发布时间 : 星期三 文章第11章Aspen Plus在化工分离计算中的应用更新完毕开始阅读635aec0d7cd184254b353555
图11—1 Aspen Plus的主界面
图11—2 Aspen Plus的输入界面
11.2.2 Aspen Plus的流程设置
Flowsheet是Aspen Plus最常用的运行类型，可以使用基本的工程关系式，如质量和能量平衡、相态和化学平衡以及反应动力学去预测一个工艺过程。在Aspen Plus的运行环境中，只要给出合理的热力学数据、实际的操作条件和严格的平衡模型，就能够模拟实际装置的现象，帮助设计更好方案和优化现有的装置和流程，提高工程利润。
Aspen Plus中用单元操作模块来表示实际装置的各个设备，主要包括：混合器／分流器、
分离器、换热器、蒸馏塔、反应器、压力变送器、手动操作器、固体处理装置、用户模型。选择相应合理的模型对于整个模拟流程是至关重要的，应按照所模拟反应器的特点加以选择。定义的步骤是：选择单元操作模块，将其放置到流程窗口中；用物流、热流和功流连接模块；最后检查流程的完整性。
鼠标的使用如下，①左按钮单击 ——选择对象/域；②单击右按钮—— 为选择的对象/域或入口/出口弹出菜单；③双击左按钮——打开数据浏览器对象的页面 。
在流程中放置一个单元模块的方法:①在模型库中单击一个模型类别标签；②选择一个单元操作模型,单击下箭头选择一个模型图标；③在模块上单击并拖拉它到你期望放置的流程位置上,然后释放鼠标。
在画好流程的基本单元后，就可以打开物流区，用物流将各个单元设备连接起来。 在流程中放置物流的方法:①在模型库中的 STREAMS 图标上单击；②如果你想选择一个不同的物流类型 (物料,热或功), 单击靠近图标的下箭头,然后选择不同的类型 ；③选择一个高亮显示的出口做连接；④重复第③步连接物流的另一端；⑤若把一个物流的末端作为工艺物流的进料,或者作为产品来放置,则单击工艺流程窗口的空白部分；⑥单击鼠标右按钮停止建立物流。
进行物流连接时，系统会提示在设备的哪些地方需要物流连接，在图中以红色的标记显示。在红色的标记处，确定所需要连接的物流，当整个流程结果确定以后，红色标记消失，按Next按钮，系统提示需要做的工作。
若要在数据浏览器中显示一个物流或单元模块显示的输入表，在该对象上双击鼠标左键。若对单元模块和物流改名,删除,改变图标,提供输入数据或浏览结果，则: ①通过在模块或物流上单击鼠标左键,选择对象；②当鼠标指针在所选择的对象图标之上时,单击鼠标右键,弹出该对象的菜单；③选择相应的菜单项目。
11.2.3 物流数据及其他数据的输入
(1) 当流程的参数没有完全输入时，系统自动打开数据浏览器(data browse)使用户了解
哪些参数需要输入，并以红色标记显示。
(2) 在组分(component)一栏中，输入流程的组分，也可以通过查找功能从Aspen数据
库中确定需要的组分。
(3) 在物性计算方法栏(Properties—Specification)确定整个流程计算所需的热力学方法。 (4) 设置物流的参数，包括压力、温度、浓度等。设定设备的参数，如塔板数，回流比。 (5) 当数据浏览器的红色标记没有以后，按Next按钮，系统提示所有的信息都输入完
毕，可以进行计算了。
11.2.4 结果的输出
Aspen Plus 的缺省文件扩展名是apw，备份文件扩展名是bkp，模板文件扩展名是apt。
当Aspen Plus对整个流程计算完毕以后，在数据浏览器中的结果汇总(Results Summary)中可以看到模拟的结果，也可以在物流(Streams)中看到输出物流的计算结果。更为详细的内容可通过生成数据文件获取，该数据文件以文本形式保存，便于其他软件调用编辑。获取数据文件的步骤如下。
(1) 点击File，在其下拉菜单中选取Export。
(2) 在弹出的Export对话框中，选择文件的保存类型为“Report File。” (3) 在文件名中输入文件名，点击保存，就可以在相关文件夹中找到此文件。
11.2.5 灵敏度分析和设计规定
此功能在Data Browser页面下的Sensitivity Form表单中设定，其目的是测定某个变量对目标值的影响程度。分别定义分析变量(Sampled variables)和操纵变量(Manipulated variables)，设定操纵变量的变化范围，即可执行灵敏度分析。这一功能可以直观地发现哪一个变量对目标值起着关键性的作用。
在灵敏度分析的基础上，当确定了一个关键因素，并且希望它对系统的影响达到一个所希望的精确值时，就可通过设计规定来实现。因而除了要设置分析变量和操纵变量外，还要设定出一个明确的希望值。Aspen Plus让以前繁琐的实验求证过程变得简单。设定设计规定后，必须迭代求解回路，此外带有再循环回路的模块本身也需要循环求解。对于带有设计规定的流程，需按以下三个步骤来模拟。
(1)选择撕裂流股 一股撕裂流股就是由循环确定的组分流、总摩尔流、压力和焓的循环流股，它可以是一个回路中的任意一股流股。
(2)定义收敛模块使撕裂流股、设计规定收敛 由收敛模块决定如何对撕裂流股或设计规定控制的变量在循环过程中进行更新。
(3)确定一个包括所有单元操作和收敛模块在内的计算次序 当然，如果既没有规定撕裂流股，也没有规定收敛模块和顺序，Aspen Plus会自动确定它们。
11.2.6 物性分析和物性估算
在运行流程之前，确定各组分的相态及物性是否同所选择的物性方法相适应是很重要的。物性分析功能就可以帮助解决这样的问题。如果对某种物质的物理属性不是很清楚，想借助Aspen Plus强大的物性数据库来获得这些的信息也是可以的。
可通过三种方式使用物性分析：①单独运行，即将运行类型设置为Property Analysis；②在流程图中运行；③在数据回归中运行。可使用TOOL菜单下的Analysis命令来交互进行物性分析，也可在Data Browser的Analysis文件夹中使用窗口手动生成。进行物性分析的内容包括：纯组分物性、二元系统物性、三元共沸曲线图以及流程模型中的物流物性等。
Aspen Plus在数据库中为大量组分存储了物性参数。如果所需的物性参数不在数据库中，可以直接输入，用物性估计进行估算，或用数据回归从实验数据中获取。与物性分析一
样，物性估计也有三种运行方式，其中单独使用时只需将运行类型设置为Property Estimation即可。估计物性所必需的参数有：标准沸点温度(TB)、相对分子质量(MW)和分子结构。另外，由于估计选项设定的不同，还可能要对纯组分的常量参数、受温度影响的参数以及二元参数、UNIFAC参数进行规定。总之，为了获得最佳的参数估计，应尽可能地输入所有可提供的实验数据。
11.2.7 物性数据回归
通过这一功能，你可以用实验数据来确定Aspen Plus模拟计算所需的物性模拟参数。Aspen Plus数据回归系统，将物性模型参数与纯组分或多组分系统测量数据相匹配，进而进行拟合。可输入的实验物性数据有：汽一液平衡数据、液一液平衡数据、密度值、热容值、活度系数值等。
数据回归系统会基于所选择的物性或数据类型，指定一个合理的标准偏差缺省值。如果不满意该标准偏差，最好自行设定，以提高准确度。回归的结果保存在Data Browser页的Regression文件夹的Results中。如果回归参数的标准偏差是零或是均方根残差很大，说明回归的结果不好。这时，需要将数据绘制成曲线，查看一下每一个数据点是如何拟合的。
在合理回归数据之后，在流程中使用它们时，先将模拟的运行类别设为Flowsheet，然后打开Tool菜单的Option选项，在Component Data表页中选择将回归结果和估算结果复制到物性表的复选框即可。
11.3 Aspen Plus塔设备计算中的单元模块
Aspen Plus 中的塔设备(Columns)单元共有9种模块（如图11-3）：DSTWU、Distl、RadFrac、Extract、MultiFrac、SCFrac、PetroFrac、RateFrac和BatchFrac。