文档介绍：Aspen Plus 在化工设计及模拟中的应用
(摘自方利国等编《计算机在化学化工的应用》第九章,化学工业出版社,2003 年)

Aspen P1us 是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件,它几乎能满足大多数化工设
计及计算的要求,其计算结果得到许多同行的认可,该软件也和其他软件一样在不断地升级。在美国能
源部的拨款资助下,麻省理上学院化工系有关教授组织了一个由高等学校和企业部门各方人员参加的开
发小组,集中进行新一代化工流程模拟系统的开发,于 1979 年初开发成功 Aspen,并投入使用。1981
年专门成立了一家公司接管了这套系统的继续开发和完善工作,同时软件更名为 Aspen P1us。它被用于
化学和石油工业、炼油加工、发电、金属加工、合成燃料和采矿、纸浆和造纸、食品、医药及生物技术
等领域,在过程开发、过程设计及老厂的改造中发挥着重要的作用。该软件主要由三部分组成,简述如
下。
(1))物性
在物性部分中包括基础物性数据库、热力学性质和传递物性,下面分别加以介绍。
①基础物性数据库
Aspen Plus 32 类近 900 种纯物质的物性,主要有:
分子量、Pitzer 偏心因子、临界性质、标准生成自由能、标准生成热、正常沸点下汽化浴热、回转半径、
凝固点、偶极矩、比重等。同时还有:理想气体热容方程式的参数、Antoine 方程的参数、液体焓方程系
数。对 UNIQAC 和 UNIFAC 方程的参数也收集在数据库中,在计算过程中,只要所计算的组分在物性
数据库中存在,则可自动从数据库中取出基础物性进行传递物性和热力学性质的计算。
②燃烧物数据库
燃烧物数据库是计算高温气体性质的专用数据库。该数据库含有常见燃烧物的 59 种组分的参数,
其温度可高达 6000K,而用 Aspen P1us 主数据库,当温度超过 1500K 以上时,计算结果就不精确了。燃
烧物数据库只适用于部分单元操作模型对理想气体的计算。
⑧热力学性质和传递物性
在模拟中用来计算传递物性和热力学性质的模型和各种方法的组合共有 43 种,主要有:
计算理想混合物汽液平衡的拉乌尔定律、烃类混合物的 Chao-Seader、非极性和弱极性混合物的
Redlich-Kwong-Soave、BWR-Lee-Starling、Peng-Robinson。对于强的理想液态混合物的活度系数模型主
要有 UNIFAC、Wilson、NRTL、UNIQUAC,另外还有计算纯水和水蒸气的模型 ASME 及用于脱硫过程
中含有水、二氧化碳、硫化氢、乙醇胺等组分的 Kent-Eisenberg 模型等。
有两个物性模型分别用于计算石油混合物的液体粘度和液体体积。对于传递物性主要是计算气体和
液体的粘度、扩散系数、导热系数及液体的表面张力。每—种传递物性计算至少有一种模型可供选择。
(2)单元操作
ASPEN PLUS 中共有二十多个单元操作模型。如混合、分割,还包括:间歇反应器、多塔精馏、灵
敏度分析和工况分析模块。
①间歇反应器
用来模拟单相或两相间歇式反应器。反应器可有一个连续进料或一个连续出料。采用缓冲罐的办
法使间歇反应器与模拟流程的稳态物流相连接。
②多塔精馏
用于对多个多级分馏装置相互联接系统的严格模拟。能处理带有侧流汽提、泵循环旁路和外部换
热器的复杂分馏操作。
③工况分析
为了对同一流程作几种操作工况的运行分析,可采用工况分析模块进行模拟外,还要对一系列工
况中的每个工况进行流程模拟。
④灵敏度分析
用户通过给定某一变量作为灵敏度分析变量,通过改变此变量的值模拟出操作结果的变化情况。
(3)系统实现策略
对任一模拟系统软件,有了数据库和单元模块之后还应有以下几项。
①数据输入
ASPEN PLUS 的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。输入文件中还可包括注解和插入的 FORTRAN 语句,
输入文件命令解释程序可转化成用于模拟计算的各种信息。这种输入方式使得专家用户使用起来特
别方便。
②解算策略
ASPEN PLUS 所用的解算方法为序贯模块法,对流程的计算顺序可由用户自己定义,也可由程序
自动产生。对于有循环回路或设计规定的流程必须迭代收敛。所谓设计规定是指用户希望规定某处的变
量值达到—定的要求,例如要规定某产品的纯度或循环流股的杂质允许量等。对设计规定通过选择一个
模块输入变量或工艺进料流股变量,加以调节以使设计规定达到要求值。关于循环物流的收敛方法有:
威格斯坦法(