第11章Aspen Plus在化工分离计算中的应用
11.1 Aspen Plus 简介
Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，美国AspenTech公司的产品。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。官方网站：http://www.AspenTech.com/。
Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。AspenTech公司在随后的时间里又先后兼并了20多个在各行业中技术领先的公司，成为为过程工业提供从集散控制系统（DCS）到企业资源计划(ERP)全方位服务的公司。AspenONE?作为第一流的领先产品将AspenTech公司的所有产品统一起来了,ASPENTECH于1994在纳斯达克上市。
AspenTech软件经过20多年不断的改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。
11.1.1 Aspen Plus的主要功能和特点
Aspen Plus的主要功能和特点如下。
(1) 具有方便灵活的用户操作环境，数据输入方便、直观，所需数据均以填表方式输入，
内装在线专家系统Model Manager自动引导帮助用户逐步完成数据的输入工作。 (2) 配有最新且完备的物性模型库，具有物性数据回归、自选物性及数据库管理等功能。 (3) 备有全面、广泛的化工单元操作模型库，能方便地构成各种化工生产流程。 (4) 应用范围广泛，可模拟分析各类过程工业，如：化工、石油化工、生物化工、合成
材料、冶金等行业。
(5) 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。
(6) 强大的流程分析与优化功能。提供了一些重要的模拟分析工具，如：流程优化、灵
敏度分析、设计规定及工况研究等。具有技术经济估算系统，可进行设备投资费用、操作费用及工程利润估算。
(7) DXF格式接口可以将Model Manager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。 (8) 与AspenTech公司其他产品的有效集成。
(9) 具有与Excel、VB及其他Aspen软件的通信接口。
11.1.2 Aspen Plus的物性数据库
(1) Aspen Plus共含5000个纯组分数据
(2) 40000个二元交互参数可用于5000 个二元混合物，1000多个水相离子反应的反应
常数。
(3) 与世界上最大的热力学实验物性数据库DETHERM （含250,000 多个混合物的汽
液平衡、液液平衡以及其它物性数据）的接口。
(4) 可以建立自己的专用物性数据库。在Aspen Plus中，有专用于NRTL、WILSON和
UNIQVAC方法的二元交互参数库，如VLE-IG、VLE-RK、VLE-HOC、VLE-LIT及LLE-ASPEN、LLE-LTI; 亨利系数的二元参数库有HENRY及BINARY; Aspen Plus的电解质专家系统，有内置电解质库，包括几乎所有常见的电解质应用中化学平衡常数及各种电解质专用二元参数。只要启动电解质热力学方法，这些参数便会自动检索。 其中的纯组分数据库有：
(1) Aqueous：适用于电解质（水溶剂），含900种离子参数
(2) ASPEN PCD：含472个有机和无机化合物参数（主要为有机物） (3) INORGANIC：含约2450个化合物物性数据（绝大多数为无机）
(4) PURE10：基于DIPPR的数据库，含1727个（绝大多数为有机）化合物参数，是
ASPEN PLUS的主要数据库
(5) SOLIDS：含3314种固体化合物参数，主要用于固体和电解质的处理 (6) COMBUST：专用于高温、气相计算，含59种燃烧产物中典型组份的参数
11.1.3 Aspen Plus的热力学模型
Aspen Plus的热力学模型适用体系为：
(1) 非理想体系——采用状态方程与活度系数相结合的模型； (2) 原油和调和馏分； (3) 水相和非水相电解质溶液； (4) 聚合物体系。
Aspen Plus的热力学状态方程有：
(1) Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）； (2) Hayden-O’Connell；
(3) 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程； (4) 理想气体模型； (5) Lee-Kesler（LK）；
(6) Lee-Kesler-Plocker； (7) Peng-Robinson（PR）；
(8) 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR； (9) 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR； (10) 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。 Aspen Plus的热力学活度系数模型有： (1) Eletrolyte NRTL； (2) Flory-Huggins； (3) NRTL；
(4) Scatchard-Hilde-Brand； (5) UNIQUAC； (6) UNIFAC； (7) van Laar； (8) WILSON。
Aspen Plus的其他热力学模型还有： (1) API酸水方法； (2) Braun K-10； (3) Chao-Seader； (4) Grayson-Streed； (5) Kent-Eisenberg； (6) 水蒸气表。
11.1.4 Aspen Plus的物性分析工具
(1) 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数（如正常沸点）估算
其他物性计算模型的常数。
(2) 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。
(3) 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、相际线、t-p-x-y图等。 (4) 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其他物性曲线特征化原油物系。 (5) 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成离子或相应的反应。
11.1.5 Aspen Plus的单元模型库
(1) RADFRAC：用于精馏、吸收、萃取精馏和共沸精馏的严格法模拟；RADFRAC可
以处理有双液相、固相以及带有化学反应和电化学反应的情况。
(2) PETROFRAC：用于炼油厂的预闪蒸塔、常减压塔、催化裂化主馏分塔和延迟焦化
分馏塔等。
(3) 各种反应过程：产率反应器（RYIELD）、化学计量反应器（RSTOIC）、化学平衡
反应器（REQUIL）、基于Gibbs自由能最小化的平衡反应器（RGIBBS）、连续搅拌糟式反应器（RCSTR）、活塞流反应器（RPLUG）和间歇反应器（RBATCH）。 (4) 固体处理模型：破碎机、筛分、织物过渡器、文丘里洗涤器、静电沉降器、水力旋
流器、离心过滤器、旋风过滤器、洗矿机、结晶器和逆流洗涤器。
(5) 严格的设备尺寸和性能计算：泄压阀、换热器、泵和压缩机、管线以及板式塔和填
料塔。
(6) 可以结合用户建立的设备计算模块。
11.2 Aspen Plus基本操作
11.2.1 Aspen Plus的启动
在程序菜单中打开Aspen Plus User Intergace启动Aspen Plus。
在弹出的对话框中，用户可以选择Blank Simulation(新流程)、Template(模板)和Using an Existing Simulation（打开一个已有的流程）。
确定用户服务器的位置，使用缺省项，点OK键，进入Aspen Plus主界面。
图11—1为Aspen Plus的主界面，使用该工作页面可建立、显示模拟流程图及PFD-STYLE绘图。从主窗口可打开其他窗口，如绘图窗口(Plot)、数据浏览窗口(Data Browser)等。文件菜单有如下常见的选项：新(New)、打开(Open)、存储(Save)等等。输出选项(Export)，允许你输出报告、摘要、输入和运行过程中提供的任何信息。
在图11—1中的几个图标被反复强调使用，所以值得予以介绍。在顶部行中可找到眼镜，该图标打开数据浏览器(Data Browser)，由它提供要被完成的窗口的清单。“N→”图标可用于进行下一步骤。通过点击该图标，填写出现的窗口，再次点击该图标，你可方便地进入问题的数据输入阶段。图标即使这些窗口已经完成。
Data Browser(数据浏览器)是Aspen Plus主运行环境中最重要的一个页面。它具有已经定义的可用模拟输入、结果和对象的树状层次图(图11—2)。用Data Browser按钮打开此页面，可以在运行类型的下拉条中看到6个不同的选项。Aspen Plus几大主要的功能基本上可以通过直接选择不同的运行类型来实现，也可以在Data Browser页面中的其他选项设定中完成。下面就着重介绍该流程模拟软件的六个主要功能：建立基本流程模拟模型、灵敏度分析、设计规定、物性分析、物性估计以及物性数据回归。
可用于从一个窗口进入另一个窗口，而且这包括所有窗口，
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、