化工软件概述.doc

绪论
一、流程模拟软件介绍
化工软件综合训练是本专业针对化工计算、过程模拟的相关工具软件进行综合训练的课程。主要介绍相关的工具软件在化工计算及流程的工艺设计中的应用，掌握相关的工具软件的使用方法，了解工具软件的发展、应用，培养我们计算机工具的专业应用能力。 该课程综合利用了化学工程与工艺专业的主要基础课程的内容，如《化工原理》、《化工热力学》、《化学反应工程》、《化工数学》、《化工过程分析与模拟》、《化工系统工程》等，是一门综合性较强的实践课程
本次软件综合训练主要以应用Aspen plus流程模拟软件为基础的训练。 Aspen Plus 是被认为具有最适用于工业、且最完备的物性系统。这是由于Aspen plus流程模拟所得产品有以下特点：1）产品具有完备的物性数据库2）产品线比较长，集成能力很强。3）唯一将序贯（SM）模块和联立方程（EO）两种算法同时包含在一个模拟工具中。4）结构完整，除组分、物性、状态方程之外，还包含闪蒸模块、精馏模型等单元操作模块。
二、Aspen Plus用户界面

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训练一 空气压缩机的模拟

条件：使用一个等熵压缩机在60F、14.7pisa下把100lbmole/hr的空气压缩到147pisa的压力，通过Aspen Plus模拟该流程。

在流程模拟完成的最后需确定：
（1）完成压缩共需要多少能量？[用hp表示（1hp=745.700w）]
（2）出口空气的温度是多少？（℉）
操作步骤说明
创建模拟流程图，选择适当的压缩机图形

在文件下拉菜单中，选择”Save As”,存为.bkp文件。
在Setup选项中输入模拟名称（工况、姓名），设置输出数据单位。
Setup按钮

在Component ID栏中输入组分

在规定物性窗口选择RK-SOAVE模型，完成物性规定，单击OK继续操作

在空气流股窗口中输入温度、压力、摩尔流率，注意单位的选择，在COMPOSITION栏选择摩尔分率，并输入空气组成。
继续操作进入模块设置窗口，输入出口压力值

操作完成并运行模拟程序，单击结果显示按钮查看结果。

结果如下

训练二 精馏的模拟

通过精馏塔来分离甲醇和水的混合物。进料组成为水63.2％（质量分数），甲醇36.8％（质量分数），流率为12000 1b/hr，压力为19psi（1psi=6894.76Pa），饱和液体进料（进料的气相分率为0），精馏塔有38块塔板，进料在第23块板上（注意，根据Aspen Plus的定义，冷凝器为1＃板，所以进料板应该是第24块）。塔顶压力为16.1psi，每板的压力降为0.1psi，塔顶为全凝器，蒸出流率为39885 1b/hr，回流比为1.3。选用NRTL-RK物性方法。
1、确定再沸器和冷凝器的热负荷
2、做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线

具体操作步骤如下
输入组分；如下图：

设置二元交互参数NRTL-RK；如下图：

输入压力19pis、流率值120000lb/hr，选择质量分率并分别输入0.632，0.368；如下图：

输入塔板数40，蒸出率39885lb/hr，回流比1.3.如下图：

输入进料板数24；如下图：

输入塔顶压力16.1psi和每块塔板的压力降0.1psi;如下图：

所得结果如下：
流股结果给出进出的所有流股的工艺和物性参数。

结果汇总给出塔顶（冷凝器）和塔底（再沸器）的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。

分布剖形给出塔内各塔板上的温度、压力、热负荷、相平衡参数，以及每一相态的流量、组成和物性。据此可确定最佳加料板和侧线出料板位置。

在Plot 中选择Plot Wizard弹出Plot Wizard Step 窗口；如下图：

选择Comp曲线继续完成：

分别选择气相和液相质量分率：

做出气相、液相中水和甲醇的组成曲线：

训练三 设计尺寸
再次使用训练二的结果，在流程模拟完成的最后需确定：
1、要使塔顶蒸出甲醇的纯度99.95%，塔底水的纯度99.9%已经有了两个设计规定参数，就必须改变两个变量。在这里改变蒸出率和回流比，并给Aspen Plus提供一个变化范围，选择蒸出率在25000~55000lb/hr之间，回流比在0.8~1.2之间变化。求出答案，并记录冷凝器和再沸器的热负荷。
2、对同样的设计规定，给定每块踏板的默费里效率为65%，假定再沸器的板效率为90%，记录冷凝器和再沸器的热负荷。
3、完成塔径的尺寸计算，塔为泡罩塔。求出塔的直径。
操作如下
1、在数据浏览器中，点击Blocks~DIST-COL~Design Specs,接着单击New, 单击OK,选择质量浓度作为第一设计规定，并输入目标值0.9995，如下图：

继续操作，得到组分清单，选择如下：

继续操作，因为0.995使塔顶蒸出甲醇浓度，所以选择物流S2,

单击Next，转入Vary清单，选择蒸出率25000~55000lb/hr,如下图：

单击Next，在准备进入模拟程序时选择“ Cancel“，输入另一个设计规定，即塔底水的浓度，选择塔底水的浓度0.999。同样，选择第二Vary变量回流比0.8~2.0.此时，就可以进行模拟程序。
2、板效率
在数据浏览器中，点击Blocks~DIST-COL~Efficiencies,如下图：

点击Vapor-Liquid,输入板效率，如下图：

3、塔盘直径
在数据浏览器中，点击Blocks~DIST-COL~Tray Sizing,再点击NEW,如下图：

给第2~39块塔板选择泡罩塔，如下图：

最后模拟程序运算结果如下图：

训练四 闪蒸分离
进料温度为400℉，压力为21atm，组成为氢气（30.0lbmol/hr）、氮气（ 15.0lbmol/hr ）、甲烷（ 43.0lbmol/hr ）、环己烷（144.2lbmol/hr ）、苯（0.2lbmol/hr ）。闪蒸器在120℉下操作且没有压力降，分离后气相中夹带的液相量为0.012。用RKS方程估算热力学性质。
1、 确定汽相的组成和流率是多少？
2、 做出闪蒸的热力学曲线，并求出进料露点；
3、 如果要把进料分离为产品汽液相摩尔分率相等，闪蒸器的温度应为多少（其它操作参数恒定不变）？在新的闪蒸温度下进行模拟验证。
操作步骤
建立流程后，规定组分；

输入物流参数

输入闪蒸器参数

输入分离后气相中夹带的液相量

所有数据输入完成，进行模拟，查看运行结果

在数据浏览器中，依次Blocks~~HP-SEP~~Hcurves~单击NEW~~OK,,把数据点改为10~20，运行程序。

单击Results按钮，用Temperature列和 Vapor fraction列作为曲线的Y、X轴；

所得热力学曲线如下：

训练五 灵敏度分析
基于训练四的结果，当闪蒸温度在120～400℉范围变化时，作图观察其对设备的气相分率的影响。定义气相分率为离开塔顶的气体流率和塔的进料流率之比。
在上例训练结果的基础上，进行如下操作：
打开Data~~Model Analysis Tools~~Sensitivity

进入灵敏度数据浏览器窗口，点击new, 给灵敏度命名，得到灵敏度数据浏览器
Define~~定义S2为测量变量S2LOW，选择物流变量为S2，变量类型为Stream-Var,变量性质为MOLE-FLOW,

Vary~~选择变量类型为Block-Var， 模块为HP-SEP, 变量为闪蒸温度， 在Overall rang中输入温度变化范围和输出结果的温度间隔点，

Tabulate~~测量变量清单第一栏的输入S2/232.4,

运行模拟程序，得出结果，运用Plot绘出温度-气相分率图如下

学习心得
通过这次化工软件工程训练使我们掌握化工流程模拟软件Aspen plus的基本使用方法，也提高了我们对化工计算、过程模拟的相关工具软件的应用技能，通过这次的综合训练，使我们了解了化工流程模拟软件Aspen plus在单元过程和单元操作设计中的应用，使用化工流程模拟软件进行常用单元操作设备如 压缩机、精馏塔以及反应器的模拟、设计。
本次训练综合利用了化学工程与工艺专业的主要基础课程的内容，如《化工原理》、《化工热力学》、《化学反应工程》等，巩固和加深了我们对理论知识的理解和应用，并通过运用化工流程模拟软件Aspen plus来解决了在流程模拟和复杂计算的问题，大大提高了我们解决化工单元操作中的问题，同时也培养和提高了我们计算机工具的专业应用能力
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