20.1.1 Aspen Plus简介
Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件。20世纪70年代后期,美国麻省理工学院组织会战,要求开发新型第三代流程模拟软件,这个项目称为过程工程的先进系统(Advanced System for Process Engineering,ASPEN)。该项目于1981年年底完成。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模拟软件,为用户提供一套完整的单元操作模块,可用于各种操作过程的模拟及从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。
1.Aspen Plus主要组成
(1)物性数据库
自身拥有两个通用的数据库——AspenCD(Aspen Tech公司开发的数据库)和DIPPR(美国化工协会物性数据设计院开发的数据库),还有多个专用的数据库。这些专用的数据库结合一些专用的状态方程和专用的单元操作模块,使得Aspen Plus可应用于固体加工、电解质等特殊的领域,从而拓宽了Aspen Plus的适用范围。
Aspen Plus具有工业上适用且完备的物性系统,其中包含多种有机物、无机物,固体、水溶电解质的基本物性参数。Aspen Plus计算时可自动调用基础的物性参数进行传递性质和热力学性质的计算。此外,Aspen Plus还提供了几十种用于传递性质和热力学性质的模型方法,其含有的物性常数估算系统能够通过输入分子结构和易测性质来估算缺少的物性参数。
(2)单元操作模块
Aspen Plus拥有50多种单元操作模块,通过这些模块和模型组合,可以模拟用户所需流程。除此之外,Aspen Plus还提供了多种模型分析工具,如灵敏度分析模块和工况分析模块。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来模拟操作结果的变化情况。利用工况分析模块,用户可以对同一流程的几种操作工况进行运行分析。
(3)系统实现策略
对于完整的模拟软件,除数据库和单元模拟外,还应包括以下几部分。
①数据输入
Aspen Plus的数据输入是由命令方式进行的,即通过三级命令关键字书写的语段、语句及输入数据对各种流程数据进行输入。输入文件中还可以包括注解和插入的FORTRAN语言,输入文件命令解释程序可以转化成用于模拟计算的各种信息,这种输入方式使得用户使用软件时特别方便。
②解算策略
Aspen Plus所用的解算方法为序贯模块法与联立方程法。流程的计算顺序可由程序自动产生,也可由用户自己定义。对于有循环回路或设计规定的流程,必须迭代收敛。
③结果输出
可把各种输入数据及模拟结果放在报告文件中,可通过命令控制输出报告文件的形式和内容,并可在某些情况下对输出结果进行作图。
(4)Aspen Plus特性
①Aspen Plus有一个公认的跟踪记录,在一个工艺过程的整个制造生命周期中提供巨大的经济效益,制造生命周期包括从研究到开发再到生产。
②Aspen Plus使用最新的软件工程技术,通过Microsoft Windows图形界面和交互式客户-服务器模拟结构使得工程生产力达到最大。(https://www.daowen.com)
③Aspen Plus拥有模拟精确、范围广泛的实际应用所需的工程能力,这些实际应用包括从炼油到非理想化学系统再到含固体和电解质的工艺过程。
④Aspen Plus是Aspen Tech公司的集成智慧制造系统技术的一个核心部分,该技术能在公司的整个过程工程基本设施内捕获过程工程专业知识并充分利用。
⑤在实际应用中,Aspen Plus可以帮助工程师解决快速闪蒸计算、新工艺过程设计、原油加工装置的故障查找、乙烯全装置的操作优化等工程和操作的关键问题。
2.使用Aspen Plus的基本步骤
(1)启动用户界面
(2)选用模板
(3)设定全局特性
(4)输入化学组分信息
(5)选用物性计算方法和模型
(6)物性分析/设置
(7)选用单元操作模块
(8)连结流股
(9)输入外部流股信息
(10)输入单元模块参数
(11)运行模拟过程
(12)查看结果
(13)输出报告文件
(14)保存模拟项目
(15)退出