1、簡介什么是Process FlowsheetProcess Flowsheet（流程圖）可以簡單理解為設備或其一部分的藍圖.它確定了所有的給料流,單元操作,連接單元操作的流動以及產物流.其包含的操作條件和技術細節取決于Flowsheet的細節級別.這個級別可從粗糙的草圖到非常精細的復雜裝置的設計細節.對于穩態操作,任何流程圖都會產生有限個代數方程。例如,只有一個反應器和適當的給料和產物,方程數量可通過手工計算或者簡單的計算機應用來控制。但是,當流程圖復雜程度提高,且帶有很多清洗流和循環流的蒸餾塔、換熱器、吸收器等加入流程圖時,方程數量很容易就成千上萬了。這種情況下,解這一系列代數方程就成為一個

2、挑戰。然而,叫做流程圖模擬的電腦應用專門解決這種大的方程組,Aspen PlusTM,ChemCadTM,PRO/IITM。這些產品高度精煉了用戶界面和網上組分數據庫。他們被用于在真是世界應用中,從實驗室數據到大型工廠設備。流程模擬的優點在設備的三個階段都很有用：研究&發展,設計,生產。在研究&發展階段,可用來節省實驗室實驗和設備試運行；設計階段可通過與不同方案的對比加速發展；生產階段可用來對各種假設情況做無風險分析。流程模擬缺點人工解決問題通常會讓人對問題思考的更深,找到新穎的解決方式,對假設的評估和重新評估更深入。流程模擬的缺點就是缺乏與問題詳細的交互作用。這是一把雙刃劍,一方面可以隱藏問

3、題的復雜性使你專注于手邊的真正問題,另一方面隱藏的問題可能使你失去對問題的深度理解。歷史AspenPlusTM在密西根大學界面基礎啟動AspenPlus,一個新的AspenPlus對象有三個選項,可以Open an Existing Simulation,從Template開始,或者用BlankSimulation創建你的工作表。這里選擇blank simulation。Aspen PlusTm的模擬引擎獨立于它的圖形用戶界面（GUI）。你可以在一個電腦上使用GUI創建你的模擬,然后運行連接到另一個電腦的模擬引擎。這里我們使用Local PC模擬引擎。缺省值不變。點擊OK。下一步就是Aspen

4、 PlusTM主應用窗口空白的流程圖窗口。先熟悉下界面。狀態信息Flowsheet Not Complete一直持續到完整的流程描述進入窗口,完成后狀態信息會變為Required Input Incomplete（所需輸入未完成）。一個模擬只有在狀態信息顯示Required Input Complete（所需輸入完成）時才能運行。對于最簡單的流程圖,必須有兩股物流,一個FEED,一個PRODUCT,連接到單元操作設備,叫做REACTOR。模型庫工具條（Model Library Toolbar）：這個工具條包含Aspen Plus不同操作單元的內置模型。文件有三種保存模式：Aspen Plus

5、文件,Aspen Plus備份文件和模板。Aspen Plus文件可保存結果和運行信息,但這是個二進制文件；備份文件則是標準的ASCII文本文件。如果你是Aspen Plus專家,你可以直接在文件中更改,并作為輸入從命令行發送到模擬器,把文件從一臺機器傳送到另一臺很容易,但是里邊不再含有結果和運行信息。最后,項目和被保存為模板作為另一個模擬的起點。如果你正在一個項目上工作,則應該保存為Aspen Plus文件,備份格式的文件將自動建立。反應器模型有7個內置的反應器模型,RSTOIC（化學計量反應器）、RYIELD（產率反應器）、REQUIL（平衡反應器）、RGIBBS（Gibbs反應器）、RP

6、LUG（平推流反應器）、RCSTR（全混釜反應器）、RBATCH（間歇釜反應器）。RPLUG,RCSTR,RBSTCH是嚴格對應平推流、全混釜反應和間歇反應的。RSTOIC用于化學計量數已知但反應動力學未知活可忽略的情況。如果反應動力學和化學計量數都未知,則應用RYIELD。對單相化學平衡或均相和化學平衡計算,應用REQUIL或RGIBBS。REQUIL計算基于同時解決化學計量數和相平衡計算,RGIBBS通過Gibbs自由能最小化解決模型。除了RPLUG和RBATCH,所有模型可有任意數量的物料流.這些物料流內部混合.嚴密的模型可包括內置的冪次定律或Langmuir-Hinschelwood-

7、Hougen-Watson動力學或用戶自定義的動力學.自定義的動力學可以用Fortran子程序或者excel工作表格定義.例題:苯的高溫分解本教程將介紹苯高溫分解反應用于Aspen Plus中RPLUG.Diphenyl(C12H10)聯苯是很重要的工業媒介,其一種生產方案為苯(C6H6)的高溫分解脫氫,過程中,二級反應還生成了triphenyl（C18H14）三苯。反應如下： Murhpy,Lamb和Watson對最初由Kassell實施的這個實驗得到一些實驗數據.試驗中,液態苯蒸發,加熱到反應溫度,進入平推流反應器,產物流冷凝,分析組分。結果如下反應器尺寸：L=37.5in,D=0.5in

8、速率方程：速率常數：平衡常數：參數值：E1=30190cal/mol；E2=30190cal/molA1=7.4652E6lbmole/h/ft3/atm2；A2=8.6630E6 lbmole/h/ft3/atm2A=-19.76；B=-1692；C=3.13；D=-1.63E-3；E=1.96E-7A=-28.74；B=742；C=4.32；D=-3.15E-3；E=5.08E-7P=14.69595psiR=1.987cal/mol/K練習：根據實驗課指示,在Aspen Plus中使用手冊復制T=1400F和p=1atm時表1 的數據。實驗和模擬的摩爾分率誤差是多少？教程流程圖我們從添加

9、反應器開始。選中反應器,插入流程圖窗口,這時,窗口上有代表平推流反應器的圖片出現,Aspen術語叫做Block（塊）,默認名字為B1.選擇工具條上Streams選項。Aspen有三種不同的物流種類：物質流,熱流和功流。物質流為默認圖標。選擇物流圖標后在流程圖B1左邊向B1畫一道線。當接近塊時,會看到兩個亮起來的箭頭。紅線是必須的給料,藍線是可選的加熱或冷卻流體的入口。選擇紅線連接給料流。物流的默認名稱為S1.同樣的,連接產品流。完成后,流程圖如下圖所示。仍有兩個亮的藍色箭頭表示所需熱負荷。這是可選的,我們繼續下一步。看到狀態欄從Flowsheet Not Complete變為Required

10、Input Incomplete,點擊流圖標上的箭頭,隱藏藍色箭頭,此時可以自由移動流程圖上的圖標,從而安排連接。需要注意的是：將流和塊對齊。選中流程圖上的所有圖標,右擊出現菜單,選中Align Blocks。如果只是選中一個圖標,出現的菜單將不同。可以重命名流程圖中的圖標。選中圖標,右擊出現菜單,選擇Rename Block。重新命名為FEED、PRODUCT、REACTOR。到此,流程圖繪制完畢,剩下的參數在輸入表格中完成。當不知道下一步該做什么,最簡單的做法是點擊Next Button。這個按鈕會帶你進入下一步,或告訴你還缺少什么。此時,流程圖完成了,但是還缺少必須的輸入參數。點擊將顯示

11、組分輸入表格點擊上圖中的OK,進入組分部分,數據瀏覽器。按圖中所示,輸入數據。Component ID就是組分的身份。這里組分比較簡單,使用化學式作為身份。從身份,Aspen可以調出名字和化學式。第四種沒有調出,是因為這個化學式有三種同分異構體：間三聯苯,對三聯苯,鄰三聯苯。在名稱欄輸入Terphenyl,會出現選擇M-terphenyl,點擊Add。到下一步藍色的核對標記表示這部分的最低要求達到了。這是點擊下一步將進入下一個輸入表格。這里先來修改Setup部分的默認值。Setup 輸入表格在Report Options中有一個有用的自定義,如下圖所示雖然是可選項,但是輸入一個標題來描述你的項

12、目還是一個很好的主意。下面兩頁提出兩個建議。下一步,進入Properties輸入表格。Properties輸入表格在這一部分設置不同組分的物性。因為壓力夠低,這里選擇理想條件。SYSOP0是Aspen中液相和氣相理想特性的物性方法。從Help菜單選擇whats this？可以得到對象的特性。大多數時候一個黃色的提示框會給出合理的描述。Streams輸入表格假設給料是大氣壓下的純苯。Blocks輸入表格現在輸入反應器參數。首先假設入口條件為等溫。然后進入反應器尺寸,輸入多管反應器參數最后,定義反應方程這里設為冪次定律動力學Reactions輸入表格這些表格中,首先要輸入每個反應所有組分的化學計量系數和冪次定律系數,然后進入kinetics標簽。在Aspen中,我們將2個可逆反應描述為4個獨立的反應,每個都有自己的動力學表達式。選擇New繼續,按照建議的參數填寫。下一步輸入第一個反應的逆反應。這里所有的化學計量數都以“1摩爾苯”為基準,這一點很重要。以此類推,寫完4個方程,結果如下動力學系數kinetics coefficients在下面詳細介紹,這和動力系數kinetic factor的表達不同。這是對反應速率常數的更普遍的定義。當T0忽略時Aspen默認返回Arrhenius方程。這里的k必須是SI單位制,不管其他地方用的什么單位。所有需要的輸入都完成了,準備好運