過程模擬課件

化工過程的模擬與優(yōu)化杜巍化工B座21689734981duv@一、緒論什么叫過程模擬？一般方法？過程模擬的用處？優(yōu)點，限制？過程模擬的一些基本概念1.模擬的概念和一般方法模擬（simulation）：利用一個更為方便、經(jīng)濟而性能相似的系統(tǒng)來模仿復(fù)雜系統(tǒng)的性能系統(tǒng)A：復(fù)雜，難預(yù)測；系統(tǒng)B：簡單，操作特性與A相同物理模擬：系統(tǒng)A與B，性能相似，物理化學(xué)過程本質(zhì)一樣，僅規(guī)模尺寸不同數(shù)學(xué)模擬：系統(tǒng)A與B，物理過程本質(zhì)不同，B為計算機B的數(shù)學(xué)方程可以描述化工過程A“模擬”可以理解為“模仿”與“擬合”，是用計算機（軟件）作為工具，去模仿一個過程（反應(yīng)、精餾、吸收、萃取、換熱、結(jié)晶等），根據(jù)用戶所給過程的條件（溫度、壓力、流量、設(shè)備尺寸），對相應(yīng)過程進行物料平衡、能量平衡、及相平衡、化學(xué)平衡的計算，從而預(yù)測過程中可能發(fā)生的現(xiàn)象，指導(dǎo)科研、設(shè)計、生產(chǎn)部門的工作過程可以是實際生產(chǎn)過程、實驗過程、假想過程當前進行系統(tǒng)研究的普適化方法，生產(chǎn)操作的輔助工具模擬的層次（三大層次）管理業(yè)務(wù)過程（核心：企業(yè)經(jīng)營管理）化工過程模擬（核心：三傳一反，流程模擬，10-7-102m）分子模擬（核心：產(chǎn)品設(shè)計）環(huán)境化學(xué)供應(yīng)鏈管理企業(yè)優(yōu)化制造工廠工藝裝置單元設(shè)備三傳一反NANO系統(tǒng)分子模擬10510410210010-310-710-910-10步驟1.提出問題（決定意義）2.尋找過程的已知規(guī)律，理論基礎(chǔ)3.化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集整理（物性，單元操作，成本核算等）4.建立數(shù)學(xué)模型（最困難一環(huán)）減少變量和方程數(shù)目，忽略次要影響因素判定最合適模型5.選擇解算方法6.編制程序7.求解8.整理結(jié)果，核對，驗證模型是否正確

模型分類1.數(shù)學(xué)描述本質(zhì)機理模型：基于物理－化學(xué)過程的本質(zhì)和機理經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ê谙淠Ｐ停簩崪y數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)2.時間關(guān)系穩(wěn)態(tài)模型，動態(tài)模型3.過程屬性確定模型，模糊模型，隨機模型4.系統(tǒng)工程學(xué)白箱模型，黑箱模型，灰色模型5.過程對象的數(shù)學(xué)描述方法集中參數(shù)模型：參數(shù)的數(shù)值與空間位置無關(guān)分布參數(shù)模型：參數(shù)是空間位置的函數(shù)2.數(shù)學(xué)模擬的用途及限制用途：1.化工開發(fā)過程（放大）特點：放大至工業(yè)化的速度越來越快；開發(fā)新工藝要求技術(shù)合理并達到最優(yōu)化；提供信息全面完整實質(zhì)：利用實驗室獲得的結(jié)果以及前人積累的對物理－化學(xué)規(guī)律的了解，建立一個描述過程的初級模型，然后通過與各種試驗客隊，不斷修改數(shù)學(xué)模型，盡可能的把對本過程的正確理解都反映到數(shù)學(xué)模型中去，此模型即為放大過程的基礎(chǔ)2.化工設(shè)計流程方案的選擇設(shè)計基礎(chǔ)：確定設(shè)計參數(shù)，固定設(shè)計參數(shù)值的確定，數(shù)學(xué)模型的選擇等設(shè)計策略：對剩余設(shè)計變量進行初值選定以及確定合適的收斂方法工藝設(shè)計（核心）物料與熱量衡算，工藝流股總攬，工藝流程圖，工藝說明，熱力學(xué)第二定律分析減少裝置設(shè)計時間，提高工作效率，便于多方案評比，給出信息深入全面3.改進工廠生產(chǎn)操作在給定的限制內(nèi)優(yōu)化工藝條件，如：如何在規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格條件下，減少公用工程的使用量不設(shè)計設(shè)備改造，投資小，見效快4.過程控制5.規(guī)劃和計劃限制1.數(shù)學(xué)模型的準確性和有效性取決于實測數(shù)據(jù)的準確性化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)往往存在很大不確定性2.數(shù)學(xué)解算工具的局限3.模型的實際意義賦予應(yīng)謹慎4.必須強調(diào)數(shù)學(xué)模型（特別是經(jīng)驗?zāi)Ｐ停┑奈ｋU性基本概念1.單元操作（unitoperation)將指定的原料經(jīng)一系列物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換步驟，最終轉(zhuǎn)換成規(guī)定要求的一種或幾種化學(xué)產(chǎn)品每個單元都有指定的物質(zhì)和/或能量轉(zhuǎn)換過程2.過程系統(tǒng)模擬對已給定系統(tǒng)條件的現(xiàn)有過程系統(tǒng)，建立整個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在計算機上進行求解，得出在給定條件下系統(tǒng)的特性和行為3.穩(wěn)態(tài)過程模擬對象的輸入－系統(tǒng)特性－輸出均不隨時間推移而變化，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)應(yīng)用計算機輔助手段，對化工過程進行穩(wěn)態(tài)的熱量和物料衡算、尺寸計算和費用估算3.過程模擬的基本概念過程模擬問題類型1.模擬型問題對某一流程系統(tǒng)做工況特性分析，即根據(jù)給定的流程系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)（進料組成，流量）以及表達系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（設(shè)備參數(shù)），預(yù)計系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)（產(chǎn)品的組成，流量等）2.設(shè)計型問題預(yù)先規(guī)定了系統(tǒng)輸出的某項數(shù)據(jù)，尋求能夠滿足規(guī)定要求的某些設(shè)備參數(shù)值3.優(yōu)化型問題確定過程的某些主要操作條件，從而達到所期望的目標（系統(tǒng)性能最佳，產(chǎn)量最大，能耗最小等）設(shè)計規(guī)定舉例冷卻器出口溫度是多少才能使異丙基苯產(chǎn)品純度達到98%（摩爾百分數(shù)）?被操作（改變的）變量是什么?冷卻器出口溫度被測量（采集）變量是什么?物流PRODUCT中的異丙基苯摩爾分率

要達到的規(guī)定（目標）是什么?物流PRODUCT中的異丙基苯摩爾分率=0.98REACTORFEEDRECYCLEREAC-OUTCOOLCOOL-OUTSEPPRODUCT優(yōu)化用于最大化/最小化目標函數(shù)目標函數(shù)是用流程變量和內(nèi)嵌的Fortran表示的。優(yōu)化可以有零個或多個約束條件。約束條件可以是等式或不等式。優(yōu)化位于/Data/ModelAnalysisTools/Optimization下約束條件的規(guī)定位于/Data/ModelAnalysisTools/Constraint下過程模擬的基本環(huán)節(jié)模擬系統(tǒng)能夠用來實現(xiàn)過程模擬的計算程序或軟件系統(tǒng)1.流程系統(tǒng)的模型組成系統(tǒng)的各單元模型流程結(jié)構(gòu)的明確表述2.物性數(shù)據(jù)和熱力學(xué)模型物料狀態(tài)和組成的變化3.解算方法變量的分類輸入物流變量輸出物流變量相應(yīng)物流的狀態(tài)（熱力學(xué)狀態(tài)，組成，流量等）設(shè)備參數(shù)單元操作設(shè)備的設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)其他計算結(jié)果除出口物流變量以外的其他計算結(jié)果（例：換熱器熱負荷，泵動率）寄存變量非用戶直接需要的結(jié)果設(shè)計變量可改變某些變量的取值，從而控制系統(tǒng)設(shè)計方案狀態(tài)變量確定設(shè)計變量后，其余被求解的變量通過自由度分析方法確定設(shè)計變量數(shù)目描述一個系統(tǒng)的狀態(tài)所需變量的數(shù)目與建立這些變量之間關(guān)系的獨立方程數(shù)目之差一個系統(tǒng)如果有m個變量和n個獨立方程，則需確定m-n個獨立變量進行賦值設(shè)計變量的選擇考慮實際問題，區(qū)別對待：模擬問題，首選物流變量和設(shè)備變量；設(shè)計問題，首選設(shè)計規(guī)定值變量，再選輸入物流變量和設(shè)備變量需求解模塊參數(shù)不能選擇選受限制較多的變量使求解最為方便容易例題：管殼式換熱器，物流1和物流2分別為管程的入口物流和出口物流（需冷卻的物料），物流3和物流4分別為殼程的入口物流和出口物流（冷卻水）。此換熱器的模型方程如下：1234應(yīng)注意問題：將對象系統(tǒng)合理簡化是過程模擬應(yīng)用的重要基礎(chǔ)基礎(chǔ)物性的完備性和準確性選擇適宜的熱力學(xué)性質(zhì)計算方法單元模塊模型的適用范圍模擬結(jié)果分析二、單元操作模型的主要類型混合器/分流器分離器換熱器塔反應(yīng)器壓力變換器調(diào)節(jié)器固體處理器1.相平衡及閃蒸器最基本單元閃蒸為最常用的單元操作過程模擬中對每一股物流都要計算相分布閃蒸計算類型等溫絕熱非絕熱液體質(zhì)量分數(shù)蒸汽質(zhì)量分數(shù)液體純度蒸汽純度分離基本模型機械平衡熱平衡相平衡組分物料平衡總物料平衡熱量平衡摩爾分數(shù)約束方程等溫閃蒸牛頓迭代法求解例：一個四組分混合物以100kmol/h的流量進入一個精餾塔去分離，精餾塔入口處壓力為689.5kPa，溫度為366.5K，進料混合物組成為(zi,ki)丙烷:0.10,4.2;正丁烷:0.20,1.75;正戊烷:0.30,0.74;正己烷:0.40,0.34如果進料處于平衡狀態(tài)下，液體分率為多少？氣液組成各為多少？2.物料混合與分割混合器：總物料衡算組分物料衡算出口壓力：一般選各進口物流中壓力最小值為出口壓力出口物流的其它性質(zhì)（溫度，焓，液化率，密度，熵等）由算術(shù)平均值計算：分割器：每股物流除流量外，其余參數(shù)均與進料F的參數(shù)完全相同3.泵增加液體壓力的器械，由于液體分子的比體積很小，所以比起氣體壓縮機而言，所需的功小很多接近泡點容易出現(xiàn)氣堵現(xiàn)象功：壓力變化式：泵效率：驅(qū)動效率：4.壓縮機氣體壓縮機是用來給氣體增壓的少量液體進入高速旋轉(zhuǎn)的葉片會引起壓縮機的侵蝕用等熵效率來衡量典型的等熵效率為0.70-0.9之間給定輸出壓力和等熵效率的壓縮機，等熵功率可計算如下出口熵等于進口熵，可找出等熵出口溫度可逆絕熱過程下，出口摩爾焓等熵功率軸功率能量衡算得到出口物流的真實摩爾熱焓真實出口溫度膨脹機用來減少氣體壓力同時向外做機械功輸出軸功率

實際出口狀態(tài)有可能在兩相區(qū)，因此需求出出口壓力p2下的露點溫度Td，以及相應(yīng)的熵Sd，如果S1>Sd，則說明等熵過程在氣相區(qū)進行，否則為兩相區(qū)。5.換熱器能量方程用戶規(guī)定管程及殼程的壓降，總傳熱系數(shù)，傳熱面積A或出口溫度，求出兩個出口溫度（確定A）或A以及另一個出口溫度1.單邊換熱器給定出口壓力和出口溫度，計算所需熱量給定出口壓力和溫度變化，計算所需熱量給定熱負荷，計算出口溫度T02.管殼式換熱器對數(shù)平均溫度平均溫度對多流程的校正系數(shù)單流程全逆流換熱器6.多組分混合物分離塔

1.組分分割器模型（黑箱模型）不關(guān)心內(nèi)部細節(jié)，只關(guān)心輸入輸出關(guān)系，全塔恒算物料平衡組分物料平衡熱量恒算壓力溫度2.多組分精餾塔的簡化經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃隳柫鳎焊鲗铀迳想m有物質(zhì)交換，但汽相和液相通過塔板前后的摩爾流量并無變化清晰分割：比輕關(guān)鍵組分還輕的組分全部從塔頂蒸出，比重會關(guān)鍵組分還重的組分全部從塔底采出揮發(fā)度：定量描述混合物中各組分揮發(fā)的難易程度相對揮發(fā)度：兩組分揮發(fā)難易的對比模型參數(shù)1、塔設(shè)定

(Columnspecifications)塔板數(shù)（Numberofstages)回流比（Refluxratio)2、關(guān)鍵組分回收率(Keycomponentrecoveries)輕關(guān)鍵組分在餾出物(dist)中的回收率餾出物中的輕關(guān)鍵組分/進料中的輕關(guān)鍵組分重關(guān)鍵組分在餾出物(dist)中的回收率餾出物中的重關(guān)鍵組分/進料中的重關(guān)鍵組分3、壓力(Pressure)冷凝器（Condenser)再沸器（Reboiler)4、冷凝器設(shè)定(Condenserspecifications)全凝器（Totalcondenser)帶汽相餾出物的部分冷凝器（Partialcondenserwithvapordistillate)帶汽、液相餾出物的部分冷凝器（Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)兩個極限操作條件：最小回流比：平衡級數(shù)無窮多最小平衡級數(shù)：全回流最小塔板數(shù)（Nmin），精餾塔全回流操作時所需理論塔板數(shù)最少。由芬斯克（Fenske）方程求解恩德伍德方程求最小回流比Gilliland關(guān)聯(lián)式（理論塔板數(shù)，最小回流比，最少塔板數(shù)以及回流比的關(guān)系）嚴格多級分離同時聯(lián)解物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系，用逐板計算方法求解給定塔設(shè)備的操作結(jié)果。用于精確計算精餾塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分離能力和設(shè)備參數(shù)?？蓪ο率鲞^程做兩相或三相模擬:普通蒸餾吸收,再沸吸收汽提,再沸汽提恒沸蒸餾反應(yīng)蒸餾流程氣體蒸餾物(DV)1頂級或冷凝器熱負荷熱(可選)(Q1)液體蒸餾物(DL)水(DW)(可選)D=DL+DVDV:D=DV/D物料回流RR=L1/DRW=LW/DW（任何數(shù)量)L1+LW產(chǎn)品(任何數(shù)量)熱循環(huán)回流傾析器熱產(chǎn)品熱返回(任何數(shù)量)上升蒸汽(VN)N級底級或再沸器熱負荷熱(可選)(QN)塔底(B)BR=VN/B7.化學(xué)反應(yīng)器模型Reators(反應(yīng)器)以物料平衡為基礎(chǔ)Ryield(收率反應(yīng)器)Rstioc(化學(xué)計量反應(yīng)器)以反應(yīng)平衡為基礎(chǔ)REquil(平衡反應(yīng)器)RGibbs(吉布斯反應(yīng)器)以動力學(xué)為基礎(chǔ)RCSTR(連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器)RPlug(活塞流反應(yīng)器)RBatch(間歇反應(yīng)器)基于物料平衡反應(yīng)器RYield(收率反應(yīng)器)只要求物料平衡,不要求原子平衡用來模擬入口物流不知道，但出口物流已知的反應(yīng)器(例如，模擬一個爐子)70lb/hrH2O20lb/hrCO260lb/hrCO250lb/hrtar（焦油）600lb/hrchar（焦碳）1000lb/hrCoal（煤）INOUTRYield基于物料平衡反應(yīng)器(續(xù))RStoic

(化學(xué)計量反應(yīng)器)要求原子平衡和質(zhì)量平衡用于化學(xué)平衡數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)不知道或不重要的反應(yīng)器可以規(guī)定或計算在參考溫度和壓力下的反應(yīng)熱2CO+O2-->2CO2C+O2-->CO22C+O2-->2COC,O2INOUTRStoicC,O2,CO,CO2化學(xué)計量反應(yīng)器模型：甲苯加氫制苯的化學(xué)反應(yīng)主反應(yīng)：C7H8+H2→C6H6+CH4副反應(yīng)：2C6H6→C12H10+H2高溫下75%的甲苯轉(zhuǎn)化為苯，但有2%的苯縮合成聯(lián)苯。計量式為：化學(xué)計量系數(shù)矩陣為：關(guān)鍵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率X：反應(yīng)程度：當確定了轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)程度后，只要知道反應(yīng)器入口的流量和組分，即可確定出出口的流量和組成。2.化學(xué)平衡為基礎(chǔ)的反應(yīng)器概述不考慮反應(yīng)動力學(xué)各個模塊能解算相似的問題，但問題規(guī)定不同單個反應(yīng)能達到嚴格平衡REquil

(平衡反應(yīng)器)通過求解反應(yīng)平衡方程而計算化學(xué)平衡和相平衡不能進行3相閃蒸計算可用在有許多組分、已知一些反應(yīng)并且較少組分參加反應(yīng)的情況RGibbs(吉布斯反應(yīng)器)未知反應(yīng)

當發(fā)生的反應(yīng)未知，或由于有許多組分參與反應(yīng)，致使反應(yīng)數(shù)量很多時，該功能十分有用。吉布斯能最小

通過吉布斯自由能最小化來確定在產(chǎn)品吉布斯自由能最小時的產(chǎn)品組成。固體平衡

RGibbs

是唯一能處理固-液-汽相平衡的AspenPlus模塊化學(xué)平衡反應(yīng)器模型化學(xué)平衡常數(shù)：當反應(yīng)aA+bB=cC+eE達到平衡，有對每個反應(yīng)，若反應(yīng)時間足夠長，可認為其達到化學(xué)平衡狀態(tài)。此時，由反應(yīng)物生成產(chǎn)物的速度與有產(chǎn)物生產(chǎn)反應(yīng)物的速度相同。通過反應(yīng)平衡的計算可得到產(chǎn)物的組成，該組成為反應(yīng)進行的最大程度。對給定壓力和溫度，平衡常數(shù)由各化合物的標準生成吉布斯自由能求取適用于單相反應(yīng)器，對多相反應(yīng)同時達到相平衡和化學(xué)平衡，則需聯(lián)立相平衡關(guān)系式求解?；虿捎眉妓棺杂赡茏钚》ㄇ蠼?。吉布斯自由能最小法由熱力學(xué)第二定律可知，物系在恒溫恒壓只做膨脹功的條件下，其變化過程將沿吉布斯自由能減小的方向進行。當達到平衡時，物系的吉布斯自由能最小。因此物系總吉布斯自由能最小可作為物系達到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。即：在定溫定壓及確定的初始組成條件下，使物系總吉布斯自由能達到最小的各相的組成即為體系在相應(yīng)條件下的平衡組成。3.動力學(xué)反應(yīng)器動力學(xué)反應(yīng)器有

RCSTR,RPlug和RBatch。因為考慮了反應(yīng)動力學(xué),所以必須定義反應(yīng)動力學(xué)。動力學(xué)可以用一個內(nèi)置模型定義,或用一個用戶子程序定義，現(xiàn)有的內(nèi)置模型是：冪律模型Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson(LHHW)反應(yīng)的催化劑的反應(yīng)系數(shù)可以為零。攪拌槽動力學(xué)反應(yīng)器模型在反應(yīng)器內(nèi)停留時間有限，未達到化學(xué)平衡，需考慮化學(xué)反應(yīng)速率：反應(yīng)速率常數(shù)ki由阿倫尼烏斯方程計算：根據(jù)停留時間以及進料中各組分的濃度，即可求出各組分出口濃度?；钊鞣磻?yīng)器模型流動為活塞式，在徑向沒有溫度，組成和壓力梯度，也沒有軸向擴散發(fā)生經(jīng)過微元體積dvR時的反應(yīng)物料平衡：三、穩(wěn)態(tài)流程模擬3.1流程模擬的概念過程：對原料進行某些物理或化學(xué)變化，使其性能發(fā)生預(yù)期的變化，從而增加了附加價值，這種操作或處理稱為過程。系統(tǒng)：為某種目標，由共同的物流或能流或信息流聯(lián)系在一起的單元組合而成的整體稱為系統(tǒng)。特性與各組成單元的特性有關(guān)，也與連接特性有關(guān)。過程與系統(tǒng)的關(guān)系：系統(tǒng)中必有過程進行，過程亦必發(fā)生在相應(yīng)系統(tǒng)中。經(jīng)?；煊谩４渭壪到y(tǒng)：系統(tǒng)具可分性，一個系統(tǒng)可分為幾個子系統(tǒng)，生產(chǎn)過程可分解為若干個單元操作子系統(tǒng)。過程系統(tǒng)＝過程單元＋單元之間連接關(guān)系過程系統(tǒng)的分類：（1）按過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類串連，并聯(lián)，繞行（旁路），反饋實際過程中，上述結(jié)果往往交織在一起。（2）按輸出時間分類連續(xù)系統(tǒng)，一定時間內(nèi)，若系統(tǒng)輸出量不隨時間變化，則系統(tǒng)為連續(xù)擬連續(xù)系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出量隨時間變化十分緩慢，為擬連續(xù)系統(tǒng)間歇系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出量隨時間顯著變化，則為間歇系統(tǒng)參數(shù)：代表過程或其環(huán)境的某種性質(zhì)，且可被賦予一定數(shù)值的量稱為“參數(shù)”狀態(tài)變量：描述系統(tǒng)所處的狀態(tài)的變量（溫度，壓力，濃度等）決策變量：數(shù)值可以由設(shè)計這給定的變量狀態(tài)變量和決策變量不是絕對不變的，所選的決策變量不同，狀態(tài)變量也相應(yīng)不同流程模擬系統(tǒng)簡介專用和通用兩種通用系統(tǒng)：并非支隊特定流程開發(fā)的，對不同流程均可適用的、帶有通用性的流程模擬系統(tǒng)。*通用性：不是無限的，在一定的（比較廣泛）的范圍內(nèi)適用單元模塊的種類，物性數(shù)據(jù)庫中組分種類都有限，目前統(tǒng)常允許用戶根據(jù)自己的特殊需要插入通用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)必專用系統(tǒng)復(fù)雜得多（輸入輸出系統(tǒng)，自動識別復(fù)雜情況等）提供盡可能多的單元模塊，盡可能擴大物性數(shù)據(jù)庫，允許用戶根據(jù)自己需求擴展系統(tǒng)的使用范圍等3.2過程系統(tǒng)模型對過程系統(tǒng)的模擬首先需要建立能夠描述過程系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)模型，通常是一組數(shù)學(xué)方程。數(shù)學(xué)模型：某種關(guān)系的數(shù)學(xué)表達，是由描述過程的數(shù)學(xué)方程以及限制條件組成過程系統(tǒng)模型：過程系統(tǒng)中某種關(guān)系的數(shù)學(xué)表達，描述過程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程以及限制條件組成方程組：方程組的各方程，首選必須彼此獨立，不能有通過代數(shù)運算由其它方程導(dǎo)出的方程；其次必須互相不矛盾，否則無意義；方程組中的變量數(shù)與方程數(shù)相等，即m=n時，方程組才有定解；若m>n，方程組有多解；m<n，方程組無解模型種類：系統(tǒng)的工況特性關(guān)系；某現(xiàn)象諸因素之間的關(guān)系（狀態(tài)方程中狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，物性關(guān)聯(lián)式中物性數(shù)據(jù)同狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程中反應(yīng)速率和各反應(yīng)組分濃度的關(guān)系等）；某些簡單的計算關(guān)系；某單元流向另一單元的物流關(guān)系（流程結(jié)構(gòu)關(guān)系）；設(shè)計規(guī)定關(guān)系；最優(yōu)化問題中的目標函數(shù)等模型的構(gòu)成：單元模型方程：過程系統(tǒng)是由各種單元操作組成的，因此各種過程化工單元操作的模型是過程系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)。種類多，涉及物性數(shù)據(jù)，因此方程復(fù)雜，形式多樣，數(shù)量也大，一個復(fù)雜系統(tǒng)中設(shè)計的單元模型動輒成百上千，甚至更多。流程連接方程：過程系統(tǒng)是由各單元有機聯(lián)合而成的，因此過程系統(tǒng)中必須有表述流程結(jié)構(gòu)的部分。表明單元之間的物流連接關(guān)系，哪個單元排除的物流進入哪個單元，形式簡單的等式關(guān)系。單元模型方程和流程連接方程一起構(gòu)成了過程系統(tǒng)的基本模型。只能解決模擬型問題，擴展到解決設(shè)計問題，需設(shè)計規(guī)定方程。設(shè)計規(guī)定方程：某些變量應(yīng)同代表設(shè)計規(guī)定的另一些變量相等的等式關(guān)系。優(yōu)化方程：包括目標函數(shù)和約束條件，處理優(yōu)化問題中才需要。物性方程：物性關(guān)系式，包含在單元模型方程中。費用方程流程結(jié)構(gòu)的表述：單元模型方程連同其解算方法，一起編成子程序，稱為單元模塊。在此情況下，人們面對的是一個個的單元模塊，而該單元模型方程則隱藏在單元模塊中，不明顯表現(xiàn)出來。流程圖：可用來表述流程結(jié)構(gòu)的最普通的一種圖形，就是通常熟知的流程圖。代表各股物流（外界對系統(tǒng)的輸入物流，系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間的聯(lián)系物流以及系統(tǒng)對外界的輸出物流）的流線；代表各化工設(shè)備的圖形符號盡可能畫成反映其特點的形狀。信息流圖：單元模塊組成的系統(tǒng)內(nèi)部以及它同外界之間的信息流傳送情況信號流圖：把信息流圖中的物流線用圖形符號畫出，通過連線把輸入物流和輸出物流的關(guān)系表示出來3.3序貫?zāi)K法基本思想過程模擬由單元模擬發(fā)展而來，基本單元操作模型（混合，分流，換熱，精餾等）陸續(xù)被開發(fā)出來后，連同其解算方法，被編成一個個單元操作模塊，用來對單元操作進行計算：根據(jù)設(shè)備入口的已知物流變量和給定的設(shè)備參數(shù)，來計算出口處物流變量的數(shù)據(jù)當單元模塊積累較多，日趨成熟時，對由很多單臺設(shè)備組成的復(fù)雜過程系統(tǒng)進行模擬的任務(wù)時，首先想到的是如何將現(xiàn)有的模塊組合到一起加以充分利用，如同實際過程中物流從一臺設(shè)備流向另一臺設(shè)備一樣，模擬也可以逐模塊進行。前一模塊求解的出口物流信息，可作為下一模塊的入口物流信息簡單流程的序貫?zāi)K法：單元模塊內(nèi)：輸入物流信息以及設(shè)備參數(shù)，經(jīng)計算，輸出物流數(shù)據(jù)等結(jié)果對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只是逐單元的向后傳送，既無物流又無能流從后面的單元反過來向前面單元傳送的簡單流程情況，采用序貫?zāi)K法將十分簡單，無任何困難含回路復(fù)雜流程的序貫?zāi)K法現(xiàn)代過程工業(yè)中，簡單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的過程非常少，多數(shù)系統(tǒng)中都有后面單元返回的物流和能流存在（循環(huán)）。由于循環(huán)流的存在，這類單元組中位于前面的單元要受到從后面單元傳送過來的物流的影響。實際流程中有可能不只一個循環(huán)單元組。流程分割（partitioning）：當流程中含有幾個循環(huán)單元組時，為了解算方便，必須預(yù)先識別出來，也就是把流程分成各自只含有一個循環(huán)單元組的幾部分或幾塊。分割后，存在一個序貫求解的先后順序問題，稱為排序（ordering）例：ABABAB收斂塊1234124421333’3’注意問題：一個循環(huán)單元中可能有不只一個循環(huán)回路；切割流的數(shù)目要視循環(huán)單元組的具體情況而定；對復(fù)雜的循環(huán)單元組，只切割一條物流不能解決問題，必須同時切割多條物流；切割方案的選擇不是唯一的；不一定切割循環(huán)物流，循環(huán)回路越復(fù)雜，要求切割的物流數(shù)目越多，方案的選擇也越多；多數(shù)情況不可評直接觀察得出切割方案，需選擇最優(yōu)化方案，應(yīng)有選擇標準作為權(quán)衡的依據(jù)。設(shè)計問題的循環(huán)回路法序貫?zāi)K法的特點就是逐模塊進行計算，調(diào)用現(xiàn)成的單元操作模塊，而這類模塊通常都是按照相應(yīng)的單元操作正常運行的情況設(shè)計。因此本方法用于解決模擬型問題是沒有問題的（已知進料物流和設(shè)備參數(shù)，預(yù)測系統(tǒng)的工況）。例：對設(shè)計型問題，則需對流程反復(fù)的進行序貫?zāi)K法，每輪計算開始時都要認為給定一輸入值，逐輪對該數(shù)值進行調(diào)整，直至最后得出的結(jié)果在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)。此逐輪迭代計算的方法需在計算程序中加一算法模塊，即控制塊（controlblock）優(yōu)化問題的序貫?zāi)K法更復(fù)雜，加一優(yōu)化層AB123456αAB123456α控制塊t6

過程系統(tǒng)的分割方法單元串搜索法：選定任意單元作為搜索起點，沿該單元的輸出物流向前搜索，必遇到以下二種情況1.前面再無單元，2.單元串中某一單元重新出現(xiàn)情況1，若該單元串最后一個單元還有其它物流，則從中再任選一條物流繼續(xù)搜索；若無其它輸出物流，則將該單元從流程中剔除，并記錄。隨即回到搜索起點的單元開始，沿其它通路繼續(xù)搜索。情況2，表明出現(xiàn)一個循環(huán)回路，將回路內(nèi)含有的各單元合并成一個虛擬單元，把合并前各單元對其它單元的輸出物流都視為該虛擬單元的輸出物流。當以上單元串中各單元（包括虛擬單元）被剔除干凈，而程中還剩余其它單元時，即從中任選一單元，作為新搜索起點進行另一個單元串的搜索。將剔除單元和虛擬單元均記錄下來，記錄的順序就是流程的分快與排序結(jié)果。注：流程分割與排序只有唯一解（與選取搜索的起點單元，搜索所沿的通路無關(guān)）回路搜索法將流程結(jié)構(gòu)用鄰接矩陣表示，通過對矩陣進行逐行搜索，即可識別出某些單元所形成的回路。然后通過對矩陣中有關(guān)行列的元素按照邏輯運算的規(guī)則進行處理，即可實現(xiàn)將回路中的單元合并成虛擬單元的步驟，完成流程分割的任務(wù)。其它搜索方法：可及矩陣法，深先搜索法斷裂方法斷裂判據(jù)：使所切割的物流數(shù)目最少切割物流的變量總數(shù)最少切割物流的加全和最小切割的回路總數(shù)最少方法：回路矩陣法，信號流圖法，基本切割算法序貫?zāi)K法的優(yōu)缺點優(yōu)點：便于應(yīng)用，單元模型方程已經(jīng)分散再各個模塊中，物流聯(lián)系方程不再需要，只要按照實際流程構(gòu)成情況，將各現(xiàn)成的單元操作模塊連接到一起，就同時建立了系統(tǒng)模型；繼承大量的已有成果，目前積累下的各種單元模塊（模型和解算方法）都可得到充分利用，大量節(jié)省工作量；便于調(diào)試，按模塊進行分割，容易鎖定錯誤位置缺點：計算效率較低，每個單元都要用到物性，物性計算往往需要迭代，因此每個模塊都進行了多輪迭代。序貫?zāi)K法中的單元模塊都是按照相應(yīng)的單元正常運行時的情況設(shè)計的，其特點是選擇固定化，即每個單元入口物流的物流變量，以及該單元為計算所需的設(shè)計變量，都被固定的選擇為設(shè)計變量。設(shè)計變量上的選擇非常死板。一旦這些變量不作為設(shè)計變量出現(xiàn)，就需要加控制模塊來解決。過程模擬越來越多的同最優(yōu)化工作結(jié)合來應(yīng)用，過程最優(yōu)化的每一輪計算都需要在完成一輪流程模擬的基礎(chǔ)上進行，優(yōu)化問題又嵌套著設(shè)計型問題。進一步加大工作量。3.4聯(lián)立方程法基本思想：聯(lián)立方程法是指對列出的一個作為整個復(fù)雜流程系統(tǒng)的模型的龐大的方程組，也就是通常所說的聯(lián)立方程，直接進行求解。通過聯(lián)立方程法的途徑進行流程模擬，就變成了對方程組進行求解的數(shù)學(xué)問題。對設(shè)計型問題或模擬型問題，不論流程中是否含有循環(huán)單元組，都沒有什么原則區(qū)別。序貫?zāi)K法則有明顯區(qū)別。設(shè)計變量固化的問題不復(fù)存在。聯(lián)立方程法是方程本質(zhì)的方法，與序貫?zāi)K法根據(jù)輸入來計算的子程序不同，其難點在于如何自動產(chǎn)生這些方程，并且有一種可靠的算法來解這種大型非線性代數(shù)方程。流程系統(tǒng)方程組的產(chǎn)生重要且困難的問題聯(lián)立方程法的方程常采用隱式形式表示，也可采用顯式形式，應(yīng)包括：對給定x計算f(x)的表達式；對給定x計算Jacobian矩陣中各偏導(dǎo)數(shù)的表達式；Jacobian矩陣的拓撲結(jié)構(gòu)，即零元素和非零元素的位置。為解決此問題，提出兩個重要概念，一是模塊化的概念，即建立與各種過程單元相對應(yīng)的模塊庫，不包括求解程序，只是用來產(chǎn)生特定的過程單元方程組；二是方程類型的概念，各種過程單元模塊中用到的方程類型實際上十分有限，因此可以開發(fā)一標準化方程庫。這樣任何一個流程系統(tǒng)都可用標準化方程來描述。聯(lián)立方程法的求解策略熱力學(xué)性質(zhì)估算方程的處理；非線性代數(shù)方程組的求解方法的選擇；提供迭代變量初值的方法。熱力學(xué)性質(zhì)估算方程的處理：1.物性系統(tǒng)可以不提供方程，而像序貫?zāi)K法一樣提供一組供調(diào)用的子程序。優(yōu)點在于可使方程維數(shù)大為減少，缺點是不能考慮有溫度，壓力組成變化所引起的熱力學(xué)性質(zhì)的變化以及對物料恒算和能量恒算的影響。對較強非線性模擬問題，收斂穩(wěn)定性很差。2.平衡常數(shù)K和焓H的計算均參與聯(lián)立方程組求解，其他物性則保留獨立的物性子程序。一方面增加了方程維數(shù)，另一方面也改善了具有較強非線性流程模擬問題的收斂穩(wěn)定性。3.全部物性方程均參與聯(lián)立方程組求解，沒有任何子程序。維數(shù)又有顯著增加，但收斂穩(wěn)定性也進一步改善。但初值較差時易導(dǎo)致發(fā)散。第二種方法最為穩(wěn)定可靠，非線性代數(shù)方程組的求解方法的選擇（兩種基本方法）一種是選擇一部分變量為迭代變量，根據(jù)它們的設(shè)定值利用部分方程求得其余變量的值。另一部分方程用做校核函數(shù)，通過隱式迭代或顯式迭代求得迭代變量的初值。初期多采用此解法聯(lián)立線性化方法：Newton-Raphson法、Broyden擬牛頓法或者某些綜合方法將流程方程組中的所有方程線性化，對所有變量同時迭代求解。初值的確定：未知變量的數(shù)目往往會達到成千上萬個，必須借助專門的計算機程序來提供初值。比較簡單的情況，利用先前進行的類似問題的計算結(jié)果作為初值，或從流程中某一能設(shè)定較好初值的部分開始，采用逐漸推進方式計算各單元設(shè)備的內(nèi)部變量。需用戶對所處理的流程系統(tǒng)非常了解。探索法，對每一單元設(shè)備有一探索規(guī)則，利用探索規(guī)則，從進料物流開始產(chǎn)生所有物流的初值：系統(tǒng)進料：對進料流率為做規(guī)定的組分的進料流率用組分在流程其他部分的流率估算。混合器：進口流中流率未知的組分的進口流率為流率最大的已知組分的一半。分流器：利用規(guī)定的出口流和進口流的比值來估計出口流。閃蒸器：假定液相總流出量等于氣相總流出量，再根據(jù)假定的K值計算各出口流中各組分的流率。反應(yīng)器：如未規(guī)定轉(zhuǎn)化率，則假定進口流中限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為100%。方程組的分解方程組的求解聯(lián)立方程的優(yōu)缺點：優(yōu)點：模擬型，設(shè)計型，優(yōu)化型問題沒有區(qū)別，只要給定方程，其處理方法都是相同的。計算效率高，避免了序貫?zāi)K法中多層次的迭代計算。增加模塊容易，只要寫出定義模型方程組即可。易于實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)模擬和動態(tài)模擬結(jié)合。缺點：正確建立龐大方程組較困難；不能繼承已有的大量單元模塊；實現(xiàn)較困難；初值估計較困難；設(shè)計變量選擇要求高；內(nèi)存需求大；缺少高效的非線性方程組求解算法等。流程模擬的其他方法聯(lián)立模塊法：也稱雙層法，對序貫?zāi)K法和聯(lián)立方程法取長補短，把模擬計算分為兩個水平：一個是模塊級水平，采用嚴格模型；一個是流程系統(tǒng)級水平，采用簡化模型。數(shù)據(jù)驅(qū)動法：以數(shù)據(jù)庫為中心，面向目標，用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)驅(qū)動的模擬方法。人工智能參入法：利用專家的知識和經(jīng)驗參與系統(tǒng)模擬。四、模擬軟件介紹現(xiàn)在比較流行的模擬軟件：1AspenPlus2Pro_Ⅱ3Hysys4ChemCAD5

ECSS化工之星ASPEN流程模擬軟件介紹AdvancedSystemforProcessEngineering

（先進過程工程系統(tǒng)）1976~1981年由MIT主持、能源部資助、55個高校和公司參與開發(fā)，后成立ASPENTECH公司繼續(xù)開發(fā)完善的流程模擬軟件，

Plus意思為是經(jīng)過提高并得到工業(yè)部門支持的版本?；谛蜇?zāi)K法的穩(wěn)態(tài)過程模擬軟件。1773種有機物、2450種無機物、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。ASPENTECH公司是當今世界上煉油化工行業(yè)中最大的專業(yè)軟件工程公司，目前進行推廣應(yīng)用的軟件主要有四大類：AES、AeCS、AMS和AmfgS。AES：AspenEngineeringSuite，包括AspenPlus、AspenWater、AspenPinch、AspenDynamics、AspenCustomModeler、AspenB-JAC、AspenZyqad

等。AeCS：AspeneSupplyChainSuite：包括AspenPims

、AspenMIMI、AspenRetailandBulk等。AMS：AspenManufactureSuite：主要有AdvancedProcessControl。AmfgS：AspenmfgSuite：包括informationandproductionmanagement目前應(yīng)用版本：AspenONE—AspenPlus2006模擬軟件介紹—基本概念用戶界面（UserInterface)流程圖（Flowsheet）模型庫（ModelLibrary）數(shù)據(jù)瀏覽器（DataBrowser）流股（Stream）模塊（Block）Aspen軟件用戶界面--流程圖RunIDToolBarTitleBarMenuBarSelectModeButtonModelLibraryMenu

ModelTabsProcessFlowDiagramNextButtonStatusAreaHelpLineResizeWindowButtonsAspen軟件用戶界面-數(shù)據(jù)瀏覽MenuTreePreviousSheetNextSheetStatusAreaParentButtonUnitsGoBackGoForwardCommentsNextDescriptionAreaStatus模擬軟件介紹AspenPlus能做什么？Flowsheet

AssayDataAnalysisDataRegressionPROPERTIESPLUSPropertyAnalysisPropertyEstimation流程模擬三大實用性工具：靈敏度分析（SensitivityAnalysis）設(shè)計規(guī)定（DesignSpecifications）優(yōu)化（Optimization）模擬軟件介紹—求解

序貫?zāi)MAspenPlus是一個序貫?zāi)K模擬程序。每個單元模塊按一定的順序求解。聯(lián)立方程AspenCustomModeler(以前是SPEEDUP)是一個聯(lián)立方程模擬程序。所有的方程均同時求解。組合方法AspenDynamics(以前是DynaPLUS)使用

AspenPlus序貫?zāi)K方法去初始化穩(wěn)態(tài)模擬并使用

AspenCustomModeler(以前是SPEEDUP)聯(lián)立方程法求解動態(tài)模擬。進入軟件新建一個文件；空白：所有信息自己定義；模板：軟件根據(jù)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，預(yù)先設(shè)置一些相關(guān)的信息如物性集、數(shù)據(jù)庫、單位制等。（通用化工過程、聚合物、煉油、冶金、醫(yī)藥等），推薦選模板；打開一個已經(jīng)存在的文件；設(shè)置運行類型常用工具欄或快捷鍵打開、新建、保存文件數(shù)據(jù)瀏覽器控制面板運行建立過程模擬基本工況的步驟1.確定所要模擬的過程（普通化工過程、煉油過程、電解質(zhì)過程、聚合過程等）2.確定單元操作及單元操作之間的物流關(guān)系（畫出所模擬過程的物料流程圖)3.確定所采用的單位制及結(jié)果中需要報告的內(nèi)容(setup)4.定義組分(components)告訴Aspenplus所模擬過程的進料中有哪些物質(zhì)，如果包含有反應(yīng)過程，產(chǎn)物也需要定義出來。5.選擇物性方法（properties)物性方法是一個若干個公式的集合，用于計算所模擬過程的熱力學(xué)性質(zhì)和熱傳遞性質(zhì)。6.輸入進料的溫度、壓力、組成、流量(streams)7.輸入各個單元操作的操作條件或設(shè)備尺寸條件(blocks)

選用單元操作模塊操作ModelBlocks單元模塊類別：

分為“混合器/分割器、分離器、換熱器、塔器、反應(yīng)器、壓力改變器、調(diào)節(jié)器、固體、用戶模塊”九大類別。

根據(jù)單元操作模塊的歸屬選擇所需的類別。選單元操作模塊：

每個類別都包括幾種單元操作模塊，將鼠標移到某個單元模塊上時，窗口底部的說明欄中給出了該模塊的簡要說明。同一種單元操作過程可能有不同特性的模塊，要注意選用合適的模塊。選圖標：

每一種單元操作模塊可以用不同的圖標表示?？筛鶕?jù)流程圖的需要和自己的喜好選擇表示模塊的圖標。繪制模塊：

選好圖標后，在繪圖區(qū)中的選定位置點擊鼠標左鍵，即在流程圖中繪出模塊?？筛鶕?jù)需要用鼠標拖放以調(diào)節(jié)圖標的位置和大小，并重新設(shè)定模塊名稱。

連接流股ConnectingStreams選流股類別：

共有三種流股

物流MaterialStreams

熱流HeatStreams

功流WorkStreams流股連接點：

選好流股類別后，將光標移到繪圖區(qū)，單元模塊上的流股連接點處出現(xiàn)箭頭標識，紅色標識表示必需連接的流股，藍色標識表示根據(jù)需要選擇連接的流股。連接流股：

用鼠標點擊兩個配對的流股連接點，即可完成連接。連接好流股后可根據(jù)流程圖的需要給流股重新命名，挪動連接點的位置，以及調(diào)節(jié)連線的走向。繪圖注意事項鼠標十字與圖中紅色箭頭重疊，出現(xiàn)黃色提示，確認黃色提示是你所要連接的物流時，按一下鼠標左鍵Reconnectsource(重新連接物流的來源)Reconnectdestination(重新連接物流要去的地方)AlignBlock(物流線自動拉直)屏幕右下腳紅色提示由flowsheetnotcomplete變?yōu)閞equiredinputincomplete)表示流程已畫完，需要輸入其它已知條件。同一個模型有不同的圖標單元設(shè)備的接口分為必須連接物流和可選兩類選擇適當?shù)牧鞴深愋兔?guī)則：可以是數(shù)字、字母，不能有空格、=等，長度不能超過8個字符。對于有輸入信息的物流最好不要輕易刪除。繪制同一類型的單元操作不用重復(fù)選擇。注意觀察狀態(tài)欄提示流程圖是否完成。狀態(tài)指示符號狀態(tài)表輸入未完成表輸入完成表中沒有輸入。是可選項。對于該表有計算結(jié)果。對于該表有計算結(jié)果，但有計算錯誤。對于該表有計算結(jié)果，但有計算警告。對于該表有計算結(jié)果，但自從生成結(jié)果后輸入已經(jīng)改變。設(shè)置單位在AspenPlus的單位可以按3個不同的級別定義:1.全局級(在SetupSpecificationsGlobal頁面上的“輸入數(shù)據(jù)”和“輸出數(shù)據(jù)”)2.對象級(在一個對象,諸如單元模塊和物流的任意輸入表頁頂部的“Units”3.域級使用Setup

UnitsSets對象管理器,用戶可以建立自己的單位集。單位可以從一個現(xiàn)存單位集拷貝,然后修改。組分類型簡介convention:常規(guī)組分，必需知道組分的分子式。pseudocomponent:虛擬組分，不知道組分的分子式，但知道組分的沸點、比重或分子量(三個中的任意兩個)Assay:不知道組分的分子式，但知道組分的蒸餾數(shù)據(jù)(餾程)和比重(API)每個組分必須有唯一的ID分可用英文名稱或分子式輸入利用彈出對話框區(qū)別同分異構(gòu)體組分數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫

內(nèi)容

用于

PURE13

來自DesignInstituteforPhysicalPropertyData(DIPPR)和AspenTech

的數(shù)據(jù)

ASPENPLUS主要組

分數(shù)據(jù)庫

AQUEOUS

水溶液中離子和分子的純組分參數(shù)

模擬含有電解質(zhì)的系統(tǒng)

SOLIDS

強電解質(zhì)、鹽和其它固體的純組分參數(shù)

模擬電解質(zhì)和固體的

系統(tǒng)

INORGANIC

在氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)下無機組分的熱化學(xué)性質(zhì)

用于固體、電解質(zhì)和

冶金應(yīng)用

PURE93

來自DesignInstituteforPhysicalPropertyData(DIPPR)并由AspenTech隨ASPENPLUS9.3

交貨的數(shù)據(jù)庫

向上兼容

PURE856

來自DesignInstituteforPhysicalPropertyData(DIPPR)并由AspenTech隨ASPENPLUS8.5-6交貨的數(shù)據(jù)庫

向上兼容

ASPENPCD

隨ASPENPLUS8.5-6

交貨的數(shù)據(jù)庫

向上兼容

文件存儲Bkp文件與Apw文件的區(qū)別Bkp文件可以適用于升級后的軟件版本，Apw文件不能在升級后的軟件中打開。Bkp文件不保存中間收斂信息，Apw文件保存中間收斂信息。輸入流股信息操作

每一股流股都必須輸入信息狀態(tài)變量：溫度、壓力、流量組成：表達基準、數(shù)值

輸入單元模塊參數(shù)操作

每一各單元模塊都必須輸入模型參數(shù)模型參數(shù)的數(shù)量因模型而異，請認真理解其物理意義。模型參數(shù)的合理選取對模擬結(jié)果的質(zhì)量至關(guān)重要！單元操作模型混合器/分流器分離器壓力變化器

Pump模塊能模擬:泵水力透平計算或輸入功率Heater模型只能用于壓力計算Pump設(shè)計成處理單液相能規(guī)定氣-液或氣-液-液計算以確定出口物流條件泵性能曲線通過規(guī)定標量參數(shù)或泵性能曲線能進行核算。規(guī)定:有量綱曲線壓頭對流量功率對流量無量綱曲線:壓頭系數(shù)對流量系數(shù)Pump泵Compr壓縮機Compr

模塊能模擬:多變離心壓縮機多變正位移壓縮機等熵壓縮機等熵透平計算或輸入功率Heater模型只能用于壓力計算Pump設(shè)計成處理單相或多相Compr

能計算壓縮機軸速率壓縮機性能曲線通過規(guī)定壓縮機性能曲線進行核算。規(guī)定:有量綱曲線壓頭對流量功率對流量無量綱曲線:壓頭系數(shù)對流量系數(shù)Compr

不能處理透平性能曲線Valve閥閥模塊可用來模擬:控制閥壓力變送器閥模型可建立通過閥的壓降與閥流量系數(shù)的關(guān)系。閥模型假定流量是絕熱的。閥模型可確定出口物流的熱狀態(tài)和相態(tài)。閥模型能執(zhí)行單相計算或多相計算?？梢杂嬋胗晒芫€接頭造成的壓頭損失的影響。有下列三種計算類型:規(guī)定了出口壓力的絕熱閃蒸（壓力變化器）計算在規(guī)定出口壓力下的閥流量（設(shè)計）計算所規(guī)定閥的出口壓力（核算）閥模型可以檢查被阻塞的流量?？捎嬎銡馕g指數(shù)。Pipe管線Pipe模塊計算單管段中的壓降和傳熱。Pipeline模塊可用于多管段的管線。不模擬入口效應(yīng)。Pipe可執(zhí)行單相計算或多相計算。如果入口壓力已知，Pipe可計算出出口壓力。如果出口壓力已知，Pipe可計算出入口壓力并可更新入口物流的狀態(tài)變量。例：空氣壓縮機使用一個等熵壓縮機在60F，14.7psia下，把100lbmol/hr的空氣壓縮到147psia的壓力，通過ASPENPLUS模擬該系統(tǒng)，流程圖如下：需確定：1.完成壓縮共需多少能量？2.出口空氣的溫度是多少？空氣100lbmol/hr21%O279%N214.7psia60F等熵壓縮機輸出壓力147.0psia例：閃蒸分離用閃蒸器將氣體分離為氣液兩相，進料溫度為400F，壓力為21atm(1atm=101325Pa)，組成為氫氣(30.0lbmor/hr)、氮氣(15.0lbmol/hr)、甲烷(43.0lbmol/hr)、環(huán)己烷(144.2lbmor/hr)、苯(0.2lbmol/hr)。閃蒸器在120F下操作且沒有壓力降，分離后氣相中夾帶的液相量為為0.012。（FLASH2模型，R-K-S方程計算熱力學(xué)模型）求：1.氣相的組成和流率是多少？2.做出閃蒸的熱力學(xué)曲線，并求進料的露點。3.如果要把進料分離為產(chǎn)品氣液相的摩爾分率相等，閃蒸器的溫度應(yīng)該為多少（其他操作參數(shù)恒定不變）？在新的閃蒸溫度下運行程序，并驗證結(jié)果。靈敏度分析當閃蒸溫度在120－400F范圍變化時，作圖觀察其對設(shè)備汽相分率的影響。汽相分率定義為離開塔頂?shù)臍怏w流量和塔的進料流率之比。換熱器換熱器模塊-HeaterHeater模塊在規(guī)定熱力學(xué)狀態(tài)下把多股入口物流混合生成單股出口物流。你能用Heater模擬:Heaters（加熱器）Coolers（冷卻器）Valves（閥門）Pumps（泵）和Compressors（壓縮機）(無論何時都不需要與功有關(guān)的結(jié)果。)換熱器模塊-HeatXHeatX

能模擬如下管殼換熱器類型:逆流和并流弓形隔板TEMAE,F,G,H,J和X殼圓形隔板TEMAE和F殼裸管和翅片管HeatX

執(zhí)行:全區(qū)域分析傳熱和壓降計算顯熱、氣泡狀汽化、凝結(jié)膜系數(shù)計算內(nèi)置的或用戶定義的關(guān)聯(lián)式HeatX

不能:進行設(shè)計計算進行機械震動分析估算污垢系數(shù)例：換熱器烴物流溫度200C，壓力4bar流量10000kg/hr，百分組成50%苯，20%苯乙烯，20%乙苯，10%水（wt%)冷卻水溫度20C，壓力10bar流量60000kg/hr，百分組成100%水簡捷法HEATX模擬烴出口氣化分率為為0（飽和液相）兩物流無壓降兩個HEATER模擬與簡捷法同樣的設(shè)定嚴格HEATX模擬殼程烴出口氣化分率為0（飽和液相）殼程直徑1m，管程數(shù)為1裸管300根，3m長，管心距31mm，內(nèi)徑21mm，外徑25mm所有管嘴100mm折流板5個，切削15%創(chuàng)建包含所有熱設(shè)計信息的熱曲線簡捷塔

嚴格塔DSTWU簡捷精餾（設(shè)計）DSTWU模塊用DistillationbyWinn-Underwood-Gilliland捷算法進行精餾塔的設(shè)計，根據(jù)給定的加料條件和分離要求計算最小回流比、最小理論板數(shù)、給定回流比下的理論板數(shù)和加料板位置。一個物流進料和兩個物流出料的塔DSTWU模型參數(shù)1、塔設(shè)定

(Columnspecifications)塔板數(shù)（Numberofstages)回流比（Refluxratio)2、關(guān)鍵組分回收率(Keycomponentrecoveries)輕關(guān)鍵組分在餾出物(dist)中的回收率餾出物中的輕關(guān)鍵組分/進料中的輕關(guān)鍵組分重關(guān)鍵組分在餾出物(dist)中的回收率餾出物中的重關(guān)鍵組分/進料中的重關(guān)鍵組分3、壓力(Pressure)冷凝器（Condenser)再沸器（Reboiler)4、冷凝器設(shè)定(Condenserspecifications)全凝器（Totalcondenser)帶汽相餾出物的部分冷凝器（Partialcondenserwithvapordistillate)帶汽、液相餾出物的部分冷凝器（Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate)RadFrac:嚴格多級分離RadFrac

模塊同時聯(lián)解物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系，用逐板計算方法求解給定塔設(shè)備的操作結(jié)果。

RadFrac

模塊用于精確計算精餾塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分離能力和設(shè)備參數(shù)?？蓪ο率鲞^程做兩相或三相模擬:普通蒸餾吸收,再沸吸收汽提,再沸汽提恒沸蒸餾反應(yīng)蒸餾RadFrac模型設(shè)定RadFrac模型具有以下設(shè)定表：1、配置（Configuration）2、流股（Streams）3、壓力（Pressure）4、冷凝器（Condenser）5、再沸器（Reboiler）6、三相（3-Phase）例：簡潔精餾塔（DSTWU）烷烴精餾塔組分：丙烷，異丁烷，正丁烷，異戊烷，正戊烷，正己烷物流：飽和液體進料、P=4.4atm流量：100lbmol/hr摩爾組成：丙烷0.05，異丁烷0.1，正丁烷0.3，異戊烷0.2，正戊烷0.15，正己烷0.2精餾塔規(guī)定：全凝器，釜式再沸器恒壓塔：4.4atm實際回流比/最小回流比＝1.3塔頂正丁烷（輕關(guān)鍵組分）的回收率＝99.08%塔頂異戊烷（重關(guān)鍵組分）的回收率＝1.124%用PENG-ROB方法計算實際回流比，實際塔板數(shù)，進料板，D/F*用嚴格法計算，并用繪圖向?qū)ё鞣蛛x因子（輕關(guān)鍵組分對重關(guān)鍵組分）圖例.嚴格精餾通過精餾塔來分離甲醇和水的混合物，進料組成為水63.2%，甲醇36.8%（質(zhì)量分數(shù)），流率為120000lb/hr，壓力為18psi(1psi=6894.76Pa)，飽和液體進料，精餾塔有38塊塔板，進料在第23塊塔板上（注：ASPENPLUS中規(guī)定冷凝器為第一塊塔板，所以進料板應(yīng)為為24）。塔頂壓力為16.1psi，每板壓力降為0.1psi，塔頂為全凝器，蒸出流率為39885lb/hr，回流比為1.3。選用NRTL-RK物性方法。求：再沸器，冷凝器的熱負荷，液相，氣相中水和甲醇的組成曲線再次運行模擬，提高板效率。（如果塔濃度曲線過于扁平，則應(yīng)減少塔板數(shù)，也可考慮其他變量如回流比，汽液比，進料位置，壓力，進料狀態(tài)）例.塔設(shè)計規(guī)定和尺寸繼續(xù)使用上例的精餾塔要求：要使塔頂蒸出甲醇的純度為99.95%，塔底水的純度為99.90%（質(zhì)量分數(shù)），改變蒸出率（在25000-55000lb/hr之間變化）和回流比（在0.8-2.0之間變化），求出答案并記錄冷凝器和再沸器的熱負荷。同樣設(shè)計規(guī)定，給定每塊塔板的墨弗里效率為65%，再沸器的板效率為90%。記錄冷凝器和再沸器的熱負荷。完成全塔尺寸計算，塔為泡罩塔，求出塔的直徑。使用靈敏度分析模擬結(jié)果，提高塔效率。苯和丙烯的原料物流FEED進入反應(yīng)器REACTOR，反應(yīng)后經(jīng)冷凝器COOL冷凝，進入分離器SEP。分離器頂部物流RECYCLE循環(huán)回反應(yīng)器，底部為產(chǎn)品物流PRODUCT。原料物流溫度為220F，壓力為36psi，苯和丙烯的摩爾流率均為40lbmol/hr.反應(yīng)器壓降和熱負荷均為0，反應(yīng)式為C6H6+C3H6->C9H12。丙烯轉(zhuǎn)化率為90％。冷凝器溫度130F，壓降0.1psi；分離器壓力1atm，熱負荷0苯和丙烯為原料合成異丙基苯靈敏度分析：冷卻器出口溫度怎樣影響產(chǎn)品物流純度?被調(diào)節(jié)變量：冷凝器出口溫度被測量變量：產(chǎn)品物流中異丙苯純度設(shè)計規(guī)定：冷卻器出口溫度是多少才能使異丙苯產(chǎn)品純度達到98％（摩爾分數(shù)）？被改變變量：冷凝器出口溫度被測量變量：產(chǎn)品物流中異丙苯摩爾分數(shù)規(guī)定目標：產(chǎn)品物流中異丙苯摩爾分數(shù)＝0.98靈敏度分析＋設(shè)計規(guī)定反應(yīng)器RStoic甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當反應(yīng)器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負荷是多少？

若反應(yīng)在恒壓及絕熱條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，反應(yīng)器進口溫度為950℃，當反應(yīng)器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時，反應(yīng)器出口溫度是多少？RYield甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，如果反應(yīng)器出口物流中摩爾比率CH4H2O:CO2:H2等于1:2:3:4時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？需要移走的反應(yīng)熱負荷是多少？此結(jié)果是否滿足總質(zhì)量平衡？是否滿足元素平衡？若在原料氣中加入25kmol/hr氮氣，其余條件不變，計算結(jié)果會發(fā)生什么變化？在Ryied模塊的產(chǎn)率設(shè)置項中將氮氣設(shè)置為惰性組份，重新計算，結(jié)果如何？REquil－1甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：（1）原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當反應(yīng)器出口處達到平衡時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負荷是多少？（2）分析反應(yīng)溫度在300~1000℃范圍變化時對反應(yīng)器出口物流CH4質(zhì)量分率的影響。

（3）將(1)中的反應(yīng)溫度設(shè)為1000℃，分別分析(1)和(2)的趨近平衡溫度在–200~0℃范圍變化時對反應(yīng)器出口物流CH4質(zhì)量分率和CO/CO2摩爾比的影響。RGibbs－1甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當反應(yīng)器出口處達到平衡時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負荷是多少？與REquil的結(jié)果進行比較。若在原料氣中加入25kmol/hr的氮氣，并考慮氮與氫結(jié)合生成氨的副反應(yīng)，求反應(yīng)器出口物流中CH4和NH3的質(zhì)量分率。如果將氮設(shè)為惰性組份，結(jié)果有什么變化？

RCSTR－1甲醛和氨按照以下化學(xué)反應(yīng)生成烏洛托品：反應(yīng)器容積為5