Aspen 简捷法模拟塔.docx

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Aspen简捷法模拟塔

AspenPlus入门及DSTWU捷算介绍

摘要:

AspenPlus是用来计算平衡态体系数据的软件，通过AspenPlus的计算模拟，可以得出模拟系统中所有物流的PFD参数，比如物流的温度，压力，密度，流量等参数，通过这些参数，我们可以推断出操作工况是否合适，操作条件是否合理，成功地找出运行状况下生产装置的瓶颈之处，从而在保证产品质量的前提下，提高产品产量和降低能耗。

本文简要介绍AspenPlus流程模拟软件的入门操作及注意事项，通过简捷法精馏计算DSTWU举例说明。

关键词：

AspenPlus,DSTWU,精馏计算，流程模拟

一、AspenPlus入门

关于什么是Aspen，XX百科里面对aspen的解释是：

AspenPlus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。

AspenPlus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。

该项目称为“过程工程的先进系统”（AdvancedSystemforProcessEngineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。

1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为AspenPlus。

该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。

全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是AspenPlus的用户。

  软件的入门是一件很痛苦的事情，枯燥的英文界面，复杂的软件结构，安装的时候看到软件安装包是1.3G的时候，就感觉到一点痛苦了，首先对于软件的安装，第一次在家里安装的时候，自以为是地不看安装crack手册，一路next至最后，然后发现安装到半路就无法安装了，卸载重新安装怎么也安装不上了。

于是重装windows系统继续安装，直至最后的安装成功。

所以在安装软件的时候必须严格按照crack文件夹内的步骤进行安装，否则就会安装不成功或者不能运行。

最开始看的教程是大庆金桥的视频教程，该教程形象生动地对软件的操作进行了介绍和讲解，通过这个教程，可以系统地学习到软件用户界面的操作，以及各种数据的输入方式以及AspenPlus的各种功能。

教程通过大量的实例可以让新手较快地熟悉软件和上手。

看这个视频教程大概花了两个星期的时候，通过跟着教程的实例进行操作慢慢地熟悉了软件的基本界面和操作。

看完大庆金桥的视频教程之后，于是开始在各大化工技术论坛查找资料和学习高手的学习经验，AspenPlus的手册有很多，经过网上高手的指教，了解到其中比较重要的是《用户手册》《单元操作模型》、《物性方法和模型》、《物性数据》（现在网上流传的教程都是aspenplus10.0中文版本的）这四本手册。

从化工论坛千方百计下载了这四个教程，由于刚刚接触，所以也不知道该读什么，就先挑看得懂《用户手册》看，由于化工原理和化工热力学的知识也忘得基本差不多了，除了《用户手册》外的其余手册都基本没看懂。

然后才发现以前学校里面的知识多么重要,一位前辈说过：

不要认为你现在的看起来毫无希望的努力是无用的，以后你会发现你现在的基本功是多么的重要。

现在真的很感觉到了这句话的重量。

想要学好这个软件，就必须要把化工原理和热力学的课程重新捡起来。

把理论和实践结合起来才会有最佳的效果。

一旦入了门，流程模拟软件学习起来就很简单了，很多功能触类旁通很容易就懂了，大体来说，AspenPlus你需要学会如下知识：

1、Aspenplus的界面。

 对于AspenPlus的界面我觉得分为如下三个部分，一是流程图窗口（processflowsheetwindow）,数据输入浏览窗口（databrowserwindow），控制面板（controlpanel）窗口，对于流程图窗口和控制面板很简单，只要你在工厂干过，看过PFD流程图并且是windows的用户，就没有什么难得地方，两分钟搞定。

Databrowserwindow是AspenPlus最重要的部分，所有已知条件的输入以及数据模拟的结果都是从这个窗口进行显示。

其中如下信息是所有的模拟都需要有输入的：

组分（components）,属性（properties）,物流（streams）,单元操作（blocks）。

其中，组分的输入比较简单，流程用到什么成分你就输什么成份，AspenPlus内置的数据库包括了1600多种常用物质，基本用到的化学物质里面应该都包含有，通过其内置的组分搜索器可以通过不同的条件对组分进行搜索，比如可以根据化学名称，分子式，沸点、摩尔质量、CAS值等进行查询。

属性是一个难点，由于此部分内容与化工热力学关系十分紧密，对于不同的物系需要选用不同的化学计算方法，由于化工热力学忘记的差不多了，所以需要重新进行学习补充回来，或者反过来，如果你想温习化工热力学，那就去研究属性吧，网上高手支招说，结合AspenPlus温习化工热力学，效率很高，可以通过《AspenPlus的物性模型和方法》这本手册进行复习。

物流和单元操作也是比较难的，这部分内容同化工原理的只是密切联系，不同的单元操作有不同的输入方法，只有先从简单的入手，我现在学习过的有DSTWU简捷法精馏设计和Distl简捷法精馏核算。

2、AspenPlus能做什么，需要什么？

AspenPlus是用来计算平衡态体系数据的软件，网上高手的经验之谈：

AspenPlus是计算软件，和其他开发的或者我们自己开发的计算程序没有区别。

比如我们自己搞一个SRK方程的计算程序，其核心与AspenPlus没有什么不同，都只是根据化工热力学，化工原理等等公式，输入一些已知条件，然后运行得到结果而已。

 这么说好像AspenPlus也不过如此而已，但是AspenPlus的强大之处在于：

1）它几乎内建了所有化工过程所涉及的原理公式，也就是说化工专业的课程他全部都包括了；

2）它附带了完善的数据库，囊括了所有你需要去化工手册上查找的数据；

3）强大的其他分析工具，比如改变输入会怎样影响输出，AspenPlus已经自带了此类工具，你可以直接使用；

4）.由于1）&2）,AspenPlus可以很方便的计算出大的复杂的流程，这也是它称之为模拟软件的原因。

 还有以下几点：

1）AspenPlus由于已经自带了大量的数据库，并且你可以得到这些数据，那么你就不需要再去查化工手册了。

比如，纯物质的比热，临界点温度，压力等等常数你都可以得到。

2）AspenPlus可以计算得到任意计算物流的几乎所有的物理性质，比如：

密度，比热，湿度等等工艺工程师所关心的数据。

  AspenPlus是平衡态体系的软件。

它不是仿真机，也不是动态模拟软件，并且所计算的体系都是假设已经达到平衡态，即不考虑时间的作用。

比如相平衡计算，只能计算达到平衡时体系是什么组成，温度压力等等是多少，不能处理非平衡的问题。

AspenPlus是一个根据方程计算的软件，那么很明显，是方程必然需要已知条件才能解出未知数，所以AspenPlus需要的是方程的已知数，已知数可以多，却不能少，否则方程无解。

  AspenPlus的方程可以分为三大类：

  1.热力学方程，这是与具体的工艺流程无关的方程，如理想气体方程，NRTL方程，非理想溶液焓模型方程等等。

该类方程为单元操作过程计算提供必要的数据基础。

  2.单元操作方程，如换热器，精馏塔等等单元操作过程的计算，涉及到三传一反，这部分主要是和化工原理有关。

  3.数学方程，这部分主要是用来解方程时涉及到的一些数学计算方法。

  第一类方程即热力学方程是AspenPlus的基础，建议在AspenPlus入门以后要好好的重点的学习一下，精读一遍AspenPlus物性方法和模型手册。

第二类方程相对而言不是太难，但是还是需要重新去复习熟悉其原理即可。

二、DTSWU简捷法精馏设计

通过一个多月的学习，对于AspenPlus有了一个简单的认识，也通过下载的教程和实例case进行了一些简单的模拟应用。

下面就DSTWU简捷法精馏设计进行简要介绍。

DSTWU可对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷法设计。

DSTWU假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度。

DSTWU使用这个方法/关联式去估算

Winn

最小级数

Underwood

最小回流比

Gilliland

规定级数所必需的回流比或规定回流比所必需级数

DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland捷算法进行精馏塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板数和加料板位置。

DSTWU模型的连接图如下：

DSTWU模型有四组模型设定参数：

1、塔设定（Columnspecifications）

（1）塔板数（Numberofstages）

（2）回流比（Refluxratio）

2、关键组分回收率（Keycomponentrecoveries）

（1）轻关键组分在馏出物中的回收率

馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分

（2）重关键组分在馏出物中的回收率

馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分

3、压力（Pressure）

（1）冷凝器（Condenser）

（2）再沸器（Reboiler）

4、冷凝器设定（Condenserspecifications）

（1）全凝器（Totalcondenser）

（2）带汽相馏出物的部分冷凝器（Partialcondenserwithvapordistillate）

（3）带汽、液相馏出物的部分冷凝器（Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate）

DSTWU模型有两个计算选项：

1、生成回流比-理论板数关系表（Refluxratiovs.Numberoftheoreticalstages）

2、计算等板高度（CalculateHETP）

DSTWU-应用示例：

含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=20C）用精馏塔（塔压0.02MPa）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。

求：

Rmin，NTmin，R=1.5Rmin时的R、NT和NF。

操作过程如下：

第一步：

建立模块，控制面板中选择Columns中选择DSTWU模块，对于DSTWU模块里面有三个不同的样式，没有本质区别，只是流程图里面的画法不同而已，在实际计算中采用同样的计算方法。

更改Blocks名称为DSTWU，进料名称更改为FEED，顶部出料名称更改为D，底部出料名称更改为W。

2、点击菜单data中setup命令，或者菜单栏中

图标，进入Specifications输入窗口，正常情况下需要规定所有的全局信息是在SetupSpecificationGlobal页上当你创建一个新运行时所选择的ApplicationType将对Global页设定缺省值ASPENPLUS专家系统带你到Global页以便你在需要时浏览缺省值并对它们进行修改或增补对大多数模拟来说不必要在其它Setup页上改变缺省值。

输入结果如下,全局单位集更改为SI-CBAR，其他均默认选择:

Description页中可选择输入一些说明注意事项：

Accounting页中需要输入用户名等信息，对于破解版本的AspenPlus，Username选择必须每次都输入，否则无法运行。

3、单击

图标，进行组分数据输入。

组分数据的输入可以进行查找，如下图所示，可以根据化学名称，摩尔质量，沸点，CAS值等进行查找。

通过查找方式找到所需的组分，单击findnow确认。

4、输入完所有的组分数据后，单击

进入物性方法的输入。

物性方法的选择按照如下方法进行。

根据乙苯和苯乙烯的化学性质以及例题中已经条件，选择NRTL物性方法。

5、单击

进入规定物流的输入。

在Specifications规定栏中规定三个StateVariables状态变量中的任意两个就可以设置物流的热状态例如可以规定温度和压力或温度和气相分率，根据例题输入数据如下:

6、单击

进入Blocks操作单元模型的输入。

在Refluxratio输入栏里面，负数表示实际回流比与最小回流比的比值，例题中R=1.5Rmin，则Refluxratio中输入-1.5，正数表示实际回流比，如输入22表示回流比R=22。

至此，所有数据已经全部输入完毕，点击

，弹出如下窗口，点击确认，进行模拟计算。

模拟过程如下,点击

可查看具体模拟运行结果。

Summary可以得到AspenPlus运行版本，标题，运行时间以及相关信息。

物流运行结果如下，从中可以进料物料和塔顶塔底产品的温度，流量等参数：

塔模块运行结果如下，从结果看出塔的最小回流比，实际回流比，最小理论板数，实际理论板数，进料板以及冷凝器再沸器的热负荷等数据：

三、总结

ASPEN软件入门并不难,和一般软件一样,了解每个菜单的功能可能就几天时间,可是验证自己作的东西的真伪可就比较难了,不单单是下面提示变蓝了那么简单。

这要求扎实的基础知识和很强的工程经验。

在这个软件里面，理论和实践无缝地结合了在一起，理论基础知识和工程经验缺一不可。

没有扎实的基础知识，你根本就无法知道你输入的数据是否正确，你根本就不知道缺少哪些条件，甚至你会不知道你要输入的数据在哪里进行输入。

AspenPlus里面不是所有的数据都可以由已知条件直接输入的，在实际的模拟中更是如此，太多的东西需要凭借你的实际经验去输入，比如精馏塔的计算中，每一块塔板的压降在0.5~0.65KPa,如果缺少这个经验值，你就无法输入塔顶冷凝器的压力以及塔底再沸器的压力。

使用AspenPlus最基本的基础的就是化工原理和化工热力学，通过慢慢摸索这个软件，可以把曾经的化工原理和热力学的知识重新捡起来，大学的知识并不是没用的，只是曾经不知道怎么用而已。

大学的时候学习属于眉毛胡子一把抓，而现在或许应该是有针对性有目的性地去把曾经的东西彻底地弄明白。

AspenPlus提供了单元操作模型到装置流程模拟。

这些模型的可靠性和增强功能已经经过20多年经验的验证和数以百万计例子的证实，通过AspenPlus的模拟计算，能方便快捷地应用于各种反应装置的设计和操作分析，而且可以节省大量的人力、物力和财力资源，大大提高工作效率。

AspenPlus是用来计算平衡态体系数据的软件，通过AspenPlus的计算模拟，可以得出模拟系统中所有物流的PFD参数，比如物流的温度，压力，密度，流量等参数，通过这些参数，我们可以推断出操作工况是否合适，操作条件是否合理，成功地找出运行状况下生产装置的瓶颈之处，从而在保证产品质量的前提下，提高产品产量和降低能耗。

对于在役生产装置而言，为降低生产成本提高企业竞争力，不断地进行系统挖潜，降低能耗。

通过AspenPlus的模拟优化，可以得到最优的操作条件。