启动程序
选择单位制和运算类型
用户界面
1. Aspen Plus 的过程流程图 建立流程
模拟环境基本设定 输入、输出单位制
任意输入用户名，但务必输入
定义化学组分
选择热力学方法
NRTL-RK方程
lnγi
nc
τjiG ji x j
j 1
nc
Gki xk
k 1
nc j 1
x jGi j
3. 从分离器出来的液体产品物流流入蒸馏塔以进一步除去任何 溶解的轻气体以及稳定最终产品。为有利于温度控制，部分 环己烷产品回流到反应器。
Thanks for your attention!
热力学方法选择
Don't gamble with physical properties for simulations
• Finding good values for inadequate or missing physical property parameters is the key to a successful simulation. And this depends upon choosing the right estimation methods.
• 标准流率加和和非理想算法 • MultiFrac、PetroFrac 和Extract模型
– Napthali-Sandholm
• Newton算法
• 设计规定的收敛
– 设计规定嵌套循环收敛（适用于除SUM-RATES 外的所有算法）
– 设计规定同时收敛（Algorithm=SUM-RATES， NEWTON）
热力学平衡计算模型的状态方程法
• 1、IDEAL理想状态性质方法
用于气相和液相处于理想状态的体系（如减压体系、低压下的同分异构体系）
• 2、用于石油混合物的性质方法：BK10、CHAO-SEA、 GRAYSON
用于气体加工、炼油及化工应用。（如气体加工装置、原油塔及乙烯装置）
• 3、针对石油调整的状态方程性质方法：PENG-ROB、RKSOAVE 用于炼油应用,它能用于原油塔、减压塔和乙烯装置的部分工艺过程
• 平衡 • 流率控制 • 电解质
RadFrac 流程的连接
RadFrac 流程的连接
RadFrac 可以有任何数量的 • 级数 • 级间加热器/冷凝器 • 倾析器（分相器） • 中段回流
规定 RadFrac
• 级数 • 进料物流约定 • 没有冷凝器或再沸器的塔 • 再沸器处理 • 加热器和冷却器规定 • 倾析器 • 中段回流 注：RadFrac 塔板数从上到下，从冷凝器开始（如没有冷
活度系数模型与状态方程方法的比较
• 活度系数方法是描述低压下高度非理想液体混合 物的最好方法。你必须由经验数据（例如相平衡 数据）估计或获得二元参数。
• 状态方程可以在一个很宽的温度和压力范围应用， 包括亚临界和超临界范围。对于理想或微非理想 的系统，汽液两相的热力学性质能用最少的组分 数据计算状态方程，适用于模拟带有诸如CO2、N2、 H2S这样轻气体的烃类系统。
• 通过选择相应Convergence（收敛）模块 的Results（结果）页面，可以查看收敛模 块的摘要和收敛历史。
设计规定的步骤
• 建立设计规定。 • 标识设计规定中所用的被采集流程变量。 • 为一个被采集变量或一些被采集变量函数
指定目标值并指定一个允差。 • 标识一个为达到目标值而被调整的模拟输
凝器从塔顶第一块板算起）
算法
• 石油和石油化工应用
– 极宽沸程的混合物和/或许多组分和设计规定， 使用Sum-Rates算法
• 高度非理想体系
– 当液相的非理想程度非常强，使用Newton算法
• 共沸蒸馏 • 吸收和汽提
– 使用Sum-Rates算法
• 深冷应用
求解策略
• 塔收敛
– Inside-out
• 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。
• 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压 曲线、相际线、t-p-x-y图等。
• 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度 和其他物性曲线特征化原油物系。
• 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动 生成离子或相应的反应
ASPEN PLUS专有物性数据库
• API酸水方法； • Braun K-10； • Chao-Seader； • Grayson-Streed； • Kent-Eisenberg； • 水蒸气表。
ASPEN PLUS的物性分析工具
• 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测 量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算 模型的常数。
Questions
1. Aspen Plus 的过程流程图； 2. 再沸器和冷凝器的热负荷； 3. 做出汽相、液相中水和甲醇的组成曲线； 4. 使用之前的模拟结果再次运行模拟，提高
塔板效率，降低成本。至少做两次改变。
目标：塔顶馏出物甲醇纯度>99.95wt%，塔 底水纯度>99.90wt%。
步骤
• 在ASPEN PLUS 10.x版中，有专用于NRTL、 WILSON和UNIQVAC方法的二元交互参数库，如 VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLEASPEN、LLE-LTI
• 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY （1600+对）
• ASPEN PLUS 10.x版的电解质专家系统，有内置电 解质库，包括几乎所有常见的电解质应用中化学平 衡常数及各种电解质专用二元参数。只要启动电解 质热力学方法，这些参数便会自动检索。
ASPEN PLUS 介绍及模拟实例
2008.10.10
Outline
1. 热力学方法选择 2. RadFrac 介绍 3. RadFrac 模拟实例-甲醇、水分离 4. 反馈控制－甲醇、水分离过程 5. 小结 6. 作业
化工流程模拟系统的使用步骤
ASPEN PLUS软件使用基本步骤
• 主窗口界面：绘图工作区和数据浏览窗口 • 基本设置 • 模拟流程图的绘制 • 组分定义 • 热力学方法的定义 • 流股数据和过程数据的输入 • 模拟执行过程 • 查看结果 • 专家支持系统
• 被操纵变量：选择调整一个模块输入变量 或过程进料变量以便满足设计规定。
设计规定的收敛
• 设计规定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 成一个收敛模块并排序。
• 在物流或模块输入中提供的被操纵变量的 值被用作初始估值。
• 规定还必须有一个允差的方程是：
|规定值-计算值|<允差
RadFrac 塔盘尺寸
泡罩塔塔板
得到塔径
小结
Homework
ASPEN PLUS生产过程说明
环己烷是通过苯的氢化来进行生产的，其化学反应式如 下所示。
C6H6+3H2→C6H12
1. 在苯和氢进入固定催化床反应器之前，与回流的氢和环己烷 进行混合。假定苯的转化率为99.8%。
2. 反应器流出物被冷却后，轻气体从产品物流中分离出来，其 中部分轻气体作为回收氢气回流回反应器。
气体干燥、甲醇脱硫及超临界萃取）
液体活度系数性质方法
液体活度系数模型
• NRTL • UNIFAC • UNIQUA
C • VAN
LAAR • WILSON
汽相状态方程
• 理想气体定律 • Redlich-Kwong • Redlich-Kwong-
Soave • Nothnagel • Hayden-O Connell • HF状态方程
提供过程条件，如塔板数、 冷凝器类型、再沸器类型、 有效相态、收敛算法
操作参数
进料位置
压力及塔压降
运行模拟计算过程
查看模拟计算结果
2. 再沸器和冷凝器的热负荷 再沸器热负荷 冷凝器的热负荷
3. 汽相、液相中水和甲醇的组成曲线
选择相态和 质量or摩尔组成反馈控制－甲醇、水分离过程
nc
Gkj xk
k 1
nc
xkτkiGkj
τi j
k 1 nc
Gkj xk
k 1
Gji exp(aiτj ji),τki aij bij/T (K),aij= aji,τji τij 0
不要求掌握这个方程，但要求知道模型中参数的含义及用途， 特别是模型实用范围
二元交互作用参数
定义流股信息， 如温度、压力、 流量、组成
ASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）
➢非理想体系——采用状态方程与活度系数相 结合的模型；
➢原油和调和馏分；
➢水相和非水相电解质溶液；
➢聚合物体系。
ASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）
• Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）； • Hayden-O’Connell； • 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程； • 理想气体模型； • Lee-Kesler（LK）； • Lee-Kesler-Plocker； • Peng-Robinson（PR）； • 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR； • 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR； • 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。
设计规定（Design Specification）
设计规定
• 设计规定：指定要操纵（调整）的一个模 块输入变量、过程进料物流变量或其它模 拟输入变量来满足规定。
• 设计规定通过调整一个由用户指定的输入 变量来达到它的目标。
• 被采集变量：为一个流程变量或一些流程 变量的函数指定一个你所希望的值。
• 一般精馏 • 吸收 • 再沸吸收 • 汽提 • 再沸汽提 • 萃取和共沸蒸馏 RadFrac 适用于 • 两相蒸馏体系 • 三相蒸馏体系 • 窄沸程和宽沸程体系 • 液相具有非理想性强的体系