AspenPlus在常减压蒸馏装置中的应用

基于Aspen Plus和Aspen Dynamics的常减压装置流程模拟摘要本文以某厂常减压蒸馏装置为基础，以某厂常减压装置工艺技术规程上的油品性质数据和工艺条件参数为依据，在Aspen Plus流程模拟软件平台上建立常减压塔装置的仿真模型，并进行调试使其收敛后得到仿真结果，得到较为精确的稳态模拟仿真模型。

模拟结果发现，除个别数值有偏差外，初馏塔、常压塔以及减压塔的大部分数据与某厂实测数据偏差极小，整个装置运行稳定，稳态模拟比较成功，这也为后来的动态模拟打下了基础。

在完成稳态模拟后，根据操作规程对装置进行规格参数输入，输入塔高以及直径等数据后，将整个装置转至Aspen Dynamics进行动态模拟。

在动态模拟中根据装置的实际情况对其进行控制器的添加，完成控制器的设置后将整个控制程序初始化并运行。

观察每个模型每股物流的运行数据变化情况，发现整个装置运行相对稳定，动态模拟取得了成功。

在整个装置各个部分运行稳定的基础上，根据某厂常减压装置的实测数据，对整个装置的原油进料量根据时间进行变化，观察各个装置的运行情况，以及模拟数据的改变情况。

模拟结果发现当原油进料量发生改变时，整个装置的初馏塔、常压塔以及减压塔部分的数据结果均发生了不同程度的变化，这也使得整个动态模拟数据更加接近实际值，整个动态模拟情况更加接近工厂装置的真实运行情况。

本次流程模拟稳态模拟和动态模拟都取得了成功，模拟出的数据真实有效，对于复现某厂常减压装置的运行过程具有重大意义。

本研究也对整个装置的能耗与经济效益进行了分析，对以后装置的经济能耗优化提供了可能性；本研究也对Aspen Plus与Excel的连接进行了探究，使Aspen Plus与其他软件的互联成为了可能。

关键词：Aspen Plus，Aspen Dynamics，常减压装置，流程模拟Process simulation of atmospheric and vacuum distillation unit based on Aspen Plus and Aspen DynamicsABSTRACTIn this thesis, based on the atmospheric and vacuum distillation unit in a plant, the oil property data and process condition parameters in the process specification of atmospheric and vacuum unit in a plant are used as the basis, and the simulation model of atmospheric and vacuum tower unit is established on Aspen Plus process simulation software platform. After debugging, the simulation results are obtained after convergence, and a more accurate steady-state simulation model is obtained. The simulation results show that most of the data of the primary distillation tower, atmospheric pressure tower and pressure reducing tower have little deviation from the measured data of a certain plant, the whole unit runs stably and the steady-state simulation is relatively successful, which also lays a foundation for the later dynamic simulation.After the completion of the steady-state simulation, the specification parameters of the device are input according to the operation procedures, and the tower height and diameter data are input, the whole device is transferred to Aspen Dynamics for dynamic simulation. In the dynamic simulation, the controller is added according to the actual situation of the device. After the controller is set, the whole control program is initialized and run. By observing the operation data of each model, it is found that the operation of the whole device is relatively stable and the dynamic simulation is successful.On the basis of stable operation of each part of the whole unit, according to the measured data of atmospheric and vacuum unit in a certain plant, the crude oil feeding amount of the whole unit changes according to time, and the operation of each unit is observed, as well as the change of simulation data. Thesimulation results show that when the crude oil feed quantity changes, the data results of the primary distillation tower, atmospheric pressure tower and pressure reducing tower of the whole unit have changed in varying degrees, which also makes the whole dynamic simulation data closer to the actual value and the whole dynamic simulation situation closer to the real operation of the plant.The steady-state simulation and dynamic simulation of this process have been successful, and the simulated data are real and effective, which is of great significance for the recurrence of the operation process of atmospheric and vacuum distillation unit in a plant. This study also analyzes the energy consumption and economic benefits of the whole device, and provides the possibility for the optimization of the economic energy consumption of the device in the future; this study also explores the connection between Aspen Plus and excel, making the interconnection between Aspen Plus and other software possible.KEYWORDS: Aspen Plus, Aspen Dynamics, Atmospheric and vacuum unit, Process simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (III)1绪论 (1)1.1课题的研究背景及意义 (1)1.2化工流程模拟技术 (1)1.3流程模拟的应用 (2)1.4流程模拟在常减压装置中的应用 (3)1.5本文结构介绍 (3)2常减压装置的工艺流程 (5)2.1常减压装置在原油加工中的地位 (5)2.2常减压装置的原理 (5)2.3流程模拟软件算法原理 (6)2.3.1稳态模拟 (6)2.3.2动态模拟 (9)2.4常减压装置的工艺流程 (10)2.5小结 (11)3常减压装置的稳态模拟 (13)3.1建立整个装置模型 (13)3.1.1原油虚拟组分切割 (13)3.1.2装置模型选型 (15)3.2物料连接 (23)3.2.1 物流连接说明 (23)3.2.2 模型组态 (24)3.3数据输入与选项设置 (35)3.3.1初馏塔数据 (35)3.3.2常压塔数据 (37)3.3.3减压塔数据 (42)3.3.4原油进料数据 (49)3.3.5加热器、冷凝器与空冷器数据 (49)3.3.6泵数据 (50)3.3.7调节阀数据 (51)3.3.8分离罐数据 (51)3.3.9分离器数据 (52)3.4装置收敛调试 (53)3.4.1选择收敛方法 (55)3.4.2调节塔本身迭代次数与公差 (55)3.4.3调节整个装置迭代次数 (56)3.4.4设置撕裂物流 (56)3.4.5调节蒸汽汽提量 (58)3.4.6调节中段回流量 (58)VI3.5稳态模拟的模拟结果与数据分析 (59)3.5.1初馏塔部分 (59)3.5.2常压塔部分 (59)3.5.3减压塔部分 (60)3.6小结 (61)4常减压装置的动态模拟 (63)4.1Aspen Plus动态参数设置 (63)4.1.1初馏塔规格输入 (63)4.1.2常压塔规格输入 (65)4.1.3减压塔规格输入 (67)4.1.4其他模型规格修改 (69)4.2Aspen Dynamics控制器设置 (71)4.2.1转至Aspen Dynamics (71)4.2.2初馏塔控制器设置与调试 (73)4.2.3常压塔控制器设置与调试 (79)4.2.4减压塔控制器设置与调试 (82)4.3动态模拟的收敛调试 (84)4.4动态模拟结果与数据分析 (90)4.4.1初馏塔部分 (90)4.4.2常压塔部分 (95)4.4.3减压塔部分 (100)VII4.5小结 (109)5流程模拟的应用与扩展 (111)5.1稳态模拟结果与Excel的连接 (111)5.2稳态模拟结果经济能耗分析 (115)5.3小结 (118)6总结 (119)参考文献 (121)致谢 (126)VIII1绪论1.1课题的研究背景及意义石油炼制工程是需要消耗高能源的工程，它所消耗的能量占全国工业总能耗中的绝大部分比例。

Aspen plus 在精馏中的应用 一Aspenplus 概述Aspenplus 是由美国Aspentec Inc. 于1981年推出的一套通用型流程模拟软件经过十多年的不断扩充与完善它的用户以遍及世界各地成为当今公认的流程模拟软件代表1995年10月它又推出了ASPEN PIUS RELEASE 9.2,其主要功能特是(1)具有开放式结构用户可任意选用任意组合单元过程模块以模拟不同的工艺流程组分数目物流数目塔板数目及循环回路等不受限制(2) 具有广泛全面的单元过程模块包括混合和分离闪蒸和加热精馏反应泵和压缩机管路压降结晶固体生化和聚合等(3) 具有丰富最新的物性数据(几乎每年更新物性数据库)RELEASE9.2提供近5000种组份包括2000种固体和900种离子物性数据,37000对双参数物性数据和1600对可溶溶剂的HENRY 常数,并具有物性常数估算和数据回归系统(4) 包含多种运行类型:流程模拟(flowsheet simulation),物性估算(property constantestimation),物性表生成(property table generation),石油馏份物性数据分析估算(assay data analysic pcs);物性库扩充(propertiesplus);经济成本分析(costingonly);物性数据回归(property data regression)等(5) 具有智能化图形窗口输入输出系统典型丰富的应用例子库完备的文档系统以及与CAD AUTOCAD 电子表格EXCEL 流程动态模拟软件SPEEDUP HTRI HTIS 和BJAC等的良好接口;(6) 通过VirtualDeviceDriver 技术,RELEASE9.2能作为DOS 应用程序在Windows95与Windows3x 操作系统下运行,其CD-ROM 版使用户维护与按装更快捷更方便二用Aspenplus 模拟精馏流程用Aspenplus 模拟精馏流程的一般步骤和方法:(1) 定义模拟流程; (2) 定义数据输入输出单位; (3) 确定流程包含的化学组份; (4) 确定物性的计算方法和模型;(5) 定义流程中每股进料条件;(6) 确定流程中每个单元操作设备的模拟模型和设计操作条件; (7) 定义设计指标灵敏度分析和工况研究(如需要);(8) 分析模拟结果,输出数据及图表 三Aspenplus 界面简介进入Aspenplus 后出现图1所示的界面箭头所示工具条为模型库modellibrary ,在这里可以选择模拟流程中所涉及到的单元过程模块和物料流股如混合器/分流器mixers/splitters分离设备seperators换热器heat exchangers塔设备columns 反应器reactors 压力转换设备pressure changers 流股调节器manipulators 固体操作设备solids 用户还可自定义操作单元user models 精馏过程中我们选择塔设备column 标签,如图2所示标签中包含了多种精馏模拟模型如1 DSTWU 模型此模型使用Winn-Underwood-Gilliland 方法对精馏塔进行设计型的简捷计算 2 Distl 模型此模型使用Edmister 方法对精馏塔进行操作型的简捷计算3 RadFrac 模型此模型用于简单塔两相或三相分馏的精确计算4Extract 模型此模型对液体采用萃取剂进行逆流萃取的精确计算5)MultiFrac 模型此模型用于复杂塔分馏的精确计算如吸收/汽提耦合塔欢迎访问/forum-405-1.html，流程模拟根据地图1 图26SCFrac 模型 复杂塔的精馏简捷计算如常减压蒸馏塔和真空蒸馏塔 7PetroFrac 模型 此模型用于石油精炼中的分馏精确计算如预闪蒸塔8RateFrac 模型 此模型用于基于非平衡模型的操作型分馏精确计算 9BatchFrac 模型 此模型用于两相或三相间歇式精馏的精确计算 操作单元模块左侧为流股单元从中可选择物流热流和功 流股单元上侧的小箭头可用来选择流程图中的对象 模型库上方的空白页面为流程图其上可使用模型库中的操作单元和流股单元绘制工艺流程图下面结合一个精馏设计型算例来具体介绍Aspenplus 模拟流程的过程 四设计型计算设计任务在常压连续筛板精馏塔中精馏分离含苯41%的苯甲苯混合液要求塔顶馏出液中含甲苯量不大于4塔底釜液中含甲苯量不低于96以上均为质量分率已知参数 苯甲苯混合液处理量4t/h 进料热状态自选回流比自选塔顶压强4kPa 表压热源低压饱和水蒸汽单板压降不大于0.7kPa 计算中所用物性数据由Aspenplus 自己提供或计算 1定义模拟流程;1 在模型库中选择塔设备column 标签如图3所示2 选择DSTWU 模型进行设计型简捷计算点击该模型的向下箭头弹出三个等效的模块任选其一如图4所示图3 3在空白流程图上单击即可绘出一个精馏塔模型如图5所示该模型可用三种方法进行放大 a 可双击流股单元上侧的小箭头在流程图上单击鼠标右键选择zoom in 放大或选择zoom out 缩小整个图面b) 可双击流股单元上侧的小箭头进入选取对象模式单击精馏塔图标将其选中将鼠标移至对角线的端部直接拖拽即可放大或缩小直到满意的图形大小为止图4图5c) 点击view 菜单栏中的zoom 子菜单选择zoom in 或zoom out 进行放大或缩小放大后的流程图如图6所示4图63我们在图6的基础上绘制流股单击流股单元向下箭头选择流股类型在这里我们选择material类型选择后得到图7所示图7在箭头提示下我们可以根据需要来绘制流股其中红色箭头表示必须定义的流股蓝色箭头表示可选定义的流股不同的模型我们根据设计任务绘制一股进料塔顶和塔底两股出料得到图8图8为了便于后续操作我们可以改变流股和模块的名称方法如下单击流股或模块点击鼠标右键在弹出的菜单中选择rename stream或rename block即可改变名称在对话框中输入改后的名称在这里我们将入料改为FEED塔顶出料改为D塔底出料改为L改变名称后的流程图如图9所示(2)定义数据输入输出单位;点击data 菜单中的setup,出现初始化设置窗口如图10系统自身有一套默认的设置同时用户也可以根据要求来自己修改或定义包括单位及其他全局设置在这里我们使用系统默认的设置图10 3确定流程包含的化学组份在窗口左侧的目录树结构中选择components 文件夹进行化学组分定义点击其下的specification 出现图11所示窗口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如下a) 可以在component ID或component name中直接输入组分的英文名称b) 可以使用Aspenplus提供的find工具单击find按钮出现如图12所示的窗口图12在出现的对话框中可以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分子式c6h6按回车键或点击find now按钮出现窗口如图13图12再选择所需组分点击窗口下侧的add按钮该组分就被添加到组分列表中关闭对话框后的窗口如图14所示图14其中Component ID是该组分的代号用户可以进行修改用同样方法输入甲苯组分结果如图15所示图15(4) 确定物性的计算方法和模型在窗口左侧的目录树结构中选择properties文件夹进行物性设置点击其下的specification出现图16所示窗口图16在该窗口中我们可以定义流程类型物性计算方法等根据不同的物系选择不同的物性计算方法对于理想物系可以选择Ideal方法非理想物系可选择典型的Wiston或Uniquac等方法电解质溶液也有其相应的计算方法在这里苯和甲苯体系可近似看成理想系我们选择Ideal方法其他设置由系统默认确定5定义流程中每股进料条件在窗口左侧的目录树结构中选择streams文件夹将可看到我们先前在流程图中定义的三股物料D FEED L其中FEED流股为已知流股D L流股为待定流股故我们仅定义FEED流股的状态参数选择FEED文件夹中的Input后出现如图17所示窗口进料热状态在state variables中定义若为过冷液体或过热气体可通过指定压力和温度定义若为气液混合进料可通过指定气相分率和温度或压力之一来定义在这里我们选取进料热状态为饱和液体在Vapor fraction中输入0在pressure中输入1atm 下来可以定义物料的流量根据不同需要可以定义摩尔体积质量或标准体积流量在这里我们用质量流量输入4000kg/hr下面定义组分流量或组分分率我们在这里选用质量分率在相应组分后输入其质量分率输入数据后的窗口如图18所示图186确定流程中每个单元操作设备的模拟模型和设计操作条件在此流程中只有column这一个Dstwu模型下面定义这个模型在窗口左侧的目录树结构中选择Blocks文件夹将可看到我们先前在流程图中定义的column模型选择column文件夹中的Input后出现如图19所示窗口此模型既可以定义塔板数进行操作型计算又可以定义回流比进行设计型计算由于我们进行的是设计型计算在这里定义回流比定义回流比时有两种定义方法定义回流比的实际值或定义回流比与最小回流比的比值前者直接输入数值即可后者输入负号后再入数值在这里我们取最小回流比的2倍故输入-2接下来定义轻重关键组分的回收率来确定分离要求经过计算可得轻关键组分的回收率为0.9859重关键组分的回收率为0.0285接下来定义再沸器和冷凝器的压力在一般的精馏设计中再沸器和冷凝器的压力比较接近大气压力且再沸器压力高于冷凝器压力这里我们分别取为110kPa 和105kPa 冷凝器使用全凝器其余设置由系统默认确定输入数据后的窗口如图20所示到此数据输入完毕可以进行计算点击工具栏中的蓝色N->图标即可进行计算该图标的作用是进行下一步操作若数据未输入完毕自动转到待输入数据的窗口若数据输入完毕则进行计算计算完毕后窗口如图21所示也可点击Run 菜单中的run 命令来直接进行计算图20结果生成后即可查看点击箭头所指文件夹出现如图22所示窗口图22点击左侧的Streams文件夹或Blocks文件夹即可查看物流或模块模型的计算结果点击Blocks文件夹点击子文件夹Column中的Results可看到塔的设计参数包括最小回流比实际回流比最小理论板数实际理论板数冷凝器和再沸器的热负荷等如图23所示其计算出的塔板数与最小回流比同图解法的结果相近比较如下计算数据图解法计算数据*物理量 Aspenplus理论塔板数12.775 13.5 最小回流比 1.3665 1.38 *计算数据及过程参见<<化工原理课程设计>> 柴诚敬等编天津科学技术出版社出版 P97同理点击相应文件夹可以查看物流Feed D L 的参数为了进一步熟悉DSTWU 模型我们依据上面的设计型计算结果进行操作型计算检验其结果的可靠性 五操作型计算精馏塔塔板数为上述计算的结果13其它已知条件与设计型计算基本相同计算实际操作时的回流比 在操作型计算中流程模拟的前5步与设计型计算相同在第6步中设计型计算定义精馏塔的回流比而操作型计算定义塔板数这里我们定义塔板数为13其它条件不变输入数据后的窗口如图24所示点击N->计算结果窗口如图25所示图24在设计型计算中回流比为 2.73塔板数为12.78而在操作型计算中我们将塔板数取为13得到的回流比为2.66由两次计算结果可以看出结论比较可靠到此为止我们针对一个具体的算例对精馏流程作了设计型和操作型分析由于在实际问题中我们比较关心一个变量随另一个变量变化的趋势既所谓的灵敏度分析这一方法可用来进行流程的优化下来我们结合具体的实例来介绍在Aspen plus 中如何进行灵敏度分析 六灵敏度分析 1设计型计算中回流比对塔板数的影响在图26中把窗口切换至input 输入窗口所得结果如图27所示:在图27中点击左侧Model Aalysis Tools 文件夹中的子文件夹sensitivity 得到如图28所示的窗口:点击窗口中的new 按钮建立一个新的灵敏度分析任务在弹出的对话框中输入该任务的名称N-R 确定后得到窗口如图29所示在这个界面中我们定义该灵敏度分析过程中所涉及的变量,包括理论塔板数和回流比点击New 按钮输入新变量名称N 确定后出现如图30所示窗口在该窗口中定义变量N 的属性即具体含义该窗口左侧可以定义变量所属的类型这样可以缩小我们的参考范围其中All 包括所有类型的变量Blocks 包括所有模块变量Streams 包括所有物流变量Property 包括所有物性变量Costing 包括所有与经济指标相关的变量N 代表理论塔板数是精馏塔的参数因此选择Block 在type 中选择Block Var 说明N 是一个模块变量在Block 中选择Column 模块表明N 是模型Column 的变量在Variable 中选择Act Stages塔板数定义后的窗口如图31所示点击N->按钮完成定义用类似的方法定义回流比变量R 定义后窗口如图32所示得到的最终变量列表如图33所示定义完变量后说明灵敏度分析中的操作变量回流比及其变化范围选中Vary 标签进行定义类似于变量定义的方法定义操作变量选择所属类型模块及其意义选择Overall range 定义其变化范围这里我们将上限Upper 和下限lower 分别定义为4和1.37应注意下限应大于其最小回流比否则系统提示计算出错在point 中可以输入运算的点数点数越多则拟合出的曲线越光滑但运算量越大在这里我们取50个点数据输入完毕后的窗口如图34所示选择Tabulate 标签定义因变量N 在Column No.中输入1在tabulate variable 中输入N 完成后的窗口如图35所示到此该灵敏度分析的数据输入部分已完成点击N->图标进行计算计算结果如图36所示我们可以用计算出来的数据作图观察N 随R 的变化趋势选中Vary1一列在Plot 菜单中选择X Axis Variable 定义RR 为x 轴变量选中N 一列在Plot 菜单中选择Y Axis Variable 定义N 为y 轴变量在Plot 菜单中选择Display Plot 即可作出图表得到的图表如图37所示在图表空白处双击得到如图38所示窗口在该窗口中可以设定图表的属性及一些参数由于Aspenplus 可能将先前输入的回流比2实际意义为最小回流比的2倍作为一个数据点因此该图表的起点为2在-21.37区间上的曲线没有意义在分析过程中不予考虑由得到的图表可知接近最小回流比处塔板数随回流比的增大而急剧减小且随着其继续增大变化趋于平缓且在回流比大于3时塔板数基本不变可以结合根据具体情况选择比较经济的操作回流比值得一提的是尽管Aspenplus 对数据处理的能力不强仅能由数据点做出曲线但是其数据可以通过Copy 命令复制并使用Paste 命令粘贴到其他功能强大的数据处理软件中例如Excel Origin 等为了进一步熟悉灵敏度分析这一重要的方法我们再做一个设计型计算中轻关键组分回收率对理论塔板数影响的灵敏度分析 2轻关键组分回收率对理论塔板数影响 点击灵敏度分析创建窗口图28中的new 按钮建立一个新的灵敏度分析任务在弹出的对话框中输入该任务的名称N Recovl 确定后得到窗口如图39所示在该窗口中如前述方法定义两个变量Recovl N 其中Recovl 是表示轻关键组分的回收率定义完后窗口如图40所示N 同前得到的最终变量列表如图41所示计算点数同前输入完毕后如图42所示在Tabulate 标签栏中设置不变图42到此该灵敏度分析的数据输入部分已完成点击N->图标进行计算计算结果如图43所示下面我们用所得的结果作图分析得到的图的方法与上相同选中Vary1一列在Plot菜单中选择X Axis Variable定义Recovl为x轴变量选中N一列在Plot菜单中选择Y Axis Variable定义N为y轴变量在Plot菜单中选择Display Plot即可作出图表得到的图表如图44所示图44由图可以看出轻组分的回收率在0.9500.999之间变动时随着它的的增大塔板数随之增大特别指出的是从回收率大于0.990以后随着回收率的增大理论塔板数急剧增大在实际生产过程中应该结合分离要求和经济因素选择一个合理回收率由以上可以看出通过进行灵敏度分析选取适当的操作变量值不仅可以达到分离要求而且可以降低经济投入因此灵敏度分析是一个十分重要的方法应该熟练掌握下面再介绍一些Aspenplus使用过程中值得注意的一些技巧和方法七Aspenplus使用技巧Aspenplus是一套比较智能化的系统对于同一操作可有不同的操作方法而且对于用户应该做什么和如何做都有比较详细的指示和说明下面就举几例方便大家的操作1比较细心的同学可能注意到在输入窗口左侧的文件夹上有不同的标志和等其中红色标志表示该项目的数据输入未完成蓝色则表示已完成根据不同的标志我们可以确定该输入哪些数据并确定数据是否输入完毕在结果窗口中也有相应的标志代表结果正确或计算有误这些标志大大方便了我们的数据输入和结果判断工作2Aspenplus软件的窗口右下角是状态栏它表示当前工作所处的阶段和状态在数据输入未完成时显示Required input incomplete在数据输入完毕已可进行计算时显示Input complete计算完毕后结果是否正确可靠也有相应的提示通过这些提示我们可以确定结果的可信度3正如前面提及的Aspenplus提供一个下一步按钮N->在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并弹出一个窗口对此操作进行详尽的说明这为我们输入数据提供了极大的方便4同大家所熟悉的常用软件一样Aspenplus也提供右键快捷菜单在该菜单中包括了当前状态下可以进行的大部分操作适当的使用右键菜单可以加速我们的设计过程从而缩短设计时间八结束语Aspenplus 是一个功能十分强大的流程模拟软件在化工系统设计及优化过程中得到了广泛的应用上述仅讨论了如何用其来设计精馏塔及一些影响精馏塔设计因素的灵敏度分析实际上使用该软件的其他塔模型如RadFrac可进一步进行部分塔板参数的设计计算因此如何选择一个适当的模型来满足我们的设计需求也相当重要由于Aspenplus我们提供了很多不同功能的模型这就要求我们在平时多练习多积累一些模型的用法到实际使用时不至于不知如何下手总之希望大家能够多摸索多练习多总结熟练掌握Aspenlus软件目前我们使用的Aspenplus是英文版本的大家在使用过程中难免遇到一些不常见或不清楚意思的英文单词为此我们编制了叙词表方便大家查阅叙词表atm 1atm为一个标准大气压Bar 巴压力单位BaseMethod 基本方法包含了一系列物性方程Batch 批量处理BatchFrac 用于两相或三相间歇式精馏的精确计算Benzene 苯Blocks 模型所涉及的塔设备的各个参数Block-Var 模块变量ChemVar 化学变量Columns 塔Columnspecifications 塔规格CompattrVar 组分变量Components 输入模型的各个组成ComponentsId 组分代号Componentsname 组分名称Composition 组成Condenser 冷凝器Condenserspecifications 冷凝器规格Constraint 约束条件Conventional 常规的Convergence 模型计算收敛时所涉及到的参数设置Databrowser 数据浏览窗口Displayplot 显示所做的图Distl 使用Edmister方法对精馏塔进行操作型的简捷计算DSTWU 使用Winn-Underwood-Gilliland方法对精馏塔进行设计型的简捷计算 DV:D 精馏物气相摩尔分率ELECNRTL 物性方程适用于中压下任意电解质溶液体系Extract 对液体采用萃取剂进行逆流萃取的精确计算Find 根据用户提供的信息查找到所要的物质Flowsheetingoptions 流程模拟选项Formula 分子式Gasproc 气化Heat Duty 热负荷HeatExchangers 热交换器Heavy key 重关键组分IDEAL 物性方程适用于理想体系Input summary 输入梗概Key component recoveries 关键组分回收率kg/sqcm 千克每平方厘米Lightkey 轻关键组分Manipulated variable 操作变量Manipulators 流股调节器Mass 质量流量Mass-Conc 质量浓度Mass-Flow 质量流量Mass-Frac 质量分率Materialstreams 绘制流程图时的流股包括work(功)heat热和material物料mbar 毫巴Mixers/splitters 混合器/分流器Mmhg 毫米汞柱mmwater 毫米水柱Model analysis tools 模型分析工具Model library 模型库Mole 摩尔流量Mole-Conc 摩尔浓度Mole-Flow 摩尔流量Mole-Frac 摩尔分率MultiFrac 用于复杂塔分馏的精确计算如吸收/汽提耦合塔N/sqm 牛顿每平方米NSTAGE 塔板数Number of stages 塔板数Oil Gas 油气化Optimization 最优化Overallrange 灵敏度分析时变量变化范围Pa 国际标准压力单位PACKHEIGHT 填料高度Partial condenser with all vapor distillate 产品全部是气相的部分冷凝器Partial condenser with vapor and liquid distillate 有气液两相产品的部分冷凝器PBOT 塔底压力PENG-ROB 物性方程适用于所有温度及压力下的非极性或极性较弱的混合物体系 Petchem 聚酯化合物PetroFrac 用于石油精炼中的分馏精确计算如预闪蒸塔Plot 图表PR-BM 物性方程适用于所有温度及压力下非极性或者极性较弱的体系 Pressure 压力PressureChangers 压力转换设备PRMHV2 物性方程适用于较高温度及压力下极性或非极性的化合物混合体系 Process type 处理类型Properties 输入各物质的物性Property methods & models 物性方法和模型psi 英制压力单位psig 磅/平方英寸(表压)PSRK 物性方程适用于较高温度及压力下极性或非极性的轻组分气体化合物体系 PTOP 塔顶压力RadFrac 用于简单塔两相或三相分馏的精确计算RateFrac 用于基于非平衡模型的操作型分馏精确计算Reactions 模型中各种设备所涉及的反应Reactors 反应器ReactVar 反应变量Reboiler 再沸器RECOVH 重关键组分回收率RECOVL 轻关键组分回收率Refinery 精炼Reflux ratio 回流比Reinitialize 重新初始化Result summary 结果梗概Retrieve parameter results 结果参数检索RKS-BM 物性方程适用于所有温度及压力下非极性或者极性较弱的体系 RKSMHV2 物性方程适用于较高温度及压力下极性或非极性的轻组分气体化合物体系 RK-SOA VE 物性方程适用于所有温度及压力下的非极性或极性较弱的混合物体系 RKSWS 物性方程适用于较高温度及压力下极性或非极性的轻组分气体化合物体系 RR 回流比Run status 运行状态SCFrac 复杂塔的精馏简捷计算如常减压蒸馏塔和真空蒸馏塔Sensitivity 灵敏度Separators 分离器Solids 固体操作设备SR-POLAR 物性方程适用于较高温度及压力下极性或非极性的轻组分气体化合物体系 State variables 状态变量Stdvol 标准体积流量Stdvol-Flow 标准体积流量Stdvol-Frac 标准体积分率Stream 各个输入输出组分的流股StreamVar 流股变量Substream name 分流股类型Temperature 温度Toluene 甲苯Torr 托真空度单位Total condenser 全凝器Total flow 总流量UNIQUAC 物性方程适用于极性和非极性强非理想体系UtilityVar 公用工程变量Vaiable number 变量数Vaporfraction 汽相分率V olume 体积流量X Axisvariable 作图时的横坐标变量Y Axisvariable 作图时的纵坐标变量。

第36卷增刊2009年北京化工大学学报(自然科学版)Jour nal of Beijing U niversity of Chemical T echnolog y (N atural Science)V ol.36,Sup.2009基于Aspen Plus 的常压蒸馏装置流程优化张 哲 卢 涛*(北京化工大学机电工程学院,北京 100029)摘 要:为增加年综合收益,应用流程模拟软件Aspen Plus 对某厂一套常压蒸馏装置进行流程优化。

在流程模拟的基础上,给定约束条件,优化决策变量,建立了以年综合收益最大为目标函数的优化模型,并在Aspen Plus 平台上进行二次开发,对优化模型进行了求解,获得了良好的优化结果,详细分析了产品收益与泵动力消耗、加热和冷却负荷以及蒸汽消耗等成本对年综合收益的贡献率及影响。

最终得到了年综合收益最大化下的各工艺参数。

关键词:Aspen Plus;流程优化;常压蒸馏;年收益中图分类号:T K 065收稿日期:2008 10 06第一作者:男,1983年生,硕士生*通讯联系人E mail:likesurg e@引 言随着市场竞争日益激烈和原油价格的上浮,如何采用信息化技术实现常减压蒸馏装置的全流程模拟与优化,以提高经济效益,越来越受到人们的关注[1 2]。

目前Aspen Plus 是广泛应用于化工流程开发和设计的大型流程模拟与优化软件[3 4],采用这项信息化技术可以有效的实现化工工艺全流程的模拟与优化。

魏忠[5]主要采用PRO/ 模拟软件对常减压蒸馏装置的热力学模型进行讨论及对精馏塔进行物料及热量的衡算,但缺乏操作参数对于整个系统影响的分析,邹桂娟[6]用Aspen Plus 建立了常减压装置的模拟系统,但没有在流程模拟的基础上进行二次开发来满足进一步的工艺要求。

本文以某炼油厂一套常压装置为研究对象,在Aspen Plus 11 1平台上编写计算年综合收益的Fortran 程序,选用常压塔汽提蒸汽流量为优化变量,以常压塔各产品的恩氏蒸馏温度为约束条件,使得常压蒸馏装置的年综合收益最大。

Aspen Plus在精馏操作分析中的应用精馏是化工行业中应用很广的一种工艺操作。

影响精馏效果的因素很多，往往一个因素发生变化时，会牵扯到一些其他因素发生变化。

这使得精馏过程变得颇为灵活和复杂。

如何有效的对精馏操作进行全面详细的分析一直是技术人员的研究难点和重点。

本文简要介绍了Aspen Plus软件，并详细探讨了它在精馏操作分析中的实际应用，供大家学习交流。

标签：Aspen Plus；精馏操作；分析；应用前言精馏是化工行业中应用很广的一种工艺操作。

影响精馏效果的因素的是多方面的，主要包括分离物的组成和性质、操作过程和设备的物理参数等等。

往往一个因素发生变化时，会牵扯到一些其他因素发生变化。

由于这些影响因素多呈非线性变化，使精馏过程变得颇为灵活和复杂，如何有效的对精馏操作进行全面详细的分析一直是技术人员的研究难点和重点。

1 精馏塔的分类和原理简介精馏塔又名蒸馏塔，是一种进行蒸馏的气液塔式接触装置，主要有填料塔和板式塔两种类型，根据操作方式的不同又可以分为间隙精馏塔和连续精馏塔。

整个物料变化过程就是气相物质和液相物质相互作用的过程，首先气相从塔底进入塔内，与塔内下降的液相接触，气相中难挥发的物质源源不断的向液相转化，与此同时，液相中容易挥发的物质也会转化到气相中去，随着工序的继续，重组分在塔底积聚，轻组分流向塔顶，逐步实现轻重组分的分离。

分离出的气相进入冷凝器，液相组分一部分作为蒸馏的液体取出，另一部分继续返回塔顶进入蒸馏塔中。

塔底流出的液体，部分送入再沸器加热蒸发成气相，其它的液体作为釜残液取出。

2 Aspen Plus软件简介Aspen是由美国麻省理工学院（MIT）主持、多个部门共同参与联合开发的。

它是一款用于模拟化工生产工艺的模拟软件。

Aspen Plus拥有最完善的物性数据库，包含六千多种纯组分的物性数据。

其次，它还具有超强的热力学计算系统，以及各种单元操作模块。

Aspen Plu在整个化工工艺装置的研发、设计和安置中都发挥着巨大的作用。

某炼厂20kt/a气体分馏装置工艺设计摘要针对某石化厂气体分馏装置工艺流程进行了模拟计算, 分析并提出了减少各塔热负荷旳优化方案, 进行了优化计算, 并与优化前进行了比较, 成果表明, 优化方案可行并有效, 减少了热负荷, 提高了经济效益。

关键词气体分馏丙烯优化方案热负荷提高效益一.序言近20数年来, 受两次能源危机旳影响和经济全球化旳制约, 我国炼油企业旳节能工作逐渐向广度和深度发展, 获得了很大旳成绩, 重要工艺装置旳能耗大大减少, 如常减压蒸馏、焦化等, 国内先进装置旳能耗基本靠近世界先进水平, 但从炼油厂旳整体来看, 加工单位原油旳能耗还比国外高出不少, 详细表目前全厂旳蒸汽动力系统、原料和产品储运系统及其他系统(包括厂区采暖、空调等等)能耗高, 重要原因是全厂各工艺装置间及装置与这些系统间缺乏热联合, 缺乏对大系统能源旳总体优化运用旳考虑。

丙烯是重要旳化工原料, 近年来伴随聚丙烯工业旳发展和车用液化气旳不停推广应用, 市场对高纯度丙烯、丙烷旳需求日趋扩大。

优化操作并合理回收丙烯, 得到高纯度丙烯可带来可观旳经济效益。

充足运用已经有设施, 通过方案优化, 在不变化主产品丙烯纯度旳条件下, 减少各塔热负荷用量, 从而减少共用工程用量, 提高生产过程旳经济效益, 具有较大旳意义。

本模拟优化设计是应用Aspen Plus化工模拟软件针对广州某石化厂实际气体分馏旳工艺装置而进行旳模拟优化工作。

二. 流程描述本流程是某石化厂气体分馏装置工艺流程, 1985年设计投入使用, 原料是来自催化裂化妆置旳液化气（气体构成如表2.1所示）, 液化气由蒸气加热器Ｂ1预热到87℃, 由泵打入脱丙烷塔Ｂ2, 操作压力20KG/cm2, 温度48℃, 塔顶产物为乙烷、丙烷和丙烯旳混合物（构成见表2.2）, 塔底产物碳四、碳五组分, 构成见表2.3 。

Ｂ2塔顶馏出物进入脱乙烷塔Ｂ3, 在压力为30Kg/cm2、温度59℃下操作, 塔顶主产物为乙烷, 构成见表2.4, 塔底产物重要为丙烷和丙烯, 构成见表2.5。

Aspen Plus 7.2 在精馏设计中的应用作者：王济阳来源：《卷宗》2016年第07期摘要：精馏是化工行业中应用很广泛的一种工艺操作。

本文主要以Aspen Plus 7.2在精馏设计中的应用为例，介绍了Aspen Plus 7.2在化工设计中的步骤和方法。

关键词：Aspen Plus 7.2；精馏；化工设计精馏是化工行业中应用非常广泛的一种工艺操作，影响精馏效果的因素的方面很多。

往往一个因素发生变化时，会引起一些其他因素随之变化。

由于化工模拟软件Aspen Plus的存在，使得化工技术人员工作量减轻很多。

1 Aspen Plus的简介Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。

该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。

1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。

该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。

全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。

2 Aspen Plus 7.2对甲醇精馏的模拟通过严格计算RadFrac精馏塔来分离甲醇和水的混合物。

进料组成为水63.2%（质量分数），甲醇36.2%，流率为120000 lb/hr，压力为18 psi （1 psi=6894.76 Pa），饱和液体进料（进料的汽相分率为0），精馏塔有38块塔板，进料在第23块板上。

塔顶压力为16.1 psi，每板的压力降为0.1 psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为39885 lb/hr，回流比为1.3。

选用NRTL-RK 物性方法。

计算：1）绘制Aspen Plus的过程流程图；2）再沸器和冷凝器的热负荷。