1、Introduction to Aspen Dynamics,Course Version:November 2000,Introduction to Aspen Dynamics,Contact Information,Phone:+32(0)2 7240100Email:ATESInternet:http:/Training&Support Services:Isabelle Miller,Introduction to Aspen Dynamics,课程安排-Day 1,1.Aspen Dynamics 概述例子-Aspen Dynamics 的应用练习-脱乙醇塔2.创建一个动态模拟过程
2、 练习-加动态数据3.运行一个动态模拟过程 练习-动态模拟4.建模要点 练习-RPlug Thermal Inertia 练习-Overfilled Vessel,Introduction to Aspen Dynamics,课程安排-Day 2,5.脚本 练习-Scripts6.任务语言 练习-Tasks7.压力驱动的过程模拟 练习-Pressure Driven Simulation8.过程控制 练习-PID Controller Tuning 练习-串级控制(可选),Aspen Dynamics 概述,Objective:Obtain an overview of the feature
3、s of Aspen Dynamics,Introduction to Aspen Dynamics,Aspen Dynamics概述,本节介绍的内容:什么是 Aspen Dynamics?Aspen dynamics的应用实例Aspen Dynamics 用户界面,Introduction to Aspen Dynamics,Aspen Dynamics 和 Aspen Custom Modeler,Introduction to Aspen Dynamics,工作流,Aspen Properties Plus,Aspen Plus,GUI,CreateandEditCustomModels
4、,BrowseModelsandModifyFlowsheet,Aspen Dynamics,Aspen Custom Modeler,Export,TransferModels,Introduction to Aspen Dynamics,什么是 Aspen Dynamics?,用户界面自动生成动态模拟输入定义压力驱动的流程模拟流量驱动的流程模拟 可以浏览动态模型数学方程式必要时可以利用图形界面修改流程引入已有的流程模块动态模拟的自动初始化利用 Aspen Plus 的计算结果,Introduction to Aspen Dynamics,自动插入内置控制器可用 GUI 组态用户控制器可以引
5、入已有的控制模块三相(vapor-liquid-liquid 平衡)计算能力电解质处理能力可与 Polymers Plus 集成支持石油馏分的分析/调和功能,包括石油物性的计算,什么是 Aspen Dynamics?,Introduction to Aspen Dynamics,什么是 Aspen Dynamics?,支持以下模拟运行模式Steady StateInitializationDynamicOptimizationSteady StateDynamic(Optimal Control)EstimationHomotopy（同伦拓展法）Note:本课程不涵盖 optimization
6、,estimation or homotopy 等运行模式,Introduction to Aspen Dynamics,什么是 Aspen Dynamics,利用热量计的结果可以预估动力学参数Simulation Access eXtensions(SAX)可以利用外部程序接口访问和控制模拟过程Windows OLE AutomationNote:Estimation,and SAX 不包括在本课程内,Introduction to Aspen Dynamics,什么是 Aspen Dynamics,利用 OLE for Process Control(OPC)实现在线连接标准 Window
7、s 系统可以与过程控制系统通讯.能够与控制系统或拥有 OPC server 的其他应用系统交换数据，不需要专门的用户接口程序.动态模拟可用于:培训软测量和数据预估以当前装置条件自动初始化的动态预测模型,Introduction to Aspen Dynamics,什么是 Aspen Dynamics,自动生成 DMCPlus 线性模型与 DMCPlus 多变量控制器的接口可在 Aspen Dynamics内部使用 DMCPlus 控制器 可在 Aspen Dynamics内进行阶跃实验可将结果以 DMCPlus Collect 文件格式输出来进行模型识别Note:DMCPlus 接口内容不在本
8、课程,Introduction to Aspen Dynamics,什么是 Aspen Dynamics,Control Design Interface(CDI)Generate linearized model information for use in control packages such as MATLABState-space(A,B,C,D)matricesSteady-state gain matricesRelative Gain Array(RGA)Calculate the Niederlinski Index(NI)Calculate the Morari Res
9、iliency Index(MRI)Note:CDI is not covered in this course,Introduction to Aspen Dynamics,目标:Show how to apply Aspen Dynamics,including the keyfeatures of the user interface.,例子:Aspen Dynamics 的应用,Introduction to Aspen Dynamics,例子:Aspen Dynamics 的应用,水-甲醇的闪蒸过程,Introduction to Aspen Dynamics,初始状态为收敛的流程模
10、拟:StartExample.bkp利用 Aspen Plus 增加动态数据利用动态按钮访问动态数据文件夹动态数据表单需要如下数据：设备几何尺寸 过程热传递方法初始持液量设备热传递包括对环境的热损失自动生成 Aspen Dynamics 的问题文件并带入 Aspen Dynamics中,例子:Aspen Dynamics的应用,Introduction to Aspen Dynamics,用户界面介绍 Process Flowsheet windowSimulation ExplorerAll Items paneContents paneSimulation Messages windowM
11、enu barTools buttonsStatus BarSpecification status windowSpecification analysis window,例子:Aspen Dynamics 的应用,Introduction to Aspen Dynamics,动态模拟的初始化使用最新的“照相”数据运行模拟计算并从预制好的表格和曲线分析结果生成定制的表格和曲线可以通过增加新的PID 控制器模块来修改流程控制方案,例子:Aspen Dynamics的应用,Introduction to Aspen Dynamics,用户界面,Introduction to Aspen Dyna
12、mics,用户界面,带有通常下拉菜单的菜单栏Context-sensitive menus可以快速执行某项动作的工具栏Run,Pause(to stop),Restart,Rewind,New Plot,New Table,etc.包括在线的和随机的帮助关于一些功能和特点的帮助关于建模的假定和模型框架的帮助关于Aspen Dynamics 提供的例子的帮助,Introduction to Aspen Dynamics,帮助主题窗口,Introduction to Aspen Dynamics,用户界面,工艺流程窗口:设备模块和物流的图形化连接设备模块通过物流相连接物流连接到接口接口附着在设备模
13、块上,Introduction to Aspen Dynamics,工艺流程(PFS)窗口,流程图窗口中可以点击鼠标右键弹出菜单,Introduction to Aspen Dynamics,工艺流程窗口,流程通过模块的“拖和放”来构建使用鼠标左键将图例从模拟管理器中拖出放到工艺流程窗口点击鼠标右键弹出流程图操作菜单Flowsheet RMB actions include:Zoom,Pan,Redraw,Print,Find Object,etc块和物流同样拥有自己的弹出菜单,Introduction to Aspen Dynamics,工艺流程窗口,块和物流的右键弹出菜单：访问表格模块和物
14、流的属性 模块和物流的重新命名和删除对图例进行移动,旋转,放大缩小或更换图例重新连接物流的源头和目的地调用计算结果表格,曲线或其他窗体调用变量寻找窗口等等.,Introduction to Aspen Dynamics,工艺流程窗口,接口物流通过连接到设备模块上的接口将模块连接起来通过拖动接口可将接口放在图例周边的任何位置红色接口时必需的 兰色接口是可选的单个接口允许多股物流的连接,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理器窗口,项目总汇窗格包含了在内容窗格中显示的目标所在的文件夹内容窗格中显示的是在项目总汇窗格中选中的文件夹中的内容,Introduction t
15、o Aspen Dynamics,Simulation Explorer Window,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理窗口,模拟文件夹包括:库动态库,包括模型物流类型其他库(如果有许可证的话)用户模型库 由ACM 用户创建的用户库TRAFLOW(two-phase pipeline dynamic simulation module)Note:TRAFLOW is not covered in this course,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理窗口,模拟文件夹包括:流程文件夹 树状显示用于当前模拟的设备模块和物
16、流以及相关的预先编制好的脚本、表格和曲线表格(用户的和预先设置的)包括历史表格在内的结果表格连续和分布的曲线局部变量表(局部变量的应用限定在本流程的编辑器内)任务脚本,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理窗口,模拟文件夹包括:解法器选择窗口可以选择公式的解法,积分器,优化器,诊断输出,误差以及其他的模拟选择,Introduction to Aspen Dynamics,Solver Properties Window,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理窗口,模拟文件夹包括:全局变量表应用在模拟中的全局变量的详细内容,Intr
17、oduction to Aspen Dynamics,Globals Table Form,全局变量表,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理窗口,模拟文件夹包括:组分表流程中所定义的组分名称和物性方法表,Introduction to Aspen Dynamics,组分表窗口,Introduction to Aspen Dynamics,模拟管理窗口,模拟文件夹包括:诊断 报告计算公式和变量在模拟计算中的进展信息(只在运行计算中或计算后得到),Introduction to Aspen Dynamics,模拟信息窗口,显示来自解法器的诊断信息 显示来自脚本,任
18、务的输出,编辑等的信息右键弹出菜单动作:改变解法器的报告等级 选择信息输出地点屏幕文件清除模拟信息窗口的内容,Introduction to Aspen Dynamics,模拟信息窗口,Simulation Messages Window with RMB Menu,Introduction to Aspen Dynamics,定义状态条和窗口,定义状态条和窗口 颜色会告诉使用者定义的状态 Green for Go当流程被修改时会自动更新定义双击状态按钮将访问定义状态窗口激活定义分析窗口记录定义的变化激活变量寻找窗口(将在后面讨论)创建流程脚本(脚本将在后面讨论),Introduction t
19、o Aspen Dynamics,定义状态窗口,Specification Status Window-General,Introduction to Aspen Dynamics,定义状态窗口,Specification Status Window-Fixed Changes,Introduction to Aspen Dynamics,作业(15 分钟):脱乙烷塔,目的:用Aspen Plus 对脱乙烷塔进行稳态模拟 完成塔的设计计算，用严格精馏法确定塔径,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(1),工艺描述 这是对来自乙烯厂的一个脱乙烷塔的模拟.进
20、料来自脱甲烷塔且温度较脱乙烷塔低.因此进料首先用C2预热以适应脱乙烷塔的工况.闪蒸后的气相和液相分别送到塔的最合适的进料位置.再沸器用急冷水加热，冷凝器用C3 冷却.控制目标是要分开C2s 和 C3s.尽管塔顶的C3s 超标会导致下游C2分离出现问题，但仍将塔底的 C2s 浓度作为硬性指标.,Introduction to Aspen Dynamics,Workshop:Deethanizer Tower(2),E101,C2IN,HCFEED,C2OUT,FLASHFD,T101,VAPFEED,LIQFEED,C2PROD,C3PROD,D101,C2OUT,Introduction to
21、 Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(3),已经准备了一个 backup 文件 Start-Deethanizer.bkp.工艺流程已经构建好,组分表,物性方法,进料物流(C2IN and HCFEED)组分都已规定完毕.剩下的工作是要补充其他所需数据,并且进行塔的设计计算(求出塔径).1.打开 ASPEN PLUS 并打开Start-Deethanizer.bkp 文件 2.用下页提供的数据完成模拟所需的条件输入3.运行模拟计算,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(4),Property Method:PSRKFeed StreamsHCF
22、EEDC2INMass Flowrate Kg/hr:92,000150,000Temperature C:-170Pressure Bar:21.025Mole fractions:Methane:0.003 Ethane:0.1451.000Propane:0.032Ethylene:0.615Propylene:0.205,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(5),Flash drum D101:FLASH2 block with adiabatic flashHeat Duty=0.0 Pressure drop=-0.1 Bar(value=
23、0.0 is pressure drop),Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(6),Pre-heater E101:Shortcut HEATX block with cold-side outlet temperature specified.Hot side inlet stream:C2INCold side inlet stream:HCFEEDSpecification:Cold stream outlet temperature=-12.8 CHot side pressure drop=-0.2 Bar(value=0.0 is pre
24、ssure drop)Cold side pressure drop=-0.2 Bar(value=0.0 is pressure drop),Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(7),De-ethanizer Column T101:Number of stages=21 Total condenserDistillate rate(mass)=62541 Kg/hrReflux ratio(molar)=0.6Feeds:Liquid to stage 13,ON-STAGE;Vapor to stage 17,ON-STAGEPressures:
25、Stage 1/Condenser=20 bar;Stage 2 pressure=20.1 barStage pressure drop=0.01 bar,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(8),Column Results Summary-Condenser/Top stage,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(9),Column Results Summary-Reboiler/Bottom stage,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(10),De-eth
26、anizer Column Tray Sizing:4.From the Data browser explorer view,expand the blocks object.Under Blocks,select block T101 object and expand.Select Tray Sizing and create a new TraySizing object with the following data;Starting stage:2,Ending stage:20Tray type:Sieve Number of passes=25.重新运行计算 注意计算出的塔板直
27、径是多少?6.保存你的模拟为 backup 文件，下次作业要用.,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔(11),Tray Sizing Results Summary,Introduction to Aspen Dynamics,作业:脱乙烷塔,Review,创建一个动态模拟,Objective:Describe and understand the data required to create a dynamic simulation input from a converged Aspen Plus flowsheet,Introduction t
28、o Aspen Dynamics,完成动态模拟输入,这部分将要介绍以下问题：访问动态数据表格增加动态模拟所需的数据 创建动态问题文件,Introduction to Aspen Dynamics,To view Dynamic Toolbarmake sure Dynamic check box is selected from Toolbars dialogue box under View menu,访问动态数据表格,先从动态工具条中调出动态按钮然后按下,Introduction to Aspen Dynamics,增加动态数据,动态数据用于以下计算:容器的几何尺寸(计算容器体积时所需)容
29、器的初始持液状态(用于计算持液量)过程的热传递方法设备热传递选择设备的热容 环境的热损失严格精馏塔的水利学和压降计算,Introduction to Aspen Dynamics,容器的几何动态数据,容器类别瞬间平衡 对大多数容器的缺省类型 不需要容器的几何尺寸立式卧式容器几何尺寸封头类别椭圆半球平面长度直径,Introduction to Aspen Dynamics,容器的几何数据表,Vessel Geometry Data Form-Flash Drum,Introduction to Aspen Dynamics,容器的几何结构,Introduction to Aspen Dynami
30、cs,容器的初始条件表,Introduction to Aspen Dynamics,过程热传递选择,恒定热负荷 缺省定义(不需要增加进一步数据)恒定的热/冷媒温度热负荷取决于工艺介质温度和热/冷媒温度的温差当稳态热负荷Q 等于零时，缺省为恒定热负荷计算LMTD(log mean temperature difference)热负荷取决于工艺介质温度和热/冷媒温度的对数平均温差,Introduction to Aspen Dynamics,过程热传递选择表,Heat Transfer Option Form,Introduction to Aspen Dynamics,恒定热负荷选择,在动态模
31、拟中负荷是一个“fixed”类型的变量初始值为在稳态 Aspen Plus 计算的结果在动态模拟中热负荷能够被控制 可以通过人为改变数值直接控制也可以通过 PID 调节器控制,Introduction to Aspen Dynamics,恒定温度选择,在动态输入表格中定义热/冷媒的温度在动态模拟中可以直接或用调节器改变热/冷媒的温度计算方程:Q=UA.(T_process T_medium)这里:Q=热负荷UA=总传热系数与传热面积乘积T_process=工艺介质温度T_medium=热/冷媒温度,Introduction to Aspen Dynamics,LMTD 选择,1 Q=UA.LM
32、TD2 Q=Fmmed.Cpmed.(Tmed_Out Tmed_In)变量 说明LMTD 对数平均温差Fmmed 热/冷媒质量流量Tmed_In 热/冷媒进口温度Tmed_Out 热/冷媒出口温度Cpmed 热/冷媒定义热容UA 总传热系数与传热面积乘积,Introduction to Aspen Dynamics,LMTD 选择,This variableHas a value thatTmed_in“fixed”型变量,但是能在动态模拟中控制 T_approach 在动态模拟中是一个变化的值Cpmed在动态模拟中为“fixed”型变量,Introduction to Aspen Dyna
33、mics,设备传热,当设备温度发生较大变化时设备的热容就显得十分重要，这种情况一般发生在开车、停车或泄压时。所需数据设备质量 设备热容,Introduction to Aspen Dynamics,设备传热,环境传热 当工艺过程对环境温度的变化敏感时，环境的传热就十分重要了所需数据设备重量 设备热容 总传热系数环境温度在全局定义表单上输入环境温度(或压力),Introduction to Aspen Dynamics,设备热传递表,Equipment Heat Transfer Form-Flash Drum,Introduction to Aspen Dynamics,Setup Specifications Global Sheet,Introduction to Aspen Dynamics,严格精馏法的水利学计算,简单计算(缺省)TrayPacking带有压力修正的严格计算Tray
