Aspen模擬例題之乙醇水溶液蒸餾

1、 模擬練習(xí)#11. 采用以下選項(xiàng)，對(duì)乙醇在P = 1 atm下繪制 y-x 圖：a. NRTLb. WILSONc. UNIQUACd. VANLAAR2. 將圖與Perry的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較注意：如何繪制y-x 圖介紹：1. 確保你已經(jīng)將Setup, Components, 和 Properties的輸入條件已經(jīng)完成，除了可選項(xiàng)以及壓力外被系統(tǒng)默認(rèn)接受。2. 改變可選項(xiàng)，在下拉菜單“Data”中選擇“Properties” 中的“Specifications”。 在 “Property Method” 區(qū)域選擇合適方法和所需要得操作參數(shù)。從下拉菜單“Tools”中選擇 “Analysis”下 “

2、Properties”中的“Binary”, 然后選擇 Txy，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)繪制 Txy 圖得對(duì)話框。 Aspen Plus 會(huì)默認(rèn)填寫(xiě)所需的信息。3. 你可以改變以下信息：a. 組成（Components）；b. 第一組成的成分范圍；c. 成分基準(zhǔn)：摩爾分率或 質(zhì)量分率；d. 壓力；e. 成生的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；f. 閃蒸條件g. 性質(zhì)選項(xiàng)的設(shè)置將壓力改為1 atm， 按自己的要求設(shè)置相關(guān)選項(xiàng)，其余的采用系統(tǒng)默認(rèn)的設(shè)置。4. 點(diǎn)擊GO產(chǎn)生 Txy 圖。5. 根據(jù)Txy 結(jié)果的形式選用繪圖向?qū)А?6. 選擇 “YX” ，顯示乙醇的y-x 圖。Aspen 模擬 #1: 乙醇水溶液蒸餾介紹：這個(gè)練習(xí)得目的

3、是讓你熟悉Aspen得一些基本操作技能。在這個(gè)練習(xí)中，你可以建立一個(gè)簡(jiǎn)單得蒸餾柱，對(duì)乙醇和水得分離過(guò)程進(jìn)行分析。開(kāi)始： 選擇Aspen Plus User Interface開(kāi)始運(yùn)行Aspen。選擇 “Template”。系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)窗口提示你完成任務(wù)所用的單位和類型。，因?yàn)槲覀円⒁粋€(gè)流程，所以選擇“Chemicals with metric units” 這種類型，然后點(diǎn)擊OK。連接建立以后，你就要準(zhǔn)備輸入你 的工藝流程信息。Aspen 操作概述：模擬的第一 步是建立工藝流程圖，也叫做 Process Flow Diagram (PFD)。PFD可以通過(guò)剪切粘貼代表單元操作和物流的圖標(biāo)

4、建立。將這些圖標(biāo)相連接，表示流動(dòng)的路徑和流股的變化。然后，通過(guò)一系列得表格，輸入單元操作和流股的有關(guān)參數(shù)。如果你在建立模型，當(dāng)你在建立模型的時(shí)候，可以查看Aspen 主窗口底部的狀態(tài)條（“status bar”）。它提供了非常有用的狀態(tài)信息，比如：“Flowsheet Not Complete”， “Required Input Complete”等等。流程圖的發(fā)展： PFD 圖在Aspen 的流程圖窗口（ Process Flowsheet window ）建立，氣目的是定義工藝流程：1. 從View 這個(gè)下拉菜單，保證PFD 模式是關(guān)閉的。否則， 你繪制的塊和物流將不能成為你模擬的模型的一

5、部分。2. 從窗口底部的模型庫(kù)中選擇單元操作的塊，并將他們放置在流程圖窗口中。點(diǎn)擊模型庫(kù)的模型種類條會(huì)顯示這個(gè)種類的模型一覽3. 用物流將各塊相連接。在這個(gè)練習(xí)中，你將建立一個(gè)塔模型，它有一個(gè)進(jìn)料、一個(gè)蒸餾產(chǎn)物和一個(gè)塔釜出料。添加塔： 首先在模型庫(kù)中選擇塔（ “Column”） 。 在塔這個(gè)種類的模型中將會(huì)顯示RADFRAC, MULTIFRAC, PETROFRAC, 等等。將鼠標(biāo)指針指向每一個(gè)模型時(shí)，主窗口 底部會(huì)出現(xiàn)一段關(guān)于該模型的簡(jiǎn)短的描述。用HELP 可以得到更詳細(xì)的信息。對(duì)大多數(shù)的單塔模擬，選擇嚴(yán)格法計(jì)算模型RADFRAC。DSTWU 模型提供了關(guān)于塔的簡(jiǎn)捷法計(jì)算； 這里不推薦用這

6、個(gè)模型，它不適合于多組分或共沸精餾，其回流比的計(jì)算也不如RADFRAC模型準(zhǔn)確。 然后，將選擇的單元操作模型放置到你的流程圖中，將鼠標(biāo)移到PFD圖的中間點(diǎn)擊，可以將塔的圖標(biāo)放在相應(yīng)的位置。注意：如果你不想采用系統(tǒng)對(duì)模型塊的自動(dòng)命名，你必須自己給模型塊輸入ID。你可以隨時(shí)更改塊的ID。將鼠標(biāo)點(diǎn)在塔上并按住左鍵不放，就可以移動(dòng)鼠標(biāo)將塔在PFD上移動(dòng)（其他圖標(biāo)也一樣）。要顯示其他的圖標(biāo)選項(xiàng)，首先在PFD上點(diǎn)擊左鍵選擇該操作，然后點(diǎn)擊右鍵。添加物流：點(diǎn)擊模型庫(kù)左邊的物流（Streams） 圖標(biāo)。在PFD 上合適的位置插入一股進(jìn)料和兩股產(chǎn)物物流（進(jìn)料在左邊，出料在右邊）。 進(jìn)料和出料物流的圖標(biāo)很相似，注

7、意不要弄混了。如果你將進(jìn)料物流放在了出料物流的位置， Aspen 不會(huì)讓你的物流與單元操作的的出口相連?？梢酝ㄟ^(guò)點(diǎn)擊左鍵顯亮然后點(diǎn)擊右鍵的方式刪除折線圖標(biāo)。以下是關(guān)于在PFD中如何連接物流的更詳細(xì)敘述。添加物流的更多敘述：如果你想選擇不同的物流的類型，（物料、熱流或功流），點(diǎn)擊圖標(biāo)右邊的箭頭可以選擇不同的類型。將鼠標(biāo)指針在流程圖窗口移動(dòng)，對(duì)于流程圖中的每一個(gè)模塊，適合加入物流的端口位置都是顯亮的。這些位置中至少有一個(gè)是必須連接物流的，用紅色表示，其他可選擇加入物流的位置用藍(lán)色表示。如果你將鼠標(biāo)放到這些端口位置的時(shí)候，箭頭就會(huì)顯亮，并且出現(xiàn)關(guān)于這個(gè)端口的文字說(shuō)明，此時(shí)點(diǎn)擊顯亮的端口就可連接物流。

8、如果這個(gè)端口位置不在你想要的地方，可以在這個(gè)端口上點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵并按住不放，將物流端口位置拖拉到所需地方即可。要停止加入物流，可以點(diǎn)擊模型庫(kù)左上角的選擇模式（Select Mode）按鈕。對(duì)于我們這個(gè)例子，進(jìn)料在塔的中間加入，蒸餾物和塔釜出料在各自合適的位置。錯(cuò)誤的修正：有幾種方式可以 可以改正PFD中的錯(cuò)誤或者加入一些信息。其中一種方式利用在需要修改的模塊上的彈出菜單。你可以采用以下方式激活這個(gè)菜單：首先點(diǎn)擊左鍵選擇模塊，然后點(diǎn)擊右鍵。在彈出的右鍵菜單上選擇想要的選項(xiàng)即可。完成Aspen的表頁(yè)：:當(dāng)PFD完成后，你需要在數(shù)據(jù)瀏覽器中完成必要的參數(shù)輸入。表頁(yè)內(nèi)容說(shuō)明Setup模擬的全局選項(xiàng)Com

9、ponents模擬中常用的化學(xué)分、石油組分及假設(shè)組分Physical Properties計(jì)算物性所用的方法和數(shù)據(jù)Streams進(jìn)料的組成、流量及條件Blocks流程中每個(gè)單元操作模塊的操作和設(shè)備條件如果有需要，可以在數(shù)據(jù)瀏覽器的Reactions、 Convergence、 Flowsheeting Options、 Model Analysis Tools 和 Setup Report Options等表頁(yè)中輸入更多的補(bǔ)充參數(shù)顯示表頁(yè)：有兩種方式可以顯示表頁(yè)。1）利用數(shù)據(jù)瀏覽器顯示和編輯 表頁(yè)來(lái)定義輸入?yún)?shù)及查看模擬結(jié)果。要打開(kāi)數(shù)據(jù)瀏覽器，可以點(diǎn)擊工具欄中的數(shù)據(jù)瀏覽器圖標(biāo)（看起來(lái)象眼鏡），

10、或者從Data 菜單上選擇點(diǎn)擊Data Browser。 2） 在完成你的PFD后，點(diǎn)擊PFD頂部的 “Next” 按鈕，要進(jìn)入下一個(gè)表頁(yè)，頁(yè)點(diǎn)擊Next 按鈕。你還可以 利用 “>>” 和 “<<” 按鈕轉(zhuǎn)到前一個(gè)表格或后一個(gè)表格。 小帖士：雖然你可以采用任何順序輸入大多數(shù)參數(shù)，但是最好利用Aspen主窗口右上角的Next按鈕，讓Aspen Plus的專家系統(tǒng)幫助你。PFD底部的信息欄告訴你正在輸入的相關(guān)信息的領(lǐng)域或者你應(yīng)該選擇的菜單。注意： 全局定義建立的是整個(gè)運(yùn)行的默認(rèn)設(shè)置，應(yīng)該在輸入Aspen運(yùn)行所需的參數(shù)之前進(jìn)行定義。全局定義包括組分（components）、

11、熱力學(xué)模型（ thermodynamic models）和一些計(jì)算選項(xiàng)。你不需要檢查所有的全局選項(xiàng)，Aspen會(huì)提示你在一些方面進(jìn)行選擇。、以下給出了一些我們這個(gè)例子所需的一些參數(shù)。Setup表頁(yè)：輸入這個(gè)設(shè)計(jì)的題目， Setup 表頁(yè)的示例見(jiàn)圖3。Component 表頁(yè)：輸入過(guò)程設(shè)計(jì)的化學(xué)組成。對(duì)于乙醇水的蒸餾過(guò)程，在 “ComponentID” 格中填入乙醇（ethanol）和水 （water）。如果 Aspen 能從內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中找到與 輸入的ComponentIDs 匹配的數(shù)據(jù)，它會(huì)自動(dòng)完成這一行。圖4 給出了 component 表頁(yè)的示例， component IDs 填寫(xiě)的是et

12、hanol” 和 “water”。Properties 表頁(yè)：在這個(gè)表頁(yè)要定義 熱力學(xué)模型和二元交互作用參數(shù)。在數(shù)據(jù)瀏覽器的左邊窗格上點(diǎn)擊“Properties”文件夾，然后點(diǎn)擊“Parameters” 文件夾，再點(diǎn)擊“Binary Interaction” 文件夾，選擇想要的熱力學(xué)模型。對(duì)我們的例子，默認(rèn)的NRTL 模型已經(jīng)足夠了。對(duì)于水烴體系中自由水的計(jì)算，假設(shè)水是純的，然后估算水在有機(jī)相中的溶解度。全局定義受限于任何一個(gè)模塊的定義。計(jì)算自由水的方法也可以自己定義。在數(shù)據(jù)瀏覽器的右邊的窗格中，為你輸入組分的二元交互參數(shù)的值定義ij 矩陣，然后輸入?yún)?shù)。我們這個(gè)工作中用的默認(rèn)值是純組分，所以

13、用NRTL 參數(shù)。一般默認(rèn)的二元交互參數(shù)值已經(jīng)夠用了， 除非你要設(shè)定特殊的數(shù)值。自己給定熱力學(xué) 參數(shù)值要非常小心，建議使用Aspen 中的幫助。圖5給出了 Property 表頁(yè)窗口的示例。Streams 表頁(yè)： Streams 表頁(yè)必須對(duì)每股物流逐個(gè)填寫(xiě)。圖6是Streams 表頁(yè)的一個(gè)示例。再我們的例子中，物流溫度和壓力分別為25 ºC 和1.013 bar，乙醇和水的進(jìn)料流量分別為20 kmol/hr和980 kmol/hr 。Block 表頁(yè)： 單元操作的模塊默認(rèn)命名為B1, B2, B3, 等等。在這個(gè)例子中，模塊 “B1” 為蒸餾塔，這個(gè)模塊的block 表頁(yè)如圖7 所示

14、，需要輸入蒸餾塔設(shè)計(jì)和操作的條件。 我們的例子中，蒸餾塔塔為33塊板，蒸餾物流量為23 kmol/hr，塔釜蒸汽向上流量為1500 kmol/hr，選擇全凝器。進(jìn)料在第17塊板上加入（注意指明 “on stage”）。然后輸入第一塊板/冷凝器的壓力為1.013 bar 。壓力降 （DP）可以給出全塔的，頁(yè)可以給出每一級(jí)的壓力降。我們假設(shè)每一級(jí)的壓力降可以忽略，因此輸入0作為塔的壓力降。運(yùn)行模擬： 到這個(gè)時(shí)候，點(diǎn)擊Next 按鈕會(huì)出現(xiàn) “Required Input Complete” 窗口。如果沒(méi)有出現(xiàn)這個(gè)窗口，Aspen會(huì)提示你還需要輸入那些信息。點(diǎn)擊 “OK”就可以運(yùn)行模擬。或者等完成輸入

15、后，選擇主窗口的 RUN 工具條。 控制面板（“Control Panel）裝口會(huì)隨之打開(kāi)顯示計(jì)算的過(guò)程。模擬完成后顯示 “calculations completed” 的信息。從控制面板上可以看到你的運(yùn)算是否是收斂的。如果計(jì)算沒(méi)有收斂，但是從得到數(shù)值上可以看出這個(gè)方法可以收斂，可以點(diǎn)擊RUN 再次運(yùn)行，或者更改塔的收斂的閾值。 我們這個(gè)例子不需要更改。如果你的模擬運(yùn)行困難，要仔細(xì)檢查你的輸入的數(shù)值。模擬完成后，可以關(guān)閉控制面板窗口。結(jié)果查看及輸出：在屏幕顯示： 單股物流和單個(gè)模塊的結(jié)果表格會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生，可以用以下方法在屏幕上查看這些表格。 a 單個(gè)物流：點(diǎn)擊左鍵選擇物流，然后點(diǎn)擊右鍵彈出菜單

16、，在菜單中選擇 Results，也頁(yè)可以從Data 下拉菜單中選擇Results。 b 多個(gè)物流：從 Aspen主窗口的Data 下拉菜單中選擇Results Summary，然后選擇Streams。就會(huì)出現(xiàn)包含相關(guān)物流的表頁(yè)，你可以在其中選擇要瀏覽的物流。還可以通過(guò)數(shù)據(jù)瀏覽器工具條上的 “<<”和“>>” 鈕翻看其他物流的數(shù)據(jù)結(jié)果。 c 單個(gè)模塊：點(diǎn)擊左鍵選擇模塊，然后點(diǎn)擊右鍵彈出菜單，在菜單中選擇 Results，就可以出現(xiàn)結(jié)果的列表。用Aspen作圖： Aspen 可以對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行作圖?？梢圆捎靡韵路绞阶鲌D：從 Plot 菜單中點(diǎn)擊Plot Wizard。注意，

17、只有當(dāng)你將數(shù)據(jù)瀏覽器作為當(dāng)前窗口時(shí)， Plot 菜單才是可見(jiàn)的。 然后點(diǎn)擊Next。從表中選擇所需的類型，再點(diǎn)擊Next，對(duì)你所選擇的類型設(shè)置相關(guān)選項(xiàng)，注意選項(xiàng)是根據(jù)繪圖類型提供的，點(diǎn)擊Next， 點(diǎn)擊Finish 就完成繪圖。 打印結(jié)果： 結(jié)果可以通過(guò)幾種方式輸出。a While the results are on the screen, from the Aspen main window toolbar, select “File” and then “Print”. Printing first to a postscript file and then sending the po

18、stscript file to the printer is the recommended approach because direct printing of the plots has been unreliable. 當(dāng)結(jié)果顯示再屏幕上時(shí)，可以從Aspen主窗口中選擇“File”再選擇“Print”。推薦的方式是先產(chǎn)生一個(gè)后臺(tái)打印文件，在將打印文件轉(zhuǎn)送到打印機(jī)，因?yàn)閳D形直接打印是不可靠的。b將你的圖形先復(fù)制（copy），然后粘貼（paste）到word文件中。c 將你 的圖形直接打印。Aspen 報(bào)告： Aspen 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)詳細(xì)的報(bào)告 (60 100 pages) 包括比我們所說(shuō)更詳細(xì)的內(nèi)容。以前學(xué)生會(huì)打印全部的報(bào)告，現(xiàn)在受打印配額限制，我們只要求打印關(guān)鍵的結(jié)果，不要求打印全部結(jié)果。想要這么作，最好的方式是瀏覽你的模擬結(jié)果，保存重要的表