Aspen plus零基础入门

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。

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：

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：

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：

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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