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ASPEN PLUS入门培训教程


Aspen Plus培训讲义 培训讲义

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主要内容
ASPEN PLUS简介 简介 ASPEN PLUS 安装方法及界面介绍 通过实例介绍如何建立模拟模型 模型分析工具使用的基础

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ASPEN PLUS 简介
流程模拟——使用计算机程序定量模拟一个化学过程的 流程模拟——使用计算机程序定量模拟一个化学过程的 特性方程。 特性方程。 基于序贯模块法的大型通用稳态过程模拟软件。 软件。 Advanced System for Process Engineering(ASPEN) Engineering ASPEN) gineering( 1976~1981年由 1976~1981年由MIT主持、能源部资助、55个高校和公司 年由MIT主持 能源部资助、55个高校和公司 主持、 参与开发。 1982年为了将其商品化 成立了AspenTech公 年为了将其商品化, 参与开发。 1982年为了将其商品化,成立了AspenTech公 并称之为Aspen Plus。 司,并称之为Aspen Plus。 经过20多年不断地改进 扩充和提高, 多年不断地改进、 经过20多年不断地改进、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。 个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。

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Aspentech系列软件
生命周期 按功能分类 稳态、 稳态、动态模拟和优化 物性数据和模型 工艺合成和分析 经济评价/投资估算/进 经济评价/投资估算/ 度管理 工艺知识和数据管理 热交换器设计 在线应用 聚合物 医药/ 医药/精细化工 石油精制/ 石油精制/管道 计 划 /研 发 概念设计 概念设计 工艺设计 详细设计 施工 /开车 操作 / 资产管理 资产管理

Hysys/Aspen Plus/Optimizer/Dynamics/Custom Modeler/Aspen WebModels COMThermo/Aspen Properties/Aspen OLI/DETHERM Concept ( DISTIL/HX-Net)/Aspen Split/Pinch/Water/Utilities Aspen ICARUS Axsys/Aspen Zyqad HTFS/Aspen Hetran/Aerotran/Teams Hetran/Aerotran RTO Option/Aspen OnLine Polymers Plus/Aspen Plus/Dynamics/Custom Modeler BaSYS (BDK/Process Manuals/Process Tools)/Aspen Plus/Batch Plus/Chromatography/Aspen ADSIM Aspen FCC/CatRef/Hydrocracker/Hydrotreater/Traflow/FlareNet Pinch/Water/Utilities

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ASPEN PLUS 能做什么

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、 预测物流的流率、组成和性质

功 能

预测操作条件和设备尺寸

减少装置的设计时间、 减少装置的设计时间、进行设计方案比较 回答“如果 那会怎么样 那会怎么样” 回答“如果…那会怎么样”的问题 帮助改进当前工艺 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

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ASPEN PLUS 基本概念
流程图( 流程图(Flowsheet) ) 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) ) 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 页面和表页查看图。 页面和表页查看图。具有已经定义的可用 的模拟输入、 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、 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 一批方法和模型。 一批方法和模型。用来计算热力学性质 和迁移性质, 和迁移性质,决定模拟精确性的关键
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单元操作模型( 单元操作模型(Block) ) 物性方法( 物性方法(Property Method) )
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单元操作模型及其主要功能
热交换器 分离器 混合器和分流器 MIXER 通用混合 SEP 组分分割 SEP2 两产品分离 FLASH2 两相闪蒸 SPLIT 分流 FLASH3三相闪蒸 三相闪蒸 DECANTER 液- 液倾析器 HEATER 通用加热 器 HEATX 热交换器 MHEATX多股物流 多股物流 的热交换器 HETRAN管壳式换 管壳式换 热器 AEROTRAN空冷式 空冷式 换热器 HxFlux热传递计算 热传递计算 HTRIXIST 与HTRI 的接口

FSPLIT 子物流分流

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单元操作模型及其主要功能
压力改变 反应器 固体处理
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 简算法精馏, 计型 DISTL 简算法精馏,核算 简算法精馏, 型 SCFRAC 简算法多塔精馏 PETROFRAC 石油炼制分 馏塔 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 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 PUMP 泵/料浆泵 料浆泵 COMPR 单级压缩 膨胀 单级压缩/膨胀 机 MCOMPR多级压缩 膨 多级压缩/膨 多级压缩 胀机 PIPELINE多段管线压 多段管线压 降 PIPE 单段管线压降 VALVE 阀压降

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单元操作模型及其主要功能
固体处理器 用户模型 流控制器
USER 有限进出流股 MULT 乘法器 DUPL复制器 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 测量器 USER2 无限进出流股 HIERARCHY 分层结构 CYCLONE 旋风分离器 RSP静电除尘器 静电除尘器 FABFL纤维过滤器 纤维过滤器 VSCRUB文丘里涤气器 文丘里涤气器 CRUSH破碎机 破碎机 SCREEN筛选机 筛选机 HYCYC水力旋风分离器 水力旋风分离器 FILTER转鼓过滤器 转鼓过滤器 CFUGE离心过滤器 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

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物性方法和模型描述
热力学性质 传递性质 焓、熵、吉布斯自由能、逸度系数、体积等 吉布斯自由能、逸度系数、 粘度、热导率、表面张力、 粘度、热导率、表面张力、扩散系数等 用户可以修改现有的物性方法或建立新的物性方法
状态方程物性方法
与煤相关应用 煤的粉碎, 煤的粉碎,研磨 分离和清洗过滤,旋风分离,沉降, 分离和清洗过滤,旋风分离,沉降,洗涤 煤燃烧 煤气化 煤液化 酸性气体吸收, 酸性气体吸收,使用 SOLIDS SOLIDS PR-BM,RKS-BM PR-BM,RKS-BM PR-BM,RKS-BM,BWR-LS PRWS,RKSWS,PRMHV2,,RKSMHV2,PSRK,SR-POL AR

方法分类
理想物性方法

逸度系数物性方法

专用系统物性方法

常用推荐方法

推荐的物性方法

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物性方法选择指南

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ASPEN PLUS模拟的流程 模拟的流程
建立模型
建立流程图 组分数据 物性方法
热力 学方 程

已知条件

物流数据 单元操作模型数据 其它数据

单元 操作 方程

求解方程组

数学 方程

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ASPEN PLUS的优势 的优势
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。 Aspen Plus 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
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ASPEN PLUS的优势 的优势
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 煤的气化和液化、 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,As pen 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 RGI BBS可用最小GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固 相存在。
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ASPEN PLUS的优势 的优势
可以模拟电解质系统
许多公司已经用Aspen Plus模拟电解质过程,如酸水汽提、苛性 盐水结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收 等。 Aspen Plus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型计算物质的活度系 数,包括强弱电解质、盐类和含有机化合物的电解质系统。这些 模型已广泛地在工业中应用,计算结果准确可靠。 电解质系统有三个电解质物性参数数据库:水数据库包括纯物质 的各种离子和分子溶质的性质;固体和Barin数据库包括盐类组分 性质; 模拟电解质过程的功能在整套Aspen Plus都可以应用。用户可以 用数据回归系统(DRS)确定电解质物性模型参数。所有Aspen P lus的单元操作模型均可处理电解质系统 。例如,Aspen Plus闪蒸 和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。
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ASPEN PLUS的优势 的优势
具有完整的单元操作模型库
Aspen Plus有一套完整的单元操作模型,可以模拟各种操作过程,由单 个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。 由于Aspen Plus系统采用了先进的PLEX数据结构,对于组分数、进出 口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制,这是Aspen Plus的 一项独特优点,非其它过程模拟软件所能比拟。 此外,所有模型都可以处理固体和电解质。单元操作模型库约由50种 单元操作模型构成。

用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型(USER MODEL)加入 到Aspen Plus系统之中,这为用户提供了极大的方便性和灵活性。

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ASPEN PLUS的优势 的优势
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: 可按流程模拟需要使用在线FORTRAN语句和子程序。 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。 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。

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ASPEN PLUS的优势 的优势
具有最先进的计算方法
Plus具有最先进的流程收敛方法 Aspen Plus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。 Aspen 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。
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主要内容
ASPEN PLUS简介 简介 ASPEN PLUS 安装方法及界面介绍 通过实例介绍如何建立模拟模型 模型分析工具的使用

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ASPEN PLUS 2006 安装方法
一.运行虚拟光驱DAEMON TOOLS,载入ASPEN 2006的ISO文件 (2.61G那个) 二.运行虚拟盘上的Setup,到添加license这一步 三.将文件夹“[化工流程模拟系统]TLF-SOFT-ASPENTECH ASPEN PIMS FAMILY V2006-MAGNiTUDE”下的文件夹中的license generator和那个数据库dat文件,一起拷到软件将要安装的目的文 件夹下 四.运行license generator,出现一DOS窗口,耐心再耐心,直到窗口 提示Press any key,产生lic文件; 五.回到安装程序,选local license,选中产生的lic文件 六.安装选择install by Product,选Aspen Engineer,选择所需组件进 行安装(一般选组件Aspen Plus和Properties ) 七.重启电脑,运行user interface即可。
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ASPEN PLUS 的用户界面介绍
标题栏 菜单栏 NEXT按钮 按钮

工具栏

初始化按钮 数据浏览器 按钮 工艺流 程窗口 模型选择按 钮

模型库

状态栏

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ASPEN PLUS 的用户界面介绍
向后按 钮 向前按 钮 注释按 钮

文件夹列表- 文件夹列表- 显示或隐藏菜 单树

前一个表 页按钮

后一个表 页按钮

菜单树 提示域

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状态指示器

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建立模拟模型的基本步骤
1. 启动User Interface 启动User 2. 选用 选用Template 3. 选用单元操作模块:Model Blocks 选用单元操作模块: 4. 连结流股:Streams 连结流股: 5. 设定全局特性:Setup Global Specification 设定全局特性: 6. 输入化学组分信息 Components 7. 选用物性计算方法和模 Property Methods & Models
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建立模拟模型的基本步骤
8. 输入外部流股信息 External Steam 9. 输入单元模块参数 Block Specifications 10.运行模拟过程 10.运行模拟过程 Run Project 11.查看结果 11.查看结果 View of Results 12.输出报告文件 12. 输出报告文件 Export Report 13.保存模拟项目 13. 保存模拟项目 Save Project 14.退出 14. 退出 Exit
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实例——粉煤炉的煤粉燃烧 粉煤炉的煤粉燃烧 实例
假定煤粉燃烧分为三个步骤:热解、 假定煤粉燃烧分为三个步骤:热解、燃烧和烟气除尘
T=1000℃ ℃ P=1atm
DECOMP COAL DEC-PROD COMB COM-PROD SEP1 FLUE

T=25℃ ℃ P=1atm Feed=1kg/hr

RYIELD

RGIBBS

SSPLIT

T=1000℃ ℃ P=1atm
AIR

T=25℃ ℃ P=1atm Feed=0.02cum/hr
ASH

工业分析(%) 工业分析 Mad 15 Vd 45.7 Ad 9.2 FCd 45.1 Cd 67.1

元素分析(%) 元素分析 Hd 4.8 Nd 1.1 Sd 1.3 Od 16.4

全硫分析(% 全硫分析 %) Sp 0.6 Ss 0.1 So 0.6

发热量 (MJ/kg) Qdaf.gr 27.21

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建立模拟模型的基本步骤
1.启动 1.启动User Interface 启动User 2.选用 选用Template和运行型类型 和运行型类型Run 选用 和运行型类型 Type

我们采用公 制单位

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设置运行类型
运行类型
标准 ASPEN PLUS 流程运行包括灵敏度研究和优化。流程运行可以包括物性估算、化验 数据分析、和/或物性分析。 Assay Data 它是一个独立 Assay Data Analysis(化验数据分析)和生成虚拟组分的运行。 当你不想在同一个运行中执行流程模拟时,用 Assay Data Analysis 来分析化验数据 Analysis

Flowsheet

一个独立运行的 Data Regression(数据回归) 用 Data Regression 把 ASPEN PLUS 要求的物性模型参数与已测量纯组分、VLE、LLE 和 其它混合数据相拟合。Data Regression 可以含由物性估值和物性分析计算。ASPEN PLUS 在 Flowsheet 运行中不能执行数据回归 PROPERTI PROPERTIES PLUS 设置运行 用 PROPERTIES PLUS 制备一个物性包,以便用于 Aspen Custom Modeler (以前是 ES PLUS SPEEDUP) 或 ADVENT、第三方商业工程程序、或你公司内部程序。你用 PROPERTIES PLUS 必需经过许可 一个独立运行的 Property Analysis Property 当你不想在同一个运行中执行流程模拟时,用 Property Analysis 生成一个物性表、PT 曲 Analysis 线、多相曲线图、和其它物性报告。 Property Analysis 可以含有物性估算和化验数据分析计算。 独立运行的 Property Constant Estimation Property 当你不想在同一个运行中执行流程模拟时,用 Property Estimation 估算物性参数。

Data Regression

Estimation

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3.选用单元操作模块 Model Blocks 3.选用单元操作模块
单元操作模型选择依据-反应器
模型
RStoic RYield

说明
化学计量反应器 收率反应器 平衡反应器 平衡反应器 连续搅拌釜式反应器 活塞流反应器

目的
规定反应程度和转化率的化 学计量反应器 规定收率的反应器 化学计量计算化学平衡和相 平衡 用吉布斯最小自由能计算化 学平衡和相平衡 连续搅拌釜式反应器 活塞流反应器

用法
动力学数据不知道或不重要的反应器,但知 道化学计量数据和反应程度 化学计量系数和动力学数据不知道或不重 要的反应器 但知道收率分配 单相和两相化学平衡,同时存在相平衡 化学和/或 同时发生的相平衡和化学平衡. 包括固体相平衡. 在液相或汽相下具有动力学反应的 1 相,2 相, 或 3 相搅拌釜反应器 有任何相态下具有动力学反应的 1 相,2 相, 或 3 相 活塞流反应器。带有外部冷却 剂的活塞流反应器. 反应动力学已知的间歇或半间歇反应器

REquil RGibbs RCSTR RPlug

RBatch

间歇反应器

间歇或半间歇反应器

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单元操作模型选择依据-分离和分流
模型
Mixer FSplit SSplit Flash2 Flash3 Decanter Sep Sep2

说明
物流混合器 物流分流器 子物流分流器 两股出料闪蒸 三股出料闪蒸 液-液倾析器 组分分离器 两股出料组分分 离器

目的
把物流分成多个流股 把子物流分成多个流股 确定热和相态条件 确定热和相态条件 确定热和相态条件

用途
物流分流器,排气阀 固体物流分流器,排气阀 闪蒸器, 蒸发器, 分离罐, 单级分离罐 倾析器, 带有两个液相的单级分离罐 倾析器, 带有两个液相无汽相的单级分 离罐

把多股物流混合成一股物流 混合三通,物流混合操作,添加热流 股,添加功流股

把入口物流组分分离到出口 组分分离操作,例如,当分离的详细资 物流 料不知道或不重要时的蒸馏和吸收 把入口物流组分分离到两个 组分分离操作,例如,当分离的详细资 出口物流 料不知道或不重要时的蒸馏和吸收

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采用RYIELD模型 模型 采用 代表煤中挥发分的 分解过程

常用快捷键: 常用快捷键:
“CTRL+K” 改变模块图标的 形式 “CTRL+M” 修改模块或流股 的名称 “CTRL+↑/↓” 改变模块/流程图 改变模块 流程图 标的大小 方向键移动模块 图标的位置 马后炮化工技术论坛
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采用SSPLIT模型代 模型代 采用 表除尘过程

SEP1

SSPLIT

采用RGIBBS模型代 模型代 采用 表煤的燃烧过程

在该模型库中 选择所需模块

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4.连接流股Streams 连接流股Streams 连接流股

常用快捷键: 常用快捷键:
“CTRL+B” 两相邻模块对齐 “CTRL+HOME” 中心显示 “CTRL+H” 隐藏/显示物流或 隐藏 显示物流或 模块 “DEL” 删除物流或模块 物流AIR表示空气 表示空气 物流 物流ASH表示飞灰 表示飞灰 物流 物流COAL表示煤 表示煤 物流 物流FLUE表示烟气 表示烟气 物流

SEP1

SSPLIT

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5.设定全局特性:Setup Global Specification 设定全局特性: 设定全局特性
单击NEXT按 按 单击 钮,出现提示 出现提示 框,选择确 定,便出现 右边所示页 面 也可以单击 数据浏览器 按钮

因为含有常规固体 和非常规固体, 和非常规固体,选 用MIXCINC

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页中, 在Description页中,可以输入一些说 页中 明性文字, 明性文字,这些文字将出现在结果报 告的开头

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通常情况下, 通常情况下, Setup表页 表页 下的其它地 方采用默认 值,也可根 据需要修改 输入完毕后 Setup标签 标签 变成对号 对号, 变成对号, 说明此页已 经完成输入 单击NEXT 单击 按钮

这两项必须输入, 这两项必须输入, 可随便输入值

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6.输入化学组分信息 Components 6.输入化学组分信息
输入组分数据。 输入组分数据。在 Component ID下 下 输入组分代号并按 回车键, 回车键,对于常规 组分, 组分,则该组分的 其它信息会自动显 示在后面。 示在后面。 对于像COAL和 和 对于像 ASH等非常规组分, 等非常规组分, 等非常规组分 在Type下选择 下选择 Nonconventional

输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮

利用该按钮可根据组分名、分子式、 利用该按钮可根据组分名、分子式、 组分类别、分子量、沸点、 组分类别、分子量、沸点、或CAS号 号 查找组分。 查找组分。

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7.选用物性计算方法Property Methods 7.选用物性计算方法 选用物性计算方法Property
物性方法的选 择对于模拟的 准确性来说至 关重要, 关重要,是模 拟的一个关键 步骤 本例选择状态 方程方法PR方程方法 BM

输入完毕后单 击NEXT按钮 按钮

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此页是对非常规 组分( 组分(COAL和 和 ASH)选择物性 ) 方法 两者的焓模型都 选择HCOALGEN, 选择 密度模型选择 DCOALIGT 焓模型后面的选 项代码值依次表 示燃烧热、 示燃烧热、生成 热、热容和焓基 准,选项代码值 代表了不同的计 算方法

组分COAL焓模型的选项代码值选择 “6111”,ASH选择“1111”

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此页是对非常规组 分(COAL)选择 ) 物性参数, 物性参数,本例是 输入COAL的发热 输入 的发热 量 单击NEW按钮,在 按钮, 单击 按钮 弹出的页面中, 弹出的页面中,类 型选择 Nonconventional, , 名称命名为HEAT 名称命名为

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Parameter选择 选择 HCOMB,单位选 , 择MJ/kg,根据前 根据前 面的煤常规分析 输入发热量的值 为27.21 注意: 注意:HCOMB是 是 以无矿物质基为 基准的 输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮

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8.输入外部流股信息 External Steam 8.输入外部流股信息
通常只对进料物 流输入流股信息

输入物流AIR的流 的流 输入物流 股信息 对于所有外部物 流,物流数据只 需输入温度、 需输入温度、压 力及气体分率中 的任意两项就可 以了 输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮

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输入物流COAL的 的 输入物流 流股信息 Substream name 下拉框选择NC 下拉框选择 Composition下拉 下拉 框下选择Mass框下选择 frac,并在组分 , COAL后输入值 , 后输入值1, 后输入值 此时激活 Component Attr. 栏

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根据前面提供的煤 的常规分析数据, 的常规分析数据, 输入物流COAL的 输入物流 的 相应的工业分析、 相应的工业分析、 元素分析和硫分析 数据

属性类型
PROXANAL

元素
1. 湿气 2. 固定碳 3. 挥发性物质 4. 灰 1. 灰 2. 碳 3. 氢 4. 氮 1. 硫化铁矿的 2. 硫酸盐 3. 有机的 1. 成分 1 2. 成分 2 : 20. 成分 20
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描述
近似分析, wt %(干基) 元素分析, wt % (干基)

ULTANAL

输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮
SULFANAL

5. 氯 6. 硫 7. 氧

硫分析形式, 原煤的 wt%(干基) 一般成分分析, wt % 或 vl %

GENANAL

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9.输入单元模块参数 Block Specifications 9.输入单元模块参数
对于COMB模块, 模块, 对于 模块 在Specification页 页 输入压力和温度值 计算选项选择同时 计算相平衡和化学 平衡 输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮

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在Products页选择 页选择 Identify possible products,并在下 并在下 面输入可能的产物 本例题定义的可能 产物为O2、 、 产物为 、N2、 SO2、SO3、H2O、 、 、 、 NO2 、NO、N2O、 NO、N2O、 H2S、CO、CO2 、 、 输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮

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对于DECOMP模 模 对于 块,在 Specification页 页 输入压力和温度 值 输入完毕后单击 NEXT按钮 按钮

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Yield页中的 页中的 Yield opition选 选 择Component yields 假定煤热解后的 产物为C、 、 产物为 、H2、 O2、N2、S、 、 、 、 H2O和ASH, H2O和ASH,其 中C、H2、O2、 、 、 、 N2、S的含量由 、 的含量由 煤的元素分析得 到,H2O和ASH 和 由工业分析得到 在后面会利用 FORTRAN模块 模块 来计算, 来计算,在此处 的初始值可随便 输入 马后炮化工技术论坛
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在Comp.Attr 页完成ASH的 页完成 的 组分规定

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在Flowsheeting →Calculator下建 下建 立FORTRAN模块 模块 RYIELD来计算热 来计算热 解产物的产率 定义了9个流程变 定义了 个流程变 其中ULT为矢 量,其中 为矢 量,代表煤的元素 分析,其它为标量, 分析,其它为标量, WATER代表煤的 代表煤的 含水量, 含水量,H2O、 、 CARB、 、 HYDRGN、 、 NITRGN、SULF、 、 、 OXYGEN、ASH 、 代表对应的热解产 物的含量

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组分矢变量 组分标变量 模块标变量

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在Calculator下完 下完 成FORTRAN语句 语句 的输入 有两种方式可以选 择:Fortran或 或 Excel 此处选择Fortran 此处选择 方式

由矢变量自动生成的 变量,表示其长度

每行只能输入一句执行语 句,且从第7列开始输入

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按照右边的输入 方式完成SEP1模 方式完成 模 块的参数输入

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10.运行模拟过程 10.运行模拟过程 Run Project
从 Run菜单中选择 菜单中选择Run 或按 Next 按钮 按钮. 菜单中选择 当所要求的表页全部填完时执行模拟过程. -当所要求的表页全部填完时执行模拟过程 按钮Next 将使你进入没有填完的表页中 将使你进入没有填完的表页中. -按钮

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控制面板

状态区域,显示所执行的模拟模 块和收敛回路的层次和顺序

信息窗口,通过显示来自计算的最 新信息而显示模拟的进展过程

Run Step Stop Reinitialize Results

开 或 续 算 始 继 计 单 计 流 中 模 步 算 程 的 块 暂 模 计 停 拟 算 清 模 结 除 拟 果 查 模 结 看 拟 果

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11.查看结果 11.查看结果 View of Results
历史文件或控制面板信息 包括任何生成的错误信息和警告 在View 菜单下选择 History 或 Control Panel ,显示历 史文件和控制面板 物流结果 包括物流条件和组成 对于所有物流 (/Data/Results Summary/Streams) 对于单个物流(在Data Browser中打开物流文件夹 选择Results 表) 模块结果 包括计算出的模块操作条件 (在Data Browser中打开 模块文件夹并选择Results 表)
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12.输出报告文件 12.输出报告文件 Export Report
制定流股结果的格式
表格式文件(TFF)决定了流股结果的格式(顺序、标注、精度以及 其它选项) 可以在下述之一的位置规定TFF: 1、Results Summary Steams Material页中的Format框 2、Setup Report Options Stream页中的Stream Format框

查看一段报告
在View菜单上,单击Report 选择你想要查看的报告部分 输出报告文件 在 File 菜单上 单击 Export 在 Save As Type (保存类型 )框中 选择 Report 文件 输入文件名 该文件可以保存到本地计算机上的任何目录中 选择 Save 保存报告文件
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13.保存模拟项目 13.保存模拟项目 Save Project
Aspen Plus中的文件格式 中的文件格式
文件类型
文档文件 备份文件 模板文件 输入文件 运行消息文件 历史文件 汇总文件 问题定义文件 报告文件

扩展名
*.apw *.bkp *.apt *.inp *.cpm *.his *.sum *.appdf *.rep

格式
Binary(二进制) ASCII ASCII Text(文本) Text Text ASCII Binary Text

说 明
包含模拟输入和结果以及中间收敛信息的文件 含有模拟输入和结果的存档文件 含有缺省输入值的模板 模拟的输入 显示在控制面板上的计算历史记录 详细的计算历史记录和诊断消息 模拟的结果 含有模拟计算中所用数组和中间收敛信息的文件 模拟的输出报告

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存储模拟的方法有三种:
文档文件 (*.apw) Yes Yes Yes Yes No No High (高) 高 High (高) 高 备份文件 输入文件 (*.bkp) (*.inp) Yes Yes No No Yes No Yes Yes/No No Yes Yes Yes Low (低) Lowest(最低 最低) 低 最低 Low (低) Lowest(最低 最低) 低 最低

模拟定义 收敛信息 结果 图形 用户可读的 向上兼容 打开/保存速度 打开 保存速度 空间需求

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主要内容
ASPEN PLUS简介 简介 ASPEN PLUS 安装方法及界面介绍 通过实例介绍如何建立模拟模型 模型分析工具使用的基础

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设计规定

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设计规定
DECOMP COAL DEC-PROD COMB COM-PROD SEP1 FLUE

RYIELD

RGIBBS

SSPLIT

AIR

ASH

进口空气流量是多少才能时烟气中的氧气浓度为5%? 进口空气流量是多少才能时烟气中的氧气浓度为 ?
被操纵(改变的)变量是什么? 进口空气体积流量 被测量(采集)变量是什么? 出口烟气中的氧气浓度 要达到的规定(目标)是什么? 出口烟气中的氧气浓度为5% 出口烟气中的氧气浓度为
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设计规定
从菜单中选择---Data—Flowsheeting Option---Design Specs 从菜单中选择 在设计规定页面,单击 单击New,输入 号 输入ID号 在设计规定页面 单击 输入

单击New…按钮,新 按钮, 单击 按钮 建一个设计规定

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设计规定
页中定义一个采集变量,单击 在Define页中定义一个采集变量 单击 页中定义一个采集变量 单击New,创建一个新变量 创建一个新变量

单击New…按钮,创 按钮, 单击 按钮 建一个新的变量, 建一个新的变量,给 这个变量命名, 这个变量命名,然后 单击OK 单击

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设计规定
规定选择见下图,输入完毕 单击 规定选择见下图 输入完毕,单击 输入完毕 单击Close

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设计规定
页面,为采集的变量规定一个目标值和容差 在Spec页面 为采集的变量规定一个目标值和容差 页面

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设计规定
定义操纵变量,具体规定如下 定义操纵变量 具体规定如下: 具体规定如下
设计规定是通过 改变操纵变量的 值来满足目标函 数方程的。 数方程的。操纵 变量的上下限可 以是常数或是流 程变量的函数 这样就完成了一 个设计规定所需 的各步骤

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设计规定
单击Next钮,运行软件,在运行结果中查看 钮 运行软件 在运行结果中查看Streams 运行软件, 单击

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敏感度分析

DECOMP COAL DEC-PROD

COMB COM-PROD

SEP1 FLUE

RYIELD

RGIBBS

SSPLIT

AIR

ASH

考察烟气中SO2浓度随煤粉炉温度的变化情况 浓度随煤粉炉温度的变化情况 考察烟气中 煤粉炉的温度变化范围为: 煤粉炉的温度变化范围为:800℃-1000 ℃ ℃ 采集变量是什么? 烟气中SO2的体积浓度 烟气中 的体积浓度 操纵变量是什么? 煤粉炉( 煤粉炉(COMB)的温度 )
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敏感度分析
从菜单中选择--从菜单中选择---Data—Model Analysis Tools---Sensitivity --在敏感分析页面,单击New,输入ID New,输入ID号 在敏感分析页面,单击New,输入ID号

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敏感度分析
在Define页定义一个采集变量,这里是烟气中SO2浓度,ID号为FLUSO2 Define页定义一个采集变量,这里是烟气中SO2浓度,ID号为FLUSO2 页定义一个采集变量 SO2浓度 号为 在弹出的变量定义窗口中完成其输入,然后单击Close Close关闭该窗口 在弹出的变量定义窗口中完成其输入,然后单击Close关闭该窗口

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敏感度分析

页中, 在Vary页中,定 页中 义一个操纵变量, 义一个操纵变量, 这里是COMB模 这里是 模 块的温度。 块的温度。 首先选择一个新 的变量号, 的变量号,然后 选择其变量类型、 选择其变量类型、 模块及变量 然后输入变量的 范围和步长

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敏感度分析

页中, 在Tabulate页中, 页中 定义敏感度分析 表格中要显示的 内容 在第一列中输入 数字1, 数字 ,后面输入 要列表的变量或 表达式 至此敏感度模块 已输入完毕, 已输入完毕,单 击运行按钮, 击运行按钮,运 行该模型

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敏感度分析
计算结果 见右边所 示

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敏感度分析
为了更直观的看 到煤粉炉温度对 烟气中SO2浓度 烟气中 浓度 的影响, 的影响,可以用 此结果表绘制一 个曲线图, 个曲线图,步骤 为: 1、选择第二列 、 数据最为X轴变 数据最为 轴变 打开Plot菜 量,打开 菜 单击X-Axis 单,单击 Variable 2、类似的选择 、 第三列数据为Y 第三列数据为 轴变量

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敏感度分析
3、单击Plot 、单击 菜单下的 Display Plot 选项, 选项,便出 现右边所示 的曲线图, 的曲线图, 可以看到, 可以看到, 烟气中SO2 烟气中 浓度随着温 度的升高而 升高

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优 化
用于最大化/最小化目标函数 用于最大化 最小化目标函数 目标函数是用流程变量和内嵌的Fortran 表示 目标函数是用流程变量和内嵌的 的。 优化可以有零个或多个约束条件。 优化可以有零个或多个约束条件。 约束条件可以是等式或不等式。 约束条件可以是等式或不等式。 优化位于/Data/Model Analysis Tools/Optimizat 优化位于 ion 下 约束条件的规定位于/Data/Model Analysis Too 约束条件的规定位于 ls/Constraint 下
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优化
DECOMP COAL DEC-PROD COMB COM-PROD SEP1 FLUE

RYIELD

RGIBBS

SSPLIT

AIR

ASH

找出烟气中污染物总量(NO,NO2,SO2和SO3)最少时 出烟气中污染物总量( 和 ) 煤粉炉的温度和进口空气流量。烟气中O2浓度保证在 浓度保证在5% 煤粉炉的温度和进口空气流量。烟气中 浓度保证在
采集变量是什么? 烟气FLUE中NO,NO2,SO2和SO3的浓度 烟气 中 和 的浓度 要被最小化的目标函数是什么? NO+NO2+SO2+SO3 约束条件是什么 烟气中O2浓度为 浓度为5% 烟气中 浓度为 操纵变量是什么 煤粉炉温度和进口空气流量
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优化

首先在Model Analysis Tools 首先在
→Constraint下建立一个“约束”,并在 下建立一个“约束” 下建立一个 约束中定义一个变量FLUEO2,用来表示 约束中定义一个变量 , 烟气中O2浓度 烟气中 浓度

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优化

在Spec页面指定 页面指定 该变量等于0.05 该变量等于

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优化

然后在Model Analysis Tools →Optimization下建 然后在 下建
立一个优化。在优化模块中, 立一个优化。在优化模块中,需要定义用于优化目标函 数的变量,此处定义了四个变量,代表NO, NO2, SO2, 数的变量,此处定义了四个变量,代表 SO3的浓度 的浓度

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优化

在Objective&Constraints页面中定义优化目标,本例 页面中定义优化目标, 页面中定义优化目标 最小, 为NO+NO2+SO2+SO3最小,并选择约束“FLUEO2” 最小 并选择约束“

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优化

在Vary页面中定义为满足优化目标而需调整的参数并给 页面中定义为满足优化目标而需调整的参数并给 出其变化范围。变量号1表示的是煤粉炉温度 表示的是煤粉炉温度, 表示的 出其变化范围。变量号 表示的是煤粉炉温度,2表示的 是空气流量

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优化

这是本例的优化结果, 这是本例的优化结果,它给出了优化目标值

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优化

这里列出了被调整参数的最终值

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工况研究
工况研究是用来对同一流程做多个工况 的模拟研究。每个工况的参数可给定不同的输 入值,这样,我们可以在同一次模拟计算中得 到不同工况的计算结果,从而可做不同方案的 比较。
仍以前面的例子为例,研究不同温度下产物的分布情况

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工况研究

打开Model Analysis Tools→Case Study文 打开 文 件夹, 件夹,在Vary页面下定义在每个工况中被改 页面下定义在每个工况中被改 变的参数。这里定义为COMB模块的温度 变的参数。这里定义为 模块的温度

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工况研究

页中, 在Specification页中,为每个工况输入被改 页中 变参数的值

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工况研究

输入完毕后,用菜单 输入完毕后,用菜单Run →Batch →Submit来 来 后台运行ASPEN PLUS。结束后,将在你程序 后台运行 。结束后, 所在目录下生成一个扩展名为“ 所在目录下生成一个扩展名为“.out”的文本结 的文本结 果报告, 果报告,该报告包括所有工况的计算结果

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数据拟合
数据拟合功能可用来将ASPEN PLUS 数据拟合功能可用来将 模拟模型与装置数据或实验数据拟合。 模拟模型与装置数据或实验数据拟合。用户提 供一套或多套关于一个模型的输入参数和输出 结果的实测数据, 结果的实测数据,数据拟合调整指定的某个或 某些输入参数以便使模型与实测数据最吻合 具体实例请查看《 PLUS10.0用户指南 用户指南》 具体实例请查看《ASPEN PLUS10.0用户指南》 中第32 32章模拟模型的数据拟合 中第32章模拟模型的数据拟合

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推荐参考书目
《ASPEN PLUS 10.0 用户指南》 《ASPEN PLUS 10.0用户模型》 《ASPEN PLUS 10.0物性方法和模型》 《单元操作模型参考手册》 《ASPEN PLUS 培训教程》 ASPEN PLUS大庆金桥视频教程

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