計(jì)算機(jī)與化工

計(jì)

算

機(jī)

與

化

工

Aspenplus在化工精儲(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及

Hysys軟件簡(jiǎn)介

AspenPlus化工模擬系統(tǒng)是美國(guó)麻省理工學(xué)院于20世紀(jì)70年代研制開(kāi)發(fā)的

大型化工模擬軟件，由于Aspen具有強(qiáng)大的單元操作模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)能力以及齊

全的物性數(shù)據(jù)庫(kù)和熱力學(xué)方法，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用化工過(guò)程的研究開(kāi)發(fā)、裝置

設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制、工藝優(yōu)化及技術(shù)改造等方面訓(xùn)。這套軟件系統(tǒng)功能齊全、

規(guī)模龐大，可用于石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護(hù)、動(dòng)力、

節(jié)能、食品加工等許多工業(yè)領(lǐng)域，將AspenPlus應(yīng)用于化工專業(yè)教學(xué)，不僅可以

培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，而且為學(xué)生將來(lái)從事相關(guān)行業(yè)的工作打下

了良好的基礎(chǔ)E1。

流程模擬就是將一個(gè)由許多個(gè)單元過(guò)程組成的化工流程用數(shù)字模型進(jìn)行描

述，并且在計(jì)算機(jī)上通過(guò)改變各種有效條件得到所需要的結(jié)果，如操作條件等。

—.ASPENPLUS基本功能

AspenPlus稱為"過(guò)程工程的先進(jìn)系統(tǒng)"(AdvancedSystemforProcess

Engineering,簡(jiǎn)稱ASPEN),該軟件經(jīng)過(guò)近30年來(lái)不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，成

為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件⑷。AspenPlus特點(diǎn)如下：

1.1具有完備的物性數(shù)據(jù)庫(kù)

物性模型和數(shù)據(jù)是得到精確可靠的模擬結(jié)果的關(guān)鍵。AspenPlus具有豐富

的物性數(shù)據(jù)和完備的物性模型。AspenPlus數(shù)據(jù)庫(kù)包括將近6000種純組分的物

性數(shù)據(jù)，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)，約3314種固體的

固體模型參數(shù)，61種化合物的Heiny常數(shù)參數(shù)，二元交互作用參數(shù)約40000多個(gè)。

AspenPlus是唯一獲準(zhǔn)與DECHEMA數(shù)據(jù)庫(kù)接口的軟件。該數(shù)據(jù)庫(kù)收集了世界上最

完備的氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)，共計(jì)25萬(wàn)多套數(shù)據(jù)。

1.2完整的單元操作模塊

AspenPlus包含完整的化工單元模塊，易于組建化工流程。單元模塊包括①

換熱器，包括加熱（冷卻）器、兩股物流換熱器和多股物流換熱器；②閃蒸器，

包括雙出口閃蒸和三出口閃蒸；③多級(jí)平衡計(jì)算，包括用于精偏、萃取、間歇

蒸儲(chǔ)和石油精煉過(guò)程的平衡計(jì)算及填料塔、板式塔的塔內(nèi)流體力學(xué)計(jì)算；④反

應(yīng)器，包括理想反應(yīng)器、平衡反應(yīng)、收率反應(yīng)器、化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器和最小自由能

反應(yīng)器；可用來(lái)對(duì)反應(yīng)器的物料和能量衡算，并進(jìn)行反應(yīng)器的設(shè)計(jì)；⑤其他，

包括混和器、分流器、多出口組分分離器、泵和壓縮機(jī)。

1.3分析工具

AspenPlus提供了一些重要的模擬分析工具。如：流程優(yōu)化、靈敏度分析、

設(shè)計(jì)規(guī)定及工況研究等。

二.AspenPlus中關(guān)于精編的模塊與需確定的條件

2.1精微的模塊

（1）簡(jiǎn)捷法模型：包括DSTWU（簡(jiǎn)捷法精偏設(shè)計(jì)模型）、Distl（簡(jiǎn)捷法精儲(chǔ)核算

型）、SCFrac（簡(jiǎn)捷法多塔蒸儲(chǔ)模型）。

（2）嚴(yán)格法模型：MuhiFrac（嚴(yán)格法多塔精儲(chǔ)模型）、PetroFrac（嚴(yán)格法分你

塔）、RateFrac（精儲(chǔ)的核算與設(shè)計(jì)模型）、Extract（嚴(yán)格萃取塔模型）。

其中RateFrac是一個(gè)基于流率的非平衡的模型，用于模擬各種類型的多級(jí)氣

一液精飾操作，可用于一般精微、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共

沸蒸儲(chǔ)。適用于兩相系統(tǒng)、窄沸程和寬沸程系統(tǒng)以及液相具有強(qiáng)的非理想程度系

統(tǒng)。其構(gòu)成包括任意組輸入、任意組側(cè)線、任意組加熱器（或熱流）和任意組傾析

器叫

2.2對(duì)于精儲(chǔ)模擬必須確定以下條件：

（1）進(jìn)料性質(zhì)（包括進(jìn)料的組成、溫度、壓力、進(jìn)料量、相數(shù)等）和進(jìn)料位置。

⑵出料性質(zhì)（包括相數(shù)等）和出料位置。

⑶塔的性質(zhì)，如塔板數(shù)、塔的壓力分布、回流比、氣相產(chǎn)品占塔頂總產(chǎn)品比率

或塔頂出料、塔底出料、回流量等。其它如側(cè)線出料、加熱器和再沸器的熱負(fù)荷、

蒸氣組分初值、塔板效率、回流溫度、填料性質(zhì)或塔板性質(zhì)等，都可以由模擬者

根據(jù)要求設(shè)定?、對(duì)于一個(gè)模擬過(guò)程來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確無(wú)誤地選擇物性是模擬結(jié)果好

壞的關(guān)鍵。ASPENPLUS為單元操作計(jì)算提供了熱力學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)，在典型的

AS.PENPLUS模擬中，常用的物理性質(zhì)參數(shù)有逸度系數(shù)、焰、密度、嫡和自由能。

下文以常壓操作連續(xù)篩板精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)工藝為例，簡(jiǎn)要介紹了ASPENPLUS化工模擬

系統(tǒng)在精偏過(guò)程中的應(yīng)用。

三.精儲(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)實(shí)例：常壓操作連續(xù)篩板精微塔設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

進(jìn)料組分：水63.2樂(lè)甲醇38.6%（質(zhì)量分率）；

處理量：水甲醇混合液55t/h；

進(jìn)料熱狀態(tài)：飽和液相進(jìn)料；

進(jìn)料壓力：125kPa；

操作壓力：110kPa；

單板壓降：=0.7kPa；

塔頂偏出液：甲醇量大于99.5%（質(zhì)量分率）

塔底釜液：水量大于99.5%（質(zhì)量分率）

回流比：自選

全塔效率：Er=52%

熱源：低壓飽和水蒸汽

設(shè)計(jì)任務(wù)：1確定理論塔板數(shù)

2確定合適的回流比

模擬流程如下:

Eil，EdilRz.I??1SRMLibraryfind**}f?lp

p|Gg|oiaiai'iei>g|血?旦蛇網(wǎng)犀>|.?|彳刈

門井府心l；［n|￡|T㈤||畫(huà)"網(wǎng)

C

.M?w57splttenSeparatorsHeatExchangersColuinntReactou|PresureChanoersMarwpdatois|Sokds|Um-I?

二槨?/‘(1'8’腔以方'C,卻!

STREAMS"DSTWUDiidRadFracExboctMiAFracSCFrocPefroFracRate^racBaichFroc

繪制流股，對(duì)模塊和物流進(jìn)行命名如下：

file{ditYicQat?lootsfitxn?lEah?etLx^rtrytmdovHelp

IDltfiaialaln凰為N>|“|H|■!旦旦倒

模擬設(shè)置:

OSpeciic^tionsr4"i-?i?iiAi―faa口匚|N，I

為

-Setiq>/GlobalDescription|AccounhngDiagnostics|

。Specified

。SimulationOp

。StreanClass蒸t雷模擬

+

4]Substretms

+UnitsofGlobalsettings

Umts-Setsr

0CustoaUnitsInpuldata:▼]Rinlype:Flowsheetn

ReportOptionOutputre$ul$|三]Inputmode:^l

薊。Steady-Slater

>Componentsn

魚(yú)Streamdd$$CONVEN

+Properties^

疝

+StreamsFlowbasts:Moler

薊n

+BlocksAmbientpressure:|p^

口n

Reactionsr

:+口Ambienttemp：50IF

ConvergenceH

+D

FlowsheetingOpticVakjphases.

D

i*+ModelAnalysisToe

M「Usefreewa*ercalcdabons

+EOConfiguration

口

ResultsSummary

InputCoapl?t?

(0Specific4bons-:|4al?|(AI->>|口|尚|

P訝SetupGloba,DescriptionAccounting|Diagnoshcs

OSpecificeti

。SimulttionOpAspenPlu$accountnginfoemdtion

OStr??mClass

Username:

?Substr??n>s

r清Units**S?tsAccountnumber

?CustomUxutxProjectID:

ReportOption

。Projectname:

?

Components

+

Properties

+

Stress

+

Blocks

?

Reactions

?

Conv?rc?nce

?

?Flovsh??tin<Optic

?Rod?lAnalysisToe

?E0Con￡icur?tion

ResultsSUMary

InputCoMpleit

定義組分:

引回wrF*l~?l3>>]口卜N?

/SelectionPeboteum|Nonconventional|Databanks

Specifications

?SimulationOptionsDefinecomponents

StreanClass

ComponentIDTypeComponentnameFormula

)Substrewns

jVmts-SetsWATERConventionalWATERH20

CustomUnitsMETHA-O1->-?METHANOLCH4O

ReportOptions

*

?ponents

Specificati?ns

)Ass?y/Bl?nd

Lift-EndFroperiits

jPttroChar?ct?riratio：

Pseudoconpontnts

MtrYgps

]XewyCo?psFindIElecV/izardU$e(DefinedReotdeiReview

UNIFACGroups

jCo?p-<Jroupx

jCo?p"Lists2c?pen?fttIDIfdata&r?teb?retrievedfreeiat&kaftks.eatereitherZecpcncctXBMer

opertitsFcrsula.S??n?lp.

InputCo?pl?t?

確定物性計(jì)算方法：選擇NRTL-RK方法

OSpecifications而卜匕[|川?|(Ali->>|口卜當(dāng)|N>|

ISpecifications人GlobalFlowshedSectionsReferenced

]Ass?y/Bl?nd

LifhLEndProptrtiesPropertymethods&models

Propertymethod:NRTL-RK

jPtiroCh*r?ct?rixttio:Processtype|ALLd

Pz?udocompon?ntt

「Modifypropertymodel$

Atlr-CgpMBasemethod|NRTL-RK▼

(HenryCompsHenrycomponents-2Jmd

UNIFACGroups

Petroleumcalculabonoptionsz

(Co?p*<jroupsF

(Co?p-ListsFree-watermethod▼n

opertiesWater$olubiity三

SpecificaliOBS

jPropertyl?thodsEiectroMecalculationoptionszl

jEsti??tion三1

ChermstiyID:▼

jMol?cultrStructureFW

jPare??t?rsPL

jDat*p

|Analysis

]Prop-S?tsKm^cdlidr^voec?oustteaefstat*withH*ary'sla*.

jAdvancedv

<>7

InputCompltte

|0NRTL-1三|￡)|b[ENG3刎*?||Ai三|>>]口|聞N?|

jPttroCharacttnzatia八/input"D44nk$|

Pstudocompon?nts

Attr-CompxP&am&w|NTDataset|1Dechema

]MtnryComps

VFIFACGroupsTemperature-dependentbinaryparameters

]Comp-Groups

jComp-List備

Componenti|WATER=]

operti?sI二J

SpedficationsComponentj|METHA-OI▼]~n

PropertylethodsTempeiatureF▲

Estination

SouceVLEHK—

MolecularStructure

ParametersMJ4824100000

f*|PureComponentAJI?2626000000

!，BinaryInteract”

ANDKIJ-1

ANMIJ-1「EstimateailrrussngparametersbyUNIFAC

oHENRY-1

IBTL-1

RKTKIJ-1

定義流股條件：該題目的進(jìn)料熱狀態(tài)為飽和液體參數(shù)如下:

氣相分率：0

壓力：輸入125kPa

進(jìn)料流量：193950kg/hr

質(zhì)量分率：水：0.632

甲醇:0.368

gInput回田(ENG30<<||AIP必國(guó)畫(huà)剜

亡]UNIFACGroupBintA/Specifications|FlashOptionsiEOOptions1

亡JResults

]DataSubstreamname:yMIXEDw_

JAnalysisComposition

]Prop-Sets

|Mass-Frac「

jAdvancedd

re?as

ComponentV^ue

口

IRATER0.S32

)FEED

METHA-01-

OInput0368

|~1Results

HE0V?riable:

IL

ocks

actions

nvergence

Total:[T

owsheetingOptions

d?lAnalyiisTools

Conficuration

stiltsSwwaryv

InputComplet*

定義回流：回流比為最小回流比的2倍

定義輕重關(guān)鍵組分的回收率：輕組分：0.9983

重組分:0.0029

?InrnF囪圍[ENG3刎fI?|向j~^]?|口|%|N?|

CjUNIFACGroupBin，人wSpecificationsCalculationOptions|Convergence|

PlRtsullx

ColumnspecificationsPressure

)Analysis

「Numbei1制Condenser|11O|kPa

|Prop-S?t?ofstages:ZJ

|13O|kPa

jAdvancedGReduxratiop-Reboiler:,d

r?Mis

]DKeycomponertrecoveriesCondemet$pecificdbon$

jFEED

Lightkey:(?Totalcondenser

cComp:|METHAO1▼]

kt「Partialcondenserwithalvapor

BOlRecor|09983distilate

OInput「Partialcondenserwithvapor

SBlockOptionsHeavykejrandliquiddstiate

ResultsComp[WATER

Ditfillartevapor"action:「一

OE0VariablesRecov:|ijl<L.,

OEOInput

HSpecGroups

PortsBaccrtLcthea^yx?yccorcaentmdistillatexclesheavy<?yindistillatescless??vy

ISseed

StrewnResults

InputCompltlt

模擬計(jì)算結(jié)果如下:

>IIN-I冢IM

-國(guó)|CclculationS?quence|

.Bl<<LoadingSimulationEngine17:34:13ThuMay5,2011?

->Proce33inginputspecifications???

FlowsheetAnalysis:

CONFUTATIONORDERFORTHEFLOWSHEET:

Bl

-^Calculationsbegin...

Block:BlModel:DSTWU

->Siaulationcalculationscompleted...

MoreM

Allblockshav?b?*n?x?cut?d

Q|RunStatus■3aftIZl>1*31ReMs色>>]」閭N?|

+倒StreamsSummary

也由Blocks

￡囪ResultsSummary

Q|Bu>StatusC*uldhon$werecompletednormally

QStress

JConvergence

A$penPlusVersion|11.1

TWe:慨聞函

Dateandtme:|MAY5.20115:59:15P.M.

Username[ADMINISTRATOR

SiteID.|TEAM_EAT

Machinetype[WIN32Hostcomputer.|F8C7BCeCO3A4^

Use?and?tobrowseresults

QRemits二]回七|zJ為"]?||Results31>>]口陶N?|

-iMStyxSuoinidiyBalance1

曰MD

□ResultsResulU

1EOVaridMinmumrefluxrabo:iajc賴涵

日MFEE

Actuallefltwratio:244724143

E3Rtsults

(9EOVtridMinrnumnumberotstages901279331

-當(dāng)LNumbetofactualstages:13302556

Results

aFeedstage934955661

(1EOVarial

BlocksNumberofactualstagesabovefeed8.34955661

9

BlReboilerheatingrequred341747678Btu/hr

aCondensercooingrequired:33199198.7

(1EOVaria)Btu/hr

□Strew&Distihtetemperature152.192908F

m苗

ResultsSUMaryBottomtemperature:224.698423F▼1

WARunStatus

nStreams

jConvergence

<>

R?snltsAvailtbl?

靈敏度分析：

1回流比對(duì)塔盤數(shù)的影響分析

|Sensitiviiy3SfEFF-I*?l面F>>l」l闔M

?Setup

+[前Coaponentx

t.Proper"”

士翁Streams

tMBlocks

+f*JReactions

+Convergence

+FlowsheetingOptic

-QjModelAnalysisTo(

_jjSensitirity

■]Optimization

:.]Constraint

電亡]DataFit

?1UjCaseStudy

+EOConfiguration

+堂(ResultsSummary

R?xoltsWotAvtiltblt

定義測(cè)量變量

N》Close

Letsyouselectthevariablenax-.Assz;ledinputvarxaclszusteitherhaveceen

previouslyenteredasinputspecificationorhaveadefaultvalue.

Selectavariablecategoryandreference

Reference

Variablename:|/RZ

Type:IBlock-Var3

CategoryBlock:3

Variable:ACT-REFLUX

(?BlocksSentence:|RESULTS

CStreams

ModelUtility

Property

Reactions

N》Close

Letsyouselectthevariableuse.Azaxpledinputvariablez;xsteitherhavebeen

previouslyenteredasaninputspecific&tioncrhave&defaultvalue.

1N-RCURVE73iSiB[ENG2*1叫?l內(nèi)3必01閹N?|

S?tnpyDefine|w*Vary|.Tabul*e|Foctran|DeclarabonsOptional|

Co?pon?nts

Prop?rti?s

StrtMz

"Blocks

1Reactions

9Convergence

LFlowsheetin^Options

ModelAnalysisTools

-jjSensitinty

應(yīng)&l-BCVRVZ

Input

[~~1Results

JJOptiAixation

2JConstraint

DttaFit

2J口

EC?s?Study

oConfi(ur?tion

ResultsSum*ary

R?qvir?dInputIncompl?t?

定義操作變量：

SensitivityH-RCURVE-DataBrovser

|^|N-RCURVEF囪[ENG3*1-1?|[Aii?|口|喇N*|

&Setup*/DefinewVaiywTabulate|FotUaniDeciaralions|Opbonal

4Coaipontnts

4PropertiesVariablenumber.1▼

QStreams

BlocksManipulatedvariable

JR?*ctions

Type：

gConv<rc?nc?

|Flowsh??tingOptionsBlock

JMod"AnalystsToolsVanable:

O]SensitivitySentence

亞V-BCV1VZ

DInput

匚|Results

「]Optimization

1*1Constraint

?口DataFit

?匚JCaseStudy

4EOConfiguration

卜1Result*StmmaryN_as?xofpexetsincluixnclewrasxu^?xlixits*enst*￡t.erftrtraa.expressioninttm

EreoaD?fin?FcrtrsnRisht-clicktoselectVar&MltList.th?ftv*?

sraf-axs-srept?copyxesiaedvariables.

R?quir?dInputIncompltt*

定義顯示結(jié)果:

|克NKCURVE三|回石[ENG3?||AII-?□N?

力

S?tupyDefre；，VaiyvTabulateFortranDeclarations|Opbond

力

Co?ponents

力

uProperties

HStreams

Blocks

Reactions

力

Convergence

「FlowsheetingOptions

廿ModelAnalysisTools

.OlSensitivity

-0I-KCVRVE

.Input

J[~~lResults

OptimizAtioxi

-

*Constraint

mDataPit

?TableFotmaJI

zCaseStudy

-Configuration

yEO

ResultsSummaryi..e1:;::r---工xnterxs::，：二—：ir;：-leri-e，：：：：工ir.titi

*xtht-c*icktoa?l?ctVariableLxst.then??*dra**aAd*drcptocoprvariMlesdefineden

sheets.

R?quir?dInputInco?pl?t?

計(jì)算結(jié)果顯示：

由NRCURVE三］回王廠F《11ResultsW必口閩對(duì)

-弱StrumsSumcna?yDefreVariable|

-匈D

P3ResultStatusVARY1N

(j|EOVar81

F3JFEEDPARAM

Q|ResultRR

(fEOVar

E%L

Result

?OK12574,9002624

5EO￥a

OK1.3061224532,5069682

-：壁Blocks

-?BlOK1.362244923.982416

QIResultOK1.4183673520,600261

QEOVv

OK1.474489818.9534148

QStr.a

-?od”AnalysisO0523172▼1

-Stnsitivit：

-3—KU

□R

-WResultsSxunnaryv

R?sultsAvtil?bl?

圖形顯示:

一確定—取消應(yīng)用0)

2輕組分回收率對(duì)理論塔板數(shù)的影響

輕組分回收率的變化范圍為0.950-0.999.

心NAOJRVE￡)f~b［ENG*1川?陶?|口|?|N?|

。Specifications人/Define^Vary|dTabulate|FortranDedar^iorts|Optional

。SimulationOptions

OStrea?Class

八］Substreaws

"5Vnits-Sets

。CustomUnits

。ReportOptions

Coaponents

Prop?rti?z

Strews

Bloch

R?actions

Convtrc?nc?

Flowsh??tincOptions

ModelAntlysisTools

公］Sensitivity

0IBCUIVI

OInput

I7\lResults

二JOptimixetionv

BiRewit73魚(yú)T6F73<<||日?刃?|口@IN?|

%5

MStr??mxSummaiyDeineVdiidble

Blocks

■od?lAnalysisTo(StatusVARY1N

aafVISensitivity81

-yN-RCURVEPARAM

Q|ResiRECOVL

-ResultsSunmtry

Q|RunStatus

QStr?M?s

?OK0.9510.6417471

]Conv?r(tnc?

OK0.95110.6605115

OK0.95210.6795893

OK0953106990031

OK0.95410.7187427

OK0.95510.7388466

<>

R”21rAvailable

SensitivityM-RCURVEResu...「■

由圖可以看出，輕組分的回收率在0.950-0.999之間變動(dòng)，隨著它的增大塔板數(shù)

隨之增大，特別指出的是，回收率大于0.990之后，隨著回收率的增大理論塔板

數(shù)急劇增大，在實(shí)際生產(chǎn)中考慮分離要求和經(jīng)濟(jì)因素，選擇合適的回收率。

四.結(jié)論

(DAspenplus具有完備的物性數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，備有全面的化工單元操作模

型，能方便地構(gòu)成各種化工生產(chǎn)流程。將Aspenplus軟件引人到化工設(shè)計(jì)課程教

學(xué)之中，可以大大提高學(xué)生解決復(fù)雜工程方面的能力，對(duì)提高學(xué)生設(shè)計(jì)水平大有

益處。

(2)ASPENPLUS化工模擬系統(tǒng)中的RateFrac精微模型，能方便快捷地應(yīng)用于

精微塔的設(shè)計(jì)和操作分析，而且可以節(jié)省大量的人力和物力資源，大大提高工作

效率。

參考文獻(xiàn)

[1]WilliamL.Luyben.Distillationdesignandcontrolusing

Aspensimulation[J].Hoboken：JohnWiley&