化工流程模拟Aspen Plus实例教程（钟立梅）

《化工流程模拟Aspen Plus 实例教程》采用Aspen Plus V8.6 版本，对其中的常用模型及分析功能进行了系统介绍。在第1、2 章初识Aspen Plus 软件及其模拟入门以后，第3 章介绍了简单模型如简单分离器、压力改变模型、传热设备的模拟，第4～9 章分别介绍了反应器、塔、石油精馏塔、Aspen 间歇模块、固体模拟、物性相关计算等流程的模拟与分析。本书各章节通过综合案例对各模型进行集中讲解，并配备操作视频二维码，以帮助读者形象直观的快速入门，也方便课堂教学。本书各章节内容相对独立，读者可根据需求选择性阅读。

《化工流程模拟Aspen Plus 实例教程》可作为高校化工类专业本科生和研究生的教材，也可供石油化工行业的科研、设计、工程技术人员参考。

 

钟立梅，青岛科技大学化工学院，中国化工企业管理协会特聘讲员，每年面向社会举办Aspen软件培训1-2期。

长期担任青岛科技大学化工学院（每年9个班）及高密校区化工专业（每年4-6个班）的化工工艺模拟与计算课程教学任务。

2010年主讲的化工工艺模拟与计算课程作为课程群之一的“化工设计课程群教学团队”获山东省立项。

2011年获青岛科技大学化工学院教学效果优 秀奖。

2010年至今，连年指导学生参加全国化工设计大赛，获得全国特等奖一项，一等奖数项。化工工艺模拟与计算课程因主讲Aspen软件，深受学生欢迎。

主要从事化工模拟、气体净化、传质分离等领域科研及教学工作，参与在研及已结题国家自然科学基金及企业项目多项，在国内外期刊上发表教学及科研论文数篇。

 

第1 章 Aspen Plus 软件初识 / 1

1.1 化工流程模拟简介                                       1

1.1.1 数学模型及求解方法                                   1

1.1.2 化工流程模拟软件的功能                           2

1.1.3 化工流程模拟系统的发展历程                   2

1.2 AspenTech 系列产品                                   3

1.2.1 工程套件                                                      3

1.2.2 生产套件                                                       4

1.2.3 供应链套件                                                   5

1.3 Aspen Plus 软件的主要功能特点            5

1.3.1 完备的物性数据库                                       5

1.3.2 丰富的流程模拟功能                                   7

1.3.3 开放的环境                                                   8

第2 章 Aspen Plus 模拟入门 / 9

2.1 模拟案例                                                         9

2.2 新建文件                                                       10

2.3 设置Properties 环境                                  12

2.3.1 定义组分                                                    12

2.3.2 设置物性方法                                            12

2.4 设置Simulation 环境                                 13

2.4.1 建立流程                                                    13

2.4.2 输入进料条件                                            16

2.4.3 设置模型参数                                            16

2.5 运行模拟并查看结果                                18

2.5.1 运行模拟                                                    18

2.5.2 查看结果                                                    19

2.6 修改流程重新模拟                                     20

2.6.1 建立流程                                                    20

2.6.2 设置模型参数                                            21

2.6.3 运行模拟并查看结果                                 21

2.7 结果输出                                                       22

2.7.1 在流程图上添加结果                                 22

2.7.2 查看及生成报告                                         23

2.8 Aspen Plus 功能详解                                 24

2.8.1 模板                                                             24

2.8.2 用户界面                                                     30

2.8.3 检索组分                                                     35

2.8.4 物性方法的选择                                         36

2.8.5 全局设定                                                     39

2.8.6 编辑流程图                                                 54

2.8.7 模型库                                                         55

2.8.8 Mixers/Splitters 模型功能详解                  58

本章练习                                                                  66

第3 章 简单模型 / 67

3.1 简单分离器                                                  67

3.1.1 模拟案例                                                    68

3.1.2 流程模拟                                                    69

3.1.3 Aspen Plus 功能详解                                 72

3.2 压力改变设备                                              82

3.2.1 模拟案例                                                     83

3.2.2 流程模拟                                                     84

3.2.3 Aspen Plus 功能详解                                  92

3.3 传热设备                                                     125

3.3.1 模拟案例                                                  125

3.3.2 Heater 模型                                               126

3.3.3 HeatX 模型                                               127

3.3.4 MHeatX 模型                                           139

3.3.5 HXFlux 模型                                             142

3.3.6 Mult 模型                                                  143

3.3.7 Aspen Plus 功能详解                                143

本章练习                                                                180

第4 章 反应器 / 181

4.1 模拟案例                                                     182

4.2 质量守恒反应器模型——RStoic 和RYield                                                         182

4.2.1 定义组分及物性方法                               183

4.2.2 建立流程并输入进料条件                       183

4.2.3 设置模型参数                                          184

4.2.4 运行模拟并查看结果                               186

4.2.5 Aspen Plus 功能详解                               187

4.3 平衡反应器模型——REquil 和RGibbs                                                      194

4.3.1 建立流程                                                  194

4.3.2 设置模型参数                                           194

4.3.3 运行模拟并查看结果                               195

4.3.4 Aspen Plus 功能详解                                196

4.4 严格动力学反应器模型——RCSTR、RPlug 和RBatch                                        202

4.4.1 建立流程                                                   202

4.4.2 设置模型参数                                           203

4.4.3 运行模拟并查看结果                               207

4.4.4 添加计算器                                               209

4.4.5 Aspen Plus 功能详解                                212

本章练习                                                                246

第5 章 塔 / 248

5.1 普通精馏                                                     248

5.1.1 模拟案例                                                  249

5.1.2 精馏塔简捷设计模型——DSTWU         249

5.1.3 精馏塔简捷校核模型——Distl               260

5.1.4 多级汽-液分离塔严格计算模型——RadFrac                                                     264

5.2 特殊精馏                                                     303

5.2.1 共沸精馏                                                  303

5.2.2 三相反应精馏                                          315

5.3 速率吸收/精馏                                           323

5.3.1 模拟案例                                                   323

5.3.2 流程模拟                                                   324

5.3.3 RadFrac 模型功能详解——Rate-Based模式                                                            330

5.4 萃取塔——Extract                                    336

5.4.1 模拟案例                                                   336

5.4.2 流程模拟                                                   336

5.4.3 Extract 模型功能详解                              339

本章练习                                                                340

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化学工业是许多国家的基础支柱产业。随着经济的飞速发展和社会的不断进步，化学工业日益要求改进现有装置，开发更节能环保、更经济的工艺。化工流程模拟技术因其成本低廉、开发周期短、计算结果可靠等优势，在新工艺开发、旧装置改造及生产调优等方面正逐渐取代传统的试验方法，在世界各国的化工设计院、科研院所、高校及企业单位中得到日益广泛的应用。此外，随着工业自动化水平的提高及人工智能的迅速发展，化工流程模拟软件在生产过程控制和辅助管理等方面的应用也愈来愈广泛。

Aspen Plus 是美国能源部于1981 年委托麻省理工学院开发完成的大型流程模拟软件，经过多年的不断发展完善，其模型的可靠性和增强功能已被全球数以百万计的实例所证实。Aspen Plus 用于流程模拟，在从装置的研发到工业生产的整个生命周期中，都会带来巨大的经济效益。

本书采用Aspen Plus V8.6 版本，针对Aspen Plus 中的常用模型及分析功能进行了系统、详细的讲解，内容包括简单模型（简单分离器、压力改变设备、传热设备）、反应器、塔、石油精馏塔、Aspen 间歇模块、固体模拟、物性相关计算及设计规定、灵敏度分析和计算器等流程模拟与分析功能。另外，本书还介绍了间歇精馏塔及间歇反应器专用模拟计算软件AspenBatch Modeler。各章节通过综合案例对各模型进行集中讲解，并配备操作视频二维码，读者对相关模型可进行直观比较，便于快速入门，也便于教师的课堂教学。配合各章节案例，进一步详细介绍模型的功能，读者可以方便地理解并掌握软件功能。各章内容相对独立，读者可根据需求选择性阅读。

本书第1 章的模拟软件介绍及部分习题参考了一些专家的研究论文、著作及资料（具体可见参考文献），后续各章的软件功能详解及部分习题参考了AspenTech 公司的帮助文件，在此向相关专家及AspenTech 公司致以郑重感谢！本书从初具雏形到最终完成，是在仇汝臣教授的大力支持和督促下完成的，视频由孙金明录制完成，在此向两位良师益友致以最诚挚的谢意！另外，还要感谢（包括但不限于）张建海、黄志伟、祝汉收、赵宏图、宋宣霖、任琪、秦俏、李阳、丁之皓、魏辉、李园、茅学曼、刘童等研究生及本科生，在本书编写过程中不断阅读并给出宝贵的修改意见。感谢青岛科技大学化工学院田文德副院长、刘福胜院长及相关学校领导对本书出版工作的大力支持，感谢化学工业出版社的编辑在本书出版过程中给予的真诚帮助和付出的辛苦工作！最后，感谢家人对我的照顾及无私支持！

由于作者水平有限，不足之处在所难免。恳请读者不吝赐教，批评指正。

编 者

2019 年7 月