化工过程模拟与优化-2.ppt

1、化工过程模拟与优化化工过程模拟与优化Simulation&Optimization of Chemical Engineering ProcessSimulation&Optimization of Chemical Engineering Process 李亚军李亚军31955956,1357040840831955956,主要内容（主要内容（Contents）一、一、前言前言 二、二、化工过程模拟技术概述化工过程模拟技术概述三、三、化工过程模拟技术的结构与功能化工过程模拟技术的结构与功能四、化工过程模拟技术的热力学方法及选择四、化工过程模拟技术的热力学方法及选择 五、蒸馏过程的计算五、蒸馏

2、过程的计算第二章第二章 化工过程模拟技术的结构与功能化工过程模拟技术的结构与功能第一节第一节 化工模拟系统的结构化工模拟系统的结构化工模拟系统的结构化工模拟系统的结构 11/9/202211/9/202241、Aspen Plus 的物性系统的物性系统 1.1 物性数据库物性数据库n纯组分数据库，有纯组分数据库，有5000多种纯组分的物性数据；多种纯组分的物性数据；n纯化合物数据库，包含纯化合物数据库，包含500种化合物的参数；种化合物的参数；n电电解解质质水水溶溶液液数数据据库库，包包括括约约900种种离离子子和和分分子子溶溶质质估估算电解质物性所需的参数；算电解质物性所需的参数；n固体数据

3、库，包括约固体数据库，包括约3314种固体的固体模型参数；种固体的固体模型参数；nHenry常常数数库库，包包括括水水溶溶液液中中61种种化化合合物物的的Henry常常数数参数；参数；11/9/202211/9/20225 n二二元元交交互互作作用用参参数数库库，包包含含涉涉及及5000种种双双元元混混合合物物的的约约40000多个二元交互作用参数；多个二元交互作用参数；n无无机机物物数数据据库库，包包括括2450种种组组分分（大大部部分分是是无无机机化化合合物）的热化学参数；物）的热化学参数；n燃燃烧烧数数据据库库，包包含含燃燃烧烧产产物物中中常常见见的的59种种组组分分和和自自由由基的参数

4、；基的参数；nAspen Plus是是世世界界上上唯唯一一获获准准与与DECHEMA数数据据库库接接口口的的软软件件，该该数数据据库库收收集集了了世世界界上上最最完完备备的的气气液液平平衡衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。1、Aspen Plus的物性系统的物性系统 11/9/202211/9/202261、Aspen Plus 的物性系统的物性系统 1.2 基于状态方程和活度系数方法的热力学模型基于状态方程和活度系数方法的热力学模型 nAspen Plus约约有有40来来种种基基于于各各类类状状态态方方程程、活活度度系系数数方方法法等等的的热热力力

5、学学模模型型，除除此此外外还还加加入入了了其其特特有有的的各各类类电电解解质质、聚聚合合物物、固固体体模模型型，加加上上其其他他一一些些专专用用的的焓焓、蒸蒸发发潜潜热热、表面张力等模型。表面张力等模型。n对对于于一一些些极极性性很很强强的的特特殊殊体体系系，Aspen Plus软软件件结结合合实实验验数数据据开开发发一一些些专专用用的的热热力力学学方方法法和和物物性性数数据据包包。有有氨氨-水水包包、乙乙烯烯包包、电电解解质质胺胺包包、烟烟道道气气处处理理、甲甲醛醛-甲甲醇醇-水水、乙乙二二醇醇脱脱水水、甲甲胺胺包包及及专专用用于于电电解解质质的的Pitzer数数据据包包等等，还附有数十种特

6、定电解质还附有数十种特定电解质-水体系的物性数据。水体系的物性数据。11/9/202211/9/202271、Aspen Plus 的物性系统的物性系统1.3、高度灵活的数据回归系统、高度灵活的数据回归系统 可可使使用用实实验验数数据据求求取取物物性性参参数数，可可以以回回归归实实际际应应用用中中任任何何类类型型的的数数据据，计计算算任任何何模模型型参参数数，包包括括用用户户自自编编的的模模型。型。1.4、性质常数估算系统、性质常数估算系统 当当模模拟拟流流程程中中含含有有缺缺少少实实验验数数据据的的新新化化学学品品时时，能能够够通通过过输输入入分分子子结结构构和和易易测测性性质质（例例如如沸

7、沸点点）来来估估算算短短缺缺的的物性参数。例如，可估算活度系数模型中的二元参数物性参数。例如，可估算活度系数模型中的二元参数。11/9/202211/9/202282、Aspen Plus模拟固体系统模拟固体系统 在在煤煤的的净净化化和和液液化化、流流化化床床燃燃烧烧、高高温温冶冶金金和和湿湿法法冶冶金金，以以及及固固体体废废物物、聚聚合合物物、生生物物和和食食品品加加工工业业中中都都有有固体应用的问题。固体应用的问题。Aspen Plus中中有有Solid固固体体性性质质数数据据库库，它它广广泛泛收收集集了了约约3314种种纯纯无无机机和和有有机机物物质质的的热热化化学学数数据据；还还具具有

8、有一一套套通通用用的的处处理理固固体体的的单单元元操操作作模模型型，包包括括破破碎碎机机、旋旋风风分分离离器器、筛筛分分、文文杜杜里里洗洗涤涤器器、静静电电沉沉淀淀器器、过过滤滤洗洗涤涤机和倾析器。机和倾析器。11/9/202211/9/202293、Aspen Plus模拟电解质系统模拟电解质系统 Aspen Plus具具有有模模拟拟电电解解质质过过程程的的功功能能，如如酸酸水水汽汽提提、盐盐水水结结晶晶与与蒸蒸发发、硝硝酸酸生生产产、湿湿法法冶冶金金、胺胺净净化化气气体体和和盐盐酸酸回回收收等等。Aspen Plus提提供供Pitzer活活度度系系数数等等模模型型可可准准确确、可可靠靠的的

9、应应用用在在包包括括强强弱弱电电解解质质、盐盐类类和和含含有有机化合物的电解质系统工业中。机化合物的电解质系统工业中。11/9/202211/9/2022104、Aspen Plus的单元操作模型库的单元操作模型库 nAspen Plus有有一一套套完完整整的的单单元元操操作作模模型型，模模型型库库约约由由50种种单单元元操操作作模模型型构构成成，可可以以模模拟拟各各种种操操作作过过程程，由由单单个个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。n单单元元操操作作用用户户可可将将自自身身的的专专用用单单元元操操作作模模型型以以用用户户模模型型（USER MODEL

10、）加加入入到到Aspen Plus系系统统之之中中，为为用用户户提供了极大的方便性和灵活性。提供了极大的方便性和灵活性。nAspen Plus系系统统采采用用了了先先进进的的数数据据结结构构，对对于于组组分分数数、进出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制。进出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制。11/9/202211/9/2022114、Aspen Plus的单元操作模型库的单元操作模型库换热器换热器5种种(1)、通用加热器、通用加热器HEATER(2)、热交换器、热交换器HEATX(3)、多股物流的热交换器、多股物流的热交换器MHEATX(4)、管壳式换热器、管壳式换热器HET

11、RAN(5)、空冷式换热器、空冷式换热器AEROTRAN11/9/202211/9/2022124、Aspen Plus的单元操作模型库的单元操作模型库 塔分离塔分离8种种(1)、严格法精馏、严格法精馏RADFRAC;(2)、多塔精馏、多塔精馏MULTIFRAC(3)、吸收、吸收;(4)、萃取、萃取EXTRACT;(5)、捷算法设计型精馏、捷算法设计型精馏DSTWU;(6)、捷算法核算型精馏、捷算法核算型精馏DISTL(7)、捷算法多塔精馏、捷算法多塔精馏SCFRAC;(8)、石油炼制分馏塔、石油炼制分馏塔PETROFRAC 11/9/202211/9/2022134、Aspen Plus的单

12、元操作模型库的单元操作模型库Aspen Plus的分馏是最常用的单元操作模型。的分馏是最常用的单元操作模型。nRADFRAC模模型型能能严严格格地地模模拟拟多多级级气气液液平平衡衡操操作作，包包括括吸吸收收、汽汽提提、有有再再沸沸器器的的吸吸收收和和汽汽提提、萃萃取取和和共共沸沸蒸蒸馏馏，以以及及高高度度非非理理想想体体系系的的分分馏馏过过程程。RADFRAC能能严严格格计计算算任任一一塔塔板板上上两两个个液液相相的的存存在在，也也可可以以简简单单地地假假设设第第二二液液相相为为纯水。纯水。nMULTIFRAC可可以以有有效效地地计计算算互互连连的的多多塔塔分分馏馏系系统统，如如原原油油蒸蒸馏

13、馏、减减压压塔塔、催催化化裂裂化化分分馏馏塔塔、吸吸收收塔塔、解解吸吸塔塔、空空气分馏塔以及有热交换的塔系统。气分馏塔以及有热交换的塔系统。11/9/202211/9/2022144、Aspen Plus的单元操作模型库的单元操作模型库Aspen Plus的分馏模型是最常用的单元操作模型的分馏模型是最常用的单元操作模型nAspen Plus有有能能处处理理反反应应的的分分离离模模型型，该该模模型型可可在在塔塔的的任任意意塔塔板板处处或或所所有有塔塔板板上上处处理理速速率率控控制制反反应应、化化学学平平衡衡反应，以及气、液相反应。反应，以及气、液相反应。nAspen Plus的的简简捷捷算算法法

14、蒸蒸馏馏模模型型具具有有设设计计和和核核算算两两种种型型式。在不需要高度精确计算的情况下可以使用这些模型式。在不需要高度精确计算的情况下可以使用这些模型。11/9/202211/9/2022154、Aspen Plus的单元操作模型库的单元操作模型库反应器反应器7种种(1)、产率反应器、产率反应器PYIELD;(2)、化学计量反应器、化学计量反应器RSTOIC(3)、连续搅拌釜式反应器、连续搅拌釜式反应器RCSTR;(4)、活塞流反应器、活塞流反应器RPLUG(5)、两相化学平衡反应器、两相化学平衡反应器REQUIL;(6)、通用相平衡和化学平衡反应器、通用相平衡和化学平衡反应器RGIBBS(

15、7)、间歇式反应器、间歇式反应器RBATCH11/9/202211/9/2022164、Aspen Plus的单元操作模型库的单元操作模型库反应模型是最常用的单元操作模型反应模型是最常用的单元操作模型n简简单单的的化化学学计计量量模模型型（RSTOIC）只只需需要要规规定定化化学学计计量量或或反反应中一个关键组分的转化率即可应用。应中一个关键组分的转化率即可应用。n在在已已知知反反应应动动力力学学的的情情况况下下，可可以以用用更更精精确确的的模模型型，如如连连续续搅搅拌拌釜釜式式反反应应模模型型（RCSTR）或或活活塞塞流流反反应应模模型型（RPLUG）。）。11/9/202211/9/202

16、2175、Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能的单元操作模型及其主要功能反应模型是最常用的单元操作模型反应模型是最常用的单元操作模型nRBATCH反反应应模模型型可可处处理理单单相相或或两两相相的的动动态态反反应应，可可选选用连续进料和出料。用连续进料和出料。nRGIBBS是是根根据据GIBBS自自由由能能极极小小的的基基本本原原理理，它它能能描描述述单单相相化化学学平平衡衡、相相平平衡衡，也也能能同同时时描描述述化化学学平平衡衡和和相相平衡，可以处理固、液多相系统。平衡，可以处理固、液多相系统。11/9/202211/9/2022186、过程模拟过程模拟技术应用技术应用1 1、炼油装置炼油装置（一）（一）n燃料型和滑油型原油蒸馏装置全流程和单塔模拟计算工艺包。燃料型和滑油型原油蒸馏装置全流程和单塔模拟计算工艺包。n催化裂化装置分馏和吸收稳定全流程和单塔模拟计算工艺包。催化裂化装置分馏和吸收稳定全流程和单塔模拟计算工艺包。n延迟焦化装置主分馏塔模拟计算工艺包。延迟焦化装置主分馏塔模拟计算工艺包。n催化重整装置芳烃抽提（环丁砜为溶剂）模拟计算工艺包。催化重整装置芳烃抽提（环丁砜