Aspen Plus 课程讲义汤吉海(南京工业大学)01 Overview

1、概述概述汤吉海2006年8月ASPEN PLUSASPEN PLUS入门入门主要内容主要内容C概述C操作基础C分离过程模型C反应器模型C换热器模型C模型分析功能C热力学性质计算ASPENASPEN是什么？是什么？C 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。C 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 Con

2、trol 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。C 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。A ASPEN ENGINEERING SUITEASPEN ENGINEERING SUITE（ASPEN PLUSASPEN PLUS、HYSYSHYSYS等等4040个软件）个软件）A ASPEN OPERATION MANAGERASPE

3、N OPERATION MANAGERA ASPEN Manufacturing SUITEASPEN Manufacturing SUITEA ASPEN Supply ChainASPEN Supply ChainC ASPENTECH于1994在纳斯达克上市(NASDAQ: AZPN)ASPEN PLUSASPEN PLUS的用途的用途C 合成流程合成流程C 工艺参数优化工艺参数优化A 研究某些设计问题或操作问题研究某些设计问题或操作问题A 进行参数灵敏度分析进行参数灵敏度分析A 流程优化流程优化C 脱出瓶颈脱出瓶颈C 参数拟合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”

4、（Lifecycle Modeling）ASPEN PLUSASPEN PLUS主要功能特点主要功能特点C 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 。C 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。 C 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。 C 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。C 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。C 与AspenTech公司其他产品的有效集成。1.1

5、.2 ASPEN PLUS1.1.2 ASPEN PLUS物性数据库物性数据库C共含5000个纯组分数据 C40000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。 C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。 C可以建立自己的专用物性数据库。纯组分数据库纯组分数据库C Aqueous：适用于电解质（水溶剂），含900种离子参数 C ASPEN PCD：含472个有机和无机化合物参数（主要为有机物） C INORGANIC：含约2450个化合物物性数据（绝大多数为无机） C P

6、URE10：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 C SOLIDS：含3314种固体化合物参数，主要用于固体和电解质的处理 C 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 ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）的热力学模型（适用体系）C非理想体系采用状态方程与活度系数相结合的模型；C原油和调和馏分；C水相和非水相电解质溶液；C聚合物体系。ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）的热力学模型（状态方程）C Benedict-Webb-Rubin-Lee-S

7、tarling（BWRS）；C Hayden-OConnell；C 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程；C 理想气体模型；C Lee-Kesler（LK）；C Lee-Kesler-Plocker；C Peng-Robinson（PR）；C 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR；C 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR；C 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（活度系数模型）的热力学模型（活度系数模型）CEletrolyte NRTL；CFlory-Huggins；CNRTL

8、；CScatchard-Hilde-Brand；CUNIQUAC；CUNIFAC；Cvan Laar；CWILSON。ASPEN PLUSASPEN PLUS的热力学模型（其他模型）的热力学模型（其他模型）CAPI酸水方法；CBraun K-10；CChao-Seader；CGrayson-Streed；CKent-Eisenberg；C水蒸气表。ASPEN PLUSASPEN PLUS的物性分析工具的物性分析工具C 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。C 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。C 物性分析系统：可以生成表格和曲线，

9、如蒸汽压曲线、相际线、t-p-x-y图等。C 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。C 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ASPEN PLUSASPEN PLUS专有物性数据库专有物性数据库C 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LLE-ASPEN、LLE-LTI C 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY（1600+对） C ASPEN PLUS 10.x版的电解质专家系统，有内置电解质库，包

10、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。ASPEN PLUSASPEN PLUS的单元模型库的单元模型库C 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。C 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。C 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（RC

11、STR）、活塞流反应器（RPLUG）和间歇反应器（RBATCH）。C 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。C 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。C 可以结合用户建立的设备计算模块。ASPEN PLUSASPEN PLUS的模型分析系统的模型分析系统C 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。C 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。C 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

12、程收敛方法和求解序列。C 数据拟合：可用实际生产数据拟合所用的工艺模型。C 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。C 界面工具：可通过Visual Basic编程语言完成新功能。示例示例1 1：活度系数模型参数回归：活度系数模型参数回归示例示例2 2：未知组分物性数据估计：未知组分物性数据估计示例示例3 3：精馏塔的模拟计算：精馏塔的模拟计算示例示例4 4：设计规定：设计规定示例示例5 5：敏感性分析：敏感性分析示例示例6 6：优化：优化示例示例7 7：PFDPFD图（图（过程工艺流程图过程工艺流程图）过程工艺流程图（过程工艺流程图（PFD

13、PFD图）图）Temperature (F)Pressure (psi)Methylcyclohexane Recovery ColumnB1B22202012202022191633252045Methylcyclohexane Recovery ProcessStream ID1234TemperatureF 220.0 220.0 218.8 325.3Pressurepsi 20.00 20.00 16.00 20.20Vapor Frac 0.000 0.000 0.000 0.000Mole Flowlbmol/hr 400.000 1200.000 200.000 1400.000Mass Flowlb/hr 38065.736 112935.648 19605.002 131396.382Volume Flowcuft/hr 827.446 1792.795 449.995 2314.389EnthalpyMMBtu/hr -12.702 -71.945 -14.509 -62.696Mole Flowlbmol/hr TOLUENE 200.000 5.219 194.781 PHENOL 1200.000 0.262 1199.738 MCH 200.000 194.519 5.481Mole Frac TOLUENE 0.500 0.026 0.139