《化工流程模拟实训—Aspen-Plus教程(孙兰义主编)》配套PPS课件第8章-反应器单元模拟

化工过程模拟实训AspenPlus教程第二版课程设计1. 简介Aspen Plus是一种广泛使用的化工过程模拟软件，它可以模拟各种化学工艺操作和过程。

本教程将介绍如何使用Aspen Plus进行化工过程模拟实训。

本教程是第二版，增加了更多的实例和案例，以便读者更好地理解和应用Aspen Plus。

2. Aspen Plus基础在开始使用Aspen Plus前，需要了解以下基础概念：2.1 单元操作单元操作是指物料转化和传递过程中的基本操作，如反应、蒸馏、吸收、萃取等。

Aspen Plus提供了许多单元操作模块，可以用来构建整个流程。

2.2 组成组成是指物料的组成成分。

在Aspen Plus中，组成可以用化学式、分子式、元素符号等表示。

2.3 热力学热力学是指物料的能量状况。

在Aspen Plus中，可以使用不同的热力学库来模拟不同的物料。

2.4 流程图流程图是Aspen Plus中最基本的概念，所有的操作都可以在流程图中进行。

3. Aspen Plus实例3.1 空气分离实例空气分离是工业化学中常见的过程。

它可以通过液化空气来分离氮气和氧气。

在Aspen Plus中，可以使用cryogenic splitter模块来模拟这个过程。

1.创建流程图并选择cryogenic splitter模块。

2.设置物料组成和流量。

3.设置冷却剂和回收装置。

4.进行模拟并查看结果。

3.2 甲醇制备实例甲醇制备是另一个常见的化学工艺过程。

它可以使用甲烷和水制备甲醇。

在Aspen Plus中，可以使用reactor模块来模拟这个过程。

1.创建流程图并选择reactor模块。

2.设置物料组成和流量。

3.设置反应条件和反应器类型。

4.进行模拟并查看结果。

3.3 精制实例精制是化学工业中重要的过程，它可以使物料纯度更高。

在Aspen Plus中，可以使用distillation column模块来模拟这个过程。

1.创建流程图并选择distillation column模块。

Aspen Plus 化工流程模拟应用学号：姓名：一、化工过程模拟系统的构成模拟系统的组成部分通用流程模拟系统（以稳态流程模拟为例）一般至少有以下几个组成部分：①单元操作和反应过程模块如精馏、换热、闪急蒸馏、蒸馏、流体输送等以及各种反应模块。

调用这些基本单元操作模块，在计算机中可以搭成各种各样模拟流程，来描述实际工艺流程。

②物性估算系统包含基础物性数据库和估算关联模型。

前者存贮各种化合物的基本物性数据，如分子量、密度、临界压力、临界温度、标准沸点、偏心因子等，以便计算时调用；后者是为计算各种物质（纯物质和混合物）在给定条件下的各种物性所需的估算方程式。

例如状态方程、计算液相活度系数的关联式、计算热焓和自由能的关联式等，物性估算系统用以为单元操作模块计算提供所需要的各种物性数据。

③数学方法程序主要有两大类数学程序：一类是系统分解方法，能够使大系统自动分隔和断裂，并排出单元模块的计算顺序；另一类是加速迭代计算收敛和其他通用的数学方法。

④执行系统具有输入语言自动翻译、模拟程序装配和结果打印等功能。

二、Aspen Plus模拟的主要步骤1．建立模型——常用内置模板有:空气分离模板、化学工艺、气体加工、石油、固体等。

此外，还要选择模拟的运行类型，flow sheet类型最常用。

如果不进行流程模拟则可选择其他的运行类型,如化验数据分析、数据回归、性质分析等。

2. 定义流程——Aspen Plus中的单元操作模型主要有：混合器和分流器、分离器、换热器、塔反应器、压力变送器、控制器、固体以及用户模型。

3. 计算的全局信息——全局信息主要有：运行类型、平衡要求、有效相态、诊断信息、全局的温度压力限制、物流类及子物流、度量单位选择以及最终的报告形式等。

4. 规定组分——Aspen Plus拥有强大的组分数据库，除了标准的内置数据库外,用户还可使用自己的数据库。

注意，在处理固体组分时，定义组分是否恰当会直接影响到最后的模拟结果。

AspenPlusAspen概述化学工程与工艺1153643黄心权摘要：Aspen是新一代大型化工过程模拟软件，它提供了大量的物性数据, 热力学模型和单元操作模型，可用于化工过程的模拟、设计和优化。

本文对aspen在化工过程模拟的入门进行一个详细的介绍。

关键词：Aspen、入门、化工过程模拟、概述1.化工过程模拟过程模拟是使用计算机程序模拟一个化学过程的特性方差，化工过程模拟主要分为稳态模拟和动态模拟。

稳态模拟指的是根据已知的单元设备、单元作业或整个回路的数学模型，编写程序并在计算机上运行的过程。

相对的，动态模拟指的是其对应的数学模型呈现动态特征的过程。

Aspen Plus的对象便是化工静态过程模拟。

2. Aspen Plus简要介绍Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件。

它起源于20世纪70年代后期，当时美国能源部在麻省理工学院（MIT）组织会战，要求开发新型第三代流程模拟软件，这个项目称为“先进过程工程系统”（Advanced System For Process Engineering），简称ASPEN。

1982年Aspen Tech公司成立，将其商品化，简称Aspen Plus。

并于1981年十多个版本，如今，成为了全世界公认的标准大型化流程模拟软件，应用案例数以百万计。

[1]3. Aspen Plus的功能Aspen Plus的作用主要包括：（1）进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算；（2）预测物流的流率、组成和性质；预测操作条件和设备尺寸；（3）减少装置的设计时间、进行设计方案比较；（4）帮助改进工艺；（5）在给定的限制内优化工艺条件；（6）辅助确定一个工艺约束部位：（7）固体处理、石油处理、数据回归、数据拟合等等。

4.Aspen Plus的特点4.1数据库Aspen Plus的数据库有三种类型，即系统数据库、内置数据库以及用户数据库。

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。