程灿灿、崔江、杜鑫、张宏宇、张跃强
西安交通大学
目录
一、化工模拟系统简介 (2)
1.模拟系统的类型 (2)
2.模拟系统的组成部分 (2)
二、Aspen plus软件简介 (3)
1.产品特点 (3)
2）产品线比较长，集成能力很强 (4)
3）包含两种算法 (4)
4）结构完整 (4)
2. 产品功能 (4)
三、煤气化合成氨简介 (5)
1.基本简介 (5)
3.研究现状 (7)
四、Aspen Plus模拟合成氨 (8)
1.设置整体参数 (8)
2.设置组分 (8)
3.定义物性方法 (10)
4.绘制模拟流程图 (11)
5.定义物流 (11)
6.定义各模块 (12)
7.设置收敛条件 (13)
8.设置灵敏度分析 (14)
9.运行模拟 (15)
五、模拟结果的分析 (15)
1煤气化.合成氨综合过程模拟结果 (15)
2.关于合成氨反应器的灵敏度分析 (15)
3.冷凝塔的工况分析 (16)
4.煤气化进气量的分析 (18)
5.最佳工况的总结 (19)
六、本次模拟的总结 (19)
1.取得的成果 (19)
2.本次模拟的局限性 (19)
一、化工模拟系统简介
化工模拟系统(chemical engineering simulation system)又称工艺流程模拟系统，指的是一种计算机辅助工艺设计软件，这种软件接受有关化工流程的输入信息，进行对过程开发、设计或操作有用的系统分析计算。这种软件是20世纪50年代末期随着计算机在化工中的应用而逐步发展起来的。开始只有适用于特定工艺流程（如氨合成、烃类裂解制乙烯等）的专用流程模拟系统，后来逐步发展到适用于各种工艺流程的通用流程模拟系统，到60年代后期化工模拟系统已得到推广应用，成为化工过程的开发和设计以及现有生产操作改进的主要常规手段。 1.模拟系统的类型
化工模拟系统目前主要有四种类型：①稳态流程模拟系统。其基本功能是进行物料和能量衡算，有的还
包括设备尺寸计算、成本估算和经济评价等高级功能。②动态流程模拟系统。用于系统的动态特性计算、控制性能的研究和系统开停车操作的模拟，也用于操作人员的培训。③流程的优化系统。用于系统或全流程的决策变量（操作参数）的优化搜索。④分批处理操作的模拟系统。用于模拟间歇过程的时间安排顺序。
2.模拟系统的组成部分
模拟系统的组成部分通用流程模拟系统（以稳态流程模拟为例）一般至少有以下几个组成部分：
①单元操作和反应过程模块如精馏、换热、闪急蒸馏、蒸馏、流体输送等以及各种反应模块。调用这些基本单元操作模块，在计算机中可以搭成各种各样模拟流程，来描述实际工艺流程。
②物性估算系统包含基础物性数据库和估算关联模型。前者存贮各种化合物的基本物性数据，如分子量、密度、临界压力、临界温度、标准沸点、偏心因子等，以便计算时调用；后者是为计算各种物质（纯物质和混合物）在给定条件下的各种物性所需的估算方程式。例如状态方程、计算液相活度系数的关联式、计算热焓和自由能的关联式等，物性估算系统用以为单元操作模块计算提供所需要的各种物性数据。
③数学方法程序主要有两大类数学程序：一类是系统分解方法，能够使大系统自动分隔和断裂，并排出单元模块的计算顺序；另一类是加速迭代计算收敛和其他通用的数学方法。
④执行系统具有输入语言自动翻译、模拟程序装配和结果打印等功能。
模拟系统的用途化工模拟系统是化工系统工程发展产生的实用性成果，目前在下列各领域已得到广泛应用:①规划工作阶段。对于工艺过程进行可行性分析，对多种方案进行经济评价。②科学研究阶段。进行概念设计可以弄清研究的重点，也可以与实验同时开展数学模
拟试验，两者互相补充，加快研究进度。③放大设计阶段。对于基础设计和初步设计的多方案进行比较，寻求最优化设计，节约基本建设投资。④现有工厂的技术改造和操作优化。可以分析现有生产的能耗或原料消耗漏洞，发现提高生产能力的关键所在，以便有针对性地提出改造方案，也可以在计算机上模拟现场操作，进行调优试验，离线指导生产操作的优化。
二、Aspen plus软件简介
Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。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。该软件经过20多年来不断地改进、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。
1.产品特点
1）产品具有完备的物性数据库
物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为AspenPlus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。
Aspen Plus 数据库包括将近6000 种纯组分的物性数据
1. 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。
2. 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。
3. 固体数据库，包括约3314 种固体的固体模型参。
4. Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。
5. 二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。
6. PURE10 数据库，包括1727 种纯化物的物性数据，这是基于美国化工学会开发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数据库。
7. 无机物数据库，包括2450 种组分（大部分是无机化合物）的热化学参数。
8. 燃烧数据库，包括燃烧产物中常见的59 种组分和自由基的参数。
9. 固体数据库，包括3314 种组分，主要用于固体和电解质的应用。
10. 水溶液数据库，包括900 种离子，主要用于电解质的应用。
Aspen Plus 是唯一获准与DECHEMA 数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus 系统连接。
2）产品线比较长，集成能力很强
Aspen Plus 是Aspen 工程套件（AES）的一个组份。AES 是集成的工程产品套件，有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的AspenTech 家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。
3）包含两种算法
唯一将序贯（SM）模块和联立方程（EO）两种算法同时包含在一个模拟工具中。
序贯算法提供了流程收敛计算的初值，采用联立方程算法，大大提高了大型流程计算的收敛速度，同时，让以往收敛困难的流程计算成为可能。节省了工程师计算的时间
4）结构完整
除组分、物性、状态方程之外，还包含以下单元操作模块：
对于气/液系统，Aspen Plus包含：精馏模型，简捷精馏，严格多级精馏，多塔模型，石油炼制分馏塔，板式塔、散堆和规整填料塔的设计和校核。
对于固体系统，Aspen Plus包含：
文丘里涤气器、静电除尘器、纤维过滤器、筛选器、旋风分离器、水力旋风分离器、离心过滤器、转鼓过滤器、固体洗涤器、逆流倾析器、连续结晶器等。
2. 产品功能
Aspen Plus AspenTech工程套装软件(AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企
业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。Aspen Plus 包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。比如像电解质模拟，Aspen Plus主要的功能如下：
Windows交互性界面：界面包括工艺流程图形视图，输入数据浏览视图，独特的"NEXT"专家向导系统，来引导用户进行完整的、一致的流程的定义。
图形向导：帮助用户很容易地把模拟结果创建成图形显示。
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