[分享] 转：我是如何学习流程模拟软件的，关于aspen plus
就我的经历，谈一些看法，希望能对新入门的技术工作者有点帮助。
5 N: S7 }* i6 C. z8 { 学习流程模拟软件基本上有两类技术人员，一是设计院的工艺设计师，还有是工厂的工艺员。据我所知，一般设计院都会有模拟软件的培训，大概是不需要读此入门介绍了。; | x& d9 I$ p: H6 d 另外就是工厂的工程师了，由于我是在工厂工作的，所以经验可能对工艺员更有帮助。
_7 q ?1 O0 X+ p3 n* [+ {7 i! |6 H 最早在石化厂时，根本没有听说过模拟软件，后来又一次在内网闲逛，发现了一个叫aspen的目录（后来才知道，我进到了厂里设计院的电脑中，呵呵，不知道现在还能否这么 8 Y. u9 ? g2 L3 f6 |. k容易），当时好奇进去看了看，正好有aspenpfd手册，还是中文的，随便一看，发现这个东东好像能做模拟，觉得特好玩，就安装到了电脑上，毫无疑问，由于aspen的安装不像
# Y* K- X* Q W其他软件，根本不能运行，也就罢了。
3 n$ ?! b3 E& Q8 i 后来去了一家外资的工厂，这家公司的实力很强，aspen和hysys就在网上供下载安装，而且周围的两个工程师也都很厉害，aspen是他们必备的工具。发现他们在用aspen，于是也想学，便要求IT部门安装了ASPENPLUS在自己的电脑上（顺便说一下，从前在石化厂的时候我们一个工艺室才有两台老古董的电脑），从那时起我才开始接触该软件。学习的时候不能总问其他工程师（大家都很忙，问这种很初级的问题不受欢迎），那时也没有现在这么多的网络资源，唯一的老师就是ASPENPLUS自带的英文版手册。刚学ASPEN时，更本不知道ASPENPLUS是用来做静态模拟的，还以为它能像仿真机一样的工作呢。记得第一次学ASPEN时，我想模拟一个加热炉，于是在模型库中发现换热器里有一个加热炉的图标，于是画在流程图中，并且试图连接LPG和物料流，却怎么也不成功，呵呵。前后弄了一个多月，愣是入不了门，但多少也了解了原来ASPEN是做平衡态模拟（顺便在这里说一下，其实模拟的本质也就是计算，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），并不是仿真机。
# b: S a. P5 w T 软件入不了门是一件很痛苦的事情。那时我们工厂的Aspenplus流程模拟已经被公司内部的其他专家开发出来，但我看来看去也弄不明白，只好啃那些英文版的手册。读过手册/ V- \\1 {/ h H/ v; o7 }$ m3 z
的人都知道，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。由于我一点都不懂，所以也不知道该读什么，就什么都看（顺便说一下，; r% ^ W\
我十分推荐大家读一下物性方法和模型这本，那时我的热力学也忘得差不多了，一遍根本就看不懂）。读了大约有几个月的时间，我们新来了一位同事，他有中文手册，就是大家# l5 _! k/ o/ p. s
经常能在网上看到的10.0版的那一套。我于是要了一份电子版。也不知道是怎么回事，突然就明白了，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
: x- L! v. p0 L: e所想要求的结果。呵呵，这句话现在看来简单，但当时我真的是花了几个月的时间才明白。 期间一位同事去燕化培训了一个星期，回来我翻了翻带回来的资料，跟着资料作了几个
\简单的模拟，就彻底明白了Aspenplus是怎么回事。然后再翻看手册，一切都恍然大悟，原来是这样的。由于之前已经读过了手册，现在再翻看就很容易了，我的Aspenplus才开始突飞猛进。
4 l0 s$ }% W! ?8 D6 Y 经验：不要认为你现在的看起来毫无希望的努力是无用的，以后你会发现你现在的基本功是多么的重要。其实一旦入了门，流程模拟软件学习起来就很简单了，很多功能触类旁通很容易就懂了，比如说如果知道了sensitivity, 那么optimizaiton,desian spec就很容易了。大体来说，aspenplus你需要学会如下知识：( @6 s6 d! X/ j6 H
1.aspenplus需要什么，能做什么？, j\ 2.aspenplus的界面。
9 r+ W# i% z7 ` 基本上界面我个人认为可以分为两种，一是流程图窗口(process flowsheet window),另外是数据浏览窗口（databrowser window)，实际上应该还再加一个控制面板（control / Q( R; o7 H\窗口，这个窗口也很重要，但这个窗口只是在流程调试使用，并且涉及的内容初级入门者也不必花太多时间去看，先忽略。
8 C4 z- `' y4 D7 z; a( s8 l 流程图窗口很简单，上只要你在工厂干过，看过PFD流程图并且是windows的用户，就没有什么难得地方，两分钟高定。
9 q% ~: f/ o0 D6 n. W* T* d) Y databrowser(以后简称data窗）是aspenplus最重要的部分，这也是aspenplus区别于画图软件的地方（我有时在用aspenplus时，其他非技术人员看见了总是好奇地问我是不是在用画图软件，呵呵）。你需要在这个窗口中输入所有的已知条件，并且运行后观看运行结果。其中如下信息是所有的模拟都需要有输入的：组分（components),属性(properties),物流(streams),单元操作(blocks)。其中，组分没什么好说的，流程用到什么成分你就输什么成份，aspenplus内置的数据库包括了1600多种常用物质（有人问，那我需要的组分aspenplus中没有怎么办？呵呵，这里卖个关子，以后再讲比较合适，因为所需的内容不适合在初级中谈及）。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，如果你忘了，那么赶紧去看看化工热力学吧，或者反过来，如果你想温习化工热力学，那就去研究属性吧（我就是这样把热力学又学了一遍，个人观点，结合aspenplus温习化工热力学，效率很高），怎么研究？去读《aspenplus的物性模型和方法〉手册。
, Z) \\; G4 P+ U$ W 回头看了一下前几天发表的原创3，注意到没有阐述问题1：aspenplus需要什么，能做什么，现在觉得这部分还是很有必要说明一下的。先说aspenplus能做什么（以下是个人观点而非aspentech公司官方的解释，也许有误，欢迎高手指正）0 X, w- r# q& ~9 P8 p
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：% M% v\
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
6 u9 k, S' S- c8 S( i P( F+ J, R工热力学，化工原理等公式，输入一些已知条件，然后运行得到结果而已。+ N6 p& A* i) i
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
7 q0 ^, B8 ~/ G- a! M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5 p6 f, n! \\8 N
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。
( Z$ E1 N( D\ 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
9 Z8 W1 [0 o% V! G; R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。6 [4 f9 {! |# Q7 a* B5 v8 y
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3 Q; r* g7 ?% V0 X7 \\\
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。
( A\ 另外发几句感慨，装修房子真是一件很累的事情，其最大的累不在于工程，而是如何防止受JS的骗，我要无数次的在论坛上看功略，无数次的去不同的建材市场挑选比较，估计
/ v$ a3 b: v1 W0 Y: m装修完以后我就可以开一间装修公司了。想想我们中国老百姓真是可怜，要处处提防着假冒伪略，上当受骗，其实这是一种国人的内耗，最终受苦的是我们大家。所以我希望大家
$ _0 h0 z! Q. q! [能够认认真真的做好本职的工作，只有这样大家才能一起共同受惠。2 j# i4 {' I' ^& }4 O' x\
好了，话归正题，继续上一节aspenplus能做什么？
; a\ 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 / w+ K6 }$ N/ T, d' V) k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)。8 L( s+ e+ z4 x\
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
( v; H) I$ [ G' P以后再说。7 m2 O* E. T# G/ @) i 下一个话题：aspenplus需要什么？
# z) q/ ?9 A* n9 F8 q 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， , m) _\否则方程无解。
2 [! N% i! p; k1 v4 N aspenplus的方程我认为可以分为三大类：
' T7 M7 l+ a) g3 P) r1 C7 G# P8 O 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。
& N' u8 p: g7 C( U% \\0 A 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 `' I1 a9 I8 o\_2 B* `; e; \\
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。
! k' _# P/ O6 G1 E 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, O3 A( y' v3 c1 g5 E. ]7 [1 [
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。
5 N2 u+ l- b1 x% ~+ M 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：* R* M4 \\+ p3 h, N( ~# h3 M
1.流程图
4 r+ `, k+ L8 q0 N* f8 n 2.组分
9 I3 d9 ]7 H! n* S- N% i, n, ^1 Q 3.物性方法
# \\\w6 _* n! I4 ?) | 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。* s9 G6 V+ s7 H 5.所有单元操作模型数据
0 b% C9 l3 ]+ I* c4 O 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。
5 @* ^: L. P% f6 c7 I 关于流程图，需要特别指出的一点是：
- @3 F* L: V5 C) z' E7 r$ a\ 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 ' ?# f0 W8 }# Q/ [2 {4 H' ^机帮助。
/ F+ J1 _$ L& T7 G1 m7 c- s5 f aspenplus需要什么？2 P4 f1 f( q5 H/ l. @6 O3 I) m
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。 1 O/ ] z% y8 u 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。2 b; N$ W& Z0 e9 K 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
6 j) n- `& a0 l! U4 K\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! H7 A' q9 x. x3 E; C& T9 l 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是全回流操作的，但如果你非要设成全回流也不是没有可能，用我前面5 }4 _\
讲的方法，将换热器的出口再返回精馏塔就可以了。$ P# T/ g& S6 L0 I
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。 h. y3 }0
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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 F9 p+ T- @6 o/ H4 ^% a) T\
软件的目的，我大概讲一下物性方法。7 k3 z# V5 ^+ q+ O* c3 a$ _' @% g% S 首先要明白什么是物性方法？0 c& ~: P; y5 I1 J0 \\, y/ x- b, r
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,问如分别下值是多少？! V' m6 n! Q! a3 k, ~
1.入口物料的密度，汽相分率。0 w+ @) ~! ~+ y; j 2.换热器的负荷。
2 o0 V0 X+ q7 n$ D& q% r3 s8 ? 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。 5 G: J$ B4 t5 z- E 以上的值怎么计算出来？
* K+ R5 @1 Z* d8 r 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。
- m- I; ?8 W9 [1 |\ 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：* j4 ?/ c8 N/ F 1.pv=nRT( ~* t/ d; G1 e* ^0 x, s0 z
2.dH=CpdT.+ F) f) |5 R& [( M6 ?/ J2 Y4 _. u$ y
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。
6 z) ^1 v! W$ k% Y; S! O8 v1 S6 M 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。8 Y9 A9 T9 T1 X 那么应该如何计算呢？主要涉及以下过程：
W* L: d% m! j- d! u$ x 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。
* }! ` ^ n! g$ G1 R4 Z5 t1 d. M& O 2.至于物流的相态，则首先需要做汽液平衡计算。
! H* c; Z! u& S 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。 # j$ w( ^$ ~- W9 q5 e1 | 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。
. t1 p% J% A) N! v& y& [1 F: x 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5 k. x0 _% j7 v) u E8 { S 差来计算，非理想性比较强是还要考虑混合焓差。) Y& l9 S\ 由此可见，实际过程至少包含如下公式方程：: j( [4 S4 u0 e3 a. t( p9 e