Aspen-Plus-的應(yīng)用基礎(chǔ)(全套課件)

1、Simulation Design fundamental of Aspen PlusAspen Plus 的應(yīng)用基礎(chǔ)精餾塔的地位 美國(guó)約有 40,000 精餾裝置； 精餾能耗占美國(guó)化工和煉油行業(yè) 40-60% ； 精餾能耗占美國(guó)制造業(yè)能耗19% ； 占美國(guó)整體能源消耗的6% 。Prof. William L. Luyben and his wifeLehigh University1, 2-Prefractionator; 3-Rectifying;4,5-Sidestream; 6-Stripping圖1 分壁精餾塔結(jié)構(gòu)示意圖ABCABCypTop,C第一講 入門基礎(chǔ)Aspen Plus簡(jiǎn)

2、介Aspen Plus 基本概念使用Aspen Plus的基本步驟簡(jiǎn)介Advanced System for Process Engineering19761981年由MIT主持、能源部資助、55個(gè)高校和公司參與開發(fā)。基于序貫?zāi)K法的穩(wěn)態(tài)過程模擬軟件。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)。豐富的狀態(tài)方程和活度系數(shù)方法?；靖拍钣脩艚缑妫║ser Interface)。流程圖（Flowsheet）。模型庫（Model Library）。數(shù)據(jù)瀏覽器（Data Browser）。流股（Stream）。模塊（Block）?；静襟E (1)啟動(dòng)User

3、Interface選用Template（模板）選用單元操作模塊：Model Blocks連結(jié)流股：Streams 設(shè)定全局特性：Setup Global Specifications啟動(dòng)User Interface選用 Template Simulations：根據(jù)過程類型和擬用的單位制選用，最常用的是 General with Metric UnitsRun Type 過程仿真用 Flowsheet選用Template已有文件空白模擬模擬選項(xiàng)公制單位公制單位說明煉廠模式運(yùn)行類型流股連接點(diǎn)：選好流股類別后，將光標(biāo) 移到繪圖區(qū)，單元模塊上的流股連接點(diǎn)處出現(xiàn)箭頭標(biāo)識(shí)，紅色標(biāo)識(shí)表示必需連接的流股，藍(lán)

4、色標(biāo)識(shí)表示根據(jù)需要選擇連接的流股。 連接流股 Connecting Streams選流股類別：共有三種流股 物流 Material Streams 熱流 Heat Streams 功流 Work Streams 選擇所需的類別。 選用單元操作模塊 Model Blocks選圖標(biāo)：每一種單元操作模塊可以用不同的圖標(biāo)表示。可根據(jù)流程圖的需要和自己的喜好選擇表示模塊的圖標(biāo)。繪制模塊：選好圖標(biāo)后，在繪圖區(qū)中的選定位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，即在流程圖中繪出模塊?？筛鶕?jù)需要用鼠標(biāo)拖放以調(diào)節(jié)圖標(biāo)的位置和大小，并重新設(shè)定模塊名稱。選用單元操作模塊連結(jié)流股（1）選用單元操作模塊（2）連結(jié)流股 設(shè)定全局特性 標(biāo)題 Tit

5、le度量單位 Units of Measurement輸入數(shù)據(jù) Input data輸出結(jié)果 Output results全局設(shè)定 Global Settings流量基準(zhǔn) Flow basis大氣壓力 Ambient pressure有效物態(tài) Valid phases游離水計(jì)算 Use free water calculation雙擊模塊彈出設(shè)置窗口全局特性設(shè)置彈出設(shè)置窗口新建單位流股流量選項(xiàng)組分選項(xiàng)性質(zhì)模塊流程圖基本步驟 (2)輸入化學(xué)組分信息 Components選用物性計(jì)算方法和模型 Property Methods & Models 輸入外部流股信息 External Steams 輸

6、入單元模塊參數(shù) Block Specifications 輸入化學(xué)組分信息 每個(gè)組分必須有唯一的ID組分可用英文名稱或分子式輸入利用彈出對(duì)話框區(qū)別同分異構(gòu)體分子式命名類型組分名稱用戶自定義查看組分性質(zhì)有異構(gòu)體時(shí)要加后綴，例如 C2H6O-2尋找需要的組分電解質(zhì) 選用物性計(jì)算方法和模型 過程類型 Process type基礎(chǔ)方法 Base method亨利組分 Henry components選用物性計(jì)算方法和模型原油組分計(jì)算選項(xiàng)物性選擇幫助程序選用物性計(jì)算方法幫助程序基于組成基于流程ASPEN PLUS不同領(lǐng)域推薦采用的物性數(shù)據(jù)庫ASPEN PLUS不同領(lǐng)域推薦采用的物性數(shù)據(jù)庫ASPEN PL

7、US不同領(lǐng)域推薦采用的物性數(shù)據(jù)庫ASPEN PLUS不同領(lǐng)域推薦采用的物性數(shù)據(jù)庫ASPEN PLUS不同領(lǐng)域推薦采用的物性數(shù)據(jù)庫ASPEN PLUS不同領(lǐng)域推薦采用的物性數(shù)據(jù)庫ASPEN PLUS的物性分析工具物性常數(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)。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。物性分析系統(tǒng)：可以生成表格和曲線，如蒸汽壓曲線、相際線、t-p-x-y圖等。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。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)。 輸入外部流股信息 每一股外部流股都必須輸

8、入信息狀態(tài)變量：溫度、壓力、流量組成： 表達(dá)基準(zhǔn)、數(shù)值輸入外部流股信息溫度壓力流量注意單位選擇注意單位選擇選擇計(jì)算類型Equilibrium 平衡級(jí)速率模型 Rate-based 非平衡級(jí)速率模型 基本步驟 (3)運(yùn)行模擬過程 Run Project查看結(jié)果 View of Results輸出報(bào)告文件 Export Report保存模擬項(xiàng)目 Save Project退出 Exit運(yùn)行模擬過程右擊鼠標(biāo)查看模塊運(yùn)行結(jié)果雙擊物流查看結(jié)果流程圖中黏貼表單顯示出流程流股參數(shù)顯示出PFD參數(shù)更多選項(xiàng)OLE 操作步驟 (對(duì)象連接與嵌入)復(fù)制黏貼鏈接符號(hào)狀態(tài)表輸入未完成表輸入完成表中沒有輸入。是可選項(xiàng)。對(duì)于該

9、表有計(jì)算結(jié)果。對(duì)于該表有計(jì)算結(jié)果，但有計(jì)算錯(cuò)誤。對(duì)于該表有計(jì)算結(jié)果，但有計(jì)算警告。對(duì)于該表有計(jì)算結(jié)果，但自從生成結(jié)果后輸入已經(jīng)改變。輸出報(bào)告Bkp文件與Apw文件的區(qū)別Bkp文件可以適用于升級(jí)后的軟件版本，Apw文件不能在升級(jí)后的軟件中打開。Bkp文件不保存中間收斂信息， Apw文件保存中間收斂信息。保存模擬項(xiàng)目 Save ProjectEnd化工CAD基礎(chǔ) 第二講Simulation Design for Fluid Transportation 流體輸送單元 的仿真設(shè)計(jì)流體輸送模型的分類泵Pump壓縮機(jī)Compr多級(jí)壓縮機(jī)MCompr閥門Valve管道Pipe管線Pipeline在ASPE

10、N Plus中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器 (Pressure Changers)類別，共六種模型：流體輸送模型的分類（2）Pump 泵模型1、泵（Pump)2、水輪機(jī)（Hydraulic Turbine)Pump 模型用于模擬泵和水輪機(jī)兩種單元設(shè)備Pump 泵模型 （2）Pump 連接Pump 模型的連接圖如下：Pump 模型參數(shù) Pump 模型有五種工作方式：指定模型參數(shù) 計(jì)算結(jié)果參數(shù)排出壓力所需（產(chǎn)）功率壓力增量所需（產(chǎn)）功率壓力比率所需（產(chǎn)）功率所需（產(chǎn)）功率排出壓力特性曲線所需（產(chǎn)）功率Pump 模型參數(shù)（2） 最簡(jiǎn)單的用法是指定出口壓力(Discharge pressure)，并給定

11、泵的水力學(xué)效率(Pump Efficiency)和驅(qū)動(dòng)機(jī)效率(Driver Efficiency)，計(jì)算得到出口流體狀態(tài)和所需的軸功率和驅(qū)動(dòng)機(jī)電功率。Pump 模型參數(shù)（3）Pump 特性曲線 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法是使用泵特性曲線(Performance curve)。特性曲線有三種輸入方式：列表數(shù)據(jù)Tabular Data多項(xiàng)式Polynomials用戶子程序User Subroutines列表數(shù)據(jù)是最常用的輸入方式。Pump 特性曲線（2）Pump 特性曲線（3）首先選擇特性曲線的單位：Pump 特性曲線（4）然后選擇特性曲線的數(shù)目，有三個(gè)選項(xiàng)：1、操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線 Single cueve

12、 at operating speed；2、參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線 Single curve at reference speed；3、不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線 Mutiple curves at different speeds .Pump 特性曲線（5）Pump 特性曲線（6）在Curve Data表單中輸入具體數(shù)據(jù)：1、特性曲線變量的單位 Units of curve variables；2、每根曲線特性數(shù)據(jù)表 如 Head vs. flow tables；3、每根曲線的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 Curve speeds；Pump 特性曲線（7）Pump 特性曲線（8）在Efficiencies表單輸入效率數(shù)

13、據(jù)：Pump 特性曲線（9） 當(dāng)泵的操作轉(zhuǎn)速與特性曲線的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，還要輸入操作轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：Pump QNPSHR 表 設(shè)計(jì)泵的安裝位置時(shí)，應(yīng)核算“必需汽蝕余量” NPSHR Net Positive Suction Head Required其中：Hs 為允許吸上真空度Pump QNPSHR 表（2）在NPSHR表單中輸入NPSHR數(shù)據(jù)Pump NPSHA根據(jù)安裝和流動(dòng)情況可以算出泵進(jìn)口處的“有效汽蝕余量” NPSHA Net Positive Suction Head Available在實(shí)際使用條件下，選擇的泵應(yīng)該滿足Pump 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pump對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果

14、Pump 示例 1 一水泵將壓強(qiáng)為 1.5 bar 的水加壓到 6 bar，水的溫度為 25 C，流量為 100 m3/h。泵的效率為 0.68，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率為 0.95。求：泵提供給流體的功率、泵所需要的軸功率、以及電機(jī)消耗的電功率各是多少？Pump 示例 2 一離心泵輸送流量為 100 m3/hr 的水，水的壓強(qiáng)為 1.5 bar，溫度為 25 C。泵的特性曲線如下：流量（m3/hr） 70.0 90.0 109.0 120.0揚(yáng)程（m） 59.0 54.2 47.8 43.0效率（%） 64.5 69.0 69.0 66.0求： 泵的出口壓力、提供給流體的功率、泵所需要的軸 功率各是多

15、少？Compr 壓縮機(jī)模型多變離心壓縮機(jī)（Polytropic Centrifugal Compressor)多變正排量壓縮機(jī)（Polytropic Positive Displacement Compressor)等熵壓縮機(jī)（Isentropic Compressor)等熵汽輪機(jī)（Isentropic Turbine)Compr 模型用于模擬四種單元設(shè)備Compr 壓縮機(jī)模型（2）Compr連接Compr 模型的連接圖如下：Compr 計(jì)算模型Compr 模塊提供八種計(jì)算模型：標(biāo)準(zhǔn)等熵模型 IsentropicASME等熵模型 Isentropic using ASME methodGPSA

16、等熵模型 Isentropic using GPSA methodASME多變模型 Polytropic using ASME methodGPSA多變模型 Polytropic using GPSA method分片積分多變模型 Polytropic using piecewise integration正排量模型 Positive displacement分片積分正排量模型 Positive displacement using piecewise integrationCompr計(jì)算模型（2）Compr 模型參數(shù) Compr 模型有五種工作方式：指定模型參數(shù) 計(jì)算結(jié)果參數(shù)排出壓力所需（產(chǎn)

17、）功率壓力增量所需（產(chǎn)）功率壓力比率所需（產(chǎn)）功率制動(dòng)馬力排出壓力特性曲線所需（產(chǎn)）功率Compr模型參數(shù)(2)1、等熵效率Isentropic Efficiency 對(duì)于壓縮機(jī) 對(duì)于汽輪機(jī)Compr 效率 （1） Compr 模型有三種效率：Compr 效率（2）2、多變效率Polytropic Efficiency3、機(jī)械效率Mechanical Efficiency 壓縮機(jī) 汽輪機(jī)Compr 效率（3）Compr 效率（4）Compr 特性曲線壓縮機(jī)也用特性曲線表征其工作性能。特性曲線有四種輸入方式：列表數(shù)據(jù)Tabular Data多項(xiàng)式Polynomials擴(kuò)展多項(xiàng)式Extended

18、Polynomials用戶子程序User Subroutines列表數(shù)據(jù)是常用的輸入方式。Compr特性曲線（2）Compr 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Compr對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果Compr 示例 1一壓縮機(jī)將壓強(qiáng)為 1.1 bar 的空氣加壓到 3.3 bar，空氣的溫度為 25 C，流量為 1000 m3/h。壓縮機(jī)的多變效率為 0.71，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率為 0.97。求：壓縮機(jī)所需要的軸功率、驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率以及空氣的出口溫度和體積流量各是多少？Compr 示例 2一汽輪機(jī)用壓強(qiáng)為 35 bar、溫度為 435 C的過熱水蒸汽為工作介質(zhì)，汽輪機(jī)的背壓為 10 bar，蒸汽的流量為

19、 10000 kg/h。汽輪機(jī)的等熵效率為 0.8，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率為 0.98。求：汽輪機(jī)所提供的機(jī)械功率以及蒸汽的出口溫度和體積流量各是多少？MCompr 多級(jí)壓縮機(jī)模型多級(jí)多變壓縮機(jī) （Multi-stage Polytropic Compressor)多級(jí)多變正排量壓縮機(jī) （Multi-stage Polytropic Positive Displacement Compressor)多級(jí)等熵壓縮機(jī)（Multi-stage Isentropic Compressor)多級(jí)等熵渦輪機(jī)（Multi-stage Isentropic Turbine)MCompr 模型用于模擬四種單元設(shè)備M

20、Compr 多級(jí)壓縮機(jī)模型（2）MCompr 連接 (1)MCompr 模型的外部連接圖如下：MCompr連接 (2)MCompr 模型的內(nèi)部連接圖如下：MCompr 模型參數(shù) MCompr 的模型參數(shù)有級(jí)數(shù) (Number of stages) 指定壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)。壓縮機(jī)模型 (Compressor model) 有六種計(jì)算模型供選用。設(shè)定方式 (Specification type) 指定壓縮機(jī)的工作方式。MCompr模型參數(shù)（2）設(shè)定方式與Compr模塊有所不同：指定末級(jí)排出壓力 (Fix discharge pressure from last stage )指定每級(jí)排出條件 (Fix

21、discharge conditions from each stage)用特性曲線確定排出條件 (Use performance curves to determine discharge conditions)MCompr模型參數(shù)（3）MCompr 特性曲線(1) 多級(jí)壓縮機(jī)特性曲線有三種輸入方式：列表數(shù)據(jù)Tabular Data多項(xiàng)式Polynomials用戶子程序User SubroutinesMCompr 特性曲線(2)可以提供多張?zhí)匦郧€表(Maps)，每張表又可以有多條特性曲線。多級(jí)壓縮機(jī)的每一級(jí)可以有多個(gè)葉輪(wheels)，可以為每個(gè)葉輪選用不同的特性曲線表、葉輪直徑和比例因

22、子(scaling factors)Valve 閥門模型閥門模型用來調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時(shí)的壓降。Valve 連接Valve 計(jì)算類型閥門模型有三種應(yīng)用方式（計(jì)算類型）絕熱閃蒸到指定出口壓力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 對(duì)指定出口壓力計(jì)算閥門流量系數(shù) Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 對(duì)指定閥門計(jì)算出口壓力(核算方式) Calculate outlet pressure for specified valveValve計(jì)算類型（2）Va

23、lve 閥門參數(shù)閥門類型 (Valve type)：截止閥 (Global)、 球閥 (Ball)、蝶閥(Butterfly)廠家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列/規(guī)格 (Series/Style): 線性流量 (linear flow)、等百分比流量 (equal percent flow)尺寸 (Size)：公稱直徑運(yùn)用核算方式時(shí)，需輸入以下參數(shù)：Valve閥門參數(shù)（2）Valve閥門參數(shù)（3）以及閥門開度(Opening)：Valve 計(jì)算選項(xiàng)檢查阻塞流動(dòng) Check for choked flow計(jì)算空泡系數(shù) Calculate cavitation i

24、ndex設(shè)置最小出口壓力等于阻塞壓力 Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure計(jì)算閥門小開度狀態(tài)時(shí)計(jì)算選項(xiàng)的設(shè)置很重要Valve計(jì)算選項(xiàng)（2）Valve 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Valve對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果Valve 示例 1 水的溫度為 30 C，壓強(qiáng)為 6 bar，流量為 150 m3/h ，流經(jīng)一公稱通徑為 8 英寸的截止閥。閥門的規(guī)格為V500系列的線性流量閥，閥門的開度為 20%。求：閥門出口的水壓強(qiáng)是多少？Pipe 管段模型管段模型計(jì)算等直徑、等坡度的一段管道的壓降和傳熱量。Pipe 管段模

25、型（2）管道參數(shù)表單： Pipe parameters長(zhǎng)度 Length直徑 Diameter 內(nèi)徑/管道規(guī)格表提升 Elevation 高度/上升角粗糙度 RoughnessPipe 管段參數(shù)Pipe 管段參數(shù) （2）熱參數(shù)設(shè)定表單 Thermal specification 恒溫 Constant temperature 線性溫度剖型 Linear temperature profile 絕熱（零熱負(fù)荷） Adiabatic (zero duty) 熱衡算 Perform energy balancePipe 熱參數(shù)設(shè)定Pipe 熱參數(shù)設(shè)定（2）管件參數(shù)表單 Fittings 連接方式：

26、Connection type 法蘭連接/焊接 Flanged/Welded，螺紋連接 Screwed 管件數(shù)量： Number of fittings 閘閥 Gate valves，蝶閥 Butterfly valves 90度肘管 Large 90 degree elbows， 直行三通 Straight tees，旁路三通 Branched tees 其余當(dāng)量長(zhǎng)度： Miscellaneous L/DPipe 管件參數(shù)Pipe 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipe對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果Pipe 結(jié)果查看（2）計(jì)算結(jié)果還包括流體狀態(tài)沿管長(zhǎng)的分布剖形(Profiles)Pipe 示例 1

27、 流量為 5000 kg/h，壓強(qiáng)為 7 bar的飽和水蒸汽流經(jīng) 1084 的管道。管道長(zhǎng) 20 m，出口比進(jìn)口高 5 m，粗糙度為 0.05 mm。管道采用法蘭連接，安裝有閘閥 1 個(gè)，90 肘管 2 個(gè)。環(huán)境溫度為 20 C，傳熱系數(shù)為 20 W/m2K。求：出口處蒸汽的壓強(qiáng)、溫度和含水率，以及管道的熱損失各是多少？Pipeline 管線模型管線模型計(jì)算由多段管道串聯(lián)組成的一條管線的壓降。Pipeline管線模型（2）在結(jié)構(gòu)表單(Configuration)中輸入以下參數(shù) 計(jì)算方向 Calculation direction 管段幾何 Segment geometry 熱選項(xiàng) Therma

28、l options 物性計(jì)算 Property calculations 流動(dòng)基準(zhǔn) Pipeline flow basisPipeline 管線參數(shù)1Pipeline管線參數(shù)1（2）連接狀態(tài)表單： Connectivity 在彈出的管段數(shù)據(jù)(Segment data)對(duì)話框中逐段輸入每一管段的長(zhǎng)度、角度、直徑、粗糙度，或者節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(Node coordinates)、直徑、粗糙度。Pipeline管線參數(shù)2Pipeline管線參數(shù)2（2）Pipeline管線參數(shù)2（3）完成后的表單如下：Pipeline 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipeline對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果Pipeline 結(jié)

29、果查看 (2)Pipeline的Profiles給出了每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的結(jié)果Pipeline 示例 1 流量為 100 m3/h，溫度為 50 C，壓強(qiáng)為 5 bar的水流經(jīng) 1084 的管線。管線首先向東延伸 5 m，再向北 5 m，再向東 10 m，再向南 5 m，然后升高 10 m，再向東 5 m。管內(nèi)壁粗糙度為 0.05 mm。 求：管線出口處的壓強(qiáng)是多少？Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定從以上示例我們了解到：ASPEN Plus是根據(jù)我們輸入的過程參數(shù)(如進(jìn)料流股和模型參數(shù))計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)(如非進(jìn)料流股和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù))。進(jìn)行過程設(shè)計(jì)時(shí)，常常希望確定某個(gè)過程參數(shù)的特定值從而使

30、某個(gè)結(jié)果數(shù)據(jù)達(dá)到給定值。對(duì)于這類應(yīng)用需求， ASPEN Plus提供了設(shè)計(jì)規(guī)定(Design Spec)工具。設(shè)計(jì)規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽器的左側(cè)目錄欄中進(jìn)入。Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（2）設(shè)計(jì)規(guī)定是流程選項(xiàng)(Flowsheeting Options)下屬的對(duì)象Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（3）創(chuàng)建設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象時(shí)，按以下步驟操作：1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對(duì)象管理器(Object Manager)中點(diǎn)擊新建(New)按鈕；2、在彈出對(duì)話框中為新對(duì)象指定一個(gè)辨識(shí)號(hào)(ID)；3、在定義(Define)表單中點(diǎn)擊新建(New) 按鈕，創(chuàng)建設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象所需的變量；4、

31、在彈出對(duì)話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；5、在變量定義(Variable Definition)對(duì)話框中的下拉式選擇框中選擇變量的類別(Category)、類型(Type)、流股(Stream)或模塊(Block)代號(hào)，并指定具體變量(Variable)。Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（4）步驟1和步驟2：Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（5）步驟3和步驟4：Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（6）步驟5：Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（7）步驟6：在規(guī)定(Spec)表單中輸入規(guī)定表達(dá)式(Spec

32、)、目標(biāo)值(Target)和計(jì)算容差(Tolerance)。Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（8）步驟7：在變化(Vary)表單中輸入調(diào)節(jié)變量(Manupulated variable)的類型、名稱和具體變量(variable),并指定體調(diào)節(jié)上、下限(Upper/Lower limits)。Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（9）規(guī)定變量的實(shí)現(xiàn)情況可以從Design Spec對(duì)象的Results表單中查看Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定（10）調(diào)節(jié)變量的迭代過程則從相應(yīng)的收斂對(duì)象(Convergence)的Spec Histroy表單中查看P

33、ipeline 示例 2 溫度為 50 C，壓強(qiáng)為 5 bar的水流經(jīng) 1084 的管線。管線首先向東延伸 5 m，再向北 5 m，再向東 10 m，再向南 5 m，然后升高 10 m，再向東 5 m。管內(nèi)壁粗糙度為 0.05 mm。如果管線出口處的壓強(qiáng)為 3 bar，流過管線的水流量是多少？化工CAD基礎(chǔ) 第三講Simulation Design of Thermal Processes 熱過程單元的仿真設(shè)計(jì)傳熱單元模型的分類加熱器 Heater換熱器 HeatX多物流換熱器 MHeatX熱通量換熱器 HXFlux傳熱單元?dú)w屬換熱器類(Heat Exchangers)，共7種模型，Aspen

34、Plus內(nèi)部用的有4種，其余3種是與其它軟件的接口模塊：傳熱單元模型的分類 (2)Heater 加熱器模型Heater 模型用于模擬以下單元， 改變單股物流的溫度、壓力和相態(tài)：加熱器冷卻器閥門（僅改變壓力，不涉及阻力）泵（僅改變壓力，不涉及功率）壓縮機(jī)（僅改變壓力，不涉及功率）Heater 加熱器模型（2）Heater 連接Heater 模型的連接圖如下：1、閃蒸規(guī)定 ( Flash specifications) （1）溫度 Temperature （2） 壓力 Pressure （3）溫度改變 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）過熱度

35、 Degrees of superheating （6）過冷度 Degrees of subcooling （7）熱負(fù)荷 Heat dutyHeater 模型參數(shù)Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：從中任選兩項(xiàng)Heater 模型參數(shù)（2）2、有效相態(tài) ( Valid Phase )（1）蒸汽（2）液體（3） 固體（4）汽液（5） 汽液液（6）液游離水（7） 汽液游離水Heater 模型參數(shù)（3）Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：Heater 模型參數(shù)（4） 溫度20、壓力0.41 MPa、流量4000 kg/hr 的軟水在鍋爐中加熱成為0.39 MPa的飽和水蒸氣進(jìn)入生蒸汽總管。求所需的鍋爐

36、供熱量。Heater 應(yīng)用示例 (1) 流量為1000 kg/hr （0.4 MPa ）的飽和水蒸汽用蒸汽過熱器加熱到過熱度 100 （0.39 MPa），求過熱蒸汽溫度和所需供熱量。 Heater 應(yīng)用示例 (2) 流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.11 MPa、 含乙醇70 %w、 水30 %w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩爾）=1/3。求冷凝器熱負(fù)荷。 Heater 應(yīng)用示例 (3) 求壓力為 0.2 MPa，含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w 的混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)。 Heater 應(yīng)用示例 (5)HeatX 換熱器模型逆流/并流（

37、Countercurrent / Cocurrent)折流板殼程（Segmental Baffle Shell)棍式擋板殼程（Rod Baffle Shell)裸管/低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)HeatX 模型用于模擬下述結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器：計(jì)算兩股物流之間的熱量交換。HeatX 換熱器模型（2）HeatX 連接HeatX 模型的連接圖如下：計(jì)算類型 Calculation流動(dòng)方式 Flow arrangement換熱器設(shè)定 Exchanger specificationHeatX模型設(shè)定HeatX 的設(shè)定從規(guī)定(Specification) 表單著手，有三組設(shè)定參數(shù)

38、：HeatX模型設(shè)定（2）計(jì)算欄目中有三個(gè)選項(xiàng)： 1、簡(jiǎn)捷計(jì)算 Short-cut 2、詳細(xì)計(jì)算 Detailed 3、Hetran 精確計(jì)算 Hetran Rigorous 輸出Hetran軟件(換熱器設(shè)計(jì)專用軟件)的輸入文件供其精確計(jì)算。下部的下拉式選擇框中也有三個(gè)選項(xiàng)： 1、設(shè)計(jì) Design 2、核算 Rating 3、模擬 Simulation兩組選項(xiàng)按下述方式配合使用：HeatX計(jì)算類型HeatX計(jì)算類型（2）1、簡(jiǎn)捷計(jì)算 簡(jiǎn)捷計(jì)算只能與設(shè)計(jì)或模擬選項(xiàng)配合。簡(jiǎn)捷計(jì)算不考慮換熱器的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱和壓降的影響，人為給定傳熱系數(shù)和壓降的數(shù)值。 使用設(shè)計(jì)選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定熱(冷)物流的出口狀態(tài)

39、或換熱負(fù)荷，模塊計(jì)算達(dá)到指定換熱要求所需的換熱面積。 使用模擬選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定換熱面積，模塊計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。HeatX計(jì)算類型2、詳細(xì)計(jì)算 詳細(xì)計(jì)算只能與核算或模擬選項(xiàng)配合。詳細(xì)計(jì)算可根據(jù)給定的換熱器幾何結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況計(jì)算實(shí)際的換熱面積、傳熱系數(shù)、對(duì)數(shù)平均溫度校正因子和壓降。 使用核算選項(xiàng)時(shí)，模塊根據(jù)設(shè)定的換熱要求計(jì)算需要的換熱面積。 使用模擬選項(xiàng)時(shí)，模塊根據(jù)實(shí)際的換熱面積計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。HeatX計(jì)算類型流動(dòng)方式設(shè)定包括：1、熱流體(Hot fluid)流動(dòng)空間： 殼程 (Shell) /管程 (Tube)2、流動(dòng)方向(Flow direction)： 逆流 (Counterc

40、urrent) 并流 (Co-current) 多管程流動(dòng) (Multiple passes)HeatX流動(dòng)方式HeatX流動(dòng)方式 (2)1、逆流 CountercurrentHeatX 流動(dòng)方向2、并流 Cocurrent熱物流出口溫度 (Hot stream outlet temperature)熱物流出口溫降 (Hot stream outlet temperature decrease)熱物流出口溫差 (Hot stream outlet temperature approach)熱物流出口過冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling)熱物流出口蒸

41、汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)HeatX 換熱器設(shè)定共有13個(gè)選項(xiàng)HeatX 熱物流出口溫差 冷物流出口溫度 (Cold stream outlet temperature)冷物流出口溫升 (Cold stream outlet temperature increase)冷物流出口溫差 (Cold stream outlet temperature approach)冷物流出口過熱度 (Cold stream outlet degrees superheat)冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)

42、HeatX 換熱器設(shè)定 (2)共有13個(gè)選項(xiàng)HeatX 冷物流出口溫差 傳熱面積 (Heat transfer area)熱負(fù)荷 (Exchanger duty)幾何條件 (Geometry) 在詳細(xì)計(jì)算時(shí)采用。HeatX 換熱器設(shè)定(3) 共有13個(gè)選項(xiàng) 由于換熱器內(nèi)的流動(dòng)并非理想的并流或逆流，因此有效傳熱推動(dòng)力需在對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正。校正因子的計(jì)算方法有四個(gè)選項(xiàng)：1、常數(shù) Constant 由用戶指定校正系數(shù)，可查手冊(cè)。2、幾何結(jié)構(gòu) Geometry 由軟件根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況計(jì)算。3、用戶子程序 User-subr4、計(jì)算值 Calculated 流動(dòng)方向?yàn)槎喙?/p>

43、程流動(dòng)時(shí)采用。HeatX LMTD校正HeatX LMTD校正（2） 壓降 ( Pressure Drop )分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力 ( Outlet pressure ) 指定值 0，代表出口的絕對(duì)壓力值 指定值 0，代表出口相對(duì)于進(jìn)口的壓力降低值HeatX 簡(jiǎn)捷計(jì)算 HeatX 簡(jiǎn)捷計(jì)算（2） 總傳熱系數(shù)方法 ( U methods )常數(shù) (Constant)相態(tài)法 (Phase specific values) 分別指定冷熱兩側(cè)不同相態(tài)組合下的傳熱系數(shù)冪函數(shù) (Power law expression) U=Uref (Flow/Flowref)exponentHeatX 簡(jiǎn)捷計(jì)

44、算（3） HeatX U - 相態(tài)法 壓降 ( Pressure Drop )分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力 ( Outlet pressure ) 根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算 ( Calculated from geometry )HeatX 詳細(xì)計(jì)算 HeatX 詳細(xì)計(jì)算（2） 總傳熱系數(shù)方法 ( U methods )常數(shù) ( Constant )相態(tài)法 ( Phase specific values ) 冪函數(shù) ( Power law expression )換熱器幾何結(jié)構(gòu) ( Exchanger Geometry )傳熱膜系數(shù) ( Film coefficients ) 詳細(xì)計(jì)算采用后兩種方法H

45、eatX 詳細(xì)計(jì)算 (3)膜系數(shù)法根據(jù)換熱器的幾何結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況分別計(jì)算熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的傳熱膜系數(shù)(Film coefficients)，根據(jù)管壁材料和厚度計(jì)算傳導(dǎo)熱阻，再結(jié)合給定的污垢熱阻因子(Fouling factor)計(jì)算出總傳熱系數(shù)U。HeatX U-膜系數(shù)法HeatX U-膜系數(shù)法 (4)HeatX幾何結(jié)構(gòu)詳細(xì)計(jì)算時(shí)需輸入換熱器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。從數(shù)據(jù)瀏覽器左側(cè)的目錄樹中選擇幾何(Geometry)項(xiàng)目，然后在右側(cè)的殼程(Shell)、管程(Tubes)、管翅(Tube fins)、擋板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表單中輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。HeatX幾何結(jié)構(gòu)（2）Hea

46、tX殼程參數(shù)殼程(Shell)表單中包含以下參數(shù)：殼程類型 TEMA shell type管程數(shù) No. of tube passes換熱器方位 Exchanger orientation密封條數(shù) Number of sealing strip pairs管程流向 Direction of tubeside flow殼內(nèi)徑 Inside shell diameter殼/管束間隙 Shell to bundle clearanceHeatX管程參數(shù)（2） HeatX殼程類型殼程類型包含六種結(jié)構(gòu)供選用：HeatX殼程類型（2） HeatX其它殼程參數(shù)HeatX管程參數(shù)管程(Tubes)表單中包含以

47、下參數(shù)：選擇管類型 Select tube type 裸管 Bare tube 翅片管 Finned tube管程布置 Tube layout 總管數(shù) Total number 管長(zhǎng) Length 排列模式 Pattern 中心距 Pitch 材料 Material 導(dǎo)熱系數(shù) ConductivityHeatX管程參數(shù)（2）HeatX管程參數(shù)（3） 管程參數(shù)還有管尺寸(Tube size)，可用兩種方式輸入：實(shí)際尺寸 Actual內(nèi)徑 Inner diameter外徑 Outer diameter 厚度 Tube thickness 三選二公稱尺寸 Nominal 直徑 Diameter BW

48、G規(guī)格 Birmingham wire gaugeHeatX管程參數(shù)（4）HeatX 列管排列模式 HeatX管翅結(jié)構(gòu) 對(duì)于翅片管，還需從管翅(Tube fins)表單中輸入以下參數(shù)：翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直徑Fin height /Fin root mean diameter翅片間距 Fin spacing:每單位長(zhǎng)度的翅片數(shù) / 翅片厚度Number of fins per unit length /Fin thicknessHeatX管翅結(jié)構(gòu) (2)HeatX管翅結(jié)構(gòu) (3)HeatX擋板結(jié)構(gòu)有兩種擋板結(jié)構(gòu)可供選用： 1、圓缺擋板 Segmental

49、baffle 2、棍式擋板 Rod baffle從擋板(Baffles)表單中進(jìn)行選擇并輸入有關(guān)參數(shù)。HeatX圓缺擋板Segmental BaffleHeatX圓缺擋板（2）圓缺擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù) No. of baffles, all passes擋板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter)管板到第一擋板的間距 Tubesheet to 1st baffle spacing擋板間距 Baffle to baffle spacing殼壁/擋板間隙 Shell-baffle clearance管壁/擋板間隙 Tube-baf

50、fle clearanceHeatX圓缺擋板（3）HeatX棍式擋板Rod BaffleHeatX棍式擋板（2） 棍式擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù) No. of baffles, all passes圓環(huán)內(nèi)徑 Inside diameter of ring圓環(huán)外徑 Outside diameter of ring支撐棍直徑 Support rod diameter每塊擋板的支撐棍總長(zhǎng) Total length of support rods per baffleHeatX棍式擋板（3） HeatX管嘴 管嘴即換熱器的物料進(jìn)出接口，需從Nozzle表單中輸入以下參數(shù)：輸入殼程管嘴直徑

51、 Enter shell side nozzle diameters 進(jìn)口管嘴直徑 Inet nozzle diameter 出口管嘴直徑 Outlet nozzle diameter輸入管程管嘴直徑 Enter tube side nozzle diameters 進(jìn)口管嘴直徑 Inlet nozzle diameter 出口管嘴直徑 Outlet nozzle diameterHeatX管嘴（2） HeatX結(jié)果查看 HeatX最重要的是熱參數(shù)結(jié)果(Thermal results)，其下包括五張表單： 概況 Summary 衡算 Balance 換熱器詳情 Exchanger detail

52、s 壓降/速度 Pre drop/velocities 分區(qū) ZonesHeatX 概況概況表單給出了冷、熱物流的進(jìn)、出口溫度、壓力、蒸汽分率(Vapor fraction)，以及換熱器的熱負(fù)荷(Heat duty)。HeatX 概況 (2)HeatX換熱器詳情換熱器詳情表單給出了需要的換熱器面積(Required exchanger area) 、實(shí)際的換熱器面積(Actual exchanger area) 、清潔(Clean)和結(jié)垢(Dirty)條件下的平均傳熱系數(shù)(Avg. heat transfer coefficient)、校正后的對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD corrected) 、熱

53、效率(Thermal effectiveness)和傳熱單元數(shù)(Number of transfer units)等有用的信息。HeatX換熱器詳情（2）HeatX壓降/速度壓降/速度表單給出了流道壓降(Exchanger Pressure drop)、管嘴壓降和總壓降；殼程錯(cuò)流(Crossflow)和擋板窗口(Windows)處的最大流速及雷諾數(shù)(Reynolds No.)；管程的最大流速及雷諾數(shù)等有用的信息，我們可以根據(jù)這些信息調(diào)整管程數(shù)，擋板數(shù)目和切割分率，以及管嘴尺寸。HeatX壓降/速度（2）HeatX 分區(qū)分區(qū)表單給出了換熱器內(nèi)根據(jù)冷、熱流體相態(tài)對(duì)傳熱面積分區(qū)計(jì)算的情況，包括各區(qū)域

54、的熱流體溫度、冷流體溫度、對(duì)數(shù)平均溫差、傳熱系數(shù)、熱負(fù)荷和傳熱面積信息。我們可根據(jù)此信息分析換熱方案是否合理以及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的方向。HeatX 分區(qū)（2） 用1200 kg/hr飽和水蒸汽 (0.3 MPa)加熱2000 kg/hr 甲醇 (20 、0.3 MPa)。離開換熱器的蒸汽冷凝水壓力為0.28 MPa、過冷度為2 。換熱器傳熱系數(shù)根據(jù)相態(tài)選擇。求甲醇出口溫度、相態(tài)、需要的換熱面積。HeatX 應(yīng)用示例 (1)對(duì)上例選用下述換熱器進(jìn)行詳細(xì)核算：外殼直徑：325 mm ， 公稱面積：10 m2，管長(zhǎng)：3 m ，管徑： 192 mm ，管數(shù)：76 ，排列方式：正三角，管程數(shù)：2 ，殼程數(shù)：

55、1，折流板間距：150 mm ，折流板缺口高度：79 mmHeatX 應(yīng)用示例 (2) 化工CAD基礎(chǔ) 第四講Simulation Design of Separation Processes 分離單元的仿真設(shè)計(jì) (一)分離過程模型的分類Aspen Plus 中的分離過程模型包含兩大類別：簡(jiǎn)單分離單元模型 Separators塔設(shè)備單元模型 Columns簡(jiǎn)單分離單元模型簡(jiǎn)單分離單元模型包含五個(gè)模塊：兩相閃蒸器 Flash2三相閃蒸器 Flash3傾析器 Decanter組份分離器 Sep兩出口組份分離器 Sep2簡(jiǎn)單分離單元模型（2）Flash2 兩相閃蒸器Flash2 模塊執(zhí)行給定熱力學(xué)條

56、件下的汽-液平衡或汽-液-液平衡計(jì)算，輸出一股汽相和一股液相產(chǎn)物。用于模擬閃蒸器、蒸發(fā)器、氣液分離器等。Flash2 兩相閃蒸器（2）Flash2 連接Flash2 模塊的連接圖如下： Flash2 模型參數(shù)Flash2 模塊的模型參數(shù)有 3 組： 1、閃蒸設(shè)定 ( Flash Specifications)（1） 溫度（Temperature)（2） 壓力 （Pressure)（3） 蒸氣分率（Vapor Fraction)（4） 熱負(fù)荷（Heat Duty) 從以上 4 個(gè)參數(shù)中選定 2 個(gè)。Flash2 模型參數(shù) （2）2、有效相態(tài) ( Valid Phase)（1） 汽-液相（Vapo

57、r-Liquid)（2）汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid)（3）汽-液-游離水相 （Vapor-Liquid-Free Water)從以上 3個(gè)參數(shù)中選定 1 個(gè)。Flash2 模型參數(shù) （3）Flash2 模塊的模型參數(shù)有 3 組： Flash2 模型參數(shù) （4）Flash2 模型參數(shù) （5）Flash2 模塊的模型參數(shù)有 3 組： 3、液沫夾帶 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 液相被帶入汽相中的分率。Flash2 模型參數(shù) （6）Flash2 應(yīng)用示例（1） 流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.11 MPa、含乙醇 70

58、 %w、水30 %w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩爾）=1/3。求離開冷凝器的汽、液兩相的溫度和組成。Flash2 應(yīng)用示例（2） 流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.5 MPa 溫度為 120、含乙醇 70 %w、水 30 %w的物料絕熱閃蒸到 0.15 MPa。求離開閃蒸器的汽、液兩相的溫度、流量和組成。Flash2 應(yīng)用示例（3） 流量為 1000 kg/hr、壓力為 0.2 MPa 溫度為20 、含丙酮 30%w、水 70%w的物料進(jìn)行部分蒸發(fā)回收丙酮，求丙酮回收率為90%時(shí)的蒸發(fā)器溫度和熱負(fù)荷以及汽、液兩相的流量和組成。靈敏度分析Sensitivity

59、 在進(jìn)行過程設(shè)計(jì)和分析時(shí)，常常需要了解某些過程變量受其它過程變量影響的敏感程度，ASPTEN Plus為此提供了一個(gè)非常有用的分析工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下的靈敏度(Sensitivity)對(duì)象。靈敏度分析Sensitivity (2)靈敏度分析Sensitivity (3)創(chuàng)建靈敏度對(duì)象時(shí)，按以下步驟操作： 1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對(duì)象管理器(Object Manager)中點(diǎn)擊新建(New)按鈕； 2、在彈出對(duì)話框中為新對(duì)象指定一個(gè)辨識(shí)號(hào)(ID)；靈敏度分析Sensitivity (4)步驟1和步驟2：靈敏度分析Sensitivity (5)3、在定義(

60、Define)表單中點(diǎn)擊新建(New) 按鈕，創(chuàng)建靈敏度對(duì)象所需的變量；4、在彈出對(duì)話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；靈敏度分析Sensitivity (6)步驟3和步驟4：靈敏度分析Sensitivity (7)5、在變量定義(Variable Definition)對(duì)話框中的下拉式選擇框中選擇變量的類別(Category)、類型(Type)、流股(Stream)或模塊(Block)代號(hào)，并指定具體變量(Variable)。靈敏度分析Sensitivity (8)步驟5：靈敏度分析Sensitivity (9)可以定義多個(gè)分析所需的變量，如下圖所示：靈敏度分析Sensi