Aspen流程模擬基礎(chǔ)(綜合練習(xí))-4

1、ASPEN PLUSASPEN PLUS北京石油化工學(xué)院北京石油化工學(xué)院趙杰趙杰主要內(nèi)容1 1. . Aspen Plus Aspen Plus簡介簡介2 2. . Aspen Plus Aspen Plus 界面介紹界面介紹3 3. . Aspen Aspen Plus Plus 快速入門快速入門4 4. . Aspen PlusAspen Plus精通精通5 5. . 模型分析工具模型分析工具6 6. . 其他高級功能簡介其他高級功能簡介綜合練習(xí)綜合練習(xí)綜合練習(xí)綜合練習(xí)-1:甲基環(huán)幾烷(MCH)回收塔綜合練習(xí)1:甲基環(huán)幾烷回收塔分離模塊用RadFrac中的FRACT1組分的 輸入:物性方法

2、采用UNIFAC (甲苯沸點231.13F,MCH沸點213.68F)在報告選項中要增加物流的摩爾分率相關(guān)數(shù)據(jù): 進(jìn)料物流進(jìn)料物流 精餾塔精餾塔Pressure of Cond 16 psia Pressure of Reb 20.2 psia綜合練習(xí)1:甲基環(huán)幾烷回收塔綜合練習(xí)1:甲基環(huán)幾烷回收塔綜合練習(xí)1:甲基環(huán)幾烷回收塔綜合練習(xí)1:甲基環(huán)幾烷回收塔綜合練習(xí)1:甲基環(huán)幾烷回收塔綜合練習(xí)2:靈敏度分析模擬計算的一個優(yōu)勢是你可以研究改變操作變量時工藝過程的靈敏度;利用Aspen Plus,你可以輸入這些變化,并其造成的影響列表,這就是所謂的靈敏度分析。本模塊我們將用上一模塊建立的甲基環(huán)幾烷(M

3、CH)回收塔模擬CASE進(jìn)行靈敏度分析的學(xué)習(xí)。從菜單中選擇DataModel Analysis ToolsSensitivity,單擊New,下列界面將出現(xiàn)綜合練習(xí)2:靈敏度分析靈敏度分析將產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)表,第一個列將包括一個用戶規(guī)定的苯酚流率輸入值的變化范圍,另外三列為MCH蒸餾產(chǎn)品的純度,冷凝器負(fù)荷,及再沸器熱負(fù)荷。在Define頁面,定義每個計算變量的名字(產(chǎn)品純度,冷凝器負(fù)荷,再沸器負(fù)荷),在Vary頁面,規(guī)定操作變量(苯酚流率)的變化范圍及變化步長,在Tabulate頁面,設(shè)置數(shù)據(jù)表的格式。我們首先定義MCH蒸餾產(chǎn)品純度變量,在Define頁面,單擊New,在Create New Va

4、riable對話框中,輸入XMCH,單擊OK,在Variable Definition頁面中,定義XMCH為物流3 中MCH的摩爾分率(注 意,每定義一步,更詳細(xì) 的選項會進(jìn)一步出現(xiàn), 具體定義信息如下:綜合練習(xí)2:靈敏度分析然后定義冷凝器熱負(fù)荷(名字QCOND)及再沸器熱負(fù)荷(名字QREB)在Vary頁面,定義苯酚流率(物流1) 從12002000lbmol/hr按照步長100lbmol/hr變化,在Report labels區(qū)域,輸入下列直線信息: Line1 變量Phenol,Line2 變量Flowrate綜合練習(xí)2:靈敏度分析下一步,我們規(guī)定運(yùn)行分析時Aspen Plus產(chǎn)生的表格的

5、格式;在Tabulate頁面定義如下: 按Table Format鈕,輸入:換名,存盤Exercise-02,運(yùn)行(按F5)綜合練習(xí)2:靈敏度分析從數(shù)據(jù)瀏覽菜單樹中單擊Model Analysis ToolSensitivityS-1Results,顯示如下:綜合練習(xí)2:靈敏度分析創(chuàng)建一個MCH純度與苯酚流率關(guān)系圖單擊上表中苯酚流量數(shù)據(jù)列標(biāo)簽,然后單擊菜單PlotX-Axis Variable;再單擊MCH數(shù)據(jù)列標(biāo)簽,單擊菜單PlotY-Axis Variable;最后單擊菜單Plot-Display Plot; (在該圖上,單擊鼠標(biāo)右鍵,可以對圖形編輯)綜合練習(xí)3:進(jìn)行設(shè)計規(guī)定本模塊我們在綜

6、合練習(xí)-1的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)如何使用Aspen Plus來進(jìn)行設(shè)計規(guī)定。我們用A+軟件來決定確保MCH蒸餾純度98%所需要的準(zhǔn)確的苯酚進(jìn)料量。打開練習(xí)-1的模擬文件,在菜單中選擇Data-Flowsheeting Options-Design Spec,然后單擊NEW,單擊OK,下圖頁面將出現(xiàn):綜合練習(xí)3:設(shè)計規(guī)定在Define頁面,定義XMCH作為MCH純度;在Spec頁面,輸入一個含有數(shù)字和被定義變量的數(shù)學(xué)表達(dá)式,同時輸入該表達(dá)式的目標(biāo)值及容差;在Vary頁面,規(guī)定一個作為調(diào)節(jié)變量的輸入變量和調(diào)節(jié)范圍,以便A+進(jìn)行探索以滿足在Spec中規(guī)定的目標(biāo)值。在上頁的Define頁面中,單擊NEW,輸入X

7、MCH,單擊OK,輸入右圖信息:接著,設(shè)置如下設(shè)計規(guī)定:塔頂回收的MCH純度必須為98%,容差0.01。在Spec頁面中,輸入左圖信息:在Vary頁面,輸入右圖信息綜合練習(xí)3:設(shè)計規(guī)定設(shè)計規(guī)定已經(jīng)完成,現(xiàn)在我們可以運(yùn)行設(shè)計規(guī)定計算從菜單中選擇運(yùn)行,或按F5,計算過程如下綜合練習(xí)3:設(shè)計規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽菜單樹中,單擊Results SummaryConvergence,我們可看到 該結(jié)果說明計算收斂成功,苯酚的流率應(yīng)該為1516;物流計算結(jié)果如下,換名(Exercise-03)存盤,退出綜合練習(xí)4:創(chuàng)建工藝流程圖A+有兩種顯示流程圖的模式: 模擬模式及PFD模式在這兩種模式中,你均可以定制你的流程

8、圖: 1)增加文本和圖示;2)顯示物流及模塊的整體數(shù)據(jù); 3)顯示物流結(jié)果表; 4)增加OLE對象在PFD模式,你可以修改流程圖使其與實際裝置相適應(yīng);本例中我們模擬的裝置有兩個單元模塊而實際上我們只用了一個模塊,我們將在PFD模式對其進(jìn)行修改,這些修改只是為了顯示但不會對模擬模型產(chǎn)生影響本練習(xí)我們將用PFD模式從MCH模擬的工藝流程產(chǎn)生一個裝置流程圖打開練習(xí)-1的模擬文件模擬模式是A+默認(rèn)模式,該模式可用來進(jìn)行工藝模擬或進(jìn)行計算。PFD模式用來創(chuàng)建一個工藝過程的圖示報告,用PFD模式你可以:增加一個設(shè)備圖標(biāo)及不需要包含在模擬中的物流;顯示物流數(shù)據(jù); 顯示結(jié)果表;模擬模式和PFD模式的轉(zhuǎn)換開關(guān)是

9、:1)選擇VIEWPFD Mode; 2)按F12;在PFD模式,窗口狀態(tài)條將顯示PFD Mode,同時工藝流程圖將顯示一個深顏色的邊框綜合練習(xí)4:創(chuàng)建工藝流程圖當(dāng)你選擇PFD模式,A+將創(chuàng)建一個新的與原始流程圖相同的圖形,新的圖形是獨立的,在這兩個圖形中進(jìn)行的物流及模塊的改變均是相互獨立的;如果你改變了原始的工藝流程圖并希望新的PFD圖能夠反映這些變化,選擇ViewReset PFD,老的PFD將被刪除,與你修訂過的模擬的工藝流程圖相匹配的PFD將取而代之。在MCH模擬中,我們沒有模擬進(jìn)料泵,而簡化為規(guī)定了進(jìn)料物流的壓力。然而你可能希望在流程圖上包括進(jìn)料泵。為了放置進(jìn)料泵,我們需要將物流-1

10、分成兩個物流,一個為泵的進(jìn)料,另一個為泵的出口并進(jìn)入塔進(jìn)入PFD模式,從Pressure Changers模塊中選擇泵,將泵放在物流-1中間,選擇物流-1然后單擊右鍵,從快捷 菜單中選擇Reconnect Destination, 然后將物流-1作為泵的進(jìn)料,單擊 鼠標(biāo)左鍵;你還需要增加一個物流 將泵的出口與塔的入口相連(注意, 在任何時候你均可按ESC鍵放棄連接)綜合練習(xí)4:創(chuàng)建工藝流程圖進(jìn)入菜單VIEW,確保Global Data被標(biāo)記,選擇ToolsOptionsResults View,選擇溫度和壓力,單擊OK; A+計算的每個物流的溫度和壓力將予以顯示;并在角落顯示了圖例.如果你沒有

11、看到圖例,選擇ViewZoomZoom Full 或者按Ctrl-EndPFD風(fēng)格的圖形通常包括物流結(jié)果表,方法如下:確保ViewAnnotation被選中,選擇DataResults SummaryStream,單擊Stream Table,進(jìn)入Process Flowsheet,在流程圖中將看到物流表(如下圖)綜合練習(xí)4:創(chuàng)建工藝流程圖綜合練習(xí)4:創(chuàng)建工藝流程圖用Draw工具條增加文字:選擇View-Toolbar,在對話窗中選擇Draw,按OK; Draw工具條將出現(xiàn),單擊在工具條上的A,輸入需要的文字,可改變字體的大小,字體,位置等。選擇FilePrint Preview,模塊和物流的

12、ID號及圖形中的全部數(shù)據(jù)將被打印;單擊Zoom In 或Zoom Out, 單擊Print綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性本練習(xí)我們學(xué)習(xí)用Aspen Plus來估計A+數(shù)據(jù)庫中沒有的組分的物性,你將用已知的Thiazole(噻唑)的分子結(jié)構(gòu)及已知的物性來估計它缺少的物性。本練習(xí)我們將處理包含Thiazole,水及其他組分的工藝流程。Thiazile不是Aspen Plus的數(shù)據(jù)庫組分,已知如下信息:分子結(jié)構(gòu): 分子量85,正常沸點116.8,蒸汽壓關(guān)系如下:我們需要的物性如下: TC:臨界溫度, PC:臨界壓力, CPIG:理想氣體熱容系數(shù), DHFORM:生成熱, DGFORM:Gibbs自由

13、能, DHVLWT:Watson汽化熱系數(shù), VC:臨界體積, ZC:臨界壓縮因子啟動Aspen Plus,選擇Template,單擊OK,選擇General with English Units,在Run Type中選擇Property Estimation,單擊OK. 綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性數(shù)據(jù)瀏覽菜單將出現(xiàn),首先輸入模擬的標(biāo)題,然后定義一個新的組分(組分名字為Thiazole),讓Aspen Plus來估計所有缺少的組分,然后輸入Thiazole的分子結(jié)構(gòu)和所有已知的物性,最后運(yùn)行軟件進(jìn)行估計。在數(shù)據(jù)瀏覽菜單樹中擴(kuò)展Setup文件夾然后單擊Specification,在Title

14、區(qū)輸入Property Estimation for Thiazole在數(shù)據(jù)瀏覽菜單樹中擴(kuò)展Components文件夾然后單擊Specification,在組分ID列第一行輸入Thiazole;下一步讓A+估計未知物性。綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性擴(kuò)展Properties文件夾及Estimation,單擊Input,接受缺省的估計選項Estimate all missing Parameters,本表格中的其他頁面用來選擇估計每種物性的計算方法,本練習(xí)我們采用默認(rèn)值,按NEXT鈕,選擇輸入Thiazole的分子結(jié)構(gòu)。你可以用基于單原子及連接鍵的普通方法定義分子結(jié)構(gòu);也可以用關(guān)能團(tuán)的方法估計。

15、在General頁面,規(guī)定Thiazole每個非氫原子和每個連接鍵,A+可以處理氫鍵綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性Thiazole結(jié)構(gòu)簡圖和非氫原子如下:每個原子將被列出兩次,一次作為連接(Atom1)另一次作為被連接(Atom2)輸入Atom1及Atom2及Bond Type右圖信息:估計物性對于A+來講,只輸入分子結(jié)構(gòu)信息已經(jīng)足夠了,然而,輸入所有可用數(shù)據(jù)可以提高估計的精度擴(kuò)展數(shù)據(jù)瀏覽菜單中Properties-ParametersPure Component,單擊NEW,在對話框中選擇Scalar,輸入新名字TBMW,單擊OK,下列頁面將出現(xiàn),在Component區(qū)域,選擇Thiazon

16、e,其他區(qū)域設(shè)置見圖綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性我們輸入Antoine蒸汽壓關(guān)系再次打開Properties-ParametersPure Component,單擊NEW,在對話框中選擇T-Dependent correlation,選擇Liquid vapor pressure-PLXANT-1單擊OK,給定的蒸汽壓方程如下:輸入的信息如下:組分選Thiazole溫度單位選C,性質(zhì)單位選mmHg,其它系數(shù)見右圖(在Parameter的PLXANT附近按?鈕你可以獲得輸入?yún)?shù)的幫助綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性選擇ViewControl Panel或按F7;然后選擇RUN或F5開始運(yùn)行計算在

17、Results SummaryRun Status,你可以看到:計算已經(jīng)完成但有警告。在數(shù)據(jù)瀏覽菜單PropertiesEstimationRssults,可看到 Thiazole的估計的物性,包括物性名稱,縮寫,估計值,單位,估計的計算方法綜合練習(xí)5:估計非庫組分的物性可以將該物性估算文件存為備份文件,以便今后使用Thiazole物性時使用,方法如下:在File-Save As-在文件類型中選擇Backup File,文件名為Thiazole.bkp下面我們試試使用備份文件打開給定的文件Flash.apw,單擊FileImport,選擇Thiazole.bkp,單擊OK;流程圖不見了,因為T

18、hiazole備份文件是一個物性估計值按F8打開數(shù)據(jù)瀏覽器,打開Setup,單擊Specifications,將運(yùn)行類型改為Flowsheet,現(xiàn)在流程圖及物流及模塊輸入重新恢復(fù)功能。單擊數(shù)據(jù)瀏覽菜單中物性估計Input,選擇Do not estimate any parameters,因為Thiazole參數(shù)已經(jīng)估算完畢。輸入物流-1的進(jìn)料流率,然后按F5運(yùn)行計算綜合練習(xí)6:分析物性在開始一個模擬研究之前,掌握工藝物流的物性及相平衡性能是非常重要的,確保物性方法的可靠及使用的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性同樣重要。本練習(xí),我們將使用A+交互式物性分析工具獲得丙酮及三氯甲烷系統(tǒng)的二元Txy圖,(使用NRTL活度

19、系數(shù)模型數(shù)據(jù)庫中的二元交互作用參數(shù)),將計算結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。啟動Aspen Plus,選擇Template,單擊OK,選擇General with English Units,在Run Type中選擇Property Analysis,單擊OK. 按NEXT鈕,輸入數(shù)據(jù)單位選Metcbar(溫度,壓力Bar),按NEXT鈕,組分輸入ACETONE(丙酮)及CHCL3(三氯甲烷),按NEXT鈕,物性方法選NRTL,按NEXT,缺省的A+數(shù)據(jù)庫中二元交互參數(shù)將出現(xiàn),這些參數(shù)是從文獻(xiàn)中獲得的,數(shù)據(jù)回歸溫度1564.47;將鼠標(biāo)指針放在交互參數(shù)數(shù)值處,按F1可獲得幫助按NEXT鈕,按OK.綜合練習(xí)6:分析物性在輸入規(guī)定完成之前,你可以使用A+的物