用ASPEN进行全流程模拟的一些心得

1、ASPENPLUS的学习经验概括入门是初学aspenplus软件最重要也是最难的一关。读过手册的人都知道，Aspenplus的手册和资料有好多，初学者面对这样之多的资料可能不知如何开始，我以为其中比较重要而且必读的是用户指南（userguide）、单元操作模型（UnitOperationModels）、物性方法和模型（PhysicalPropertyMethodsandModels）、物性数据等，假如有必定的英文基础，最好是读英文的，这些在帮助文件中都有。其实一旦入了门，流程模拟软件学习起来就很简单了，好多功能触类旁通很简单就懂了，比如说，假如知道了sensitivity,那么optimiza

2、iton、desianspec就很简单了。大概来说，初学aspenplus需要掌握以下三个方面：1）aspenplus能做什么2）Aspenplus需要什么3）aspenplus的界面及功能。2.aspenplus的界面及功能和学习所有软件同样，第一需要认识软件的环境，也就是界面。我个人以为界面基本上能够分为两种：一是流程图窗口(processflowsheetwindow),此外是数据阅读窗口（databrowserwindow)。实质上还应当再加一个控制面板（controlpanel)窗口，这个窗口也很重要，但这个窗口只是在流程调试使用，并且波及的内容初级入门者也不用花太多时间去看，先忽视

3、。流程图窗口很简单，只需你在工厂干过，看过PFD流程图并且是windows的用户，就没有什么难得地方，读一下userguide知道各菜单及快捷键的功能，很快就能搞定。数据阅读窗口是aspenplus最重要的部分。这也是aspenplus差别于绘图软件的地方。你需要在这个窗口中输入所有的已知条件，并且运转后观看运转结果。其中以下信息是所有的模拟都需要有输入的：1）组分（components)2）属性(properties)3）物流(streams)4）单元操作(blocks)组分没什么好说的，流程用到什么成分你就输什么成份，aspenplus内置的数据库包含了1600多种常用物质（假如需要的组分

4、aspenplus中没实用户能够自己扩大，这部份内容不合适在初级，再后边介绍）。属性是一个难点，高难点，我以为这是观察技术人员模拟水平高低的一个重重点。此内容与化工热力学关系十分密切，假如你忘了，那么连忙去研究化工热力学吧，怎么研究快捷的方法是去读aspenplus的物性模型和方法手册。3.aspenplus能做什么Aspenplus能做什么（以下是个人看法而非aspentech企业官方的解说，也许有误，欢迎指正）aspenplus是用来计算均衡态系统数据的软件，这句话的意思有以下几点：（1）aspenplus的计算程序）没有差别。第一是计算软件。这一点上和其余计算软件（包含我们自己开发比方我

5、们自己搞一个srk方程的计算程序，其核心与aspenplus没有什么不一样，都不过依据化工热力学，化工原理等公式，输入一些已知条件，而后运转获取结果而已。这么说仿佛aspenplus也可是这样而已，其实aspenplus是一个功能十分强盛的过程模拟软件。aspenplus的强盛之处在于：1）它几乎内建了所有化工过程所波及的原理公式，也就是说化工专业的课程他所有都包含了；2)它附加了完美的数据库，囊括了所有你需要去化工手册上查找的数据；3)强盛的剖析工具，比方改变输入会如何影响输出aspenplus已经自带了此类工具，你能够直接使用。正因为这样,aspenplus能够很方便的计算出大的复杂的流程

6、，这也是它称之为模拟软件的原由。2）其次aspenplus是均衡态系统的软件。它不是仿真机，因此不是动向模拟软件，并且所计算的系统都是假定已经达到均衡态，即不考虑时间的作用。比方相均衡计算，只好计算达到均衡时系统是什么构成，温度压力等是多少，不可以办理非均衡的问题。（3）aspenplus还有一个十分实用的功能，就是依据实验数据回归出一些常数供其余地方使用。aspenplus的数据库功能十分强盛，1）aspenplus因为已经自带了大批的数据库，并且你能够获取这些数据，那么你就不需要再去查化工手册了。比方，纯物质的比热，临界点温度，压力等等常数你都能够获取。2)aspenplus能够计算获取随

7、意计算物流的几乎所有的物理性质，比方：密度，比热，湿度等等工艺工程师所关怀的数据。但当你的需要的数据在aspenplus的数据库中没有时能够依据实验数据回归出获取。举个常有的例子，假如你在实验室中，丈量了水-乙醇系统在不一样压力温度下，汽液均衡时的汽液均衡构成，此刻想依据该实验结果获取wilson方程的水-乙醇参数（固然这组参数aspen数据库中已经有），那么就能够使用aspenplus的数据回归功能(dataregress)。该功能的用途在于，假如你的工艺是比较特别的，aspenplus的数据库内没有内置你所研究的系统，那么你就能够先用数据回归功能获取相应的参数，再做模拟。该功能的详细用法此

8、后再说。4.aspenplus需要什么前面说过，aspenplus是一个依据方程计算的软件，那么很显然，是方程必然需要已知条件才能解出未知数，因此aspenplus需要的是方程的已知数（或已知条件），已知数能够多，却不可以少，不然方程无解。aspenplus的方程第一来认识一下aspenplus的方程，aspenplus的方程能够分为三大类：1）热力学方程，这是与详细的工艺流程没关的方程，如理想气体方程、nrtl方程、非理想溶液焓模型方程等等。该类方程为单元操作过程计算供给必需的数据基础。2）单元操作方程，如换热器，精馏塔等单元操作过程的计算，波及到三传一反，这部分主假如和化工原理相关。3）数

9、学方程，这部分主假如用来解方程时波及到的一些数学计算方法，与我们工程技术人员关系不大。我以为第一类方程即热力学方程是此后要好好的重点的学习一下，精读一遍aspenplus的基础，建议在aspenplus入门aspenplus物性方法和模型手册。第二类方程相对而言不是太难，并且我个人以为初学者没有必需去精读，只需熟习其原理即可。实质上aspenplus在其单元操作手册上也并无写明单元操作模型的方程。也就是说aspenplus的计算模型是“黑箱”的，这就使好多应用aspenplus求解问题的人能够获取问题的解，有时计算解和实质有很好的符合，但殊不知道其机理，这有益也有弊。利处是我们能够不用关怀过程

10、的机理模型，便能够求解问题；弊端是想有更深研究的人，无从知道过程的机理我想这也正是aspenplus的商业奥密所在。对于aspenplus的流程计算模式（还有其余模。式如数据回归模式此处不议论）。这些方程计算你需要输入以下数据：1）流程图2）组分3）物性方法4）开端物流数据：组分、温度、压力（其余物流数据aspenplus能够计算出来）。5）所有单元操作模型数据（操作条件）6）其余非必需数据，这主假如指假如你使用其余的功能，如设计规定，敏捷度剖析等。单元操作模型对于流程图，需要特别指出的是单元操作模型。单元操作模型是一种抽象的过程，选择哪一个模型，取决于你有的条件和你所想要求的结果。单元操作的

11、模型由两个要素决定：1）你有什么已知条件（操作条件）；2）你想获取什么结果。不一样的单元操作模型所能计算的和所需要的条件是不一样的，详细请参照单元操作模型手册或许联机帮助。这句话需要灵巧运用，我想再深入的讲一点。aspenplus的单元操作模型固然与生产实质的设施相对应，可是，操作模型不等详细设施，它是过程的一种抽象。你想解决的过程是如何的才能决定你所选择的模型，而不是由详细的设施决定的。举个比较典型的例子：aspenplus中有radfrac模型是个典型的精馏塔详尽计算模型，基本上能够等同于现实操作的精馏塔设施，模型有冷凝器和再沸器。曾有人问我，他想计算冷凝器的详尽构造该怎么办因为radfr

12、ac自己没有对于冷凝器的构造的计算啊。解决的方法很简单，你将radfrac的冷凝器设为无，而后在塔顶汽相增添一个heatx或许hetran（换热器）就能够了。并且还有人问精馏塔怎么不可以设置全回流呢说真话，我并不理解有什么精馏塔在正常状态下是全回流操作的，但假如你非要设成全回流也不是没有可能，用我前面讲的方法，将换热器的出口再返回精馏塔就能够了。物性方法的选择。对于初学者而言，除非他十分熟习热力学的内容，不然物性方法的选择的确是个难点，在你还没有学习过热力学或许精读过aspenplus物性方法和模型手册从前，在这里简要讲一下物性方法。第一要理解什么是物性方法比方我们做一个很简单的化工过程计算：

13、一股100,1bar的水-乙醇(50：50摩尔比，100kmol/h）的物料经过一个换热器后冷却到了80,问下边值分别是多少进口物料的密度，汽相分率。换热器的负荷。出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密度。复杂一点，我还能够问物料的粘度，逸度，活度，熵等等。以上的值怎么计算出来好，我们来假定出进口物料所有是理想气体，完整切合理想气体的行为，则其密度能够使用pv=nRT计算出来。并且汽相分率全为1，即该物料是完整气体。因为理想气体的焓与压力没关，则换热器的负荷能够依据水和乙醇的定压热熔计算出来。在此例中间，描绘理想气体行为的若干方程，就是一种物性方法（aspenplus中称为idealproper

14、tymethod)。简单的说，物性方法就是计算物流物理性质的一套方程，一种物性方法包含了若干的物理化学计算公式。对于本例而言起码包含了以下两个方程：pv=nRTdH=CpdT.实质上，以上是一种最简单的计算方法，但结果偏差是很大的。这是因为对于“水乙醇”系统在此两种温度压力下，假如看作理想气体来办理，其偏差是比较大的，特别对于液相。依据理想气体办理的话，冷却后仍旧为气体，不该当有液相出现。那么应当如何计算呢主要波及以下过程：1）对于汽相pvt计算，能够使用srk方程，进而能够获取密度。液相也能够使用状态方程计算密度，但此处不介绍使用，能够使用Rackett模型计算液相密度。）至于物流的相态，则

15、第一需要做汽液均衡计算。）在进行汽液均衡计算时，液相应用活度系数方程计算组分的逸度系数，并且还需要使用拓展antoine方程计算蒸汽压力。）换热器负荷的计算比较复杂，能够使用出进口物流焓差来计算，那么需要计算出出进口物流的焓。）焓的计算有多种门路，对于液对比较常用的方法是计算理想液体混淆物焓，而后再加上剩余焓计算出来。要计算非理想液体混淆物剩余焓，则可经过混淆物质汽相焓与蒸发焓差来计算，非理想性比较强是还要考虑混淆焓差。因而可知，实质过程起码包含以下公式方程：1）状态方程srk,2）液相密度方程rackett.3）拓展antoine方程.4）汽，液相逸度系数方程5）液相活度系数方程6）汽相焓方

16、程，经过srk方程导出，需要设计纯气体Cp=f(p,t)方程。7）液相焓方程，相当复杂，此处不再重复。8）其余方程，包含数学方程，比方以上计算时波及到了微积分运算，汽液均衡的回归运算等。以上方程，假如需要我们用户去一个个选择出来，则是一件相当麻烦的工作，并且很简单犯错。幸亏模拟软件已经帮我做了这一步，这就是物性方法。对于本例，我们对汽相用了状态方程，srk；液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等），在aspenplus中将其中方法叫做活度系数法，假如你选择nrtl方程，就称为nrtl方法，wilson方程就成为wilson物性方法(wilsonpropertymethod)。这类物性

17、方法中已经囊括了所有我上边提到的方程公式。在aspenplus中（或许应当说在化工热力学中）有两大类十分重要的物性方法，对于初学者而言，认识到此两类物性方法，基本上就能够开始着手模拟工作了。大概而言，依据液相混淆物逸度的计算方法的不一样，物性方法能够分为两大类：状态方程法和活度系数法。状态方程法使用状态方程来计算汽相及液相的逸度，而活度系数法使用状态方程计算汽相逸度，可是经过活度系数来计算液相的逸度。常有的状态方程有ideal、srk、pr、lk方程以及他们的一些改良方程。状态方程法就是鉴于此类状态方程来计算逸度，压缩因子，焓等等的物性方法。常有的活度系数方程有nrtl、wilson、uniq

18、uac等。活度系数法就是鉴于此类活度系数方程来计算液相逸度，液相焓等的物性方法。一般而言，对于常有的烃类如烷，烯，芬芳族，无机气体如O2、N2等非（弱）极性的化合物，采纳状态方程法；对于极性强的化合物，如水-醇，有机酸系统采纳活度系数法。此外对于汽相聚合的物质，应采纳特其余活度系数法，能够计算汽相聚合效应。对于无机电解质系统，采纳elecnrtl物性方法。对于更多更详尽的物性方法选择请参照物性方法与模型手册。学好aspenPlus应具备的先导知识第一要学好化工热力学、化工原理、分别过程、过程系统工程这几课，这些基础知识学好后再看Aspen的学习资料会比较轻松。此外，学习一点数学方面的知识，在过

19、程系统工程这样的书里是有详尽介绍的。不论学什么，先把基础打好，这是最重要的。对于Aspen帮助文档，有三个是必看的，userguide，PhysicalPropertyMethodsandModels，UnitOperationModels。前面已经重申了热力学模型在过程模拟中的重要性了，因此务必需掌握好各样物性模型和如何选择。介绍学习资料下边两个资料建议初学者看一下，对于学学习asepnplus会事半功倍的，一个是大庆金桥aspen教课，“aspen前者能够使初学者迅速熟习和掌握金桥演示教程”，另一个是Aspenplus塔设计事例。Aspenplus的界面与基本操作方法，后者经过一个精馏塔的

20、事例，一步一步指引你学习Aspenplus做过程模拟的各样功能。用ASPEN进行全流程模拟的一些心得我理解的全流程模拟，比方一个有若干塔、若干换热器的流程，包含很多循环流。在物性选择正确的基础上，想要收敛顺利，主要靠一步一步来。比方先用简单换热器，而不用详尽换热器，来取代现实的换热网络。先把塔算通，比如在塔的设计规定中规定塔顶产品规格、塔底产品规格，利用调理重沸器、塔顶冷却器负荷来达到目的。此时整个流程的循环只有一重。假如经过手算给定大概正确的的拨出率，bottomrate之类的初值；对一些强极性的物性，在塔模型内选择合适的收敛方法。那么计算是相对容量经过的。即便不经过也很简单错在什么地方。因

21、为不过在算一个塔而已。算通塔只后，利用计算结果，除掉设计规定，直接给出相应的重沸器、塔顶冷却器负荷，则能够去掉一重循环。此时流程中所有的换热器实质上不过简单换热器，在ASPENPLUS就是HEATER。能够利用PINCH抽出各要换热的物流的数据，在PINCH中形成大概的换热网络，即哪个物流与哪个物流换热，换到多少度。此时能够把流程中的简单换热器一个一个地用详尽换热器取代。实质上所有的计算，特别有循环流的状况下，好的初值是重要的，而没有初值，就是零值，任何值除零都犯错，任何值乖零都是零。利用PINCH算出大概换热网络时，能够给出各流股的初值；而算通了塔，能够给出各流股的构成；经过预估压降能够给出

22、在致的压力。每算通一个换热器此后，就用各流股的计算值取代初值，这就是reconsi.的用途。假如这样还不可以的话，再去改正相应的整个流程收敛设置。比方broyton法就很强盛，就是有时算出来的东西有点貌同实异。总之流程模拟一定一步一步来，好多人不注意这一点，一下子搭一个很大的流程，至少出了错看不出重点问题在哪里。可能跟初学时，做例子的方式相关。此外流程模拟的基础是物性方法的选择，这是一个难点。第一要对物性计算有深刻的理解，比有一本书叫流体相均衡热力学，有好多物性计算方面的看法，能够跟ASPEN的物性指南配合看，比方对于状态方程之类，混淆规则的选择就特别重要，而对于气液系统，不一样根源的二元交互

23、参数，常常有同样的计算成效。其次，对要计算的物性系统，总有必定的已第一版的物性数据，在选定物性方法从前，能够参照他人的选择试算。最后要认真读ASPEN的物性指南，比方SRK任何一本书都说它能够计算烃水系统，但在ASPEN中该物性方法中的OPTIONCODE中要输入合适值，才能把开启该功能。此外对鉴于液液传质，除非有从实验数据回回来的二元交互参数，不然还难获取合理的计算结果。实质上一个流程的模拟能否顺利，一方面是取决对该工艺的理解，另一方面是取决于理论上的愿不肯意深入学习，比方物性这一块。此外还能够参照各软件附加的例子，都供给了好多二元交互参数、HENREY系数。其实好多看法跟我引用的这个技术人

24、员看法很靠近，我固然没有实质生产经验，可是作为研究生已经做了好几个大型流程的模拟，上一次做了一个流程我那部分就波及到反响器，精馏塔，换热器，结晶器等模块，过程实在是特别复杂，做了好几个月才达成（自然其中好多时候都是收敛好了交给对方，而后他们又感觉哪里他们考虑不够返回从头计算），在此时期也累积了一点经验：第一全流程的模拟不是你把所有物流，模块连结再算，而是应当考虑清楚大概构造，而后分块进行，其中包含一些模型的简化，如开始换热器能够先用heater代替，到最后达成流程模拟后改用heatx，这样会少好多麻烦；其次是考虑好采纳系统的物性方法，aspen模拟过程物性方法特别重要，对于强极性系统，要采纳其比较合用的物性方法，这样才会计算得正确，有些人反应有些相均衡数据没有或许焓熵缺失，这个一个方法就是去查文件找，还有就是能够采纳与之性质相靠近的物质来取代，这样算出来的结果也有必定的