用ASPEN進行全流程模擬的一些心得

1、ASPENPLUS的學習經(jīng)驗概括入門是初學aspenplus軟件最重要也是最難的一關。讀過手冊的人都知道，Aspenplus的手冊和資料有好多，初學者面對這樣之多的資料可能不知如何開始，我以為其中比較重要而且必讀的是用戶指南（userguide）、單元操作模型（UnitOperationModels）、物性方法和模型（PhysicalPropertyMethodsandModels）、物性數(shù)據(jù)等，假如有必定的英文基礎，最好是讀英文的，這些在幫助文件中都有。其實一旦入了門，流程模擬軟件學習起來就很簡單了，好多功能觸類旁通很簡單就懂了，比如說，假如知道了sensitivity,那么optimiza

2、iton、desianspec就很簡單了。大概來說，初學aspenplus需要掌握以下三個方面：1）aspenplus能做什么2）Aspenplus需要什么3）aspenplus的界面及功能。2.aspenplus的界面及功能和學習所有軟件同樣，第一需要認識軟件的環(huán)境，也就是界面。我個人以為界面基本上能夠分為兩種：一是流程圖窗口(processflowsheetwindow),此外是數(shù)據(jù)閱讀窗口（databrowserwindow)。實質(zhì)上還應當再加一個控制面板（controlpanel)窗口，這個窗口也很重要，但這個窗口只是在流程調(diào)試使用，并且波及的內(nèi)容初級入門者也不用花太多時間去看，先忽視

3、。流程圖窗口很簡單，只需你在工廠干過，看過PFD流程圖并且是windows的用戶，就沒有什么難得地方，讀一下userguide知道各菜單及快捷鍵的功能，很快就能搞定。數(shù)據(jù)閱讀窗口是aspenplus最重要的部分。這也是aspenplus差別于繪圖軟件的地方。你需要在這個窗口中輸入所有的已知條件，并且運轉后觀看運轉結果。其中以下信息是所有的模擬都需要有輸入的：1）組分（components)2）屬性(properties)3）物流(streams)4）單元操作(blocks)組分沒什么好說的，流程用到什么成分你就輸什么成份，aspenplus內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫包含了1600多種常用物質(zhì)（假如需要的組分

4、aspenplus中沒實用戶能夠自己擴大，這部份內(nèi)容不合適在初級，再后邊介紹）。屬性是一個難點，高難點，我以為這是觀察技術人員模擬水平高低的一個重重點。此內(nèi)容與化工熱力學關系十分密切，假如你忘了，那么連忙去研究化工熱力學吧，怎么研究快捷的方法是去讀aspenplus的物性模型和方法手冊。3.aspenplus能做什么Aspenplus能做什么（以下是個人看法而非aspentech企業(yè)官方的解說，也許有誤，歡迎指正）aspenplus是用來計算均衡態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的軟件，這句話的意思有以下幾點：（1）aspenplus的計算程序）沒有差別。第一是計算軟件。這一點上和其余計算軟件（包含我們自己開發(fā)比方我

5、們自己搞一個srk方程的計算程序，其核心與aspenplus沒有什么不一樣，都不過依據(jù)化工熱力學，化工原理等公式，輸入一些已知條件，而后運轉獲取結果而已。這么說仿佛aspenplus也可是這樣而已，其實aspenplus是一個功能十分強盛的過程模擬軟件。aspenplus的強盛之處在于：1）它幾乎內(nèi)建了所有化工過程所波及的原理公式，也就是說化工專業(yè)的課程他所有都包含了；2)它附加了完美的數(shù)據(jù)庫，囊括了所有你需要去化工手冊上查找的數(shù)據(jù)；3)強盛的剖析工具，比方改變輸入會如何影響輸出aspenplus已經(jīng)自帶了此類工具，你能夠直接使用。正因為這樣,aspenplus能夠很方便的計算出大的復雜的流程

6、，這也是它稱之為模擬軟件的原由。2）其次aspenplus是均衡態(tài)系統(tǒng)的軟件。它不是仿真機，因此不是動向模擬軟件，并且所計算的系統(tǒng)都是假定已經(jīng)達到均衡態(tài)，即不考慮時間的作用。比方相均衡計算，只好計算達到均衡時系統(tǒng)是什么構成，溫度壓力等是多少，不可以辦理非均衡的問題。（3）aspenplus還有一個十分實用的功能，就是依據(jù)實驗數(shù)據(jù)回歸出一些常數(shù)供其余地方使用。aspenplus的數(shù)據(jù)庫功能十分強盛，1）aspenplus因為已經(jīng)自帶了大批的數(shù)據(jù)庫，并且你能夠獲取這些數(shù)據(jù)，那么你就不需要再去查化工手冊了。比方，純物質(zhì)的比熱，臨界點溫度，壓力等等常數(shù)你都能夠獲取。2)aspenplus能夠計算獲取隨

7、意計算物流的幾乎所有的物理性質(zhì)，比方：密度，比熱，濕度等等工藝工程師所關懷的數(shù)據(jù)。但當你的需要的數(shù)據(jù)在aspenplus的數(shù)據(jù)庫中沒有時能夠依據(jù)實驗數(shù)據(jù)回歸出獲取。舉個常有的例子，假如你在實驗室中，丈量了水-乙醇系統(tǒng)在不一樣壓力溫度下，汽液均衡時的汽液均衡構成，此刻想依據(jù)該實驗結果獲取wilson方程的水-乙醇參數(shù)（固然這組參數(shù)aspen數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有），那么就能夠使用aspenplus的數(shù)據(jù)回歸功能(dataregress)。該功能的用途在于，假如你的工藝是比較特別的，aspenplus的數(shù)據(jù)庫內(nèi)沒有內(nèi)置你所研究的系統(tǒng)，那么你就能夠先用數(shù)據(jù)回歸功能獲取相應的參數(shù)，再做模擬。該功能的詳細用法此

8、后再說。4.aspenplus需要什么前面說過，aspenplus是一個依據(jù)方程計算的軟件，那么很顯然，是方程必然需要已知條件才能解出未知數(shù)，因此aspenplus需要的是方程的已知數(shù)（或已知條件），已知數(shù)能夠多，卻不可以少，不然方程無解。aspenplus的方程第一來認識一下aspenplus的方程，aspenplus的方程能夠分為三大類：1）熱力學方程，這是與詳細的工藝流程沒關的方程，如理想氣體方程、nrtl方程、非理想溶液焓模型方程等等。該類方程為單元操作過程計算供給必需的數(shù)據(jù)基礎。2）單元操作方程，如換熱器，精餾塔等單元操作過程的計算，波及到三傳一反，這部分主假如和化工原理相關。3）數(shù)

9、學方程，這部分主假如用來解方程時波及到的一些數(shù)學計算方法，與我們工程技術人員關系不大。我以為第一類方程即熱力學方程是此后要好好的重點的學習一下，精讀一遍aspenplus的基礎，建議在aspenplus入門aspenplus物性方法和模型手冊。第二類方程相對而言不是太難，并且我個人以為初學者沒有必需去精讀，只需熟習其原理即可。實質(zhì)上aspenplus在其單元操作手冊上也并無寫明單元操作模型的方程。也就是說aspenplus的計算模型是“黑箱”的，這就使好多應用aspenplus求解問題的人能夠獲取問題的解，有時計算解和實質(zhì)有很好的符合，但殊不知道其機理，這有益也有弊。利處是我們能夠不用關懷過程

10、的機理模型，便能夠求解問題；弊端是想有更深研究的人，無從知道過程的機理我想這也正是aspenplus的商業(yè)奧密所在。對于aspenplus的流程計算模式（還有其余模。式如數(shù)據(jù)回歸模式此處不議論）。這些方程計算你需要輸入以下數(shù)據(jù)：1）流程圖2）組分3）物性方法4）開端物流數(shù)據(jù)：組分、溫度、壓力（其余物流數(shù)據(jù)aspenplus能夠計算出來）。5）所有單元操作模型數(shù)據(jù)（操作條件）6）其余非必需數(shù)據(jù)，這主假如指假如你使用其余的功能，如設計規(guī)定，敏捷度剖析等。單元操作模型對于流程圖，需要特別指出的是單元操作模型。單元操作模型是一種抽象的過程，選擇哪一個模型，取決于你有的條件和你所想要求的結果。單元操作的

11、模型由兩個要素決定：1）你有什么已知條件（操作條件）；2）你想獲取什么結果。不一樣的單元操作模型所能計算的和所需要的條件是不一樣的，詳細請參照單元操作模型手冊或許聯(lián)機幫助。這句話需要靈巧運用，我想再深入的講一點。aspenplus的單元操作模型固然與生產(chǎn)實質(zhì)的設施相對應，可是，操作模型不等詳細設施，它是過程的一種抽象。你想解決的過程是如何的才能決定你所選擇的模型，而不是由詳細的設施決定的。舉個比較典型的例子：aspenplus中有radfrac模型是個典型的精餾塔詳盡計算模型，基本上能夠等同于現(xiàn)實操作的精餾塔設施，模型有冷凝器和再沸器。曾有人問我，他想計算冷凝器的詳盡構造該怎么辦因為radfr

12、ac自己沒有對于冷凝器的構造的計算啊。解決的方法很簡單，你將radfrac的冷凝器設為無，而后在塔頂汽相增添一個heatx或許hetran（換熱器）就能夠了。并且還有人問精餾塔怎么不可以設置全回流呢說真話，我并不理解有什么精餾塔在正常狀態(tài)下是全回流操作的，但假如你非要設成全回流也不是沒有可能，用我前面講的方法，將換熱器的出口再返回精餾塔就能夠了。物性方法的選擇。對于初學者而言，除非他十分熟習熱力學的內(nèi)容，不然物性方法的選擇的確是個難點，在你還沒有學習過熱力學或許精讀過aspenplus物性方法和模型手冊從前，在這里簡要講一下物性方法。第一要理解什么是物性方法比方我們做一個很簡單的化工過程計算：

13、一股100,1bar的水-乙醇(50：50摩爾比，100kmol/h）的物料經(jīng)過一個換熱器后冷卻到了80,問下邊值分別是多少進口物料的密度，汽相分率。換熱器的負荷。出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密度。復雜一點，我還能夠問物料的粘度，逸度，活度，熵等等。以上的值怎么計算出來好，我們來假定出進口物料所有是理想氣體，完整切合理想氣體的行為，則其密度能夠使用pv=nRT計算出來。并且汽相分率全為1，即該物料是完整氣體。因為理想氣體的焓與壓力沒關，則換熱器的負荷能夠依據(jù)水和乙醇的定壓熱熔計算出來。在此例中間，描繪理想氣體行為的若干方程，就是一種物性方法（aspenplus中稱為idealproper

14、tymethod)。簡單的說，物性方法就是計算物流物理性質(zhì)的一套方程，一種物性方法包含了若干的物理化學計算公式。對于本例而言起碼包含了以下兩個方程：pv=nRTdH=CpdT.實質(zhì)上，以上是一種最簡單的計算方法，但結果偏差是很大的。這是因為對于“水乙醇”系統(tǒng)在此兩種溫度壓力下，假如看作理想氣體來辦理，其偏差是比較大的，特別對于液相。依據(jù)理想氣體辦理的話，冷卻后仍舊為氣體，不該當有液相出現(xiàn)。那么應當如何計算呢主要波及以下過程：1）對于汽相pvt計算，能夠使用srk方程，進而能夠獲取密度。液相也能夠使用狀態(tài)方程計算密度，但此處不介紹使用，能夠使用Rackett模型計算液相密度。）至于物流的相態(tài)，則

15、第一需要做汽液均衡計算。）在進行汽液均衡計算時，液相應用活度系數(shù)方程計算組分的逸度系數(shù)，并且還需要使用拓展antoine方程計算蒸汽壓力。）換熱器負荷的計算比較復雜，能夠使用出進口物流焓差來計算，那么需要計算出出進口物流的焓。）焓的計算有多種門路，對于液對比較常用的方法是計算理想液體混淆物焓，而后再加上剩余焓計算出來。要計算非理想液體混淆物剩余焓，則可經(jīng)過混淆物質(zhì)汽相焓與蒸發(fā)焓差來計算，非理想性比較強是還要考慮混淆焓差。因而可知，實質(zhì)過程起碼包含以下公式方程：1）狀態(tài)方程srk,2）液相密度方程rackett.3）拓展antoine方程.4）汽，液相逸度系數(shù)方程5）液相活度系數(shù)方程6）汽相焓方

16、程，經(jīng)過srk方程導出，需要設計純氣體Cp=f(p,t)方程。7）液相焓方程，相當復雜，此處不再重復。8）其余方程，包含數(shù)學方程，比方以上計算時波及到了微積分運算，汽液均衡的回歸運算等。以上方程，假如需要我們用戶去一個個選擇出來，則是一件相當麻煩的工作，并且很簡單犯錯。幸虧模擬軟件已經(jīng)幫我做了這一步，這就是物性方法。對于本例，我們對汽相用了狀態(tài)方程，srk；液相用了活度系數(shù)方程(nrtl,wilson,等），在aspenplus中將其中方法叫做活度系數(shù)法，假如你選擇nrtl方程，就稱為nrtl方法，wilson方程就成為wilson物性方法(wilsonpropertymethod)。這類物性

17、方法中已經(jīng)囊括了所有我上邊提到的方程公式。在aspenplus中（或許應當說在化工熱力學中）有兩大類十分重要的物性方法，對于初學者而言，認識到此兩類物性方法，基本上就能夠開始著手模擬工作了。大概而言，依據(jù)液相混淆物逸度的計算方法的不一樣，物性方法能夠分為兩大類：狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法。狀態(tài)方程法使用狀態(tài)方程來計算汽相及液相的逸度，而活度系數(shù)法使用狀態(tài)方程計算汽相逸度，可是經(jīng)過活度系數(shù)來計算液相的逸度。常有的狀態(tài)方程有ideal、srk、pr、lk方程以及他們的一些改良方程。狀態(tài)方程法就是鑒于此類狀態(tài)方程來計算逸度，壓縮因子，焓等等的物性方法。常有的活度系數(shù)方程有nrtl、wilson、uniq

18、uac等?；疃认禂?shù)法就是鑒于此類活度系數(shù)方程來計算液相逸度，液相焓等的物性方法。一般而言，對于常有的烴類如烷，烯，芬芳族，無機氣體如O2、N2等非（弱）極性的化合物，采納狀態(tài)方程法；對于極性強的化合物，如水-醇，有機酸系統(tǒng)采納活度系數(shù)法。此外對于汽相聚合的物質(zhì)，應采納特其余活度系數(shù)法，能夠計算汽相聚合效應。對于無機電解質(zhì)系統(tǒng)，采納elecnrtl物性方法。對于更多更詳盡的物性方法選擇請參照物性方法與模型手冊。學好aspenPlus應具備的先導知識第一要學好化工熱力學、化工原理、分別過程、過程系統(tǒng)工程這幾課，這些基礎知識學好后再看Aspen的學習資料會比較輕松。此外，學習一點數(shù)學方面的知識，在過

19、程系統(tǒng)工程這樣的書里是有詳盡介紹的。不論學什么，先把基礎打好，這是最重要的。對于Aspen幫助文檔，有三個是必看的，userguide，PhysicalPropertyMethodsandModels，UnitOperationModels。前面已經(jīng)重申了熱力學模型在過程模擬中的重要性了，因此務必需掌握好各樣物性模型和如何選擇。介紹學習資料下邊兩個資料建議初學者看一下，對于學學習asepnplus會事半功倍的，一個是大慶金橋aspen教課，“aspen前者能夠使初學者迅速熟習和掌握金橋演示教程”，另一個是Aspenplus塔設計事例。Aspenplus的界面與基本操作方法，后者經(jīng)過一個精餾塔的

20、事例，一步一步指引你學習Aspenplus做過程模擬的各樣功能。用ASPEN進行全流程模擬的一些心得我理解的全流程模擬，比方一個有若干塔、若干換熱器的流程，包含很多循環(huán)流。在物性選擇正確的基礎上，想要收斂順利，主要靠一步一步來。比方先用簡單換熱器，而不用詳盡換熱器，來取代現(xiàn)實的換熱網(wǎng)絡。先把塔算通，比如在塔的設計規(guī)定中規(guī)定塔頂產(chǎn)品規(guī)格、塔底產(chǎn)品規(guī)格，利用調(diào)理重沸器、塔頂冷卻器負荷來達到目的。此時整個流程的循環(huán)只有一重。假如經(jīng)過手算給定大概正確的的撥出率，bottomrate之類的初值；對一些強極性的物性，在塔模型內(nèi)選擇合適的收斂方法。那么計算是相對容量經(jīng)過的。即便不經(jīng)過也很簡單錯在什么地方。因

21、為不過在算一個塔而已。算通塔只后，利用計算結果，除掉設計規(guī)定，直接給出相應的重沸器、塔頂冷卻器負荷，則能夠去掉一重循環(huán)。此時流程中所有的換熱器實質(zhì)上不過簡單換熱器，在ASPENPLUS就是HEATER。能夠利用PINCH抽出各要換熱的物流的數(shù)據(jù)，在PINCH中形成大概的換熱網(wǎng)絡，即哪個物流與哪個物流換熱，換到多少度。此時能夠把流程中的簡單換熱器一個一個地用詳盡換熱器取代。實質(zhì)上所有的計算，特別有循環(huán)流的狀況下，好的初值是重要的，而沒有初值，就是零值，任何值除零都犯錯，任何值乖零都是零。利用PINCH算出大概換熱網(wǎng)絡時，能夠給出各流股的初值；而算通了塔，能夠給出各流股的構成；經(jīng)過預估壓降能夠給出

22、在致的壓力。每算通一個換熱器此后，就用各流股的計算值取代初值，這就是reconsi.的用途。假如這樣還不可以的話，再去改正相應的整個流程收斂設置。比方broyton法就很強盛，就是有時算出來的東西有點貌同實異?？傊鞒棠M一定一步一步來，好多人不注意這一點，一下子搭一個很大的流程，至少出了錯看不出重點問題在哪里?？赡芨鯇W時，做例子的方式相關。此外流程模擬的基礎是物性方法的選擇，這是一個難點。第一要對物性計算有深刻的理解，比有一本書叫流體相均衡熱力學，有好多物性計算方面的看法，能夠跟ASPEN的物性指南配合看，比方對于狀態(tài)方程之類，混淆規(guī)則的選擇就特別重要，而對于氣液系統(tǒng)，不一樣根源的二元交互

23、參數(shù)，常常有同樣的計算成效。其次，對要計算的物性系統(tǒng)，總有必定的已第一版的物性數(shù)據(jù)，在選定物性方法從前，能夠參照他人的選擇試算。最后要認真讀ASPEN的物性指南，比方SRK任何一本書都說它能夠計算烴水系統(tǒng)，但在ASPEN中該物性方法中的OPTIONCODE中要輸入合適值，才能把開啟該功能。此外對鑒于液液傳質(zhì)，除非有從實驗數(shù)據(jù)回回來的二元交互參數(shù)，不然還難獲取合理的計算結果。實質(zhì)上一個流程的模擬能否順利，一方面是取決對該工藝的理解，另一方面是取決于理論上的愿不肯意深入學習，比方物性這一塊。此外還能夠參照各軟件附加的例子，都供給了好多二元交互參數(shù)、HENREY系數(shù)。其實好多看法跟我引用的這個技術人

24、員看法很靠近，我固然沒有實質(zhì)生產(chǎn)經(jīng)驗，可是作為研究生已經(jīng)做了好幾個大型流程的模擬，上一次做了一個流程我那部分就波及到反響器，精餾塔，換熱器，結晶器等模塊，過程實在是特別復雜，做了好幾個月才達成（自然其中好多時候都是收斂好了交給對方，而后他們又感覺哪里他們考慮不夠返回從頭計算），在此時期也累積了一點經(jīng)驗：第一全流程的模擬不是你把所有物流，模塊連結再算，而是應當考慮清楚大概構造，而后分塊進行，其中包含一些模型的簡化，如開始換熱器能夠先用heater代替，到最后達成流程模擬后改用heatx，這樣會少好多麻煩；其次是考慮好采納系統(tǒng)的物性方法，aspen模擬過程物性方法特別重要，對于強極性系統(tǒng)，要采納其比較合用的物性方法，這樣才會計算得正確，有些人反應有些相均衡數(shù)據(jù)沒有或許焓熵缺失，這個一個方法就是去查文件找，還有就是能夠采納與之性質(zhì)相靠近的物質(zhì)來取代，這樣算出來的結果也有必定的