ASPEN-PLUS-介紹及模擬實(shí)例課件

ASPENPLUS介紹及模擬實(shí)例2008.10.10Outline熱力學(xué)方法選擇RadFrac介紹RadFrac模擬實(shí)例-甲醇、水分離反饋控制－甲醇、水分離過(guò)程小結(jié)作業(yè)化工流程模擬系統(tǒng)的使用步驟選擇熱力學(xué)方法定義流股信息提供過(guò)程條件定義化學(xué)組分定義模擬流程運(yùn)行模擬過(guò)程查看模擬結(jié)果②③④⑤⑥⑦①溫度壓力組成流率選擇單元模塊連接流股物性計(jì)算方法物性參數(shù)表格圖形⑧模擬環(huán)境基本設(shè)置ASPENPLUS軟件使用基本步驟主窗口界面：繪圖工作區(qū)和數(shù)據(jù)瀏覽窗口基本設(shè)置模擬流程圖的繪制組分定義熱力學(xué)方法的定義流股數(shù)據(jù)和過(guò)程數(shù)據(jù)的輸入模擬執(zhí)行過(guò)程查看結(jié)果專家支持系統(tǒng)熱力學(xué)方法選擇

Findinggoodvaluesforinadequateormissingphysicalpropertyparametersisthekeytoasuccessfulsimulation.Andthisdependsuponchoosingtherightestimationmethods.Don'tgamblewithphysicalpropertiesforsimulationsASPENPLUS的熱力學(xué)模型（適用體系）非理想體系——采用狀態(tài)方程與活度系數(shù)相結(jié)合的模型；原油和調(diào)和餾分；水相和非水相電解質(zhì)溶液；聚合物體系。ASPENPLUS的熱力學(xué)模型（狀態(tài)方程）Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）；Hayden-O’Connell；用于Hexamerization的氫-氟化物狀態(tài)方程；理想氣體模型；Lee-Kesler（LK）；Lee-Kesler-Plocker；Peng-Robinson（PR）；采用Wong-Sandler混合規(guī)則的SRK或PR；采用修正的Huron-Vidal-2混合規(guī)則的SRK或PR；用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。ASPENPLUS的熱力學(xué)模型（活度系數(shù)模型）EletrolyteNRTL；Flory-Huggins；NRTL；Scatchard-Hilde-Brand；UNIQUAC；UNIFAC；vanLaar；WILSON。ASPENPLUS的熱力學(xué)模型（其他模型）API酸水方法；BraunK-10；Chao-Seader；Grayson-Streed；Kent-Eisenberg；水蒸氣表。ASPENPLUS的物性分析工具物性常數(shù)估算方法：可用于分子結(jié)構(gòu)或其他易測(cè)量的物性常數(shù)（如正常沸點(diǎn)）估算其他物性計(jì)算模型的常數(shù)。數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)：用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和擬合。物性分析系統(tǒng)：可以生成表格和曲線，如蒸汽壓曲線、相際線、t-p-x-y圖等。原油分析數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：用精餾曲線、相對(duì)密度和其他物性曲線特征化原油物系。電解質(zhì)專家系統(tǒng)：對(duì)復(fù)雜的電解質(zhì)體系可以自動(dòng)生成離子或相應(yīng)的反應(yīng)ASPENPLUS專有物性數(shù)據(jù)庫(kù)在ASPENPLUS10.x版中，有專用于NRTL、WILSON和UNIQVAC方法的二元交互參數(shù)庫(kù)，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI亨利系數(shù)的二元參數(shù)庫(kù)有HENRY及BINARY（1600+對(duì)）ASPENPLUS10.x版的電解質(zhì)專家系統(tǒng)，有內(nèi)置電解質(zhì)庫(kù)，包括幾乎所有常見的電解質(zhì)應(yīng)用中化學(xué)平衡常數(shù)及各種電解質(zhì)專用二元參數(shù)。只要啟動(dòng)電解質(zhì)熱力學(xué)方法，這些參數(shù)便會(huì)自動(dòng)檢索。熱力學(xué)平衡計(jì)算模型的狀態(tài)方程法

1、IDEAL理想狀態(tài)性質(zhì)方法2、用于石油混合物的性質(zhì)方法：BK10、CHAO-SEA、GRAYSON3、針對(duì)石油調(diào)整的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：PENG-ROB、RK-SOAVE4、用于高壓烴應(yīng)用的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM5、靈活的和預(yù)測(cè)性的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-ASPEN、RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR

計(jì)算高溫、高壓、接近臨界點(diǎn)混合物及在高壓下的液-液分離的體系。（如乙二醇?xì)怏w干燥、甲醇脫硫及超臨界萃?。?/p>

處理高溫、高壓以及接近臨界點(diǎn)的體系（如氣體管線傳輸或超臨界抽提）用于氣體加工、煉油及化工應(yīng)用。（如氣體加工裝置、原油塔及乙烯裝置）用于煉油應(yīng)用,它能用于原油塔、減壓塔和乙烯裝置的部分工藝過(guò)程用于氣相和液相處于理想狀態(tài)的體系（如減壓體系、低壓下的同分異構(gòu)體系）液體活度系數(shù)性質(zhì)方法NRTLUNIFACUNIQUACVANLAARWILSON理想氣體定律Redlich-KwongRedlich-Kwong-SoaveNothnagelHayden-OConnellHF狀態(tài)方程

液體活度系數(shù)模型汽相狀態(tài)方程

活度系數(shù)模型與狀態(tài)方程方法的比較

活度系數(shù)方法是描述低壓下高度非理想液體混合物的最好方法。你必須由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（例如相平衡數(shù)據(jù)）估計(jì)或獲得二元參數(shù)。狀態(tài)方程可以在一個(gè)很寬的溫度和壓力范圍應(yīng)用，包括亞臨界和超臨界范圍。對(duì)于理想或微非理想的系統(tǒng)，汽液兩相的熱力學(xué)性質(zhì)能用最少的組分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算狀態(tài)方程，適用于模擬帶有諸如CO2、N2、H2S這樣輕氣體的烴類系統(tǒng)?；疃认禂?shù)方法只能用在低壓系統(tǒng)（10atm以下），對(duì)于在低壓下含有可溶氣體并且其濃度很小的系統(tǒng)，使用亨利定律。對(duì)于在高壓下的非理想化學(xué)系統(tǒng)，用靈活的、具有預(yù)測(cè)功能的狀態(tài)方程。

RadFrac模塊介紹RadFrac--嚴(yán)格法精餾RadFrac是一個(gè)嚴(yán)格模型,用于模擬所有類型的多級(jí)氣-液精餾操作一般精餾吸收再沸吸收汽提再沸汽提萃取和共沸蒸餾RadFrac適用于兩相蒸餾體系三相蒸餾體系窄沸程和寬沸程體系液相具有非理想性強(qiáng)的體系RadFrac可以處理離開任何級(jí)并返回到同一級(jí)或一個(gè)不同的級(jí)的中段回流；RadFrac可以模擬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的塔反應(yīng)有固定轉(zhuǎn)化率或它們是：平衡流率控制電解質(zhì)RadFrac流程的連接RadFrac流程的連接RadFrac可以有任何數(shù)量的級(jí)數(shù)級(jí)間加熱器/冷凝器傾析器（分相器）中段回流規(guī)定RadFrac級(jí)數(shù)進(jìn)料物流約定沒(méi)有冷凝器或再沸器的塔再沸器處理加熱器和冷卻器規(guī)定傾析器中段回流注：RadFrac塔板數(shù)從上到下，從冷凝器開始（如沒(méi)有冷凝器從塔頂?shù)谝粔K板算起）算法石油和石油化工應(yīng)用極寬沸程的混合物和/或許多組分和設(shè)計(jì)規(guī)定，使用Sum-Rates算法高度非理想體系當(dāng)液相的非理想程度非常強(qiáng)，使用Newton算法共沸蒸餾吸收和汽提使用Sum-Rates算法深冷應(yīng)用求解策略塔收斂Inside-out標(biāo)準(zhǔn)流率加和和非理想算法MultiFrac、PetroFrac

和Extract模型Napthali-SandholmNewton算法設(shè)計(jì)規(guī)定的收斂設(shè)計(jì)規(guī)定嵌套循環(huán)收斂（適用于除SUM-RATES外的所有算法）設(shè)計(jì)規(guī)定同時(shí)收斂（Algorithm=SUM-RATES，NEWTON）

RadFrac的兩種計(jì)算模式核算模式計(jì)算：溫度流率摩爾分率分布設(shè)計(jì)模式計(jì)算：滿足塔的操作參數(shù)（例如純度或回收率）或塔中任意物流的物性所需要滿足的規(guī)定有廣泛的設(shè)計(jì)和核算塔板及填料的能力RadFrac模擬實(shí)例Exercise:甲醇、水分離飽和液體進(jìn)料塔頂壓力：16.1psi每板壓降：0.1psi蒸出流率：39885Ib/hr熱力學(xué)方法：NRTL-RKQuestionsAspenPlus的過(guò)程流程圖；再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷；做出汽相、液相中水和甲醇的組成曲線；使用之前的模擬結(jié)果再次運(yùn)行模擬，提高塔板效率，降低成本。至少做兩次改變。

目標(biāo)：塔頂餾出物甲醇純度>99.95wt%，塔底水純度>99.90wt%。步驟啟動(dòng)程序選擇單位制和運(yùn)算類型用戶界面建立流程1.AspenPlus的過(guò)程流程圖模擬環(huán)境基本設(shè)定輸入、輸出單位制任意輸入用戶名，但務(wù)必輸入定義化學(xué)組分選擇熱力學(xué)方法NRTL-RK方程不要求掌握這個(gè)方程，但要求知道模型中參數(shù)的含義及用途，特別是模型實(shí)用范圍二元交互作用參數(shù)定義流股信息，如溫度、壓力、流量、組成提供過(guò)程條件，如塔板數(shù)、冷凝器類型、再沸器類型、有效相態(tài)、收斂算法操作參數(shù)進(jìn)料位置壓力及塔壓降運(yùn)行模擬計(jì)算過(guò)程查看模擬計(jì)算結(jié)果2.再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷再沸器熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷3.汽相、液相中水和甲醇的組成曲線選擇相態(tài)和質(zhì)量or摩爾組成反饋控制－甲醇、水分離過(guò)程

設(shè)計(jì)規(guī)定（DesignSpecification）設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)規(guī)定：指定要操縱（調(diào)整）的一個(gè)模塊輸入變量、過(guò)程進(jìn)料物流變量或其它模擬輸入變量來(lái)滿足規(guī)定。設(shè)計(jì)規(guī)定通過(guò)調(diào)整一個(gè)由用戶指定的輸入變量來(lái)達(dá)到它的目標(biāo)。被采集變量：為一個(gè)流程變量或一些流程變量的函數(shù)指定一個(gè)你所希望的值。被操縱變量：選擇調(diào)整一個(gè)模塊輸入變量或過(guò)程進(jìn)料變量以便滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。設(shè)計(jì)規(guī)定的收斂設(shè)計(jì)規(guī)定產(chǎn)生必須迭代求解的回路。缺省情況下，ASPENPLUS為每個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定生成一個(gè)收斂模塊并排序。在物流或模塊輸入中提供的被操縱變量的值被用作初始估值。規(guī)定還必須有一個(gè)允差的方程是：

|規(guī)定值-計(jì)算值|<允差

通過(guò)選擇相應(yīng)Convergence（收斂）模塊的Results（結(jié)果）頁(yè)面，可以查看收斂模塊的摘要和收斂歷史。設(shè)計(jì)規(guī)定的步驟建立設(shè)計(jì)規(guī)定。標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)規(guī)定中所用的被采集流程變量。為一個(gè)被采集變量或一些被采集變量函數(shù)指定目標(biāo)值并指定一個(gè)允差。標(biāo)識(shí)一個(gè)為達(dá)到目標(biāo)值而被調(diào)整的模擬輸入變量，并指定調(diào)整該變量的上下限。輸入可選的Fortran語(yǔ)句。

采集變量函數(shù)指定目標(biāo)值采集變量函數(shù)指定目標(biāo)值采集變量函數(shù)指定目標(biāo)值采集變量函數(shù)指定目標(biāo)值采集變量函數(shù)指定目標(biāo)值被調(diào)整的模擬輸入變量第二個(gè)反饋控制過(guò)程同optimalRadFrac板效率如果給第2塊板效率為0.65，再給第39塊板效率為0.65，則ASPENPLUS默認(rèn)第2～39塊板效率都是0.65。RadFrac塔盤尺寸泡罩塔塔板得到塔徑小結(jié)HomeworkASPENPLUS生產(chǎn)過(guò)程說(shuō)明

環(huán)己烷是通過(guò)苯的氫化來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的，其化學(xué)反應(yīng)式如下所示。

C6H6+3H2→C6H121.在苯和氫進(jìn)入固定催化床反應(yīng)器之前，與回流的氫和環(huán)己烷進(jìn)行混合。假定苯的轉(zhuǎn)化率為99.8%。2.反應(yīng)器流出物被冷卻后，輕氣體從產(chǎn)品物流中分離出來(lái)，其中部分輕氣體作為回收氫氣回流回反應(yīng)器。3.從分離器出來(lái)的液體產(chǎn)品物流流入蒸餾塔以進(jìn)一步除去任何溶解的輕氣體以及穩(wěn)定最終產(chǎn)品。為有利于溫度控制，部分環(huán)己烷產(chǎn)品回流到反應(yīng)器?？偭髀剩?30kmol/hrT=50OCP=25Bar摩爾分率：H2=0.975N2=0.005CH4=0.02T=50OCP=1Bar苯流率=100kmo