用ASPEN進(jìn)行全流程模擬的一些心得

1、ASPENPLUS的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)概括入門是初學(xué)aspenplus軟件最重要也是最難的一關(guān)。讀過手冊的人都知道，Aspenplus的手冊和資料有好多，初學(xué)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(chǔ)，最好是讀英文的，這些在幫助文件中都有。其實(shí)一旦入了門，流程模擬軟件學(xué)習(xí)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(xué)aspenplus需要掌握以下三個(gè)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(xué)習(xí)所有軟件同樣，第一需要認(rèn)識軟件的環(huán)境，也就是界面。我個(gè)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(shí)質(zhì)上還應(yīng)當(dāng)再加一個(gè)控制面板（controlpanel)窗口，這個(gè)窗口也很重要，但這個(gè)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(shí)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(gè)窗口中輸入所有的已知條件，并且運(yùn)轉(zhuǎn)后觀看運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)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(shí)用戶能夠自己擴(kuò)大，這部份內(nèi)容不合適在初級，再后邊介紹）。屬性是一個(gè)難點(diǎn)，高難點(diǎn)，我以為這是觀察技術(shù)人員模擬水平高低的一個(gè)重重點(diǎn)。此內(nèi)容與化工熱力學(xué)關(guān)系十分密切，假如你忘了，那么連忙去研究化工熱力學(xué)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(gè)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(jì)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(diǎn)：（1）aspenplus的計(jì)算程序）沒有差別。第一是計(jì)算軟件。這一點(diǎn)上和其余計(jì)算軟件（包含我們自己開發(fā)比方我

5、們自己搞一個(gè)srk方程的計(jì)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(xué)，化工原理等公式，輸入一些已知條件，而后運(yùn)轉(zhuǎn)獲取結(jié)果而已。這么說仿佛aspenplus也可是這樣而已，其實(shí)aspenplus是一個(gè)功能十分強(qiáng)盛的過程模擬軟件。aspenplus的強(qiáng)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(qiáng)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?yàn)檫@樣,aspenplus能夠很方便的計(jì)算出大的復(fù)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(jī)，因此不是動向模擬軟件，并且所計(jì)算的系統(tǒng)都是假定已經(jīng)達(dá)到均衡態(tài)，即不考慮時(shí)間的作用。比方相均衡計(jì)算，只好計(jì)算達(dá)到均衡時(shí)系統(tǒng)是什么構(gòu)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(gè)十分實(shí)用的功能，就是依據(jù)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)盛，1）aspenplus因?yàn)橐呀?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(diǎn)溫度，壓力等等常數(shù)你都能夠獲取。2)aspenplus能夠計(jì)算獲取隨

7、意計(jì)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(guān)懷的數(shù)據(jù)。但當(dāng)你的需要的數(shù)據(jù)在aspenplus的數(shù)據(jù)庫中沒有時(shí)能夠依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸出獲取。舉個(gè)常有的例子，假如你在實(shí)驗(yàn)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(shí)的汽液均衡構(gòu)成，此刻想依據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)的參數(shù)，再做模擬。該功能的詳細(xì)用法此

8、后再說。4.aspenplus需要什么前面說過，aspenplus是一個(gè)依據(jù)方程計(jì)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(rèn)識一下aspenplus的方程，aspenplus的方程能夠分為三大類：1）熱力學(xué)方程，這是與詳細(xì)的工藝流程沒關(guān)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(jì)算供給必需的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2）單元操作方程，如換熱器，精餾塔等單元操作過程的計(jì)算，波及到三傳一反，這部分主假如和化工原理相關(guān)。3）數(shù)

9、學(xué)方程，這部分主假如用來解方程時(shí)波及到的一些數(shù)學(xué)計(jì)算方法，與我們工程技術(shù)人員關(guān)系不大。我以為第一類方程即熱力學(xué)方程是此后要好好的重點(diǎn)的學(xué)習(xí)一下，精讀一遍aspenplus的基礎(chǔ)，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(gè)人以為初學(xué)者沒有必需去精讀，只需熟習(xí)其原理即可。實(shí)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(jì)算模型是“黑箱”的，這就使好多應(yīng)用aspenplus求解問題的人能夠獲取問題的解，有時(shí)計(jì)算解和實(shí)質(zhì)有很好的符合，但殊不知道其機(jī)理，這有益也有弊。利處是我們能夠不用關(guān)懷過程

10、的機(jī)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(jī)理我想這也正是aspenplus的商業(yè)奧密所在。對于aspenplus的流程計(jì)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(jì)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(jì)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(shè)計(jì)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(gè)模型，取決于你有的條件和你所想要求的結(jié)果。單元操作的

11、模型由兩個(gè)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(jié)果。不一樣的單元操作模型所能計(jì)算的和所需要的條件是不一樣的，詳細(xì)請參照單元操作模型手冊或許聯(lián)機(jī)幫助。這句話需要靈巧運(yùn)用，我想再深入的講一點(diǎn)。aspenplus的單元操作模型固然與生產(chǎn)實(shí)質(zhì)的設(shè)施相對應(yīng)，可是，操作模型不等詳細(xì)設(shè)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(xì)的設(shè)施決定的。舉個(gè)比較典型的例子：aspenplus中有radfrac模型是個(gè)典型的精餾塔詳盡計(jì)算模型，基本上能夠等同于現(xiàn)實(shí)操作的精餾塔設(shè)施，模型有冷凝器和再沸器。曾有人問我，他想計(jì)算冷凝器的詳盡構(gòu)造該怎么辦因?yàn)閞adfr

12、ac自己沒有對于冷凝器的構(gòu)造的計(jì)算啊。解決的方法很簡單，你將radfrac的冷凝器設(shè)為無，而后在塔頂汽相增添一個(gè)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(shè)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(shè)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(xué)者而言，除非他十分熟習(xí)熱力學(xué)的內(nèi)容，不然物性方法的選擇的確是個(gè)難點(diǎn)，在你還沒有學(xué)習(xí)過熱力學(xué)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(gè)很簡單的化工過程計(jì)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(gè)換熱器后冷卻到了80,問下邊值分別是多少進(jìn)口物料的密度，汽相分率。換熱器的負(fù)荷。出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密度。復(fù)雜一點(diǎn)，我還能夠問物料的粘度，逸度，活度，熵等等。以上的值怎么計(jì)算出來好，我們來假定出進(jìn)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(jì)算出來。并且汽相分率全為1，即該物料是完整氣體。因?yàn)槔硐霘怏w的焓與壓力沒關(guān)，則換熱器的負(fù)荷能夠依據(jù)水和乙醇的定壓熱熔計(jì)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(jì)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(xué)計(jì)算公式。對于本例而言起碼包含了以下兩個(gè)方程：pv=nRTdH=CpdT.實(shí)質(zhì)上，以上是一種最簡單的計(jì)算方法，但結(jié)果偏差是很大的。這是因?yàn)閷τ凇八掖肌毕到y(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(dāng)有液相出現(xiàn)。那么應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算呢主要波及以下過程：1）對于汽相pvt計(jì)算，能夠使用srk方程，進(jìn)而能夠獲取密度。液相也能夠使用狀態(tài)方程計(jì)算密度，但此處不介紹使用，能夠使用Rackett模型計(jì)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(jì)算。）在進(jìn)行汽液均衡計(jì)算時(shí)，液相應(yīng)用活度系數(shù)方程計(jì)算組分的逸度系數(shù)，并且還需要使用拓展antoine方程計(jì)算蒸汽壓力。）換熱器負(fù)荷的計(jì)算比較復(fù)雜，能夠使用出進(jìn)口物流焓差來計(jì)算，那么需要計(jì)算出出進(jìn)口物流的焓。）焓的計(jì)算有多種門路，對于液對比較常用的方法是計(jì)算理想液體混淆物焓，而后再加上剩余焓計(jì)算出來。要計(jì)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(jì)算，非理想性比較強(qiáng)是還要考慮混淆焓差。因而可知，實(shí)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(dǎo)出，需要設(shè)計(jì)純氣體Cp=f(p,t)方程。7）液相焓方程，相當(dāng)復(fù)雜，此處不再重復(fù)。8）其余方程，包含數(shù)學(xué)方程，比方以上計(jì)算時(shí)波及到了微積分運(yùn)算，汽液均衡的回歸運(yùn)算等。以上方程，假如需要我們用戶去一個(gè)個(gè)選擇出來，則是一件相當(dāng)麻煩的工作，并且很簡單犯錯(cuò)。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(yīng)當(dāng)說在化工熱力學(xué)中）有兩大類十分重要的物性方法，對于初學(xué)者而言，認(rèn)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(jì)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(jì)算汽相及液相的逸度，而活度系數(shù)法使用狀態(tài)方程計(jì)算汽相逸度，可是經(jīng)過活度系數(shù)來計(jì)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(jì)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。活度系數(shù)法就是鑒于此類活度系數(shù)方程來計(jì)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(jī)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(qiáng)的化合物，如水-醇，有機(jī)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(yīng)采納特其余活度系數(shù)法，能夠計(jì)算汽相聚合效應(yīng)。對于無機(jī)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(xué)好aspenPlus應(yīng)具備的先導(dǎo)知識第一要學(xué)好化工熱力學(xué)、化工原理、分別過程、過程系統(tǒng)工程這幾課，這些基礎(chǔ)知識學(xué)好后再看Aspen的學(xué)習(xí)資料會比較輕松。此外，學(xué)習(xí)一點(diǎn)數(shù)學(xué)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(xué)什么，先把基礎(chǔ)打好，這是最重要的。對于Aspen幫助文檔，有三個(gè)是必看的，userguide，PhysicalPropertyMethodsandModels，UnitOperationModels。前面已經(jīng)重申了熱力學(xué)模型在過程模擬中的重要性了，因此務(wù)必需掌握好各樣物性模型和如何選擇。介紹學(xué)習(xí)資料下邊兩個(gè)資料建議初學(xué)者看一下，對于學(xué)學(xué)習(xí)asepnplus會事半功倍的，一個(gè)是大慶金橋aspen教課，“aspen前者能夠使初學(xué)者迅速熟習(xí)和掌握金橋演示教程”，另一個(gè)是Aspenplus塔設(shè)計(jì)事例。Aspenplus的界面與基本操作方法，后者經(jīng)過一個(gè)精餾塔的

20、事例，一步一步指引你學(xué)習(xí)Aspenplus做過程模擬的各樣功能。用ASPEN進(jìn)行全流程模擬的一些心得我理解的全流程模擬，比方一個(gè)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(chǔ)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(shí)的換熱網(wǎng)絡(luò)。先把塔算通，比如在塔的設(shè)計(jì)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(fù)荷來達(dá)到目的。此時(shí)整個(gè)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(qiáng)極性的物性，在塔模型內(nèi)選擇合適的收斂方法。那么計(jì)算是相對容量經(jīng)過的。即便不經(jīng)過也很簡單錯(cuò)在什么地方。因

21、為不過在算一個(gè)塔而已。算通塔只后，利用計(jì)算結(jié)果，除掉設(shè)計(jì)規(guī)定，直接給出相應(yīng)的重沸器、塔頂冷卻器負(fù)荷，則能夠去掉一重循環(huán)。此時(shí)流程中所有的換熱器實(shí)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(luò)，即哪個(gè)物流與哪個(gè)物流換熱，換到多少度。此時(shí)能夠把流程中的簡單換熱器一個(gè)一個(gè)地用詳盡換熱器取代。實(shí)質(zhì)上所有的計(jì)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(cuò)，任何值乖零都是零。利用PINCH算出大概換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能夠給出各流股的初值；而算通了塔，能夠給出各流股的構(gòu)成；經(jīng)過預(yù)估壓降能夠給出

22、在致的壓力。每算通一個(gè)換熱器此后，就用各流股的計(jì)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(yīng)的整個(gè)流程收斂設(shè)置。比方broyton法就很強(qiáng)盛，就是有時(shí)算出來的東西有點(diǎn)貌同實(shí)異?？傊鞒棠M一定一步一步來，好多人不注意這一點(diǎn)，一下子搭一個(gè)很大的流程，至少出了錯(cuò)看不出重點(diǎn)問題在哪里?？赡芨鯇W(xué)時(shí)，做例子的方式相關(guān)。此外流程模擬的基礎(chǔ)是物性方法的選擇，這是一個(gè)難點(diǎn)。第一要對物性計(jì)算有深刻的理解，比有一本書叫流體相均衡熱力學(xué)，有好多物性計(jì)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(jì)算成效。其次，對要計(jì)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(rèn)真讀ASPEN的物性指南，比方SRK任何一本書都說它能夠計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jì)算結(jié)果。實(shí)質(zhì)上一個(gè)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(xué)習(xí)，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(shí)好多看法跟我引用的這個(gè)技術(shù)人

24、員看法很靠近，我固然沒有實(shí)質(zhì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可是作為研究生已經(jīng)做了好幾個(gè)大型流程的模擬，上一次做了一個(gè)流程我那部分就波及到反響器，精餾塔，換熱器，結(jié)晶器等模塊，過程實(shí)在是特別復(fù)雜，做了好幾個(gè)月才達(dá)成（自然其中好多時(shí)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(jì)算），在此時(shí)期也累積了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：第一全流程的模擬不是你把所有物流，模塊連結(jié)再算，而是應(yīng)當(dāng)考慮清楚大概構(gòu)造，而后分塊進(jìn)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(dá)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(qiáng)極性系統(tǒng)，要采納其比較合用的物性方法，這樣才會計(jì)算得正確，有些人反應(yīng)有些相均衡數(shù)據(jù)沒有或許焓熵缺失，這個(gè)一個(gè)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(jié)果也有必定的