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大型通用流程模拟系统Aspen的起源与发展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。该软件经过近20年来不断地改进、扩充和提高,已先后推出了多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。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。以Aspen Plus严格机理模型为基础,还逐步发展起来了针对不同用途、不同层次的Aspen工程套件(Aspen Engineering Suite,简称AES)产品系列。ASPEN PLUS 能做什么能做什么进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算预测物流的流率、组成和性质预测物流的流率、组成和性质预测操作条件和设备尺寸预测操作条件和设备尺寸减少装置的设计时间、进行设计方案比较减少装置的设计时间、进行设计方案比较帮助改进当前工艺帮助改进当前工艺 回答回答“如果如果那会怎么样那会怎么样”的问题的问题在给定的限制内优化工艺条件在给定的限制内优化工艺条件辅助确定一个工艺约束部位辅助确定一个工艺约束部位ASPEN PLUS的优势的优势具有最完备的物性系统具有最完备的物性系统 一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型(共105种)，包括5000多种纯组分的物性数据 Aspen Plus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus系统连接。高度灵活的数据回归系统（DRS）此系统可使用实验数据求取物性参数，可以回归实际应用中任何类型的数据，计算任何模型参数，包括用户自编的模型。可以使用面积式或点测试方法自动检查汽液平衡数据的热力学一致性。性质常数估算系统（PCES）能够通过输入分子结构和易测性质（例如沸点）来估算短缺的物性参数 Redlich-Kwong-UNIFAC状态方程可用于非极性、极性和缔合组分体系 ASPEN PLUS的优势的优势可以模拟固体系统可以模拟固体系统 Aspen Plus在煤的气化和液化、流化床燃烧、高温冶金和湿法冶金，以及固体废物、聚合物、生物和食品加工业中都得到了应用。Aspen Plus中固体性质数据有两个来源：一是Solid数据库，它广泛收集了约3314种纯无机和有机物质的热化学数据；二是和CSIRO数据库的接口。还具有一套通用的处理固体的单元操作模型，包括破碎机、旋风分离器、筛分、文杜里洗涤器、静电沉淀器、过滤洗涤机和倾析器。此外，Aspen Plus中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热器模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型 RGIBBS可用最小GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在。ASPEN PLUS的优势的优势具有快速可靠的流程模拟功能具有快速可靠的流程模拟功能Aspen Plus提供流程模拟所需的多种功能，可帮助用户方便地编写输入文件，快速而可靠地收敛流程，以及进行流程优化计算。这些功能包括：1 可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序。2 可以使用Aspen Plus的插入模块（Insert）功能，重复使用流程模型的某一部分，例如一个酸性气体净化模型，一组物性输入数据。也可以建立用户自已的Inserts，并存入用户插入模块库（Library）来应用。3 可以利用设计规定（Design Specification）来达到对任何模块计算的参数所规定的目标值。ASPEN PLUS的优势的优势具有最先进的计算方法具有最先进的计算方法uAspen PlusAspen Plus具有最先进的流程收敛方法具有最先进的流程收敛方法 Aspen Plus具有最先进的数值计算方法，能使循环物流和设计规定迅速而准确地收敛。这些方法包括直接迭代法(Wegstein)、正割法(Secant)、拟牛顿法、Broyden法等。这些方法均经AspenTech进行了修正。例如，修正后Secant法可以处理非单调的设计规定。Aspen Plus可以同时收敛多股撕裂（Tear）物流、多个设计规定，甚至收敛有设计规定的撕裂物流。这些特点对解决高度交互影响的问题时特别重要。uAspen Plus可以进行过程优化计算可以进行过程优化计算 应用Aspen Plus的优化功能，可寻求工厂操作条件的最优值，以达到任何目标函数的最大值。对约束条件和可变参数的数目没有限制，可以将任意工程或技术经济变量作为目标函数，如利润和生产率。用户在选取操作参数限制范围时，具有很大的灵活性。Aspen Plus的一大特点是能将流程模拟和优化同时收敛，这样使得收敛更加迅速而可靠。流程图（流程图（Flowsheet）ASPEN PLUS 基本概念基本概念模型库（模型库（Model Library）数据浏览器（数据浏览器（Data Browser）流股（流股（Stream）单元操作模型（单元操作模型（Block）物性方法（物性方法（Property Method）直观形象地表示所模拟系统的流程直观形象地表示所模拟系统的流程存放可用单元操作模型的库存放可用单元操作模型的库页面和表页查看图。具有已经定义的可用页面和表页查看图。具有已经定义的可用 的模拟输入、结果和对象的树状层次视图的模拟输入、结果和对象的树状层次视图表示模拟中所用的物质流、热量流或功流表示模拟中所用的物质流、热量流或功流表示实际装置所用的各个设备表示实际装置所用的各个设备一批方法和模型。用来计算热力学性质一批方法和模型。用来计算热力学性质和迁移性质，决定模拟精确性的关键和迁移性质，决定模拟精确性的关键混合器和分流器分离器热交换器多级分离反应器压力改变固体处理用户模型流控制器混合器和分离器混合器和分离器MIXER通用混合SPLIT分流FSPLIT子物流分流分离器分离器SEP组分分割SEP2两产品分离FLASH2两相闪蒸FLASH3三相闪蒸DECANTER液液倾析器热交换器热交换器HEATER通用加热器HEATX热交换器MHEATX多股物流的热交换器HETRAN管壳式换热器AEROTRAN空冷式换热器HxFlux热传递计算HTRIXIST与HTRI的接口多级分离多级分离RADFRAC严格法精馏MULTILFRAC严格法多塔精馏EXTRAC严格法萃取DSTWU简算法精馏，设计型DISTL简算法精馏，核算型SCFRAC简算法多塔精馏PETROFRAC石油炼制分馏塔反应器反应器PYIELD收率反应器RSTOIC化学计量反应器RCSTR连续搅拌釜式反应器RPLUG活塞流反应器REQUIL两相化学平衡反应器RGIBBS通用相平衡和化学平衡反应器RBATCH间歇式反应器固体处理固体处理CYCLONE旋风分离器RSP静电除尘器FABFL纤维过滤器VSCRUB文丘里涤气器CRUSH破碎机SCREEN筛选机HYCYC水力旋风分离器FILTER转鼓过滤器CFUGE离心过滤器SWASH固体洗涤器CCD逆流倾析器CRYSTALLIZER结晶器DRYER干燥器压力改变压力改变PUMP泵/料浆泵COMPR单级压缩/膨胀机MCOMPR多级压缩/膨胀机PIPELINE多段管线压降PIPE单段管线压降VALVE阀压降流控制器流控制器MULT乘法器DUPL复制器CLCHNG流股复类器SELECT物流选择器ANALYZER物流分析器QTVEC热负荷控制器MEASUREMENT测量器用户模型用户模型USER有限进出流股USER2无限进出流股HIERARCHY分层结构建立模型建立模型已知条件已知条件求解方程组求解方程组建立流程图建立流程图热力热力学方学方程程单元单元操作操作方程方程数学数学方程方程组分数据组分数据物性方法物性方法物流数据物流数据单元操作模型数据单元操作模型数据其它数据其它数据ASPEN PLUS模拟的流程模拟的流程物性方法选择指南物性方法选择指南建立模拟模型的基本步骤建立模拟模型的基本步骤1.启动启动User Interface2.选用选用Template3.选用单元操作模块：选用单元操作模块：Model Blocks4.连结流股：连结流股：Streams 5.设定全局特性：设定全局特性：Setup Global Specification6.输入化学组分信息输入化学组分信息 Components7.选用物性计算方法和模型选用物性计算方法和模型 Property Methods&Models 8.输入外部流股信息输入外部流股信息 External Steam9.输入单元模块参数输入单元模块参数 Block Specifications10.运行模拟过程运行模拟过程 Run Project11.查看结果查看结果 View of Results12.输出报告文件输出报告文件 Export Report13.保存模拟项目保存模拟项目 Save Project14.退出退出 Exit建立模拟模型的基本步骤建立模拟模型的基本步骤Aspen模拟案例1psia=6.896kpa1lbmol/hr=0.45359kmol/hr红色箭头为必填流股，蓝色为可选选中模块，单击右键，可进行重命名。这两项为必选点击findv 这时你会发现这时你会发现,Global,Global标签变成了标签变成了对号对号,说明此页已经输入完成，说明此页已经输入完成，点击点击NEXTNEXT。NRTL为用于液相溶液，默认气体为理想气体，NRTL-RK用于气体。甲醇与水均为极性物质，且操作压力10bar，因此可选用活性系数法NRTL-RK。釜式再沸器全凝器点击将有关信息显示在流程图中点击将有关信息显示在流程图中保存aspen文件在“Display report for”栏单击箭头从列表中选择“Streams”选项。确保在“Selection”栏中显示的是“ALL”。Aepen优化模拟案例原料甲醇50lbmol/hr+水50lbmol/hr回流比1.5分离目标：99.5%像前面所说，画出塔模型，并重新命名流股Tools-analysis-properties-binaryAnalysistype选择Txy,GO！没有恒沸物，理论上可以完全分离，没有恒沸物，理论上可以完全分离，可先假设理论塔板数可先假设理论塔板数进料位置未知的情况下，进料位置未知的情况下，可选择中间塔板，可选择中间塔板，后面再进行优化后面再进行优化塔板压降未知，不填，塔板压降未知，不填，后面可进行优化后面可进行优化此操作完成后，不此操作完成后，不能点击能点击NEXT，否则，否则会进行模拟，点击会进行模拟，点击右方的右方的efficiency选择默弗里效选择默弗里效率进行计算率进行计算塔段设计塔段设计由于冷凝器和再沸器也由于冷凝器和再沸器也计算在塔板数内，因计算在塔板数内，因此实际的起止塔板分别此实际的起止塔板分别为为2和和9塔段核算塔段核算估计塔板直径估计塔板直径选中计算塔板压降选中计算塔板压降选中报告摩尔分率，就选中报告摩尔分率，就可以看到是否达到分离可以看到是否达到分离目标目标99.5%点击运行该模拟点击运行该模拟94.2%99.5%，关闭结果窗口，进关闭结果窗口，进行优化行优化回到B1，点击工具栏中plot-plotwizard选中，选中，NEXT，查看塔中液相组成，查看塔中液相组成没有水平点，说明没有多没有水平点，说明没有多余塔板，可以增加塔板数余塔板，可以增加塔板数第五块塔板有凹陷，第五块塔板有凹陷，可以改变进料位置可以改变进料位置关闭结果窗口，根据前面信息进行优化不改变进料位置，不改变进料位置，增加塔板数增加塔板数塔段设计与核算中的塔板也塔段设计与核算中的塔板也要做相应的改变，然后点击要做相应的改变，然后点击NEXT，再次进行运算，再次进行运算仍未达到分离目标，同样再次进行优化，仍未达到分离目标，同样再次进行优化，此次可同时改变进料位置此次可同时改变进料位置进料位置太低导致进料位置太低导致增加塔板数的同时，增加塔板数的同时，提高进料位置提高进料位置假设进料塔板为第假设进料塔板为第16块，块，同样要改变塔段设计与核算同样要改变塔段设计与核算里的数值，再进行运算里的数值，再进行运算达到分离目标，达到分离目标，显示实验结果显示实验结果优化模拟完成！优化模拟完成！谢谢大家！