ASPEN学习心得

ASPEN学习心得很有用

Aspen Plus的学习经验

ASPEN是做平衡态模拟，模拟的本质就是计算，根据化工原理，热力学等等化工公式做计算而已，模拟只是因为它的程序界面，并且能做大的流程的计算

Aspenplus的手册有很多，其中比较重要的是单元操作模型，物性方法和模型，物性数据等。 单元操作模型是一种抽象的过程，选择哪一个模型，取决于你有的条件和你所想要求的结果。 属性是一个难点，高难点，我认为这是考察技术人员模拟水平高低的一个重要点。此内容与化工热力学关系十分紧密，读《aspenplus的物性模型和方法〉手册。

aspenplus能做什么

aspenplus是用来计算平衡态体系数据的软件，这句话的意思有以下几点：

1.aspenplus是计算软件，和其他开发的或者我们自己开发的计算程序没有区别。比如我们自己搞一个srk 方程的计算程序，其核心与aspenplus没有什么不同，都只是根据化工热力学，化工原理等等公式，输入一些已知条件，然后运行得到结果而已。

这么说好像aspenplus也不过如此而已，但是aspenplus的强大之处在于：1）.它几乎内建了所有化工过程所涉及的原理公式，也就是说化工专业的课程他全部都包括了；2).它附带了完善的数据库，囊括了所有你需要去化工手册上查找的数据;3).强大的其他分析工具，比如改变输入会怎样影响输出?aspenplus已经自带了此类工具，你可以直接使用。4).由于

1)&2),aspenplus可以很方便的计算出大的复杂的流程，这也是它称之为模拟软件的原因。 这里还想补充一下：1）.aspenplus由于已经自带了大量的数据库，并且你可以得到这些数据，那么你就不需要再去查化工手册了。比如，纯物质的比热，临界点温度，压力等等常数你都可以得到。2).aspenplus可以计算得到任意计算物流的几乎所有的物理性质，比如：密度，比热，湿度等等工艺工程师所关心的数据。

aspenplus是平衡态体系的软件。它不是仿真机，也不是动态模拟软件，并且所计算的体系都是假设已经达到平衡态，即不考虑时间的作用。比如相平衡计算，只能计算达到平衡时体系是什么组成，温度压力等等是多少，不能处理非平衡的问题。

aspenplus还有一个十分有用的功能，就是根据实验数据回归出一些常数供其它地方使用。举个常见的例子，如果你在实验室中，测量了水-乙醇体系在不同压力温度下，汽液平衡时的汽液平衡组成，现在想根据该实验结果得到wilson方程的水-乙醇参数（虽然这组参数

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aspen数据库中已经有），那么就可以使用aspenplus的数据回归功能(data regress)。该功能的用处在于，如果你的工艺是比较特殊的，aspenplus的数据库内没有内置你所研究的体系，那么你就可以先用数据回归功能得到相应的参数，再做模拟。该功能的具体用法以后再说。 aspenplus需要什么？

前面说过，aspenplus是一个根据方程计算的软件，那么很明显，是方程必然需要已知条件才能解出未知数，所以aspenplus需要的是方程的已知数，已知数可以多，却不能少，否则方程无解。

aspenplus的方程我认为可以分为三大类：

1.热力学方程，这是与具体的工艺流程无关的方程，如理想气体方程，nrtl方程，非理想溶液焓模型方程等等。该类方程为单元操作过程计算提供必要的数据基础。

2.单元操作方程，如换热器，精馏塔等等单元操作过程的计算，涉及到三传一反，这部分主要是和化工原理有关。

3.数学方程，这部分主要是用来解方程时涉及到的一些数学计算方法，与我们工程技术人员关系不大。

我认为第一类方程即热力学方程是aspenplus的基础，建议在aspenplus入门以后要好好的重点的学习一下，精读一遍aspenplus物性方法和模型手册。第二类方程相对而言不是太难，而且我认为也没有必要去精读，只要熟悉其原理即可。实际上aspenplus在其单元操作手册上也并没有写明单元操作模型的方程。

具体地说：对于aspenplus的流程计算模式（还有其他模式如数据回归模式此处不讨论），你需要输入以下数据：

1.流程图

2.组分

3.物性方法

4.起始物流数据，其组分，温度，压力，其他物流数据aspenplus可以计算出来。

5.所有单元操作模型数据

6.其他非必要数据，这主要是指如果你使用其他的功能，如设计规定，灵敏度分析等等。 关于流程图，需要特别指出的一点是：

单元操作的模型由两个因素决定：1.你有什么已知条件;2.你想得到什么结果。不同的单元操作模型所能计算的和所需要的条件是不同的，具体请参考单元操作模型手册或者联机帮助。

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aspenplus需要什么？

这里想再次强调一下：单元操作模型的选择由两个因素决定：1.你有什么已知条件;2.你想得到什么结果。这句话需要灵活运用，我想再深入的讲一点。

aspenplus的单元操作模型虽然和生产实际的设备很相像，但是，操作模型不等具体设备，它是过程的一种抽象。你想解决的过程是怎样的才能决定你所选择的模型，而不是由具体的设备决定的。

据个比较典型的例子：aspenplus中有radfrac模型是个典型的精馏塔详细计算模型，基本上可以等同于现实操作的精馏塔设备，模型有冷凝器和再沸器。曾有人问我，他想计算冷凝器的详细结构该怎么办？因为radfrac本身没有关于冷凝器的结构的计算啊。解决的办法很简单，你将radfrac的冷凝器设为无，然后在塔顶汽相添加一个heatx或者hetran换热器就可以了。而且还有人问精馏塔怎么不能设置全回流呢？说实话，我并不明白有什么精馏塔在正常状态下世全回流操作的，但如果你非要设成全回流也不是没有可能，用我前面讲的方法，将换热器的出口再返回精馏塔就可以了。

好了单元操作模型的选择就到这里。下面讲一下物性方法的选择。

对于初学者而言，除非他十分熟悉热力学的内容，否则物性方法的选择确实是个难点，在你们还没有重新学习过热力学或者精度过aspenplus物性方法和模型手册之前，出于学习软件的目的，我大概讲一下物性方法。

首先要明白什么是物性方法？

比如我们做一个很简单的化工过程计算，一股100C,1bar的水-乙醇(50：50摩尔比，100kmol/h）的物料经过一个换热器后冷却到了80C,0.9bar,问如下值分别是多少？

1.入口物料的密度，汽相分率。

2.换热器的负荷。

3.出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密度。复杂一点，我还可以问物料的粘度，逸度，活度，熵等等。

以上的值怎么计算出来？

好，我们来假设进出口物料全是理想气体，完全符合理想气体的行为，则其密度可以使用pv=nRT计算出来。并且汽相分率全为1，即该物料是完全气体。由于理想气体的焓与压力无关，则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。

在此例当中，描述理想气体行为的若干方程，就是一种物性方法（aspenplus中称为ideal property method)。简单的说，物性方法就是计算物流物理性质的一套方程，一种物性方法包

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含了若干的物理化学计算公式。对于本例而言至少包含了如下两个方程：

1.pv=nRT

2.dH=CpdT.

实际上，以上是一种最简单的计算方法，但结果是错误的，正确的解法下节再讲。

对于水-乙醇体系在此两种温度压力下，如果当作理想气体来处理，其误差是比较大的，尤其对于液相。按照理想气体处理的话，冷却后仍然为气体，不应当有液相出现。 那么应该如何计算呢？主要涉及以下过程：

1.对于汽相pvt计算，可以使用srk方程，从而可以得到密度。液相也可以使用状态方程计算密度，但此处不推荐使用，可以使用Rackett模型计算液相密度。

2.至于物流的相态，则首先需要做汽液平衡计算。

3.在进行汽液平衡计算时，液相应用活度系数方程计算组分的逸度系数，并且还需要使用拓展antoine方程计算蒸汽压力。

4.换热器负荷的计算比较复杂，可以使用进出口物流焓差来计算，那么需要计算出进出口物流的焓。

5.焓的计算有多种途径，对于液相比较常用的方法是计算理想液体混合物焓，然后再加上过剩焓计算出来。要计算非理想液体混合物过剩焓，则可通过混合物质汽相焓与蒸发焓差来计算，非理想性比较强是还要考虑混合焓差。

由此可见，实际过程至少包含如下公式方程：

1.状态方程srk,

2.液相密度方程rackett.

3.拓展antoine方程.

4.汽，液相逸度系数方程

5.液相活度系数方程

6.汽相焓方程，通过srk方程导出，需要设计纯气体Cp=f(p,t)方程。

7.液相焓方程，相当复杂，此处不再重复。

8.其他方程，包括数学方程，比如以上计算时涉及到了微积分运算，汽液平衡的回归运算等等。

以上方程，如果需要我们用户去一个个选择出来，则是一件相当麻烦的工作，并且很容易出错。好在模拟软件已经帮我做了这一步，这就是物性方法。

对于本例，我们对汽相用了状态方程，srk,液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等等），在

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aspenplus中将此中方法叫做活度系数法，如果你选择nrtl方程，就称为nrtl方法，wilson方程就成为wilson物性方法(wilson property method)。这种物性方法中已经囊括了所有我上面提到的方程公式。

在aspenplus中（或者因该说在化工热力学中）有两大类十分重要的物性方法，对于初学者而言，了解到此两类物性方法，基本上就可以开始着手模拟工作了。

大体而言，根据液相混合物逸度的计算方法的不同，物性方法可以分为两大类：状态方程法和活度系数法。状态方程法使用状态方程来计算汽相及液相的逸度，而活度系数法使用状态方程计算汽相逸度，但是通过活度系数来计算液相的逸度。

常见的状态方程有ideal,srk,pr,lk方程以及他们的一些改进方程.状态方程法就是基于此类状态方程来计算逸度，压缩因子，焓等等的物性方法。

常见的活度系数方程有nrtl, wilson,uniquac等。活度系数法就是基于此类活度系数方程来计算液相逸度，液相焓等的物性方法。

一般而言，对于常见的烃类如烷，烯，芳香族，无机气体如O2,N2等非（弱）极性的化合物，选用状态方程法；对于极性强的化合物，如水-醇，有机酸体系选用活度系数法。另外对于汽相聚合的物质，应选用特别的活度系数法，可以计算汽相聚合效应。对于无机电解质体系，选用elecnrtl物性方法。

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