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第5章流体输送单元模拟作者：王丁丁孙兰义目录⏹5.1 概述⏹5.2 泵Pump⏹5.3 压缩机Compr⏹5.4 多级压缩机Mcompr ⏹5.5 阀门Valve⏹5.6 管段Pipe⏹5.7 管线系统Pipeline5.1 概述Aspen Plus提供6种流体输送单元模块（Pressure Changers）5.2 泵Pump⏹Pump模块用于模拟两种设备●泵（Pump）泵是把机械能转换成液体的能量，用来给液体增压和输送液体的流体机械。
●水轮机（Turbine）水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。
5.2 泵Pump——连接 泵Pump连接示意图输入参数输出结果出口压力（Discharge pressure）所需功率（Fluid power/Brake power）压力增量（Pressure increase）所需功率（Fluid power/Brake power）压力比率（Pressure ratio）所需功率（Fluid power/Brake power）指定功率（Power required）出口压力（Discharge pressure）特性曲线（Use performance curve to determine discharge conditions）所需功率（Fluid power/Brake power）⏹泵Pump模块有5种计算形式出口压力、泵的水力学效率和驱动机效率⏹常用参数指定：指定模型指定参数指定效率⏹特性曲线有三种输入方式：●列表数据Tabular Data●多项式Polynomials●用户子程序User Subroutines⏹特性曲线的数目，有三个选项：●操作转速下的单根曲线Single curve at operating speed；●参考转速下的单根曲线Single curve at reference speed；●不同转速下的多条曲线Multiple curves at different speeds .选择曲线形式设定特性曲线变量选择曲线数目⏹在Curve Data页面中输入特性曲线数据：●特性曲线变量的单位Units of curve variables●每根曲线特性数据表如Head vs. flow tables●每根曲线的对应转速Curve speeds曲线变量单位曲线对应转速输入流量—扬程数据在Efficiencies页面中输入效率数据：输入流量—效率数据当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输入操作转速数据：规定操作转速用多项式表示特性曲线：输入多项式系数5.2 泵Pump ——NPSHR （1）⏹汽蚀余量又叫净正吸头NPSH ，是表示汽蚀性能的主要参数。
第9章流程选项与模型分析工具作者：毕欣欣孙兰义为方便用户可以控制以及分析流程，Aspen Plus提供了一些有用的工具，这些工具设置在数据浏览窗口（Data Browser）的流程选项(Flowsheeting Options)和模型分析工具（Model Analysis Tools）目录下。
流程选项主要包括设计规定(Design Spec)、计算器(Calculator)、传递模块( Transfer ) 、平衡模块( Balance ) 。
模型分析工具主要包括灵敏度分析（Sensitivity）、优化（Optimization）、约束（Constraint）、数据拟合(Data Fit)以及工况分析(Case Study)。
9.1 流程选项9.1.1 设计规定9.1.2 计算器9.1.3 传递模块9.1.4 平衡模块9.2 模型分析工具9.2.1 灵敏度分析9.2.2 优化及约束条件9.2.3 数据拟合9.2.4 工况分析采集变量：指定期望值可以是流程变量或含某些流程变量的函数（此函数可以是任意涉及一个或多个流程变量的合法Fortran表达式）操纵变量：被调整使采集变量接近期望值可以是一个模块输入变量、过程进料物流变量或其它模拟输入变量；模拟计算出的量不能作为操纵变量设计规定的目标是期望值等于计算值，模拟时需要规定容差，在该容差范围内满足目标函数关系，停止迭代计算。
设计规定中实际满足的方程是：∣规定值-计算值∣<容差设计规定会产生必须迭代求解的回路，缺省情况下，Aspen Plus为每个设计规定生成一个收敛模块并将收敛模块排序。
设计规定在计算时，将物流或模块输入页中提供的操纵变量的值作为初值，为操纵变量提供一个合适的初值有助于减少设计规定收敛计算的迭代次数。
定义一个设计规定一般包括以下5个步骤：✓建立设计规定；✓标识设计规定中的采集变量；✓为采集变量或函数指定期望值并指定容差；✓标识操纵变量，并指定该操纵变量的上下限；✓输入可选的Fortran语句。
第10章工艺流程模拟作者：王丁丁孙兰义目录⏹10.1 带循环的工艺流程⏹10.2 工艺流程模拟10.1 带循环的工艺流程模拟⏹化工流程中的循环回路大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环：●组分循环（循环质量和能量）●热量循环（仅仅循环能量）PurgeCompositional RecycleProductFeedThermal Recycle●独立循环回路(Independent Loop)●嵌套循环回路(Nested Loop)●交叉循环回路(Interconnected Loop)U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9R1R2U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9R1R2U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8R1⏹循环回路的种类⏹化工流程模拟的计算方法●序贯模块法●联立方程法●联立模块法⏹在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II)，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法)，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。
⏹计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。
通常，过程原料物流的变量是指定的。
⏹如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。
⏹主流程处理顺序●从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow Processing Sequence)。
U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1●计算顺序必须包括所有的流程单元●计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1Recycle Stream Guessed Calculation SequenceR1U1，(U2，U3，U4，U5)，U6S3U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6S4U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6S6U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6主流程处理顺序⏹撕裂流●撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值在规定的容差范围内为止●撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样●要确定由Aspen Plus选择的撕裂流，可在ControlPanel（控制面板）中的“Flowsheet Analysis（流程分析）”页面查看●用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行规定●为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力推荐，否则缺省值为零）●如果输入了“回路”中的某个物流的信息，Aspen撕裂流举例S1S2S3S6S4S7S5MIXERB1MIXERB2FSPLITB3FSPLITB4●哪个是循环物流？●哪个可能是撕裂流？●哪个是最好的撕裂流选择？S7S6S7和S6S2和S4S3S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）⏹撕裂流举例⏹撕裂流与计算顺序的关系●在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小时的计算顺序●最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺序循环工艺流程⏹循环回路流程模拟的解决方法● 1.为循环物流提供合适的初始值● 2.选择合适的单元计算顺序在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的计算顺序；最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺序。
第7章分离单元模拟Part B 作者：武佳孙兰义第7章分离单元模拟Part B⏹7.1 概述⏹7.2 精馏塔的简捷设计模块DSTWU ⏹7.3 精馏塔的简捷校核模块Distl⏹7.4 精馏塔的严格计算模块RadFrac ⏹7.5 塔板和填料的设计与校核⏹7.6 连续萃取模块Extract⏹7.7 吸收示例7.1 概述模块说明功能适用对象DSTWU 使用Winn-Underwood-Gilliland方法的多组分精馏的简捷设计模块确定最小回流比、最小理论板数以及实际回流比、实际理论板数等仅有一股进料和两股产品的简单精馏塔Distl 使用Edmister方法的多组分精馏的简捷校核模块计算产品组成仅有一股进料和两股产品的简单精馏塔RadFrac 单个塔的两相或三相严格计算模块精馏塔的严格核算和设计计算普通精馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、三相精馏、反应精馏等Extract液-液萃取严格计算模块液-液萃取严格计算萃取塔MultiFrac严格法多塔蒸馏模块对一些复杂的多塔进行严格核算和设计计算原油常减压蒸馏塔、吸收/汽提塔组合等SCFrac简捷法多塔蒸馏模块确定产品组成和流率、估算每个塔段理论板数和热负荷等原油常减压蒸馏塔等PetroFrac石油蒸馏模块对石油炼制工业中的复杂塔进行严格核算和设计计算预闪蒸塔、原油常减压蒸馏塔、催化裂化主分馏塔、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合等RateFrac非平衡级速率模块精馏塔的严格核算和设计计算蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、共沸精馏、反应精馏等DSTWU是多组分精馏的简捷设计模块，针对相对挥发度近似恒定的物系开发，用于计算仅有一股进料和两股产品的简单精馏塔。
DSTWU模块用Winn-Underwood-Gilliland方法进行精馏塔的简捷设计计算。
通过Winn方程（之后Fenske对Winn方程进行了完善）计算最小理论板数，使用Underwood方程计算最小回流比，根据Gilliland关联图来确定操作回流比下的理论板数或一定理论板数下所需要的回流比。
DSTWU模块计算精度不高，常用于初步设计，当存在共沸物时，计算结果可能会出现错误，DSTWU模块的计算结果可以为严格精馏计算提供合适的初值。
芬斯克（Fenske ）方程取平均相对挥发度:N Nm αααα 21=mW A B D B A x x x x N αlog log min⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=芬斯克方程N min （包括再沸器）恩德伍德（Underwood ）方程qx ijFi ij -=-∑1,θαα1min ,+=-∑R x ijDi ij θαα式中：αij —相对挥发度，取塔顶和塔釜的平均值θ—第一式的根，其值介于轻、重关键组分的相对挥发度之间⏹吉利兰（Gilliland ）关联图吉利兰图1min +-R R R 2min +-N N N ➢N 、N min ─在R 、全回流下所需理论板数，均不包括再沸器➢吉利兰图不能应用于非理想溶液的精馏计算用8个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成吉利兰关联式)]1)(2.117114.541exp[(15.0XX X X Y -++-=1m in+-=R R R X 2min+-=N N N YDSTWU模型的连接图如下DSTWU模块有四组模块设定参数1．塔设定（Column specifications）2．关键组分回收率（Key component recoveries）3．压力（Pressure）4．冷凝器设定（Condenser specifications）Specifications——塔设定（Column specifications）（1）塔板数( Number of stages)（2）回流比( Reflux ratio)回流比与理论板数仅允许规定一个选择规定回流比时输入值>0，表示实际回流比输入值<-1，其绝对值表示实际回流比与最小回流比的比值Specifications——关键组分回收率（Key component recoveries）（1）轻关键组分（Light key）在塔顶产品中的摩尔回收率塔顶产品中的轻关键组分摩尔流率/进料中的轻关键组分摩尔流率（2）重关键组分（Heavy key）在塔顶产品中的摩尔回收率塔顶产品中的重关键组分摩尔流率/进料中的重关键组分摩尔流率Specifications——压力（Pressure）冷凝器压力（Condenser）再沸器压力（Reboiler）Specifications——冷凝器设定（Condenser specifications）全凝器（Total condenser）带气相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with all vapor distillate）带气、液相塔顶产品的部分冷凝器（Partial condenser with vapor and liquid distillate）DSTWU模块的模拟结果可给出最小回流比（Mimimum reflux ratio）最小理论板数（Mimimum number of stages）实际回流比（Actual reflux ratio）实际理论板数（Number of actual stages）进料位置（Feed stage）冷凝器负荷（Condenser cooling required）再沸器负荷（Reboiler heating required）等参数DSTWU模块有两个计算选项生成回流比随理论板数变化表（Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的Generate table of reflux ratio vs number of theoretical stages选项）计算等板高度（Blocks︱DSTWU︱Input︱Calculation Options下的Calculate HETP选项）DSTWU模块有两个计算选项回流比随理论板数变化表对选取合理的理论板数很有参考价值。
在实际回流比对理论板数（Table of actual reflux ratio vs number of theoretical stages）一栏中输入要分析的理论板数的初始值（Initial number of stages）、终止值（Final number of stages），并输入理论板数变化量（Increment size for number of stages）或者要分析的理论板数个数（Number of values in table），据此可以计算出不同理论板数下的回流比（Reflux ratio profile），并可以绘制回流比——理论板数关系曲线。
例7.1简捷法设计乙苯-苯乙烯精馏塔。
冷凝器压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，进料量为12500kg/hr，温度45℃，压力101.325kPa，质量组成为乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油0.0007（本题采用正十七烷表示焦油），塔顶为全凝器，回流比为最小回流比的1.2倍，要求塔顶产品中乙苯含量不低于99%（w），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（w），用PENG-ROB物性方法。
求最小回流比、最小理论板数、实际回流比、实际理论板数、进料位置以及塔顶产品与进料摩尔流率比，生成回流比随理论板数变化表并作图。
Distl模块可对带有一股进料和两股产品的简单精馏塔进行简捷校核计算，此模块用Edmister方法计算精馏塔的产品组成Distl模块的连接图如图所示Distl模块Specifications页面有两组模块设定参数Distl模块Specifications页面有两组模块设定参数1. 塔设定（Column specifications），包括理论板数（Number of stages）、进料位置（Feed stage）、回流比（Reflux ratio）、塔顶产品与进料的摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）、冷凝器形式（Condenser type）2. 压力设定（Pressure specifications），包括冷凝器压力、再沸器压力Distl模块Results页面给出Distl模块Results页面给出冷凝器热负荷（Condenser duty）再沸器热负荷（Reboiler duty）进料板温度（Feed stage temperature）塔顶温度（Top stage temperature）塔底温度（Bottom stage temperature）等例7.2用简捷法校核乙苯-苯乙烯精馏塔，进料条件与例7.1相同，冷凝器（全凝）压力为6kPa，再沸器压力为14kPa，实际回流比为5.11，理论板数为65（包括全凝器和再沸器），进料位置为25，塔顶产品与进料摩尔流率比（Distillate to feed mole ratio）为0.5853，用PENG-ROB物性方法。
求冷凝器及再沸器的热负荷、塔顶产品及塔底产品的质量纯度。
RadFrac模块可对下述过程做严格模拟计算：普通精馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏（包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽-液-液）精馏。
RadFrac适用于两相体系、三相体系、窄沸点和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系RadFrac的连接图如图所示RadFrac模型具有以下设定表单1、配置（Configuration）2、流股（Streams）3、压力（Pressure）4、冷凝器（Condenser）5、热虹吸再沸器设置（Thermosiphon Config）6、再沸器（Reboiler）7、三相（3-Phase）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）（1）计算类型（Calculation type）平衡级模型（Equilibrium）和非平衡级模型（Rate-Based）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）（2）板数（Number of stages）可以是理论板数也可以是实际塔板数1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）（3）冷凝器（Condenser）全凝器（Total）部分冷凝器—气相塔顶产品（Partial-Vapor）部分冷凝器—气相和液相塔顶产品（Partial-Vapor-Liquid）无冷凝器（None）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）（4）再沸器（Reboiler）釜式再沸器（Kettle）、热虹吸式再沸器（Thermosiphon）、无再沸器（None）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）（5）有效相态（Valid phases）①汽-液（Vapor-Liquid）②汽-液-液（Vapor-Liquid-Liquid）③汽-液-冷凝器游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterCondenser）④汽-液-任意塔板游离水（Vapor-Liquid-FreeWaterAnyStage）⑤汽-液-冷凝器富水相（Vapor-Liquid-DirtyWaterCondenser）⑥汽-液-任意塔板富水相（Vapor-Liquid-DirtyWaterAnyStage）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）（6）收敛方法①标准方法（Standard）②石油/宽沸程物系（Petroleum/Wide-boiling）③强非理想液体（Strongly non-ideal liquid）④共沸物系（Azeotropic）⑤深冷体系（Cryogenic）⑥用户自定义（Custom）1、配置（Configuration）—设置选项（Setup 0ptions）1、配置（Configuration）—操作规定（Operating specifications）1、配置（Configuration）—操作规定（Operating specifications）操作规定（Operating specifications）回流比（Reflux ratio）再沸器负荷（Reboiler duty）回流量（Reflux rate）塔顶产品流率（Distillate rate）再沸量（Boilup rate）塔底产品流率（Bottoms rate）再沸比（Boilup ratio）塔顶产品与进料流率比（Distillate to feed ratio）冷凝器负荷(Condenser duty)塔底产品与进料流率比（Bottoms to feed ratio）2、流股（Streams）2、流股（Streams）（1）进料流股（Feed Streams）指定每一股进料的加料板位置在级上方进料（Above-Stage）在级上进料（On-Stage）气相进料在级上（Vapor）液相进料在级上（Liquid）进料进入到分相器中（Decanter）（2）产品流股（Product Streams）指定每一股侧线产品的出料板位置及产量3、压力（Pressure）3、压力（Pressure）①塔顶/塔底（Top/Bottom），用户可以仅指定第一块板压力，此时代表全塔无压降；当塔内存在压降时，用户需指定第二块板压力或冷凝器压降，同时还可以指定单板压降或是全塔压降②塔内压力分布（Pressure profile），指定某些塔板压力③塔段压降（Section pressure drop），指定每一塔段的压降4、冷凝器（Condenser）（1）冷凝器设置（Condenser specification）仅仅应用于部分冷凝器只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率（Distillate vapor Fraction）两个参数之一4、冷凝器（Condenser）4、冷凝器（Condenser）（2）过冷设置（Subcooling specification ）过冷液温度(Subcooled temperature)或过冷度(Degrees of subcooled)回流物和馏出物都过冷(Both reflux and liquid distillate are subcooled)或仅仅回流物过冷(Only reflux is subcooled)4、冷凝器（Condenser）。
