《綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)》綜合型設(shè)計(jì).doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)名稱： 探索Aspen在化工單元操作中的應(yīng)用 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 實(shí)驗(yàn)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 成 績(jī)： 青海大學(xué)化學(xué)工程系1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 熟悉并掌握化工單元操作的原理、計(jì)算方法以及結(jié)果分析；2、 熟悉并掌握Aspen應(yīng)用軟件的操作方法；3、 熟悉并掌握Aspen在化工單元操作中的應(yīng)用。2、 實(shí)驗(yàn)原理1.Aspen PlusAspen Plus是一個(gè)生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用模擬系統(tǒng)，源于美國(guó)能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院（MIT）組織的會(huì)戰(zhàn)，開發(fā)新型流程模擬軟件。該項(xiàng)目成為“過程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”（Advanced System for ProcessEngineering，簡(jiǎn)稱ASPEN）,并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了Aspen Tech公司，并稱之為Aspen Plus。該軟件經(jīng)過20多年來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，已先后推出了十多個(gè)版本，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件，應(yīng)用案例數(shù)以百萬計(jì)。2. 精餾一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進(jìn)行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分?jǐn)?shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾，包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾。3. 換熱換熱是指兩流體間進(jìn)行的熱量傳遞，是一種屬于傳熱過程的單元操作。換熱的目的主要有：物料的加熱、冷卻、汽化或冷凝，以達(dá)到或保持生產(chǎn)工藝所要求的溫度或相態(tài)；熱量的綜合利用，用待冷卻的熱流體向待 加熱的冷流體供熱，以提高熱量利用率。4. 傳輸 物質(zhì)的傳輸，主要是利用離心泵，離心泵有立式、臥式、單級(jí)、多級(jí)、單吸、雙吸、自吸式等多種形式。其主要的工作原理為：離心是物體慣性的表現(xiàn)，這個(gè)就是所謂的離心離心泵就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。 3、 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑 由于本次試驗(yàn)主要是運(yùn)用大型通用模擬系統(tǒng)Aspen Plus,熟悉其原理、操作方法，以及如何應(yīng)用Aspen進(jìn)行化工單元操作，全部操作是在電腦上完成并查閱相關(guān)資料，因此，主要介紹Aspen的有關(guān)方面知識(shí)。 “如果你不能對(duì)你的工藝進(jìn)行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改進(jìn)它。而且，如果你不能改進(jìn)它，你在21世紀(jì)就不會(huì)具有競(jìng)爭(zhēng)力?！?Aspen World 1997全球各大化工、石化、煉油等過程工業(yè)制造企業(yè)及著名的工程公司都是的Aspen Plus用戶。產(chǎn)品特點(diǎn)：1、 產(chǎn)品具有完備的物性數(shù)據(jù)庫(kù)物性模型和數(shù)據(jù)是得到精確可靠地模擬結(jié)果的關(guān)鍵。 人們普遍認(rèn)為Aspen Plus具有最適用于工業(yè)、且最完備的物性系統(tǒng)。許多公司為了使其物性計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)化而采用Aspen Plus的物性系統(tǒng)，并與其自身的工程計(jì)算軟件相結(jié)合。Aspen Plus數(shù)據(jù)庫(kù)包括將近6000種化合物的參數(shù)。（1） 純組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，包括將近6000種化合物的參數(shù)。（2） 電解質(zhì)水溶液數(shù)據(jù)庫(kù)，包括約900種離子和分子溶質(zhì)估算電解質(zhì)物性所需的參數(shù)。（3） 固體數(shù)據(jù)庫(kù)，包括約3314種固體的固體模型參數(shù)。（4） Henry常數(shù)庫(kù)，包括水溶液中61種化合物的Henry常數(shù)參數(shù)。（5） 二元交互作用參數(shù)庫(kù)，包括Ridlich-Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden OConnell狀態(tài)方程的二元交互作用參數(shù)約40000多個(gè)，涉及5000種雙元混合物。（6） PURE10數(shù)據(jù)庫(kù)，包括1727種純化物的物性數(shù)據(jù)，這是基于美國(guó)化工學(xué)會(huì)開發(fā)的DIPPR物性數(shù)據(jù)庫(kù)的比較完整的數(shù)據(jù)庫(kù)。（7） 無機(jī)物數(shù)據(jù)庫(kù)，包括2450種組分（大部分是無機(jī)化合物）的熱化學(xué)參數(shù)。（8） 燃燒數(shù)據(jù)庫(kù)，包括燃燒產(chǎn)物中常見的59種組分和自由基的參數(shù)。（9） 固體數(shù)據(jù)庫(kù)，包括3314種組分，主要用于固體和電解質(zhì)的應(yīng)用。（10） 水溶液數(shù)據(jù)庫(kù)，包括900種離子，主要用于電解質(zhì)的應(yīng)用。2、 產(chǎn)品線比較長(zhǎng)，集成能力很強(qiáng)Aspen Plus是Aspen工程套件(AES)的一個(gè)組份。AES是集成的工程產(chǎn)品套件，有幾十種產(chǎn)品。以Aspen Plus的嚴(yán)格機(jī)理模型為基礎(chǔ)，形成了針對(duì)不同用途、不同層次的AspenTech家族軟件的物性支持。如：在Aspen Plus基礎(chǔ)上專門為模擬高分子聚合過程而開發(fā)的層次產(chǎn)品，已成功地用于聚烯烴、聚酯等過程。Aspen Plus計(jì)算穩(wěn)態(tài)過程的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)入此軟件可接著計(jì)算動(dòng)態(tài)過程。Petro Frac：專門用于煉油廠的模擬軟件。Aspen HX-NET：Aspen Plus可以為夾點(diǎn)技術(shù)軟件直接提供其所需要的各流段的熱焓、溫度和壓力等參數(shù)。B-JAC/HTFS：換熱器詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括機(jī)械計(jì)算）的軟件包，Aspen Plus可以在流程模擬工藝計(jì)算之后直接無縫集成轉(zhuǎn)入設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。Aspen Zyqad：這是一個(gè)工程設(shè)計(jì)工作流集成平臺(tái)，可以供多種用戶環(huán)境下將概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)直到設(shè)備采購(gòu)、工廠操作全過程生命周期的各項(xiàng)工作數(shù)據(jù)、報(bào)表及知識(shí)集成共享。Aspen Plus有接口可與之自動(dòng)集成。Aspen Online在線工具，將Aspen Plus離線模型與DCS或裝置數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，用實(shí)際裝置的數(shù)據(jù)，自動(dòng)校核模型，并利用模型的計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)。3、包含兩種算法唯一將序貫(SM)模塊和聯(lián)立方程（EO）兩種算法同時(shí)包含在一個(gè)模擬工具中。序貫算法提供了流程收斂計(jì)算的初值，采用聯(lián)立方程算法，大大提高了大型流程計(jì)算的收斂速度，同時(shí)，讓以往收斂困難的流程計(jì)算成為可能。節(jié)省了工程師計(jì)算的時(shí)間。4、結(jié)構(gòu)完整 除組分、物性、狀態(tài)方程之外，還包含以下單元操作模塊：對(duì)于氣/液系統(tǒng)，Aspen Plus 包含通用混合、物流分流、子物流分流和組分分割模塊。閃蒸模塊：兩相、三相和四相。通用加熱器、單一的換熱器、嚴(yán)格的管殼式換熱器、多股物流的熱交換器。液液?jiǎn)渭?jí)傾析器，基于收率的、化學(xué)計(jì)量系數(shù)和平衡反應(yīng)器。連續(xù)攪拌釜、柱塞流、間歇及排放間歇反應(yīng)器。單級(jí)和多級(jí)壓縮和透平。物流放大、拷貝、選擇和傳遞模塊。壓力釋放計(jì)算：精餾模型，簡(jiǎn)捷精餾、嚴(yán)格多級(jí)精餾、多塔模型。石油煉制分流塔：板式塔、散堆和規(guī)整填料塔的設(shè)計(jì)和校核。對(duì)于固體系統(tǒng)，Aspen Plus包含：文丘里洗滌器、靜電除塵器、纖維過濾器、篩選器、旋風(fēng)分離器、水力旋風(fēng)分離器、固體洗滌器、逆流傾析器、連續(xù)結(jié)晶器等。 Aspen Plus提供一套功能強(qiáng)大的模型分析工具，最大化工藝模型的效益：收斂分析：自動(dòng)分析和建議優(yōu)化的撕裂物流、流程收斂方法和計(jì)算順序，即使是巨大的具有多個(gè)物流和信息循環(huán)的物流，收斂分析非常方便。Calculator models計(jì)算模式：包含在線FORTRAN和Excel模型界面。靈敏度分析：非常方便的用表格和圖形表示工藝參數(shù)隨設(shè)備規(guī)定和操作條件的變化而變化。產(chǎn)品功能：Aspen Plus AspenTech工程套裝軟件(AES)的一個(gè)成員，它是一套非常完整產(chǎn)品，特別對(duì)整個(gè)工廠、企業(yè)工程流程、工程實(shí)踐和優(yōu)化，自動(dòng)化有著非常重要的促進(jìn)作用。自動(dòng)的把流程模型與工程知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、投資分析，產(chǎn)品優(yōu)化和其他許多商業(yè)流程結(jié)合。Aspen Plus包括數(shù)據(jù)，物性，單元操作模型，內(nèi)置缺省值，報(bào)告及為滿足其他特殊工業(yè)應(yīng)用所開發(fā)的功能。如電解質(zhì)模擬。Aspen Plus主要功能如下：Windows交互界面：界面包括工藝流程圖形視圖，輸入數(shù)據(jù)瀏覽視圖，獨(dú)特的“NEXT”專家向?qū)到y(tǒng)，來引導(dǎo)用戶進(jìn)行完整的、一致的流程的定義。圖形向?qū)В簬椭脩艉苋菀椎陌涯M結(jié)果創(chuàng)建成圖形顯示。EO模型：方程模型有著先進(jìn)參數(shù)管理和整個(gè)模擬的靈敏分析或者是模擬特定部分的分析。序貫?zāi)K法和面向方程的解決技術(shù)允許用戶模擬多嵌套流程。即使很小問題也能很快的、精確的解決。ActiveX（OLE Automation）控件：可以和微軟Excel和Visual Basic方便的連接，支持OLE（對(duì)象鏈接和嵌入）功能，比如復(fù)制，粘貼或鏈接。全面的單元操作：包括氣/液，氣/液/液，固體系統(tǒng)和用戶模型。ACM Model Export選項(xiàng)：用戶可以在Aspen Custom Modeler（ACM）創(chuàng)建模擬模型和編譯。編譯好的模型可以應(yīng)用在Aspen Plus靜態(tài)模擬中，可以是序貫?zāi)K法模式下或面向方程的解決方案的模式下。熱力學(xué)性質(zhì)：物性模擬和數(shù)據(jù)是得到精確可靠的模擬結(jié)果的關(guān)鍵。Aspen Plus使用廣泛的、已經(jīng)驗(yàn)證了的物性模型，數(shù)據(jù)和Aspen Properties中可用估算方法，它涵蓋了非常廣泛的范圍從簡(jiǎn)單的理想物性流程到非常復(fù)雜的非理想混合物和電解質(zhì)流程。內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)包含有8500種組分物性數(shù)據(jù)，包括有機(jī)物，無機(jī)物，水合物和鹽類；還有4000種二元混合物的37000組二元交互數(shù)據(jù)，二元交互數(shù)據(jù)來自于Dortmund數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得：DECHEMA授權(quán)。收斂分析：自動(dòng)分析和建議優(yōu)化的撕裂物流、流程收斂方法和計(jì)算順序，即使是巨大的具有多個(gè)物流和信息循環(huán)的流程，收斂分析非常方便。Calculator models計(jì)算模式：包含ad-hoc計(jì)算與內(nèi)嵌的FORTRAN和Excel模型借口。靈敏度分析：非常方便的用表格和圖形表示工藝參數(shù)隨設(shè)備規(guī)定和操作條件的變化而變化。數(shù)據(jù)擬合：將工藝模型與真實(shí)的裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確保精確的和有效的真實(shí)裝置模型。優(yōu)化功能：確定裝置操作條件，最大化任何規(guī)定的目標(biāo)，如收率、消耗、物流純度和工藝經(jīng)濟(jì)條件。4、 實(shí)驗(yàn)步驟與方法本次試驗(yàn)主要是熟悉化工模擬軟件Aspen Plus在化工單元操作中的應(yīng)用，常見的化工單元操作主要有流體流動(dòng)過程，包括流體輸送、過濾、固體流態(tài)化等。其中主要有傳熱過程，包括熱傳導(dǎo)、蒸發(fā)、冷凝等；傳質(zhì)過程，即物質(zhì)的傳遞，包括氣體吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥等；熱力過程，即溫度和壓力變化的過程，包括液化、冷凍等；機(jī)械過程，包括固體傳輸、粉碎、篩分等。在化工原理的學(xué)習(xí)中，對(duì)各種單元操作均有涉及，依據(jù)本次試驗(yàn)的特點(diǎn)，選用連續(xù)精餾分離CS2(二硫化碳)和CCL4（四氯化碳）混合液。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，大致可以將本次實(shí)驗(yàn)分為一下三個(gè)部分：精餾、換熱、傳輸，由三個(gè)人分工合作完成。1.精餾部分：泡點(diǎn)進(jìn)料，流量4000kg/h，組成二硫化碳0.3（摩爾分?jǐn)?shù)）溜出液組成0.95，釜液組成0.025。常壓操作，全塔操作平均溫度61C；任務(wù)：求實(shí)際塔板數(shù)，兩產(chǎn)品的質(zhì)量流量。2.換熱部分：進(jìn)塔溫度62C，進(jìn)換熱器溫度25C，加熱介質(zhì)：蒸汽；任務(wù)：選擇蒸汽的進(jìn)出溫度。（可加入換熱器的選擇） 3.傳輸部分：任務(wù)：根據(jù)物質(zhì)特性選擇泵的類型和相關(guān)應(yīng)注意的問題，由流量計(jì)算出泵的轉(zhuǎn)速。5 實(shí)驗(yàn)記錄 運(yùn)用Aspen進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的整體流程圖如下：6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1、精餾部分模擬計(jì)算2、輸送部分模擬計(jì)算（我主要做的是傳輸過程）（1）建立模型（2）輸入相關(guān)數(shù)據(jù)3、換熱部分模擬計(jì)算：（1）建立模型：（2）輸入相關(guān)數(shù)據(jù)：（3）結(jié)果7 實(shí)驗(yàn)結(jié)論1. 有關(guān)化工單元操作一個(gè)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)是通過若干個(gè)物理操作與若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。長(zhǎng)期的實(shí)踐與研究發(fā)現(xiàn)，盡管化工產(chǎn)品千差萬別，生產(chǎn)工藝多種多樣，但這些產(chǎn)品的生產(chǎn)過程所包含的物理過程并不是很多，而且是相似的。比如，流體輸送不論用來輸送何種物料，其目的都是將流體從一個(gè)設(shè)備輸送至另一個(gè)設(shè)備；加熱與冷卻的目的都是得到需要的操作溫度；分離提純的目的都是得到指定濃度的混合物等。把這些包含在不同化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，發(fā)生同樣物理變化，遵循共同的物理學(xué)規(guī)律，使用相似設(shè)備，具有相同功能的基本物理操作，稱為單元操作。2，關(guān)于Aspen PlusAspen Plus是一款功能強(qiáng)大的化工設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)模擬以及各類計(jì)算的大型通用流程模擬軟件，它由美國(guó)AspenTech公司研發(fā)，這一軟件經(jīng)過15年不斷改進(jìn)、擴(kuò)充、.提高，已經(jīng)歷了九個(gè)版本，成為全世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件。Aspen Plus是基于穩(wěn)態(tài)化工模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的大型化工流程軟件。它為用戶提供了一套完整的單元操作模型，用于模擬各種操作過程，從單個(gè)操作單元到整個(gè)工藝流程的模擬。Aspen Plus主要由三部分組成：（1）物性數(shù)據(jù)庫(kù)Aspen Plus自身擁有兩個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫(kù)Aspen CD（Aspen Tech公司自己開發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)）和DIPPR（美國(guó)化工協(xié)會(huì)物性數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)），以及多個(gè)專用的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些專用數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合一些專用狀態(tài)方程和專用單元操作模塊，使得Aspen Plus軟件可使用于固體加工電解質(zhì)等特殊的領(lǐng)域，拓寬了軟件的適用范圍。Aspen Plus具有工業(yè)上最適用而完備的物性系統(tǒng)。其包含1773種有機(jī)物、2450種無機(jī)物、3314種固體物、900種水溶電解質(zhì)的基本物性參數(shù)。計(jì)算時(shí)可自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用基礎(chǔ)物性進(jìn)行傳遞物性和熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算。此外Aspen Plus還提供了幾十種用于計(jì)算傳遞性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的模型方法。Aspen Plus中的物性常數(shù)估算系統(tǒng)PCES能夠通過輸入分子結(jié)構(gòu)和易測(cè)性質(zhì)來估算短缺的物性參數(shù)。（2）單元操作模塊Aspen Plus中有五十多種單元操作模型，通過這些模型和模塊的組合，能模擬用戶所需要的流程。除此之外，Aspen Plus還提供了多種模型分析工具，如靈敏度分析和工況分析模塊。（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略對(duì)任一模擬系統(tǒng)軟件，有了數(shù)據(jù)庫(kù)和單元模塊之后，還應(yīng)有以下幾項(xiàng)。數(shù)據(jù)輸入。Aspen Plus的輸入是由命令方式進(jìn)行的，即通過三級(jí)命令關(guān)鍵字書寫的語段、語句及輸入數(shù)據(jù)對(duì)各種流程數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入。輸入文件中還可包括注解和插入的FORTRAN語句，輸入文件命令解釋程序可轉(zhuǎn)化成用于模擬計(jì)算的各種信息。解算策略。Aspen Plus所用的解算方法為序貫?zāi)K法，對(duì)流程的計(jì)算順序可由用戶自己定義，也可由程序自動(dòng)產(chǎn)生。對(duì)于有循環(huán)回路或設(shè)計(jì)規(guī)定的流程必須迭代收斂。關(guān)于循環(huán)物流的收斂方法有：Wegstein法、直接迭代法、布羅伊頓法、虛位法和牛頓法等，其中虛位法和牛頓法主要用于收斂設(shè)計(jì)規(guī)定。結(jié)果輸出?？砂迅鞣N輸入數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果存放在報(bào)告文件中，可通過命令控制輸出報(bào)告文件的形式及報(bào)告文件的內(nèi)容，并可在某些情況下對(duì)輸出結(jié)果作圖。全世界各大化工、石化生產(chǎn)廠家及著名工程公司都是Aspen Plus的用戶。它以嚴(yán)格的機(jī)理模型和先進(jìn)的技術(shù)贏得廣大用戶的信賴。 3，應(yīng)用Aspen plus軟件的個(gè)人意見及建議 1）使用NEXT按鈕可以快速輸入必須項(xiàng)，但是并不是所有流程只要輸入這些就足夠，比如主塔的側(cè)線汽提塔的壓力、壓差非必輸項(xiàng)，但是不輸入可能引起塔不收斂，塔里木模擬中遇到過這種情況；2） Aspen plus自帶的help文件中，、和推薦看一下，不建議看中文翻譯版本； 3） 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程選擇所需模塊，在同一類模塊中盡量選擇功能配帶較全的