Aspen Plus 課程講義湯吉海(南京工業(yè)大學(xué))01 Overview

1、概述概述湯吉海2006年8月ASPEN PLUSASPEN PLUS入門入門主要內(nèi)容主要內(nèi)容C概述C操作基礎(chǔ)C分離過(guò)程模型C反應(yīng)器模型C換熱器模型C模型分析功能C熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算ASPENASPEN是什么？是什么？C 作為上世紀(jì)70年代DOE委托MIT的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（Advanced System for Process Engineering ，ASPEN）的一部分，出于商業(yè)化目的，于1981年成立了AspenTech公司。C AspenTech公司在隨后的時(shí)間里又先后兼并了20多個(gè)在各行業(yè)中技術(shù)領(lǐng)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），成為為過(guò)程工業(yè)提供從集散控制系統(tǒng)（DCS）到企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)全方位服務(wù)的公司。C aspenONE作為第一流的領(lǐng)先產(chǎn)品將AspenTech公司的所有產(chǎn)品統(tǒng)一起來(lái)了。A ASPEN ENGINEERING SUITEASPEN ENGINEERING SUITE（ASPEN PLUSASPEN PLUS、HYSYSHYSYS等等4040個(gè)軟件）個(gè)軟件）A ASPEN OPERATION MANAGERASPE

3、N OPERATION MANAGERA ASPEN Manufacturing SUITEASPEN Manufacturing SUITEA ASPEN Supply ChainASPEN Supply ChainC ASPENTECH于1994在納斯達(dá)克上市(NASDAQ: AZPN)ASPEN PLUSASPEN PLUS的用途的用途C 合成流程合成流程C 工藝參數(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)優(yōu)化A 研究某些設(shè)計(jì)問(wèn)題或操作問(wèn)題研究某些設(shè)計(jì)問(wèn)題或操作問(wèn)題A 進(jìn)行參數(shù)靈敏度分析進(jìn)行參數(shù)靈敏度分析A 流程優(yōu)化流程優(yōu)化C 脫出瓶頸脫出瓶頸C 參數(shù)擬合參數(shù)擬合過(guò)程開(kāi)發(fā)階段過(guò)程設(shè)計(jì)階段實(shí)際生產(chǎn)操作“生命周期模擬”

4、（Lifecycle Modeling）ASPEN PLUSASPEN PLUS主要功能特點(diǎn)主要功能特點(diǎn)C 方便靈活的用戶操作環(huán)境，Model Manager是ASPEN Tech向用戶提供的專家指導(dǎo)系統(tǒng) 。C 模擬計(jì)算以交互方式分析計(jì)算結(jié)果，按模擬要求修改數(shù)據(jù)，調(diào)整流程。 C 提供了包括拷貝、粘貼等目標(biāo)管理功能，能方便地處理復(fù)雜的流程圖。 C DXF格式接口可以將Model Manager中的流程圖按DXF標(biāo)準(zhǔn)格式輸出，再轉(zhuǎn)換成其他CAD系統(tǒng)如AUTOCAD所能調(diào)用的圖形文件。C 豐富的物性數(shù)據(jù)庫(kù)和單元模型庫(kù)，強(qiáng)大的流程分析與優(yōu)化功能等。C 與AspenTech公司其他產(chǎn)品的有效集成。1.1

5、.2 ASPEN PLUS1.1.2 ASPEN PLUS物性數(shù)據(jù)庫(kù)物性數(shù)據(jù)庫(kù)C共含5000個(gè)純組分?jǐn)?shù)據(jù) C40000個(gè)二元交互參數(shù)可用于5000 個(gè)二元混合物，1000多個(gè)水相離子反應(yīng)的反應(yīng)常數(shù)。 C與世界上最大的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)物性數(shù)據(jù)庫(kù)DETHERM （含250,000 多個(gè)混合物的汽液平衡、液液平衡以及其它物性數(shù)據(jù)）的接口。 C可以建立自己的專用物性數(shù)據(jù)庫(kù)。純組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)純組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)C Aqueous：適用于電解質(zhì)（水溶劑），含900種離子參數(shù) C ASPEN PCD：含472個(gè)有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物參數(shù)（主要為有機(jī)物） C INORGANIC：含約2450個(gè)化合物物性數(shù)據(jù)（絕大多數(shù)為無(wú)機(jī)） C P

6、URE10：基于DIPPR的數(shù)據(jù)庫(kù)，含1727個(gè)（絕大多數(shù)為有機(jī)）化合物參數(shù)，是ASPEN PLUS的主要數(shù)據(jù)庫(kù) C SOLIDS：含3314種固體化合物參數(shù)，主要用于固體和電解質(zhì)的處理 C COMBUST：專用于高溫、氣相計(jì)算，含59種燃燒產(chǎn)物中典型組份的參數(shù) ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學(xué)模型（適用體系）的熱力學(xué)模型（適用體系）C非理想體系采用狀態(tài)方程與活度系數(shù)相結(jié)合的模型；C原油和調(diào)和餾分；C水相和非水相電解質(zhì)溶液；C聚合物體系。ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學(xué)模型（狀態(tài)方程）的熱力學(xué)模型（狀態(tài)方程）C Benedict-Webb-Rubin-Lee-S

7、tarling（BWRS）；C Hayden-OConnell；C 用于Hexamerization的氫-氟化物狀態(tài)方程；C 理想氣體模型；C Lee-Kesler（LK）；C Lee-Kesler-Plocker；C Peng-Robinson（PR）；C 采用Wong-Sandler混合規(guī)則的SRK或PR；C 采用修正的Huron-Vidal-2混合規(guī)則的SRK或PR；C 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。 ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學(xué)模型（活度系數(shù)模型）的熱力學(xué)模型（活度系數(shù)模型）CEletrolyte NRTL；CFlory-Huggins；CNRTL

8、；CScatchard-Hilde-Brand；CUNIQUAC；CUNIFAC；Cvan Laar；CWILSON。ASPEN PLUSASPEN PLUS的熱力學(xué)模型（其他模型）的熱力學(xué)模型（其他模型）CAPI酸水方法；CBraun K-10；CChao-Seader；CGrayson-Streed；CKent-Eisenberg；C水蒸氣表。ASPEN PLUSASPEN PLUS的物性分析工具的物性分析工具C 物性常數(shù)估算方法：可用于分子結(jié)構(gòu)或其他易測(cè)量的物性常數(shù)（如正常沸點(diǎn)）估算其他物性計(jì)算模型的常數(shù)。C 數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)：用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和擬合。C 物性分析系統(tǒng)：可以生成表格和曲線，

9、如蒸汽壓曲線、相際線、t-p-x-y圖等。C 原油分析數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：用精餾曲線、相對(duì)密度和其他物性曲線特征化原油物系。C 電解質(zhì)專家系統(tǒng)：對(duì)復(fù)雜的電解質(zhì)體系可以自動(dòng)生成離子或相應(yīng)的反應(yīng)ASPEN PLUSASPEN PLUS專有物性數(shù)據(jù)庫(kù)專有物性數(shù)據(jù)庫(kù)C 在ASPEN PLUS 10.x版中，有專用于NRTL、WILSON和UNIQVAC方法的二元交互參數(shù)庫(kù)，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI C 亨利系數(shù)的二元參數(shù)庫(kù)有HENRY及BINARY（1600+對(duì)） C ASPEN PLUS 10.x版的電解質(zhì)專家系統(tǒng)，有內(nèi)置電解質(zhì)庫(kù)，包

10、括幾乎所有常見(jiàn)的電解質(zhì)應(yīng)用中化學(xué)平衡常數(shù)及各種電解質(zhì)專用二元參數(shù)。只要啟動(dòng)電解質(zhì)熱力學(xué)方法，這些參數(shù)便會(huì)自動(dòng)檢索。ASPEN PLUSASPEN PLUS的單元模型庫(kù)的單元模型庫(kù)C RADFRAC：用于精餾、吸收、萃取精餾和共沸精餾的嚴(yán)格法模擬；RADFRAC可以處理有雙液相、固相以及帶有化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)的情況。C PETROFRAC：用于煉油廠的預(yù)閃蒸塔、常減壓塔、催化裂化主餾分塔和延遲焦化分餾塔等。C 各種反應(yīng)過(guò)程：產(chǎn)率反應(yīng)器（RYIELD）、化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器（RSTOIC）、化學(xué)平衡反應(yīng)器（REQUIL）、基于GibbG自由能最小化的平衡反應(yīng)器（RGIBBS）、連續(xù)攪拌糟式反應(yīng)器（RC

11、STR）、活塞流反應(yīng)器（RPLUG）和間歇反應(yīng)器（RBATCH）。C 固體處理模型：破碎機(jī)、篩分、織物過(guò)渡器、文丘里洗滌器、靜電沉降器、水力旋流器、離心過(guò)濾器、旋風(fēng)過(guò)濾器、洗礦機(jī)、結(jié)晶器和逆流洗滌器。C 嚴(yán)格的設(shè)備尺寸和性能計(jì)算：泄壓閥、換熱器、泵和壓縮機(jī)、管線以及板式塔和填料塔。C 可以結(jié)合用戶建立的設(shè)備計(jì)算模塊。ASPEN PLUSASPEN PLUS的模型分析系統(tǒng)的模型分析系統(tǒng)C 敏感性分析：通過(guò)圖表方式可看出設(shè)備規(guī)格和操作條件對(duì)工藝性能的影響。C 設(shè)計(jì)規(guī)定：可自動(dòng)計(jì)算滿足規(guī)定性能指標(biāo)的操作條件或設(shè)備參數(shù)。C 收斂性分析：對(duì)有多個(gè)物流循環(huán)和信息循環(huán)的體系，可自動(dòng)分析和建議最優(yōu)切割物流、流

12、程收斂方法和求解序列。C 數(shù)據(jù)擬合：可用實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合所用的工藝模型。C 最優(yōu)化：可根據(jù)最優(yōu)化目標(biāo)調(diào)節(jié)工藝條件以達(dá)到如最大生產(chǎn)率、最低能耗、物流純度和最大經(jīng)濟(jì)效益等。C 界面工具：可通過(guò)Visual Basic編程語(yǔ)言完成新功能。示例示例1 1：活度系數(shù)模型參數(shù)回歸：活度系數(shù)模型參數(shù)回歸示例示例2 2：未知組分物性數(shù)據(jù)估計(jì)：未知組分物性數(shù)據(jù)估計(jì)示例示例3 3：精餾塔的模擬計(jì)算：精餾塔的模擬計(jì)算示例示例4 4：設(shè)計(jì)規(guī)定：設(shè)計(jì)規(guī)定示例示例5 5：敏感性分析：敏感性分析示例示例6 6：優(yōu)化：優(yōu)化示例示例7 7：PFDPFD圖（圖（過(guò)程工藝流程圖過(guò)程工藝流程圖）過(guò)程工藝流程圖（過(guò)程工藝流程圖（PFD

13、PFD圖）圖）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