【正文】 完備的物性系統(tǒng)物性模型和數(shù)據(jù)是得到精確可靠的模擬結(jié)果的關(guān)鍵。人們普遍認(rèn)為Aspen Plus具有最適用于工業(yè)、且最完備的物性系統(tǒng)。許多公司為了使其物性計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)化而采用Aspen Plus的物性系統(tǒng)，并與其自身的工程計(jì)算軟件相結(jié)合。一套完整的基于狀態(tài)方程和活度系數(shù)方法的物性模型(共105種)Aspen Plus數(shù)據(jù)庫包括5000多種純組分的物性數(shù)據(jù)及下列數(shù)據(jù)庫 Aspen Plus是唯一獲準(zhǔn)與DECHEMA數(shù)據(jù)庫接口的軟件。該數(shù)據(jù)庫收集了世界上最完備的氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)，共計(jì)二十五萬多套數(shù)據(jù)。用戶也可以把自己的物數(shù)據(jù)與Aspen Plus系統(tǒng)連接。高度靈活的數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)（DRS）此系統(tǒng)可使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求取物性參數(shù)，可以回歸實(shí)際應(yīng)用中任何類型的數(shù)據(jù)，計(jì)算任何模型參數(shù)，包括用戶自編的模型。可以使用面積式或點(diǎn)測(cè)試方法自動(dòng)檢查汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性。性質(zhì)常數(shù)估算系統(tǒng)（PCES）能夠通過輸入分子結(jié)構(gòu)和易測(cè)性質(zhì)（例如沸點(diǎn)）來估算短缺的物性參數(shù)。RedlichKwongUNIFAC狀態(tài)方程可用于非極性、極性和締合組分體系。2）Aspen Plus模擬固體系統(tǒng)Aspen Plus在煤的凈化和液化、流化床燃燒、高溫冶金和濕法冶金，以及固體廢物、聚合物、生物和食品加工業(yè)中都得到了應(yīng)用。Aspen Plus中固體性質(zhì)數(shù)據(jù)有兩個(gè)來源：一是Solid數(shù)據(jù)庫，它廣泛收集了約3314種純無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的熱化學(xué)數(shù)據(jù)；二是和CSIRO數(shù)據(jù)庫的接口。第10版已合并成新的SOLIDS數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)在模擬冶金、陶瓷礦產(chǎn)業(yè)及其它含有固體處理的過程時(shí)是必不可少的。還具有一套通用的處理固體的單元操作模型，包括破碎機(jī)、旋風(fēng)分離器、篩分、文杜里洗滌器、靜電沉淀器、過濾洗滌機(jī)和傾析器。此外，Aspen Plus中所有的單元操作都適合于處理固體，例如閃蒸和加熱器模型能計(jì)算固體的能量平衡，而反應(yīng)器模型RGIBBS可用最小GIBBS自由能來判斷在平衡狀態(tài)下是否有固相存在。3）Aspen Plus模擬電解質(zhì)系統(tǒng)許多公司已經(jīng)用Aspen Plus模擬電解質(zhì)過程，如酸水汽提、苛性鹽水結(jié)晶與蒸發(fā)、硝酸生產(chǎn)、濕法冶金、胺凈化氣體和鹽酸回收等。Aspen Plus提供Pitzer活度系數(shù)模型和陳氏模型（由本公司的陳超群博士開發(fā))計(jì)算物質(zhì)的活度系數(shù)，包括強(qiáng)弱電解質(zhì)、鹽類和含有機(jī)化合物的電解質(zhì)系統(tǒng)。這些模型已廣泛地在工業(yè)中應(yīng)用，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。電解質(zhì)系統(tǒng)有三個(gè)電解質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫：水?dāng)?shù)據(jù)庫包括純物質(zhì)的各種離子和分子溶質(zhì)的性質(zhì)；固體和Barin數(shù)據(jù)庫包括鹽類組分性質(zhì)；一些特殊的電解質(zhì)系統(tǒng)和應(yīng)用于酸性氣體交互過程的數(shù)據(jù)包是由本公司應(yīng)用部門和用戶一起開發(fā)的。模擬電解質(zhì)過程的功能在整套Aspen Plus都可以應(yīng)用。用戶可以用數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)（DRS）確定電解質(zhì)物性模型參數(shù)。所有Aspen Plus的單元操作模型均可處理電解質(zhì)系統(tǒng)。例如，Aspen Plus閃蒸和分餾模型可以處理有化學(xué)反應(yīng)過程的電解質(zhì)系統(tǒng)。4）Aspen Plus具有完整的單元操作模型庫Aspen Plus有一套完整的單元操作模型，可以模擬各種操作過程,由單個(gè)原油蒸餾塔的計(jì)算到整個(gè)合成氨廠的模擬。由于Aspen Plus系統(tǒng)采用了先進(jìn)的PLEX數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于組分?jǐn)?shù)、進(jìn)出口物流數(shù)、塔的理論板數(shù)以及反應(yīng)數(shù)目均無限制，這是Aspen Plus的一項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，非其它過程模擬軟件所能比擬。此外，所有模型都可以處理固體和電解質(zhì)。單元操作模型庫約由50種單元操作模型構(gòu)成。用戶可將自身的專用單元操作模型以用戶模型（USER MODEL）加入到Aspen Plus系統(tǒng)之中，這為用戶提供了極大的方便性和靈活性。5）Aspen Plus具有完整的單元操作模型—分餾模型Aspen Plus的多級(jí)嚴(yán)格分離模型是基于內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)（雙層）、結(jié)合最新的聯(lián)立方程和求解法編制而成。雙層法是由AspenTech總裁J. Boston博士首創(chuàng)的。他自1981年起一直擔(dān)任本公司總裁。此法必須提供初值，在大范圍內(nèi)應(yīng)用十分可靠。RADFRAC模型能嚴(yán)格地模擬多級(jí)氣液平衡操作，包括吸收、汽提、有再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸餾，以及高度非理想體系的分餾過程。RADFRAC能嚴(yán)格計(jì)算任一塔板上兩個(gè)液相的存在，也可以簡(jiǎn)單地假設(shè)第二液相為純水。MULTIFRAC可以有效地計(jì)算互連的多塔分餾系統(tǒng)，如原油蒸餾、減壓塔、催化裂化分餾塔、吸收塔、解吸塔、空氣分餾塔以及有熱交換的塔系統(tǒng)。Aspen Plus還有經(jīng)過工業(yè)考驗(yàn)的能處理反應(yīng)的分離模型，該模型可在塔的任意塔板處或所有塔板上處理速率控制反應(yīng)、化學(xué)平衡反應(yīng)，以及氣、液相反應(yīng)。反應(yīng)速率可由置入內(nèi)部的冪律表示式或由用戶提供的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)程序來計(jì)算。Aspen Plus的簡(jiǎn)捷算法蒸餾模型需要輸入的數(shù)據(jù)較少，也具有設(shè)計(jì)和核算兩種型式。在不需要高度精確計(jì)算的情況下可以使用這些模型。6）Aspen Plus具有完整的單元操作模型—反應(yīng)器模型Aspen Plus的反應(yīng)器模型可應(yīng)用于很廣泛的范圍。簡(jiǎn)單的化學(xué)計(jì)量模型（RSTOIC）只需要規(guī)定化學(xué)計(jì)量或反應(yīng)中一個(gè)關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率即可應(yīng)用。已知反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的情況下，可以用更精確的模型，如連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)模型（RCSTR）或活塞流反應(yīng)模型（RPLUG）。RBATCH反應(yīng)模型可處理單相或兩相的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，可選用連續(xù)進(jìn)料和出料。RGIBBS是根據(jù)GIBBS自由能極小的基本原理，它能描述單相化學(xué)平衡、相平衡，也能同時(shí)描述化學(xué)平衡和相平衡，可以處理固、液多相系統(tǒng)。RGIBBS能自動(dòng)決定實(shí)際存在的相數(shù)。 Aspen Plus工藝流程模擬流程模擬就是將一個(gè)由許多個(gè)單元過程組成的化工流程用數(shù)字模型進(jìn)行描述，并且在計(jì)算機(jī)上通過改變各種有效條件得到所需要的結(jié)果，如操作條件等。在Aspen Plus中關(guān)于精餾的模塊有：(1)簡(jiǎn)捷法模型：包括DSTWU(簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)模型)、Distl(簡(jiǎn)捷法精餾核算模型)、SCFrac(簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾模型)。(2)嚴(yán)格法模型：MultiFrac(嚴(yán)格法多塔精餾模型)、PetroFrac(嚴(yán)格法分餾塔)、RateFrac(精餾的核算與設(shè)計(jì)模型)、Extract(嚴(yán)格萃取塔模型)。其中RateFrac是一個(gè)基于流率的非平衡的模型，用于模擬各種類型的多級(jí)氣一液精餾操作，可用于一般精餾、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸餾。適用于兩相系統(tǒng)、窄沸程和寬沸程系統(tǒng)以及液相具有強(qiáng)的非理想程度系統(tǒng)。其構(gòu)成包括任意組輸人、任意組側(cè)線、任意組加熱器(或熱流)和任意組傾析器。對(duì)于精餾模擬必須確定以下條件：(1)進(jìn)料性質(zhì)(包括進(jìn)料的組成、溫度、壓力、進(jìn)料量、相數(shù)等)和進(jìn)料位置。(2)出料性質(zhì)(包括相數(shù)等)和出料位置。(3)塔的性質(zhì)，如塔板數(shù)、塔的壓力分布、回流比、氣相產(chǎn)品占塔頂總產(chǎn)品比率或塔頂出料、塔底出料、回流量等。其它如側(cè)線出料、加熱器和再沸器的熱負(fù)荷、蒸氣組分初值、塔板效率、回流溫度、填料性質(zhì)或塔板性質(zhì)等，都可以由模擬者根據(jù)要求設(shè)定。對(duì)于一個(gè)模擬過程來說，準(zhǔn)確無誤地選擇物性是模擬結(jié)果好壞的關(guān)鍵。Aspen Plus為單元操作計(jì)算提供了熱力學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)，在典型的Aspen Plus模擬中，常用的物理性質(zhì)參數(shù)有逸度系數(shù)、燴、密度、嫡和自由能。ASPEN PLUS模擬思路如下：通過物料恒算得出塔頂采出量D，通過DSTWU模塊進(jìn)行四塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算，得出Actual reflux ratio（即回流比R）、Number of stages(即塔板數(shù))、Feed stage（進(jìn)料板）的數(shù)值，考慮到實(shí)際情況，用以上值乘一適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)做為實(shí)際四塔的模擬數(shù)據(jù)，結(jié)合物料恒算的結(jié)果，在RadFrac模型下進(jìn)行整個(gè)四塔的實(shí)際模擬。第二章 甲醇精餾工段物料衡算 操作條件1．原料為粗甲醇，成份及含量如下表： 粗甲醇組成成分含量（wt%）N2和ArCO2CH3OHCH3OCH3C2H5OHC4H9OHH2O合計(jì)1002. 粗甲醇中甲醇回收率不小于99%(重量百分含量)。3．精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，%(重量百分含量)。 甲醇精餾工段物料衡算[16]按年55萬噸精甲醇計(jì)算，%。年工作日按330天計(jì)，則精甲醇每日，每小時(shí)產(chǎn)量為 = 每小時(shí)所需粗甲醇的量 = 預(yù)塔的物料衡算 預(yù)塔簡(jiǎn)捷計(jì)算流程圖設(shè)置參數(shù)如下：① 定義流股條件：溫度(Temperature) 69℃壓力(Pressure) bar定義進(jìn)料流量(Total flow) kg/hr定義每個(gè)組分流量或分率Composition(MassFrac)ComponentValueArN2CO2CH3OHCH3OCH3C2H5OHC4H9OHH2O② 定義單元模型(Blocks)定義回流比與最小回流比值(Reflux ratio) 輸入2定義再沸器和冷凝器的壓力(Pressure) Condenser bar Reboiler bar定義輕重關(guān)鍵組分的回收率(Key ponent recoveries) 輕關(guān)鍵組分(Light key)： Comp CH3OCH3 Recov 重關(guān)鍵組分(Heavy key)： Comp CH3OH Recov 定義冷凝器類型(Condenser specifications)：選擇Partial condenser with all vapor distillate ( Distillate vapor fraction：1 )③ 確定物料計(jì)算方法Base method：NRTLRK預(yù)塔簡(jiǎn)捷計(jì)算模擬列于下表： 預(yù)塔模擬結(jié)果預(yù)塔FEEDDLTemperature C69Pressure barVapor Frac10Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Flow kg/hrARN2CO2CH3OHCH3OCH3C2H5OH0C4H9OH0H2O0Mass FracARN2CO2CH3OHCH3OCH3C2H5OH0C4H9OH0H2O0 預(yù)塔模擬結(jié)果 加壓塔的物料衡算 加壓塔簡(jiǎn)捷計(jì)算流程圖設(shè)置參數(shù)如下：① 定義流股條件：溫度(Temperature) 102℃壓力(Pressure) 10 bar定義進(jìn)料流量(Total flow) 75374 kg/hr定義每個(gè)組分流量或分率Composition(MassFrac)ComponentValueCH3OHC2H5OHC4H9OHH2O② 定義單元模型(Blocks)定義回流比與最小回流比值(Reflux ratio) 輸入2定義再沸器和冷凝器的壓力(Pressure) Condenser 8 bar Reboiler bar定義輕重關(guān)鍵組分的回收率(Key ponent recoveries) 輕關(guān)鍵組分(Light key)： Comp CH3OH Recov 重關(guān)鍵組分(Heavy key)： Comp H2O Recov 定義冷凝器類型(Condenser specifications)：選擇Total condenser ( Distillate vapor fraction：0 )③ 確定物料計(jì)算方法Base method：NRTLRK加壓塔簡(jiǎn)捷計(jì)算模擬列于下表： 加壓塔塔模擬結(jié)果加壓塔FEEDDLTemperature C102Pressure bar108Vapor Frac000Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hr75374Volume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Flow kg/hrCH30HC2H5OHC4H9OH0H2OMass FracCH30HC2H5OHC4H9OH0H2OMole Flow kmol/hrCH30HC2H5OHC4H9OH0H2OMole Frac