灵敏度分析 aspen

第八章灵敏度分析目的：介绍灵敏度分析的用法，研究过程变量之间的关系。

（1）灵敏度分析●可使用户研究输入变量的变化对过程输出的影响●在灵敏度模块文件夹的Results表上能够查看结果●可以把结果绘制成曲线，使不同变量之间的关系更加形象化●在灵敏度模块中对流程输入量所做的改变不会影响模拟，灵敏度研究独立于基础工况模拟而运行●位于/Data/Model Analysis Tools/Sensitivity下（2）灵敏度分析的用法●研究输入变量的变化对过程（模型）的影响●用图表表示输入变量的影响●核实设计规定的解是否可行●初步优化●用准稳态方法研究时间变化变量（3）灵敏度分析应用步骤a）定义被测量（采集）变量-它们是在模拟中计算的参量，在第4步将要用到（Sensitivity Input Define页）b）定义被操作（改变的）变量-它们是要改变的流程变量（Sensitivity Input Vary页）c）定义被操作（改变的）变量围-被操作变量的变化可以按在一个间隔等距点或变量值列表来规定（SensitivityInput Vary页）d）规定要计算的或要制成表的参量-制表参量可以是任何合法的Fortran表达式，表达式含有步骤1中定义的变量(Sensitivity Input Tabulate页)（4）绘图a）选择包括X轴变量的列，然后选择从Plot菜单下选择X-Axis变量b）选择包括Y轴变量的列，然后选择从Plot菜单下选择Y-Axis变量c）（可选的）选择含有参数变量的列，然后从Plot菜单下选择参数变量d）从Plot菜单下选择Display Plot»要选择一列，用鼠标左键点击列标题（5）注意●只有被输入到流程中的参量才可以被改变或操作●可以改变多个输入●对于每一个被操作（改变的）变量的组合都运行一次模拟（6）灵敏度分析举例以第二章中苯和丙烯为原料合成异丙基苯为例，如下图：冷却器出口温度怎样影响产品物流纯度的？●被调节(被改变)变量是什么？冷凝器出口温度●被测量(采集)变量是什么？产品物流中异丙基苯纯度（摩尔分率）打开文件cumene.bkp，另存为cumene-s.bkp，如下图所示：在数据浏览窗口中，点击Model Analysis Tools/Sensitivity，如下图，点击N ew…创建一个新的灵敏度分析：点击New...按扭输入创建的灵敏度分析的ID，可以自己指定。

ASPEN PLUS 高级功能报告人：宋维仁导师：漆志文教授华东理工大学联合化学反应工程研究所2010年6月30日星期三1主要内容灵敏度分析设计规定工况研究Windows应用程序间的交互操作功能2本页已使用福昕阅读器进行编辑。

福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有，仅供试用。

灵敏度分析灵敏度分析模块是用来分析和研究一个或多个流程操作变量的改变对其它流程变量的影响，它是做工况研究的一个最有用的工具，你可以用灵敏度分析模块来生成随进料物流、模块输入参数或其它输入参数的变化的模拟结果表和图，还可以用它来验证一个设计规定的解是否在操作变量的变化范围内，你甚至还可以用它来做简单的过程优化。

下面我们就以回收废水中的DMF为例来说明相关操作。

3灵敏度分析例子单击此按钮，进入Data Browser窗口。

下面这个例子将演示如何使用灵敏度分析功能来考察精馏塔column的进料位置对塔釜物流W中DMF的质量分数的影响。

4新建灵敏度分析ID点击Model Analysis Tools中的Sensitivity，点击右边的New按钮，出现如右图的对话框（即新建一个灵敏度分析任务的名称，可以采用默认名称，也可重新命名）。

5命名因变量在S-1-Input-Define页中，单击New，新建一个因变量，并且输入这个因变量的名称。

在本例中因变量就是塔釜出料W中DMF的质量分数。

6定义因变量3.Type选择质量分数Mass Frac2.选择物流变量4.物流选择W，组分选择DMF。

1.此页用于定义因变量的类型和内容。

5.单击，进入下一操作。

7定义自变量在S-1-Input-Vary页中，定义自变量的类型和内容。

本例中自变量为精馏塔Column的进料位置。

输入自变量的考察范围和步长。

8分析结果表输入在此页中定义将要得到的灵敏度分析结果表格中要显示的内容。

在第一列中输入数字1，后面输入要列表的因变量名称或因变量的表达式。

至此，灵敏度分析模块已输入完毕，点击运行按钮。

（3）设计实例
常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下[1]： 进料组份：水 63.2%、甲醇 38.6%（质量分率）； 处理量：水甲醇混合液 55t/h； 进料热状态：饱和液相进料； 进料压力：125 kPa； 操作压力：110 kPa； 单板压降：≤0.7 kPa； 塔顶馏出液：甲醇量大于 99.5 %（质量分率） 塔底釜液： 水量大于 99.5 %；（质量分率）. 回流比：自选； 全塔效率：ET=52% 热源：低压饱和水蒸汽；
Aspen plus 精馏模拟 灵敏度分析与优化 实例教程 (甲醇-水系统)
仇汝臣 青岛科技大学化工学院
13376489639 8978122@ QQ群：182452945
北京中技培咨询服务中心
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Aspen plus 精馏模拟灵敏度分析与优化实例教程
1. Aspen Plus 简介
快速访问按钮类似. ·Next 按钮（N->）：设计过程的任意时刻点击它，系统都会自动跳转到当前应当进行的工
作位置，这为我们输入数据提供了极大的方便.
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2 Aspen Plus 模拟精馏简介
（1）塔模型分类
做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算--- 塔的初步设计. 计算结果为理论板数、 进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷. 然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精 确计算的输入依据. 本文以甲醇-水混合物系分离为例，首先介绍初步设计方法，然后介绍复 杂塔模拟计算。为初学者提供帮助。
Dstwu 要求定义组分的份的回收率. 计算得到两种组分的回收率为： 轻关键组分的回收率为 0.9983 重关键组分的回收率为 0.0029 ·定义再沸器和冷凝器的压力（Pressure） ·定义冷凝器类型（Condenser specifications） 选择全冷器（Total Condenser）

最优单纯形表
x1 x2 x3 x4 x5 bi x1 1 0 0 2 1 4
x2 0 1 1 1 1 8
f 0 0 2 2 3 84
1.价值系数cj变化的分析
•cj 变动可能由于市场价格的波动，或生产成本的变动。
•cj 的灵敏度分析是在保证最优解的基变量不变的情况下， 分析cj 允许的变动范围cj •cj 的变化会引起检验数的变化，有两种情况：
2解.：分由析最优b2单=1纯8和形b表2=可2知4时：B，1最优 基21和最11优解的变化。
当b1=16时， b 1260
B1b


2 1
111260 142
最优单纯形表变为：
x1 x2 x3 x4 x1 1 0 0 2 x2 0 1 1 1
x1 x2 x3 x4 x5 B-1b x3 1 0 1 2 -1 4 x2 0 1 0 -1 1 8 -f -1 0 0 -4 -2 -88
3.2 增加新约束条件的分析
1、将最优解代入新的约束条件，若满足，则最优解不变。
2、若不满足，则当前最优解要发生变化；将新增约束条 件加入最优单纯形表，并变换为标准型。
bi
0 2/3 1/3 1 4/3
1 1/3 2/3 0 28/3
2 8/3 8/3 0 85.33
新的最优解为X=(0 28/3 0 0 0 4/3)T
2.约束条件右端项bi变化的分析(2)
在实例1中:
1. 分析b1在什么范围内变化时，最优基不变。 2. 分析b2在什么范围内变化时，最优基不变。 分析使最优基保持不变的b1的范围:
B1b'


2 1
11
b1 20



2b1 b1

*石油和合成燃料的定性及模拟
*独一无二的、严格的电解质模拟
*固体处理功能
*反馈和前馈控制功能
*自动的流程排序和收敛
*成本和经济综合评价系统
*灵敏度和工况研究分析
*最先进的优化功能
*非常有用的接口功能
*交互式模拟计算
二、序贯模块法模拟
ASPEN PLUS采用序贯模块法进行流程模拟。彼此独立的各个单元模块通过中间物流连接。流程按顺序求解，某一单元操作模块的出口物流是流程中下一个单元操作模块的进料物流。
；/（）[ ] = & ' "
3.一级关键字在第一列开始，二级关键字在第二列以外的任一列开始。
4.语段可以按任意次序输入。
5.超过一行的语句为了续行，必须在该行的末尾加一个&号；若这一行是以斜杠结尾或在引号内的字符串超过一行要续行时，可不用&号；在上述各情况下，继续行的第一列应为空格。
6.在分号（；）后的行是注释行。
PROPERTIES（物性）
在ASPEN PLUS中，用于计算热力学性质和传递性质的方法和模型都组装为选择集。
一个选择集是物性方法和模型的集合。
一个标准的选择集含有计算液相和汽相中下列性质的所有必需方法和模型：
—热力学性质：
—逸度系数（K-values）
—焓
—熵
—自由能
—摩尔体积（密度）
—传递性质：
第一章前言
第一节化工过程流程摸拟的基本概念
一、化工过程流程模拟
化工过程流程模拟就是借助计算机求解整个化工生产过程的数学模型，得到有关该化工过程的性能的信息。
二、稳态模拟和动态模拟
化工流程模拟可分为稳态模拟和动态模拟。稳态模拟是模拟一个稳态的化工生产操作过程。一头是稳定地连续进料，中间经过一系列稳定连续的加工操作，最后从另一头稳定连续的提供出化工产品的工厂或装置都属于稳定操作过程。我厂绝大多数生产装置都是稳态生产过程，例如，乙烯裂解装置、原油加工装置等。动态模拟系统是模拟不稳定的生产过程，例如间歇操作反应釜的生产过程、装置的开停工过程都属于不稳定的生产过程。目前，由于化工流程稳态模拟系统与动态模拟系统相比，较为成熟，且应用范围较广。所以化工流程模拟一般是指化工流程稳态模拟。

我们通过这个实例学习 Aspen Plus 精馏模拟应用.
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3. 精馏塔的简捷计算
·设计任务 确定理论塔板数 确定合适的回流比
·DSTWU 精馏模型简介
本例选择 DSTWU 简捷精馏计算模型. DSTWU 可对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度
进入 Aspen Plus 后，出现图 1 所示的 Aspen Plus 软件操作界面.
图1
操作界面构成 ·标题条：在该栏目中显示运行标识. 在你给出运行名字之前，Simulation1 是缺省的标识. ·拉式菜单：Aspen Plus 的功能菜单. 这些下拉式菜单与 Windows 的标准菜单类似. ·工艺流程窗口：在该窗口中可以建立及连接所要模拟的工艺流程. ·模式选择按钮：按下此按钮你可以关闭插入对象的插入模式，并返回到选择模式. ·模型库：在这里列出建立模型可用的任何单元操作的模型.. ·状态域：显示当前有关运行的状态信息. ·快速访问按钮：快速执行 Aspen Plus 相应的命令。这些快捷按钮与其它 Windows 程序的
图 3.2-1
图 3.2-2
3.3 定义组份
本节任务： ·输入物料化学成份
单击 N-> 快捷键直到进入进料参数输入页，如图 3.3-1 所示.
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图 3.3-1
在此窗口中，我们可以定义流程中所涉及的化学组分. 定义方法有两种： 1) 可以在 component ID 或 component name 中直接输入组分的英文名称. 其中 Component ID 是该组分的代号，用户可以进行定义和修改. 2) 可以使用 Aspen plus 提供的 find 工具，查找 Aspen plus 提供的组份. 单击 find 按钮， 进入组份查找页，在对话框中输入组分的英文名称或分子式，也可以输入其部分字符串. 这 里我们输入甲醇分子式 CH4O（注意不能输入 CH3OH），点击 find now 按钮，查找结果出现 在下面列表中，如图 3.3-2.

精馏塔设计初步介绍1.设计计算◆输入参数：●利用DSTWU模型，进行设计计算●此时输入参数为：塔板数（或回流比以及最小回流比的倍数）、冷凝器与再沸器的工作压强、轻组分与重组分的回收率（可以从产品组成估计）、冷凝器的形式◆输出参数（得到用于详细计算的数据）：●实际回流比●实际塔板数（实际回流比和实际塔板数可以从Reflux Ratio Profile 中做图得到）●加料板位置（当加料浓度和此时塔板上液体浓度相当时的塔板）●蒸馏液（馏分）的流量●其他注：以上数据全部是估计得初值，需要按一定的要求进行优化（包括灵敏度以及设计规定的运用），优化主要在RadFrac模型中进行。

2.详细计算◆输入参数：●输入参数主要来自DSTWU中理论计算的数据◆输出参数：●输出的主要是设计板式塔所需要的水力学数据，尺寸数据等其他数据（主要是通过灵敏度分析以及设计规定来实现）3.疑问●在简捷计算中：回收率有时是估计值，它对得到详细计算所需的数据可靠性的影响是不是很大？●在简捷计算中：有多少个变量，又有多少个约束条件？●在简捷计算中：为什么回流比和塔板数有一定的关系？简捷计算（对塔）1．输入数据：●Reflux ratio ：-1.5（估计值，一般实际回流比是最小回流比的1.2—2倍）●冷凝器与再沸器的压强：1.013 ，1.123 （压降为0.11bar）●冷凝器的形式：全冷凝（题目要求）、●轻重组分的回收率（塔顶馏出液）：0.997 ，0.002 （如果没有给出，可以根据产品组成估计）●分析时，注意Calculation Option 中的设置，来确定最佳回流比以及加料板位置2．输出数据：●Reflux Ratio Profile中得到最佳的回流比与塔板数为：塔板数在45—50中选择，回流比在：0.547 —0.542●选定塔板数为：48，回流比为：０．５４４●把所选的塔板数回代计算，得到下列用于RadFrac模型计算的数据（见下图）：●●从图中可得：实际回流比为：0.545（摩尔比）；实际塔板数为：48；加料板位置：33；Distillate to feed fraction ：0.578（自己认为是摩尔比，有疑问？？）；馏出液的流量：１１６７３．５ｋｇ／ｈ疑问：进料的流量是怎么确定的，肯定是大于11574kg/h，通过设计规定得到甲醇产量为：11574kg/h（分离要求），求出流量为：16584.0378kg/h。

《专业软件实训》上机报告要求上机报告一、利用Flash2模型，以灵敏度分析为工具，模拟CO2在水中的溶解度与温度的变化曲线（压力1atm），其中起始温度为学生本人的学号最后两位，终点温度为80℃。

并以抓图的方式把“stream”、“blocks”、“sensitivity”的“input”中输入的内容粘贴到Word 中，并给出CO2~水的溶解度随温度变化的Plot图。

（注：物性方法选NRTL）上机报告二、利用Flash2模型，以灵敏度分析为工具，模拟绝对湿度一定时，空气的露点温度（压力1atm），其中绝对湿度为学生本人的学号最后两位除以100（如学号最后两位为15，则绝对湿度为0.015Kg水/Kg空气）。

并以抓图的方式把“stream”、“blocks”、“sensitivity”的“input”中输入的内容粘贴到Word中，并给出结果（即绝对湿度为***时空气的露点温度为***）。

（注：物性方法选NRTL）上机报告三、利用DSTWU模型，模拟苯－甲苯－对二甲苯－异丙苯的简捷计算，其中进料为饱和液体，压力1.0atm，组成依次为0.3、0.3、0.3、0.1（摩尔分率），流量为学生学号后两位（单位为kmol/sec）；苯为LK，回收率98%，对二甲苯为HK，回收率为2%；塔板压降0.05kPa，塔顶压力0.9 atm，塔底压力1.1 atm。

以三线表给出“stream”和“blocks”的结果，其中“stream”应给出all和Full的结果。

（注：物性方法选NRTL-RK）上机报告四、根据上题结果，利用RacFrac模型对结果校核（操作回流比为最小回流比的1.5倍）。

给出温度~塔盘、组成（汽液）~塔盘、流量（汽液）~塔盘的关系曲线图。

并以三线表给出“blocks”中“Results Summary”的“Summary”、“Blance”、“Split Fraction”结果。

上机报告五、在上题基础上，对筛板式塔盘进行设计计算，然后根据结果，进行校核计算。

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设计规定的步骤
建立设计规定。 标识设计规定中所用的被采集流程变量。 为一个被采集变量或一些被采集变量函数指 定目标值并指定一个允差。 标识一个为达到目标值而被调整的模拟输入 变量，并指定调整该变量的上下限。 输入可选的Fortran 语句。
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设计规定的步骤---设计规定的计算示例
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目标函数
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被调整的模拟输入变量
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与问题有关的约束
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推荐的做优化过程
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第 47 页
d）定义被操作（改变的）变量
它是一个变量，设计规定改变它的值以满足 目标函数方程 (Design Spec Vary 页)
e）定义被操作（改变的）变量范围
这是范围的上限和下限，在该范围内Aspen Plus改变被操作变量（Design Spec Vary页）。 被改变变量的单位是由为设计规定声明的 Units Set所规定的变量类形的单位
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变量关系图—Plot
步骤1：选择横坐标变量 在列表数据中选中一列，从窗口菜单 Plot 项 的 下 拉 框 里 选 择 X 轴 变 量 (X-Axis Variable)；
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变量关系图—Plot
步骤2：选择纵坐标变量 再选中列表数据的另一列，从窗口菜 单 Plot 项的下拉框里选择 Y 轴变量 (Y-Axis Variable)；
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5.3 优化
优化：通过调整决策变量（进料物流、模块 输入或其它输入变量）来使一个用户指定的 目标函数最大化或最小化 。 优化问题的收敛
SQP方法（序贯二次优化方法）：最先进的拟牛 顿非线性编程算法。它可以将断裂流、等式约束 和非等式约束与优化问题同时收敛 Complex方法（复合型算法）：可行路径“黑箱” 式搜索法

第八章灵敏度分析目得：介绍灵敏度分析得用法，研究过程变量之间得关系。

（1）灵敏度分析●可使用户研究输入变量得变化对过程输出得影响●在灵敏度模块文件夹得Results表上能够查瞧结果●可以把结果绘制成曲线，使不同变量之间得关系更加形象化●在灵敏度模块中对流程输入量所做得改变不会影响模拟，灵敏度研究独立于基础工况模拟而运行●位于/Data/Model Analysis Tools/Sensitivity下（2）灵敏度分析得用法●研究输入变量得变化对过程（模型）得影响●用图表表示输入变量得影响●核实设计规定得解就是否可行●初步优化●用准稳态方法研究时间变化变量（3）灵敏度分析应用步骤a）定义被测量（采集）变量-它们就是在模拟中计算得参量，在第4步将要用到（Sensitivity Input Define页）b）定义被操作（改变得）变量-它们就是要改变得流程变量（Sensitivity Input Vary页）c）定义被操作（改变得）变量范围-被操作变量得变化可以按在一个间隔内等距点或变量值列表来规定（Sensitivity Input Vary页）d）规定要计算得或要制成表得参量-制表参量可以就是任何合法得Fortran表达式，表达式含有步骤1中定义得变量(Sensitivity Input Tabulate页)（4）绘图a）选择包括X轴变量得列，然后选择从Plot菜单下选择X-Axis变量b）选择包括Y轴变量得列，然后选择从Plot菜单下选择Y-Axis变量c）（可选得）选择含有参数变量得列，然后从Plot菜单下选择参数变量d）从Plot菜单下选择Display Plot»要选择一列，用鼠标左键点击列标题（5）注意●只有被输入到流程中得参量才可以被改变或操作●可以改变多个输入●对于每一个被操作（改变得）变量得组合都运行一次模拟（6）灵敏度分析举例以第二章中苯与丙烯为原料合成异丙基苯为例，如下图：冷却器出口温度怎样影响产品物流纯度得？●被调节(被改变)变量就是什么？冷凝器出口温度●被测量(采集)变量就是什么？产品物流中异丙基苯纯度（摩尔分率）打开文件cumene、bkp，另存为cumene-s、bkp，如下图所示：在数据浏览窗口中，点击Model Analysis Tools/Sensitivity，如下图，点击N ew…创建一个新得灵敏度分析：点击New、、、按扭输入创建得灵敏度分析得ID，可以自己指定。

ASPEN PLUS 高级功能报告人：宋维仁导师：漆志文教授华东理工大学联合化学反应工程研究所2010年6月30日星期三1主要内容灵敏度分析设计规定工况研究Windows应用程序间的交互操作功能2本页已使用福昕阅读器进行编辑。

福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有，仅供试用。

灵敏度分析灵敏度分析模块是用来分析和研究一个或多个流程操作变量的改变对其它流程变量的影响，它是做工况研究的一个最有用的工具，你可以用灵敏度分析模块来生成随进料物流、模块输入参数或其它输入参数的变化的模拟结果表和图，还可以用它来验证一个设计规定的解是否在操作变量的变化范围内，你甚至还可以用它来做简单的过程优化。

下面我们就以回收废水中的DMF为例来说明相关操作。

3灵敏度分析例子单击此按钮，进入Data Browser窗口。

下面这个例子将演示如何使用灵敏度分析功能来考察精馏塔column的进料位置对塔釜物流W中DMF的质量分数的影响。

4新建灵敏度分析ID点击Model Analysis Tools中的Sensitivity，点击右边的New按钮，出现如右图的对话框（即新建一个灵敏度分析任务的名称，可以采用默认名称，也可重新命名）。

5命名因变量在S-1-Input-Define页中，单击New，新建一个因变量，并且输入这个因变量的名称。

在本例中因变量就是塔釜出料W中DMF的质量分数。

6定义因变量3.Type选择质量分数Mass Frac2.选择物流变量4.物流选择W，组分选择DMF。

1.此页用于定义因变量的类型和内容。

5.单击，进入下一操作。

7定义自变量在S-1-Input-Vary页中，定义自变量的类型和内容。

本例中自变量为精馏塔Column的进料位置。

输入自变量的考察范围和步长。

8分析结果表输入在此页中定义将要得到的灵敏度分析结果表格中要显示的内容。

在第一列中输入数字1，后面输入要列表的因变量名称或因变量的表达式。

至此，灵敏度分析模块已输入完毕，点击运行按钮。

第八章灵敏度分析目的：介绍灵敏度分析的用法，研究过程变量之间的关系。

（1）灵敏度分析●可使用户研究输入变量的变化对过程输出的影响●在灵敏度模块文件夹的Results表上能够查看结果●可以把结果绘制成曲线，使不同变量之间的关系更加形象化●在灵敏度模块中对流程输入量所做的改变不会影响模拟，灵敏度研究独立于基础工况模拟而运行●位于/Data/Model Analysis Tools/Sensitivity下（2）灵敏度分析的用法●研究输入变量的变化对过程（模型）的影响●用图表表示输入变量的影响●核实设计规定的解是否可行●初步优化●用准稳态方法研究时间变化变量（3）灵敏度分析应用步骤a）定义被测量（采集）变量-它们是在模拟中计算的参量，在第4步将要用到（Sensitivity Input Define页）b）定义被操作（改变的）变量-它们是要改变的流程变量（Sensitivity Input Vary页）c）定义被操作（改变的）变量范围-被操作变量的变化可以按在一个间隔内等距点或变量值列表来规定（Sensitivity Input Vary页）d）规定要计算的或要制成表的参量-制表参量可以是任何合法的Fortran表达式，表达式含有步骤1中定义的变量(Sensitivity Input Tabulate页)（4）绘图a）选择包括X轴变量的列，然后选择从Plot菜单下选择X-Axis变量b）选择包括Y轴变量的列，然后选择从Plot菜单下选择Y-Axis变量c）（可选的）选择含有参数变量的列，然后从Plot菜单下选择参数变量d）从Plot菜单下选择Display Plot»要选择一列，用鼠标左键点击列标题（5）注意●只有被输入到流程中的参量才可以被改变或操作●可以改变多个输入●对于每一个被操作（改变的）变量的组合都运行一次模拟（6）灵敏度分析举例以第二章中苯和丙烯为原料合成异丙基苯为例，如下图：冷却器出口温度怎样影响产品物流纯度的？●被调节(被改变)变量是什么？冷凝器出口温度●被测量(采集)变量是什么？产品物流中异丙基苯纯度（摩尔分率）打开文件cumene.bkp，另存为cumene-s.bkp，如下图所示：在数据浏览窗口中，点击Model Analysis Tools/Sensitivity，如下图，点击N ew…创建一个新的灵敏度分析：点击New...按扭输入创建的灵敏度分析的ID，可以自己指定。

Aspen精馏模拟的步骤一、板式塔工艺设计首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进展下面的计算步骤。

其次要知道你用的软件〔或软件模块〕能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。

设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。

没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。

下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的构造和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进展。

板式塔工艺计算步骤1.物料衡算〔手算〕目的：求解 aspen 简捷设计模拟的输入条件。

容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割；(2)估计塔顶与塔底的组成。

得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率参考："化工原理"有关精馏多组份物料平衡的容。

2.用简捷模块〔DSTWU〕进展设计计算目的：结合后面的灵敏度分析，确定适宜的回流比和塔板数。

方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。

得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。

3.灵敏度分析目的：1.研究回流比与塔径的关系〔NT-R〕，确定适宜的回流比与塔板数。

2.研究加料板位置对产品的影响，确定适宜的加料板位置。

方法：可以作回流比与塔径的关系曲线〔NT-R〕，从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。

得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。

4. 用DSTWU再次计算目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。

方法：依据步骤3得到的结果，进展简捷计算。

得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等 RadFarce 所需要的所有数据。

5. 用详细计算模块〔RadFrace〕进展初步设计计算目的：得出构造初步设计数据。

方法：用 RadFrace 模块的Tray Sizing〔填料塔用PAking Sizing〕，利用第4步〔DSTWU〕得出的数据进展准确设计计算。

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a）确定实测（采集）变量 它们是用来计算目标函数的流程变量（在Optimization Define页上） b）规定目标函数（表达式） 这是一个将被最大化或最小化的Fortran表达（在Optimization Objective & Constraints页上） c）规定目标函数的最大化或最小化（在Optimization Objective & Constraints页上） d）规定约束条件（可选的） 它们是在优化期间所用的约束条件（在Optimization Objective & Constraints页上） e）规定操作（可变）变量 它们是优化模块为了实现目标函数的最大化/最小化而要改变的变量（在 Optimization Vary页上） f）规定操作（可变）变量的范围 它们是操作变量变化的下限和上限（在Optimization Vary页上）
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变量关系图—Plot
步骤1：选择横坐标变量 在列表数据中选中一列，从窗口菜单 Plot 项 的 下 拉 框 里 选 择 X 轴 变 量 (X-Axis Variable)；
第 23 页
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变量关系图—Plot
步骤2：选择纵坐标变量 再选中列表数据的另一列，从窗口菜 单 Plot 项的下拉框里选择 Y 轴变量 (Y-Axis Variable)；
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5.3 优化
优化：通过调整决策变量（进料物流、模块 输入或其它输入变量）来使一个用户指定的 目标函数最大化或最小化 。 优化问题的收敛
SQP方法（序贯二次优化方法）：最先进的拟牛 顿非线性编程算法。它可以将断裂流、等式约束 和非等式约束与优化问题同时收敛 Complex方法（复合型算法）：可行路径“黑箱” 式搜索法

Aspen Plus模拟最后考核三道题1.精馏乙苯（Ethyl）和苯乙烯（Styrene）分离问题，进料压力1.5bar，温度45℃，进料总流率100kmol/hr，组成为0.58（乙苯摩尔分数），物性方法选择UNIQUAC。

使用蒸馏中RadFrac模块平衡精馏进行分离，塔板为21块理论板（不含冷凝器、再沸器），第14块板进料（Above-Stage）。

冷凝器（选用全凝器）压力为0.5bar，再沸器压力为2.0bar。

（1）当馏出液流量与进料液流量比为0.3（D/F），回流比为6时，求馏出液与塔釜中乙苯的摩尔分数；（2）分离要求：塔顶乙苯的摩尔分数为0.92，回流比范围5-13；塔釜中乙苯的摩尔分数0.22，D/F范围0.2-0.8.求满足要求时R与D/F的值；（3）在满足（2）的前提下，求改变进料塔板的位置对回流比R/冷凝器热负荷的影响。

（进料板位置取值范围11-15）解：（1）Components-Specifications-Section（输入组分）：component ID-find乙苯（Ethyl）C8H10和苯乙烯（Styrene）C8H8 （2）选择物性方法Methods-Specifications:UNIQUAC（3）Simulation流程建立:Simulation-Separator（分离器选择RadFrac严格计算）-material（F、D、W）（4）输入流股F的参数设定：进料压力 1.5bar，温度45℃，进料总流率100kmol/hr，组成为0.58（乙苯摩尔分数），0.42苯乙烯。

（5）Block-configuration-计算类型（默认第一个平衡级精馏）-塔板数21-冷凝器total-再沸器kettle-相态(vapor-liquid-convergence)-标准算法-操作条件：设定馏出比distillate to feed ratio 0.3，实际回流比reflux ratio6streams:F-14-（Above-Stage）；pressure：stagel: 0.5bar、column pressure=2-0.5bar（6）Next-run-result-summary-Balance-Split Fraction（7）Block-set up- design-New-Type:mole purity（摩尔纯度）塔顶乙苯的摩尔分数为0.92，；塔釜中乙苯的摩尔分数0.22,（8）Vary（1）回流比Reflux ratio:上下限，5-13；（2）馏出比D/F0.2-0.8 （9）Run（10）Control panel-B1-Specification Summary（11）灵敏度分析改变进料位置对R的影响：Mode Analysis Tools-sensitivity-S1-input:-Vary-New-Block Var-Block:B1-Variable: (Feed-Stage)-ID1:F-Specify limits: (11-15)-increment:1-Define-New(CAL-RR)- Variable: (CAL-RR)-Catrgory:Blocks-Reference, Variable:RR-Fill Variables输入完整-run（12）进料位置对Q的影响：Analysis-NQ curves-New（命名）-specifications:-Totol stage optimization:15-25-Feed tray optimization-Feed stream:F-Objective function（优化目标）-Minimize:Mole Rr-run（13）综上所述：1.当馏出液流量与进料液流量比为0.3（D/F），回流比为6时，馏出液乙苯的摩尔分数为0.815763与塔釜中乙苯的摩尔分数为0.184237；2.满足分离要求（塔顶乙苯的摩尔分数为0.92，回流比范围5-13；塔釜中乙苯的摩尔分数0.22，D/F范围0.2-0.8）时R为7.86032与D/F=0.514286；3. 如上图所示改变进料塔板的位置对回流比R/冷凝器热负荷的影响。

VAPOR
LIQUID
OUT I X ER
VAPOR
REA C- O U T REA CTO R E1 VAPOR
REA CT- I N E1 REA CTO R VAPOR
RECY CLE SPLITTER CO MP VAPOR
SEP1 - O U T SEP1 SPLITTER VAPOR
4.Economic Evaluation模块包括Aspen Process Economic Analyzer、 Aspen In-Plant Cost Estimator、Aspen Capital Cost Estimator这三 个组件，对于旧版本的Aspen中，该模块名为Aspen Icarus Process Evaluator（Aspen IPE） 。这个模块除了作为独立的组件使用外， 还在内置Aspen Plus中使用，可用于：1）进行设备的精确尺寸和费 用估算；2）进行初步的机械设计；3）估算购置和安装费用、间接 费用和总投资、完成工程设计-订货-建设的计划日程表和利润率分析。
3 1 5 .8 0 4 6 3 2 9 .3 1 7 3 4 9 7 5 .1 5 1 1 0 9 .1 9 0 2 4 4 3 .2 5 5 1 6 5 .1 7 6 7 8 7 6 3 .7 3 9 8
9 7 0 .5 6 9 4 3 9 3 .3 5 8 9 6 4 7 6 .8 0 5 1 0 9 .1 9 0 2 4 4 3 .2 5 5 1 1 .1 3 5 3 3 0 4 4 .9 3 3 6 7
第一步：将实际的工艺流程转化为软件中的模块流 程（红线为QQ截图临时添加，原料气经压缩换热进入反应，产物冷却后 分离）
应用例子2 –甲醇生产的灵敏度分析

Flash2 — 应用示例（1）
流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为20℃ 、含丙酮 30%w、 水 70%w的物料进行部分蒸发回收丙 酮，求丙酮回收率为90%时的蒸发器 温度和热负荷以及汽、液两相的流量 和组成。
第七讲
灵敏度分析
分离单元的仿真设计
分离单元包含两大模块
塔设备模块 简单分离模块
简单分离单元模型
பைடு நூலகம்
简单分离模块包含五个模块
两相闪蒸器 三相闪蒸器
倾析器
组份分离器 两出口组份分离器
两出口组份分离器 两相闪蒸器 三相闪蒸器 倾析器 组份分离器
Flash2 两相闪蒸器
进行给定热力学条件下汽-液平 衡或汽-液-液平衡计算，输出一股 汽相和一股液相产物。用于模拟 闪蒸器、蒸发器、气液分离器等