titte:I Pyrolysis of BenzeneInput data;ENG 二Output re$uk$：ENG 二Unh of measurementRun type:FlowsheetInput mode：Slead-SlaleStream cZ:CONVENFlow basis:MoteAmbient pretsure:1469595psi 二Antoient temp.:50F二皿 phases:-Global settings厂 U$e free waler cdlcUationsText lo a

35、ppear on each page of the report file. See Help,Hixevs/Splittevs | Sarators | Heat Exchangers | Columns | Reactors | Pressure ChangeisMixerFSpft SSpWll|ll Aspen Pluf - diphenykapwJnJxlI：pF 创么血 laiS Setup Specifications - Data BrowserI Specifications3 e| *1 |5 可| Ml煽I 申I三宝1 Setup0 Specificabonf母 Simu

36、lation Options 母 Stream Class 0 Q Substreamt 由住1 UWts Sets母 Report Options EH划 ComporentsE叠I PropertiesE- StreamsS ”胡 Blocks匡 二I ReactknsS 二J Convergence + 二I Flowsheeting Opbons E 仁j Model Analysis Tools ti Results SummaryyGlobal Descilption j Accounting | Diagnostics |n DescriptionPyrolysis of Ben

37、zeneThis Aspen Plus Workshop problem uses the data provided by Hougeti and Watson inChuicAl Pi:ocasr Principles*Pact 3 *1547, pp.fi46-37S.Cheated by n. CurutthProblemNlhaegurmenSuffiich-ed* 2/Z9/Z00Zk一 一A CH JMaterial 1STREAMS MJflnmiTBn.ITMixerFSpftSSplitAny nunber of lines of tewt. Id te printed a

38、t the beginring of the report file. Use Copy and Paste fiom the E(ft pulldown menu to move text.Input ComplieteMiKers/Splitters j Separators Heat Eichangers | Columns Reactors | Pressure 匚hangerFor Helppress FlNUMlfC:.nVy Documentsmydiphenyl|Requif ed Input Incomplete必下一步，进入Properties输入表格。Prop ertie

39、s输入表格在这一部分设置不同组分的物性。因为压力够低，这里选择理想条件。SYSOP0是Aspen中液相和气相理想特性的物性方法。 从Help菜单选择what this ?可以得到对象的特性。 大多 数时候一个黄色的提示框会给出合理的描述。ll|ll Aspen Pluf - diphenyl.apwJnJxlI：pF 创么血 laiS Properties Specifications - Dta BrowserC;,.nVy DocumentsmycliphenylNUMlf|Requif ed Input Incomplete必刁 區 I 3 |AiiClabalQ Flowsheet S

40、ections | R越erenuedALLSYSOPO 3STEAM-TA Electrolyte calculation options -Chemistry IDz |二|3 Dl阖申IProperty method: |轴圖r Modify ppoperti) modelszJVap- EOS:|esigd%t日 set：12jLi 加圧 gamma-GMIDLtJData set:1Liquid enthelpyHl M?riritJ|VLMXFLicrjid volume：Specifications+ 勺 SetupK 33 CompoTientsProperties母 Spec

41、ificationsQ Property Methods 由匚I Esttnatlon 田”E Molecular Structure 0“亡I Parameters吸“亡I AnalysisJ”口 Prop-Sets0 2J AdvancedS StreamsB - al BlocksS 口 Re氛tiers t 2J Converflence(+ 二I Fici艸sheeting Opbons (+ Model Analysis Tools二J Resutf Summary-Pioperty melhods c modelsProcess type;Bd mslhotfHenry comp

42、orsrits:Petroleum calculation optiorisFree-艸ater method:Water solubS|);IF 1怙e也险阿nponsiYtr 二Tyriting ccnifection 厂 141 sat of mbfiRgIdeal/Raoults Law.Jj -CH,Material 1STREAMS Input ComplieteMJflnmiTBn.ITMixerFSpftSSplitMiKers/Splitters j Separators Heat Eichangers | Columns Reactors | Pressure 匚hange

43、rFor Helppress FlStreams输入表格假设给料是大气压下的纯苯。- /pen P一u的 I diphen兰.apwD-E- g-s- 敗右一M N丄 a 工-二-三 测-B 曲一 一nvy CIgumen亘mydipheny-Fclr He-U pres FlPJLI3 - 一Req=ed Inpur Incclmp-eke kB_ocks彗湍灌ll|ll Aspen Pluf - diphenykapwJnJxlI： ifF 创么血 laiC;,.nVy DocumentsmycliphenylNUMlf|Requif ed Input Incomplete必S Block

44、 REA CTOR (RP lug) Setup - Data Browser1 Setup+ 勺 SetupK 33 CompoTientsEProperties+ 勺 Streams a 佥I Blocks1 血 REACTORI”G Setup ConvergenceI O Report蚣 User Subroutine DynamicI 9 Block OphOASI ResultsI I ProfilesI 1 Stream Resultsli 2J Re施tEis(+ 二I Convergence(+ Flowsheeting OpbonsFT，二I Model Analysis

45、loots二I Results Summary3 Dl阖申ISpecificatiant|v Configuration 11 Reactions PressureReactor type:-Operating condition(?rrCon5tanl & inlet tempetatureConstant at specified reactor temperatureT empsralure profileLmciDh1 T eratureblReactaf with temperature or leniperature profile speciied.Required Inpot

46、IncompleteaJCH JMaterial 1STREAMS MiKers/Splitters j Separators Heat Eichangers | Columns Reactors | Pressure 匚hangerMJflnMixerFor Helppress FlFSpftSSplit然后进入反应器尺寸，输入多管反应器参数S Block REA CTOR (RP lug) Setup - Data Browser1 Setup+ 勺 SetupK 33 CompoTientsEProperties+ 勺 Streams a 佥I Blocks1 血 REACTORI”G

47、Setup ConvergenceI O Report蚣 User Subroutine DynamicI 9 Block OphOASI ResultsI I ProfilesI 1 Stream Resultsli 2J Re施tEis(+ 二I Convergence(+ Flowsheeting OpbonsFT，二I Model Analysis loots二I Results Summary3 D憾 I 申Iy Specifications yConfiguralion* Fl eactions j P ressure厂 Multitube reactorRe-actor dime

48、nsionsNtiiiiiiber of Fjutes:Length:37.5in二1Diameter:0.5in二1van phasesPiQcess 曲詢firVapr. OnlyJ1 厂iHd pfVrip-r- quidLiquidReactaf diametei. If number of tubes 1, specifies lhe diametei of a single tube.Required Inpot IncompleteaJ-CH,Material 1STREAMS MiKers/Splitters Separators I Heat Eichangers Colum

49、ns I Reactors Pressure 匚hangerMJflnMixerFor Helppress FlFSpftSSplit最后，定义反应方程ll|ll Aspen Pluf - diphenykapwJnJxlI： ifF 创么血 laiOKCancelS Block REA CTOR (RPlug) Setup - Data Browser1 Setup+ 勺 SetupK 33 CompoTientsEProperties+ 勺 Streams a 佥I Blocks1 血 REACTORI”G Setup ConvergenceI O Report蚣 User Subroutine DynamicI 9 Block OphOASI ResultsI I ProfilesI 1 Stream Resu