ASPEN PLUS实训报告.docx

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ASPENPLUS实训报告

目录

第一章绪论………………………………………………………………………………1

1.1化工模拟…………………………………………………………………………1

1.2流程模拟…………………………………………………………………………1

1.2.1流程的建立………………………………………………………………1

1.2.2变量的设置………………………………………………………………1

1.2.3程序的运行………………………………………………………………1

1.3单元模拟…………………………………………………………………………2

1.4单元模拟与流程模拟的关系……………………………………………………2

第二章Aspenplus流程模拟软件…………………………………………………2

2.1Aspenplus流程模拟软件介绍…………………………………………………2

2.2Aspenplus的启动………………………………………………………………2

2.3Aspenplus用户界面……………………………………………………………3

2.4数据浏览器………………………………………………………………………3

第三章Aspenplus的操作实例……………………………………………………4

3.1实例1——空气压缩机的模拟……………………………………………………4

3.1.1实例1给定条……………………………………………………………4

3.1.2实例1的操作步骤及说明…………………………………………………4

3.2实例2——简捷法精馏塔的模拟…………………………………………………9

3.2.1实例2给定条件……………………………………………………………9

3.2.2实例2的操作步骤及说明…………………………………………………9

3.3实例3——RadFrac的模拟………………………………………………………13

3.3.1实例3给定条件……………………………………………………………13

3.3.2实例3的操作步骤及说明…………………………………………………13

3.4灵敏度分析…………………………………………………………………………21

3.4.1实例4给定条件……………………………………………………………21

3.4.2实例4的操作步骤及说明…………………………………………………22

第四章学习心得及体会………………………………………………………………27

第一章绪论

化学工程是研究化学工业和其他过程工业（processindustry）生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门学科。

其中化学过程是指物质发生化学变化的反应过程，而物理过程是指物质不经化学反应而发生的组成、性质、状态、能量的变化过程。

在实际的工业生产中，虽然很多过程的表现形式多种多样，但均可以分解为上述化学过程和物理过程，所有这些过程，都可以通过化学工程的研究，认识和阐述其规律性，并使之反应用于生产过程和装置的开发、设计、操作，以达到优化和提高效率的目的。

1.1化工模拟

化学工程的研究对象通常是非常复杂的，主要表现在过程本身的复杂性、物质的复杂性以及物系流动时边界的复杂性。

由于化学工程对象的而这些特点，使得解析方法在化学工程研究中往往失效。

化学工程初期的主要方法是经验放大，通过多层次、逐级扩大的实验，探索放大规律。

而这种经验方法耗资大、费时长、效果差，只到20世纪人们利用计算机结算化工过程的数学模拟，以模拟化工过程系统的性能，经过40年的发展，化工过程模拟已成为普遍采用的常规手段，广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产操作的控制欲优化。

随着计算机产业的发展，计算机硬件的性价比不断提高，目前，过程模拟的发展趋势是将单纯过程模拟与其他应用软件结合在一起，集成化、网络化，成为整个企业创新、管理和应用的工具。

1.2流程模拟

化工过程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据，如物料的压力、温度、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数。

采用适当的模拟软件，将每一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，用计算机模拟实际的生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果。

随着计算机技术的发展以及应用软件技术的开发，化工过程模拟技术日趋成熟和实用，商业化软件出现于化工过程模拟中，其主要的代表有Aspenplus系统和PRO/E系统。

1.2.1流程的建立

化工流程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程，因此流程模拟的第一步就是要在计算机上建立需要模拟的流程。

在建立过程中，根据需要模拟的实际过程选择合适的模型去描述每一个单元操作过程；根据实际流程中的物料走向将单元操作的模块连接起来，形成完整的模拟所需要的工艺流程。

1.2.2变量的设置

流程建立后，用户应选择所需要进行的流程模拟类型。

根据模拟的需要完成必须的和可选的变量的输入。

其中包括模拟的名称、所用单位等变量的输入、设计的物流的组分和组成的定义以及热力学模型的选择、物性相关变量的输入及选择；也包括设备的尺寸以及操作的温度、压力等操作参数的确定；用户也可根据自己的需要选择输入报告的输出及格式。

1.2.3程序的运行

流程的定义和变量的设置完成后，用户就可以根据需要的采用合适的方式运行流程模拟了。

1.3单元模拟

在单元模拟中,用N-S方程这个高度复杂的非线性偏微分方程组来描述质量、动量、能量之间的关系。

为求解该方程组，采用离散原理，将单元设备划分为许多微元，并在微元上用代数方程近似偏微分方程，然后联立求解所有微元代数方程及边界方程，得到各个微元上的参数。

在实际过程中，单元内部的介质基本是多组分或多相的，传质、传热、反应过程相互耦合。

微模拟那些复杂过程，可以对介质的每一相或每一组分分别求解N-S方程、各相或各组分通过各组N-S方程之间质量、力、热量的相互传递、相互影响。

单元模拟技术可以提供传统手段难以获得的大量信息，通过这些信息可以深入理解单元过程内部的机理，在发生异常时亦有助于分析原因。

单元模拟的应用主要有工程放大、技术创新、诊断及扩能改造以及生产调优以及控制。

1.4流程模拟与单元模拟的关系

流程模拟和单元模拟两者既有不同，又有相互联系的。

两者的不同主要变现有①流程模拟的处理对象时全工艺流程，本质上计算系统各单元过程之间相互影响关系，其结果主要用于流程参数调优，提高生产效率。

②流程模拟本质上是半经验性的，因此所能处理的单元过程类型以及工艺参数范围仅限于数据库的已有数据。

③流程模拟基本上市一维模拟，可得到参数沿流程的变化，但不能获得参数的空间分布。

在实际工业应用中，流程模拟和单元模拟是互补的。

对于流程模拟不能处理的新型单元过程或超常工艺、操作参数,通过单元模拟检验或建模后可以扩充流程模拟的数据库。

用流程模拟优化全流程参数以及确定全流程关键单元过程后,可用单元模拟对关键过程进一步优化。

因此,单元模拟与流程模拟是互补的两种基本过程手段,只是单元模拟实际工业应用的时间晚于流程模拟。

第二章Aspenplus流程模拟软件

2.1Aspenplus流程模拟软件介绍

Aspenplus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软件，它为用户提供了一套完整的单元操作模型，用于模拟各种操作过程，从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。

其主要有物性数据库、单元操作模块以及系统实现策略三大部分组成。

Aspenplus是目前应用最为广泛的化工大型通用流程模拟系统，是世界上唯一能处理带有固体、电解质及煤、生物物质和常规物料等复杂的流程模拟系统，其相平衡及多塔精馏计算体现了目前工艺技术水平的重要进展。

2.2Aspenplus的启动

BlankSimulation空白模拟

Template模板

OpenanexistingSimulation打开已存在的模拟

如下图所示：

2.3Aspenplus用户界面

2.4数据浏览器

如下图所示：

第三章Aspenplus的操作实例

3.1实例1——空气压缩机的模拟

3.1.1实例1给定条件

使用一个等熵压缩机在60℉、14.7pais下把100lbmole/hr的空气压缩到147psia的压力，通过AspenPlus模拟该系统。

其中空气组成为21%O2、79%的N2。

流程如下图

图1压缩过程

在流程模拟完成的最后需确定：

（1）完成压缩共需要多少能量？

[用hp表示（1hp=745.700w）]

（2）出口空气的温度是多少？

（℉）

3.1.2实例1的操作步骤及说明

步骤一在电脑上启动Aspenplus用户界面：

Aspenplus用户界面后，Aspenplus将会

打开并提示从以下三项中选择一项,即BlankSimulation（空白模拟）Template（模板）OpenanexistingSimulation（打开已存在的模拟）,选择空白模板（BlankSimulation）点击”OK”。

如下图所示：

完成后将开始模拟。

步骤二创建模拟流程图

（1）用鼠标左键单击“PressureChangers”按钮。

（2）用鼠标单击“Compr”

箭头。

将会弹出如下图所示的4

个压缩机图形，从中选择合适的类型。

（3）将压缩机插入模拟流程图。

（4）在AspenPlus窗口底部点击“STREAMS”箭头。

（5）用鼠标左键单击“Material”图形。

（6）添加物流的连接。

（7）按“Next”按钮，将有如下提示。

然后按“确定”键，进入有关计算参数输入窗口。

步骤三完成输入规定

在上述操作后将会弹出如右图所示的对话框，其说明的是必须在Accounting菜单中一定要输入用户名（Username）。

如09160207或guoxuexu。

否则，程序输完后不能执行。

（1）继续上述操作，点击”Next”按钮将会弹出如下对话框，点击Find分别输入O2、N2,对应选择后点击Add进行添加完成后点击Close关闭其对话框。

点击Find将会弹出下图所示的窗口：

分别氧气和氮气：

点击Add进行添加：

（2）继续上述步骤。

单

击“Next”按钮，将会进

入规定物性的窗口。

单击

下拉箭头可以得到选择菜

单。

在这里选择“PK-SOA

VE”模型。

如图所示：

（3）点击”Next”按

钮，进入设置二元交互作

用参数的窗口。

弹出如图

所示的对话框，表示已经

完成物性规定，可以继续

进行下一步设置了，单击

“OK”.如图所示;

（4）在空气流股中输

入温度为60F，压力14.7

psi,摩尔流率100lbmol/hr。

如果不是所需的单位，可

以下拉菜单中选择所用

的单位。

在“Composition”栏通过下拉箭头打开组

成菜单，选择摩尔分率

（Molefrac）并输入空

气的组成（氧气21氮气

79）。

如图所示：

（5）单击“Next”按钮，进入模块设置窗口，在Compressormodel中选择等熵压缩（lsentropic）在“Dischargepressure”栏输入出口压力14psi。

如图所示：

（6）单击“Next”按钮，弹出如下图所示的对话框，表明所需的设计规定都已经完成设置。

如果想运行模拟程序，就单击”OK”。

（7）当程序收敛时，单击”Next”按钮，进入Data菜单，查看结果选项。

使用浏览按钮来向前或向后查看结果也可单击“Blocks”文件夹里的“B1”来得到如下图所示的结果。

3.2实例2——闪蒸分离的模拟

3.2.1实例2给定条件

含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.025MPa、T=30℃）用精馏塔（塔顶压力0.02MPa、塔底压力0.03MPa）分离，要求99.8%的乙苯从塔顶排出，99.9%的苯乙烯从塔底排出，采用全凝器。

（1）求：

Rmin，NTmin，R=1.5Rmin时的R，NT和NF。

（2）绘制NT~R关系图，根据该图选取合理的R值，求取相应的NT、NF、全凝器和再沸器的温度和热负荷。

3.2.2实例2的操作步骤及说明

在模型菜单中单击“Columns”按钮，如下图所示：

在”DSTWU”的下拉菜单中选择“ICON1”图标，如图所示：

将压缩机插入模拟流程图。

在AspenPlus窗口底部点击“STREAMS”箭头。

用

鼠标左键单击“Material图形。

添加

物流的连接。

如图所示:

点击“Next”按钮，输入用户名如：

“郭学旭”否则，程序输完后不能执行。

继续进行下一步点击“Next”按钮将会弹出如下对话框，点击Find分别输入O2、N2,对应选择后点击Add进行添加完成后点击Close关闭其对话框。

如下图所示：

继续上述步骤。

单击“Next”按钮，将会进入规定物性的窗口。

单击下拉箭头可以得到选择菜单。

在这里选择“PK-SOAVE”模型。

如图所示：

点击“Next”按钮进入流股输入窗口，其中温度为30C、压力为0.025MPa进料量为1000Kg/hr如果不是所需的单位，可以下拉菜单中选择所用的单位。

在“Composition”栏通过下拉箭头打开组成菜单，选择摩尔分率（Molefrac）并输入混合物组成（乙苯为30、苯乙烯为70）如图所示：

点击“Next”按钮，分别输入其回流比、轻重组分的含量、塔顶塔底的压力以及全凝器的选择。

如图所示：

当程序收敛时，点击“Next”按钮使用浏览按钮来向前或向后查看结果也可单“Blocks”文件夹里的“B1”来得到.

如下图所示的结果:

在菜单树里面双击Blocks,在input下在Calculationoptions下输入，如下图所示：

点击“Next”按钮从而计算结果，在Results下查询如下图所示：

在Plot工具菜单中，以Refluxratio为Y轴，以TheoreticalStages为X轴作图，然后点击Dispiayplot可得到如下图：

由NT~R关系图可知：

其最佳回流比为R=17.2,得到塔板数为33块,则重新输入进行计算,如下图所示:

点击”NEXT”按钮进行计算，其相应的结果如下图所示;

由图可知：

实际的塔板数NT=33，进料板位置NF=28，冷凝器的出口温度T=85.24℃,热负荷为417.0KW,再沸器的出口温度T=185.44F，热负荷为452.21KW。

3.3实例3——RadFrac的模拟

3.3.1实例3给定条件

通过精馏塔来分离甲醇和水的混合物。

进料组成为水63.2%（质量分数），甲醇36.8%（质量分数），流率为120000lb/hr，压力为19psi（1psi=6894.76Pa），饱和液体进料（进料的气相分率为0），精馏塔有38块塔板，进料在第23块板上（注意：

根据AspenPlus的定义，冷凝器为1#板，所以进料板应该是第24块）。

塔顶压力为16.1psi，每板的压力降为0.1psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为39855lb/hr，回流比为1.3。

选用NRTL-RK物性方法。

（1）确定再沸器和冷凝器的热负荷

（2）做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线

（3）要使塔顶蒸出甲醇的纯度为99.95%（质量分数），塔底水的纯度为99.90%（质量分数）。

若蒸出率在25000~55000lb/hr之间，回流比在0.8~2.0之间变化。

求解计算结果。

（4）给定每块塔板的默弗里效率为65%，假定再沸器的板效率为90%。

记录冷凝器和再沸器的热负荷。

3.3.2实例3的操作步骤及说明

在流程图窗口，左键点击“Column”按钮，在“RadFrac”的下拉箭头中单击”FRACT1”的图标，将蒸馏插入模拟流程图。

在AspenPlus窗口底部点击“STREAMS”箭头。

添加物流的连接。

如图所示：

点击“Next”按钮，

输入用户名如：

“郭学

旭”否则，程序输完后

不能执行。

继续进行下一步点击“Next”按钮将会弹出如下对话框，点击Find分别输入CH4O、H2O,对应选择后点击Add进行添加完成后点击Close关闭其对话框。

如下图所示：

继续上述步骤。

单击“Next”按钮，将会进入规定物性的窗口。

单击下拉箭头可以得到选择菜单。

在这里选择“NRTL-RK”模型。

如图所示：

单击“Next”按钮，输入给定进料的参数如温度、压力、流率。

由于给定是饱和液体进料故应选择气相分率为0，进行参数的输入，如图所示：

接着进入到模块输入的窗口，选择全凝器和塔再沸，并输入塔板数为38，蒸出率39885lb/hr,回流比为1.3。

如下图所示：

单击“Next”按钮，直接输入模块的压力窗口，输入塔顶压力为16.1psi，每块塔板的压力降为0.1psi，如图所示：

继续点击“Next”按钮从而计算结果，在Results下查询即再沸器和冷凝器的热负荷，如图所示：

有上述果，再结合使用数据浏览器查看DIST-COL的结果，在Plot的下拉菜单中，选择PlotWizard。

接着选择作图类型（组成曲线）选择Comp点击”Next”如图所示:

为了做出甲醇和水的曲线,用”>>”选项把两个都选了。

如图所示：

重复上述操作步骤,在Plot工具菜单中,点击Dispiayplot.从而依次得到甲醇和

水的组成曲线，如图所示：

其中，气相中甲醇和水的组成曲线，如图所示：

液相中甲醇和水的组成曲线，如图所示：

在数据浏览器中,点击

Blocks→DIST-COL→DesignSpecs。

接着单击“New”弹出如图所示的

窗口。

在单击“OK”，得到选择设

计规定的窗口，选择质量浓度作为

第一设计浓度规定，并输入目的值

0.9995。

如图所示;

单击“Next”按钮，得到组分清单，在清单里选择组分，并给浓度规定基本组分。

清单的左边是可得到的组分和基本组分，右边为已选择的组分。

点击甲醇，使其高亮示在点击“>”把它移动到左边。

如图所示：

继续点击“Next”按钮进入物流清单，因为0.9995是塔顶蒸出的甲醇浓度，所以择“2”如图所示：

继续单击“Next”按钮转入Vary清单，跟着程序往下，选择“Distillaterate”（蒸出率）为250000~55000ilb/hr。

如图所示：

如果单击“Next”按钮，AspenPlus就会准备运行模拟程序。

此时不要点击“OK”，还要输入另外一个设计规定（塔顶水的浓度）。

点击取消（Cancel），再进入设计规定清单（跟原来一样），选择塔顶水浓度为0.999。

同样地，第二次选择Vary变量回流比为0.8~2。

如下图所示：

单击“Next”按钮，则运行

模拟程序，在Results下查

询结果。

如图所示：

其中，冷凝器热负荷，如图所示：

再沸器热负荷如图所示：

在浏览器中，单击“Blocks→DIST-COL→Efficiencies。

选择默弗里效率并给定板效率。

单击“Vapor-Liquid”

选项，输入板效率。

给定第

2块塔板效率为0.65，再给

第37块输入板效率为0.65，

则Aspenplus会默认为第

2~37块的板效率都是0.65。

输入再沸器的效率为0.9。

如图所示：

运行模拟程单击“Next”按钮，则运行模拟程序，在Results下查询结果。

如图所示：

冷凝器热负荷结果如图所示：

再沸器热负荷结果如图所示：

3.4灵敏度分析

3.4.1实例4给定条件

进料温度为400℉，压力为21atm，组成为氢气（30.0lbmol/hr）、氮气（15.0lbmol/hr）、甲烷（43.0lbmol/hr）、环己烷（144.2lbmol/hr）、苯（0.2lbmol/hr）。

闪蒸器在120℉下操作且没有压力降，分离后气相中夹带的液相量为0.012.用RKS方程估算热力学性质。

（1）确定气相的组成和流率是多少？

（2）做出闪蒸的热力学曲线，并求出进料的露点

（3）如果要把进料分离为产品汽液相摩尔分率相等，闪蒸器的温度应为多少（其他操作参数恒定不变）？

（4）在新的闪蒸温度下进行模拟验证。

（5）当闪蒸温度在120~400℉范围变化时，作图观察其对设备的气相分率的影响。

定义气相分率为离开塔顶的气体流率和塔的进料流率之比。

3.4.2实例4的操作步骤及说明

在模型菜单中点击”Separators”按钮在”Flash2”的下拉菜单中选择”V-Drum2”图标,将闪蒸器插入模拟流程图。

在AspenPlus窗口底部点击“STREAMS”

箭头。

添加物流的连接。

如图所示：

点击”Next”按钮，

在规定组分窗口时,输

入氢气、氮气、甲烷、

苯和环己烷。

如图所示：

继续使用“Next”

按钮，并输入适当的

的数据，直到流股输

入窗口，在这里可以

输入个组分的流率。

如图所示;

在如图所示的窗

口时，输入压力为0，

表示在闪蒸器中没有

压力降。

如图所示：

然后输入液相在汽相中的夹带量。

鼠

标左键单击“entrainment”按钮，在“Li

quidentrainment”栏里输入0.012。

如图所示：

单击“Next”按钮所需的数据都已经输入完成，就可以进行模拟了。

其结果如图所示：

气相的组成如图所示：

流率如图所示：

在Hcurves中点击New后选择气化率设置后如下图所示：

继续点击”Next”按钮执行后，得到其结果，点击plot以Temperature为Y轴，以Vaporfraction为X轴建立坐标系画图，结果如下：

由图可知：

进料的露点为T=376℉，且当进料分离为产品汽液相摩尔分率相等时，闪蒸器的温度为T1=297℉。

在T=120℉执行后的到结果如下：

由于进料分离为产品汽液相摩尔分率相等，闪蒸器的温度为T1=297℉，所以在新的温度下单击“Next“按钮执行后，结果如下：

闪蒸温度在120~400℉范围变化时，即灵敏度的分析。

可在ModelAnalysisTool结构下的Sensitivity点击New进行设定。

如图所示;

对气相分率命名,单击”Next”按钮执行，并对相关参数输入可得结果。

如图所示;

单击“Next“按钮执行下一步进入Vary进行设定，如图所示：

单击“Next“按钮执行下一步进入Tabulate进行设定。

如图所示：

单击“Next“按钮执行后，可得到如下结果，并在plot下以气化率（LIU/232.4）为Y轴，以温度（TEMP）为X轴作图，如图所示：

第四章学习心得及体会

通过一周的化工模拟软件综合训练,使我更加深刻的认识到了专业知识的重要性,同时也懂得只有扎实地掌握专业知识，扩大自己的知识面，才能很好的掌握和在实际中得以运用。

在一周的模拟训练中，对Aspenplus流