《化工过程数值模拟及软件第二版课件教学课件 ppt 作者 屈一新 主编第2章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工过程数值模拟及软件第二版课件教学课件 ppt 作者 屈一新 主编第2章（169页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化工过程数值模拟软件介绍,第2章 流程模拟技术,21 流程模拟的步骤,2.1.1 流程的建立 化工流程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程，因此流程模拟的第一步就是要在计算机上建立需要模拟的流程。在这个过程中，用户需要根据需要模拟的实际过程，选择合适的模型去描述每一个单元操作过程；根据实际流程中的物流走向将单元操作的模块连接起来，形成完整的模拟所需要的工艺流程。 现行的流程模拟软件都给用户提供了交互式图形界面用于流程的定义，同时还提供了多种单元操作的模型库可供用户选择。用户只需在模型库中选择所需的模型，并在流程图窗口绘制整个流程图就可以完成流程的建立。同时还可以根据需要在该窗口中对建立的流
2、程进行修改。,21 流程模拟的步骤,2.1.2 变量的设置 流程建立后，用户应该选择所需要进行的流程模拟的类型。根据模拟的需要完成必须的和可选的变量的输入。这其中包括模拟的名称、所用单位等变量的输入；也包括设计的物流的组分和组成的定义，热力学模型的选择这些物性相关变量的输入及选择；还包括设备的尺寸以及操作的温度压力等操作参数的确定；用户也可以根据自己的需要选择输入报告的输出及格式。 2.1.3 程序的运行 流程的定义和变量的设置完成后，用户就可以根据需要采用合适的方式运行流程模拟了。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,2.2.1 Aspen Plus流程模拟软件介绍 ASPEN PL
3、US起源于七十年代后期美国能源部在麻省理工学院MIT组织会战，要求开发新型第三代流程模拟软件。这个项目称为“先进过程工程系统“（Advanced System for Process Engineering）简称ASPEN。这一大型项目于1981年底完成。1982年Aspen Tech公司成立将其商品化，称为ASPEN PLUS。 ASPEN PLUS是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软件。它为用户提供了一套完整的单元操作模型，用于模拟各种操作过程，从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。ASPEN PLUS 主要由三部分组成，简述如下。,22 Aspen Plus流程模
4、拟商业软件,（1） 物性数据库 AspenPlus自身拥有两个通用的数据库：Aspen CDASPEN TECH公司自己开发的数据库，DIPPR美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。另外还有多个专用的数据库，如电解质，固体，燃料产品，这些数据库结合拥有的一些专用状态方程和专用单元操作模块使得AspenPlus软件可使用于固体加工电解质等特需的领域，极大地拓宽了AspenPlus的应用范围。 ASPEN PLUS具有工业上最适用而完备的物性系统。包含1773种有机物、2450种无机物、3314种固体物、900种水溶电解质的基本物性参数。主要有：分子量、Piterzer偏心因子、临界因子、标准生
5、成自由能、标准生成热、正常沸点下的汽化潜热、回转半径、凝固点、偶极矩、比重等。对UNIQUAC 和UNIFAC方程的参数也收集在数据库中。计算时可自动从数据库中调用基础物性进行传递物性和热力学性质的计算。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,同时ASPEN PLUS 还提供了几十种用于计算传递物性和热力学性质模型的方法，主要有：计算理想混合物汽液平衡的拉乌尔定律、烃类混合物的Chao-Seader、非极性和弱极性混合物的Redilch-Kwong-Soave、BWR-Lee-Staring、Peng-Robinsin。对于强的非理想液态混合物的活度系数模型主要有UNIFAC、Wilso
6、n、NRTL、UNIQUAC。ASEN PLUS还提供灵活的数据回归系统(DRS )，使用实验数据来求物性参数，可以回归实际应用中的任何类型的数据，计算任何模型参数，包括用户自编的模型。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,此外，ASPEN PLUS中的物性常数估算系统(PCES)能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数。当模拟流程中含有缺少的实验数据的新化学产品时，PCES特别有用。 （2） 单元操作模块 ASPEN PLUS中有五十多种单元操作模型，如混合、分割、换热、闪蒸、精馏、反应等，通过这些模型和模块的组合，能模拟用户所需要的流程。除此之外，ASPEN PLUS 还
7、提供了灵敏度分析和工况分析模块。利用灵敏度分析模块，用户可以设置某一变量作为灵敏度分析变量，通过改变此变量的值模拟操作结果的变化情况。采用工况分析模块，用户可以对同一流程几种操作工况的进行运行分析。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,（3） 系统实现策略（数据输入解算结果输出） ASPEN PLUS 提供了操作方便、灵活的用户界面Model Manager，以交互式图形界面(GUI)来定义问题，控制计算和灵活地检查结果。用户在窗口环境中可使用MOUSE鼠标器和键盘操作，并提供多种菜单，包括一般文本菜单，下拉菜单(Pull-down )，弹出菜单(Pop - up )，对话框(Dial
8、ogue box)等，用户可以根据屏幕提示以填充式的表格方式填入数据，产生报告，定义图表和流程。另外还提供了各种图形，文本操作和编辑功能，如放大、移动、翻页，图形和文本的删除、修改、插人等，以帮助和指导用户进行流程模拟。用户通过Model Manager完成数据输入后，即可进行模拟计算，以交互方式分析计算结果，按模拟要求修改数据，调整流程，或修改或调整输入文件中的任何语句或参数。GUI支持Windows及Motif的标准。提供了包括拷贝、粘贴等目标管理功能，能方便地处理复杂的流程图。图例符号编辑器使用户能够建立新的设备及PFD图例符号，修改已存在的图例符号。DXF格式接口可以将Model Ma
9、nager中的流程图按DXF标准格式输出，再转换成其他CAD系统如AUTOCAD所能调用的图形文件。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,ASPEN PLUS解算方法为序贯模块方法，对流程的计算顺序可以由用户自己定义，液可以由程序自动产生。对于有循环回路和设计规定的流程必须迭代收敛。所谓设计规定是指用户希望规定某处的变量值达到一定的要求。ASPEN PLUS采用先进的数值计算方法，能使循环物料和设计规定迅速而准确地收敛。这些方法包括直接迭代法，正割法，拟牛顿法,Broyde。法等。这些方法均经ASPENTeh进行了修正。APEN PLUS可以同时收敛多股断裂(Tear)流股，多个设计规
10、定，甚至收敛有设计规定的断裂流股。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。可以将任何工程和技术经济变量作为目标函数，对约束条件和可变参数的数目没有限制。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,2.2.2 Aspen Plus安装及运行环境 2.2.2.1 Aspen Plus的安装 Aspen PLUS安装过程很容易，以ASPEN PLUS 10.2的WINDOWS版本为例，先在硬盘上建立一个目录，运行CD1内的Setup.exe程序进行安装，会出现以下画面（图2.1），单击Aspen Engineering Suit选项，则开始进行安装
11、，单击Next。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,图2.1 ASPEN 安装界面,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,单元模拟和流程模拟两者既有不同，又是相互联系的。两者的不同主要表现在： （1）流程模拟的处理对象是全工艺流程，本质上计算系统各单元过程之间的相互影响关系，其结果主要用于流程参数调优，提高生产效率。单元模拟的对象是单元过程，本质上是计算单元过程的内部状态，其结果主要有助于理解过程机理，设备调优以及故障诊断。 （2）流程模拟本质上是半经验性的，因此需要一个具有各种单元过程模型的数据库，所能处理的单元过程类型以及工艺参数范围仅限于数据库中的已有数据，对于新型过程，
12、或超出正常操作范围的工艺参数，流程模拟不能通过自身解决。单元模拟是机理性的，原则上不限制单元过程的类型，也不限制工艺参数的范围，因此可以用于研究新型单元过程，以及异常工艺、操作参数的影响。 （3）流程模拟基本上是一维模拟，可以得到参数沿流程的变化，但不能获得参数的空间分布。单元模拟是三维动态模拟，不仅获得诸如速度、温度、压力、浓度在三维空间的分布，而且可获知这些参数的动态变化过程。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,选项直到出现图2.2，如果在个人PC上直接使用ASPEN PLUS，选择All Products选项（如果选择Licensed Products 则要先安装ALM，ASP
13、EN LICENSED MANAGER）单。,图2.2 ASPEN的安装,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,图2.3 ASPEN ASPEN的安装,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,单击Next继续，出现图2.3，选择选择Standard Install 单击Next，出现画面2.4. 选择要安装的模块，ASPEN PLUS 必选，第一次安装时和online，web（网络组件）相关的模块不要选择。单击Next出现以下画面（图2.5）. 选择Aspen License Manager 单击Next进行安装。出现插入CD2选项框时，选择CD2内文件所在的位置或插入CD2继续安装
14、。安装完成后重新启动计算机，指定license.dat文件的位置，完成整个软件的安装。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,图2.4 ASPEN的安装,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,图2.5 ASPEN的安装,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,2.2.2.2 ASPEN PLUS 的启动 ASPEN PLUS安装完成以后，就可以利用它来进行流程模拟的工作了。在WINDOWS操作界面下，用鼠标左键点击“开始”，然后指向Programs中的AspenTech, 指向 ASPEN PLUS 然后点击 ASPEN PLUS用户界面（Aspen Properties Us
15、er），在弹出的启动对话框中（图2.6）选择是使用一个空白模拟 (Blank Simulation)、用模板建立一个新的模拟（Tamplate）或者打开一个已经存在的模拟（Open an Existing Simulation）。如果选择通过模板建立一个新运行，系统将提示为新的运行定义模板和运行类型。如果要打开一个已经存在的运行，可以在开始菜单直接在Startup对话框的列表中选择文件名或者选择More File找到要打开的文件，出现Connect to Engine(连接引擎)对话框，指定ASPEN PLUS 模拟引擎将运行的位置，程序进入ASPEN PLUS 的用户界面的主窗口（图2.7）
16、。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,图2.6 ASPEN PLUS 启动对话框,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,图2.7 ASPEN PLUS 用户界面-主窗口,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,2.2.2.3 ASPEN PLUS用户界面 在ASPEN PLUS 的用户界面的主窗口（图2.7）中，可以建立显示模拟流程图以及PFD-style绘图，还可以从主窗口打开其它窗口。表2.1 列出了ASPEN PLUS主窗口的主要内容。 主窗口中这些工具条和按钮的使用与windows下其他程序中下拉菜单以及工具钮的使用类似，因此不再赘述。下面对ASPEN PLUS 用户界面中较为重要的几部分作进一步详细说明。,22 Aspen Plus流程模拟商业软件,2.2.2.4 数据浏览器（Data Browser） 数据浏览器（Data Browser）是一个页面和表页查看器，它用于相关参数的输入和定义（图2.8）。在Toolbar（工具条）上单击Data Br
