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Aspen plus零基础入门

发布时间:2023-12-25 09:40:16人气:263


什么是Aspen plus?


Aspen plus是一个集生产装置设计、稳态过程模拟和优化的大型通用模拟软件系统,源于美国能源部在麻省理工学院组织的会战,开发出的新型流程模拟软件。


Aspen plus的作用主要包括


1)进行化工过程严格的物料衡算以及能量衡算。


2)计算物流的流率、组成和性质;计算估计设备尺寸和操作条件。


3)减少设备装置的设计时间,并且能够比较不同方案。


4)进行工艺过程动态分析,改进工艺。


5)辅助确定工艺约束条件,并可以在给定的限制内优化工艺。


6)煤化工、石油处理、数据回归及拟合等。


一般的过程模拟器主要有六个模块


1)组件数据库——包含了计算模型物理性质所需的常数。


2)热力学模型求解器——可提供气-液和液-液平衡,焓计算和其他热性质估计的各种选项。


3)流程图生成模拟器——跟踪模拟过程中的物流和设备流。


4)单元操作块求解器——使用计算模块,以对各种工艺设备进行能量和物料衡算。


5)数据输出生成器——根据输出报告自定义模拟结果,以曲线和图形显示,可以产生各种有用的过程数据。


6)流程图求解模拟器——控制计算顺序和收敛性。


一般过程模拟步骤主要有七步


1)从成分数据库选择工艺所需的化学组分。


2)选择模拟所需热力学模型。


3)通过每台设备的输入输出流,选择要模拟的流程图结构。


4)选择工艺进料流的性质(温度、压力、流量、蒸汽组分等)。


5)为流程中每件设备选择设备规格。


6)选择显示结果的方式。


7)选择收敛方法并运行模拟计算。


对于有循环流的过程,模拟更为复杂


· 模块C中有循环流r。


· 再模拟计算C之前,必须对物料r进行估计。


· 引入撕裂流的概念,即撕裂或断裂的物流,如图b。


· 如果假定了r2的输入数据,可以根据顺序模块算法得到r1的结果。


· 规定误差精度,重复修改r2值反复迭代,直到获得符合要求的收敛解。


· 通常,模拟器将自动识别循环回路,并自动选择要撕裂的流和收敛方法。用户可以自行控制流的撕裂以及收敛方法。


aspen流程.png

基本页面及功能介绍


以Aspen plus V11为例。


Aspen plus V11支持中文,进入主页面如下:

aspen界面.png

选择打开,可以打开已有的模拟文件。选择新建,则出现如下界面:

打开模拟文件.png

系统已经设置了诸如空气分离、化学工艺、电解质等模板,熟练掌握后,可将自己的模拟设置为模板,选择用户自定义即可。如进行化学工艺模拟,根据模拟单位制选择右端合适选项,此处选择公制单位作为演示,点击创建后,界面如下:

特性.png

一般的模拟过程,需要对物性和模拟部分进行设置,实际工业模拟中,还需要进行安全分析和能量分析,接下来以实例说明Aspen plus 模拟操作。


Aspen plus 实例讲解


          ——甲醇/水闪蒸体系模拟


甲醇/水混合溶液,其质量组成为:水60%和甲醇40%,进料温度40℃,压力为1atm,流量为1000kg/h。1.计算该物流的泡点温度;2.计算物流的露点温度;3.该物流在85℃和1atm闪蒸,求闪蒸后汽相分数。


步骤一:添加流程涉及化学物质


可通过输入化合物分子式、化学物英文名称等查找所需化合物,还可限制分子量与沸点实现精确查找,本实例添加水和甲醇。


步骤二:选择模拟所需热力学模型


在方法-规定里选择合适的热力学模型,本实例涉及汽液两相平衡,相应的模型选取规则如下:


· 状态方程是混合物作为体积和标准的函数方程,可以确定混合物的稠度、黏度等,可以确定液体和蒸汽的性质以及超临界计算。


· 活度系数模型只适用于计算液体。状态逸度和混合焓为活度系数(温度和组成的函数)提供了代数方程。但活度系数只是理想溶液模型的校正因子,因此不适用于超临界计算。


因此,热力学模型采用NRTL-RK(液相用NRTL活度系数模型,汽相用RK状态方程)。


步骤三:工艺模块的选择和物流连接


切换至模拟板块,本实例为甲醇-水闪蒸体系,因此选择分离器中的Flash2模块。该模块为两出口闪蒸模型。



步骤四:单位设置



在单位集里设置相应单位。单位有常用的英制单位、国际单位等,也可由用户自定义。本实例采用用户自定义,按要求设置相关的单位制。


步骤五:流程模拟


1. 进料参数设置



2. 闪蒸模块B1参数设置



3. 运行得出结果



由此可以得到第三问的结果,闪蒸后汽相分率为0.41583(质量)。同时还可得到闪蒸的热负荷等数据。


4. 计算物流的泡点温度


泡点温度即产生第一个气泡的温度点,因此在进料处设置汽相分率为0,计算后即可得到泡点温度。



运行后结果:



即物流的泡点温度为79.2043℃


5. 计算物流的露点温度


露点温度即产生第一个液滴时的温度,因此在进料处设置汽相分率为1,运行后即可获得物流露点温度。



运行后结果:



物流的露点温度为92.5873℃。


6. 计算信息显示


计算完成后,Aspen plus支持不同的计算结果显示在流程图中,用户根据需要选择需要显示的数据,本例选择的显示结果如下:




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