化工過程模擬實訓：Aspen Plus教程(第二版)（簡體書）

《化工過程類比實訓——Aspen Plus教程》（第二版）以Aspen Plus V8.4為類比軟體，結合過程實例系統介紹了Aspen Plus的操作步驟以及應用技巧。本書內容相較第一版更加完善。全書共分為14章，第1章介紹化工過程類比的基礎知識；第2章介紹流程建立的基本操作步驟；第3章介紹物性方法；第4~8章介紹Aspen Plus中各單元操作模組應用方法和技巧；第9章介紹Aspen Plus中基本的流程選項和模型分析工具；第10章介紹複雜精餾過程模擬；第11章介紹工藝流程類比的步驟和經驗；第12章介紹流程以及RadFrac模組的收斂技巧和策略；第13章介紹石油蒸餾過程模擬；第14章介紹簡單動態類比。附錄部分介紹了Activated Energy Analysis、Column Analysis以及CUP-Tower的功能與應用。每章節中的例題均有具體的說明與詳盡的解題步驟，讀者按書中的說明與步驟進行學習即可逐步掌握Aspen Plus軟體的使用方法和技巧。本書中的典型例題配有演示視頻，可通過掃描二維碼觀看。
本書可作為高等學校化工相關專業本科生和研究生的教學參考書，也可為石油與化工等領域從事過程開發、設計與生產管理的工程技術人員提供參考。

孫蘭義

中國石油大學（華東）教授，長期從事化工流程模擬、優化與節能，節能型精餾技術的開發，反應精餾工藝過程開發，新型高效塔板與填料的開發，油品加氫反應器工程化等方面的研究，取得了一系列研究成果，發表相關論文五十餘篇。主持多項國家和省部級課題，包括國家自然科學基金“自熱回收精餾過程的優化與控制研究”、國家自然科學基金“隔壁塔與反應精餾耦合過程的設計與優化研究”、山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金“催化精餾隔壁塔建模與優化控制研究”、教育部博士點基金“隔壁式催化精餾塔的性能研究”、中國石油科技創新基金“異丁烷脫氫制異丁烯高效催化劑及反應過程研究”等。
開發了甲醇氣相脫水法制二甲醚、二甲醚制汽油、酯交換法合成碳酸二乙酯等多個工藝包，先後被多家公司採用。在新型高效塔板與填料方面，擁有近十項專利技術，先後用於百餘座新建塔器設計與舊塔改造，“浮閥和固閥一體化的複合浮閥”榮獲山東省專利獎三等獎。開發的塔器水力學計算軟件CUP-Tower，被中石油、中石化旗下的多家設計院採用。對多家煉油廠的生產裝置行了夾點分析與換熱網絡能量系統優化，取得了明顯的節能降耗效果。

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典型例題配有二維碼，掃描可觀看例題演示視頻

前言
化工過程模擬是化學工程技術人員解決化工過程問題時普遍採用的技術手段，Aspen Plus作為化工過程模擬的重要軟件之一，經過30多年的不斷發展和改進，得到了越來越廣泛的應用。很多工程公司、設計院和高校都是Aspen Plus的用戶，其已成為公認的標準化工過程模擬軟件之一。Aspen Plus具有龐大的數據庫和完備的單元操作模塊，能夠處理多種複雜體系，並對模擬過程中的物料和能量衡算、各單元操作模塊參數、物流性質等進行嚴格計算，為工業過程的模擬與優化提供相對可靠的參考。
《化工流程模擬實訓——Aspen Plus教程》（第一版）詳細介紹了Aspen Plus軟件的操作步驟以及應用技巧，注重應用與原理的結合。第一版自出版以來便受到廣大化工科研與設計人員、高校師生的歡迎。第一版中的所有例題均以Aspen Plus V7.2為模擬軟件，但是隨著Aspen Plus軟件的不斷更新，其操作界面已經發生較大變化，給初學者的學習與應用帶來不便，特對其進行改編。第二版書名由《化工流程模擬實訓》改為《化工過程模擬實訓》，所有例題均採用Aspen Plus V8.4進行模擬介紹。針對第一版的問題與不足，已在本書中進行修改，內容更加充實，能夠滿足廣大讀者的需求。
考慮到物性方法的重要性，本書對第3章內容進行了較大改動，重點介紹物性方法的應用、物性分析、估算與回歸。第10章複雜精餾過程模擬新增變壓精餾、熱泵精餾以及內部熱耦合精餾三節。第11章工藝流程模擬新增模擬實例——甲苯甲醇側鏈烷基化製苯乙烯一節，進一步介紹了過程模擬中的經驗和技巧。鑑於讀者對動態控制模擬的學習需求，新增第14章動態模擬入門，介紹Aspen Plus Dynamics在過程控制中的應用，以便讀者掌握動態控制的基本操作過程。本書中的典型例題配有演示視頻，可通過掃描例題附近的二維碼觀看。此外，本書附錄對Activated Energy Analysis、Column Analysis以及CUP-Tower進行了簡單介紹，可增強讀者對相關軟件的了解並掌握使用方法。
讀者可以發送郵件獲取本書例題和習題模擬源文件。通過學習本書，初學者可以快速熟悉Aspen Plus的各項功能，具有一定軟件應用基礎的讀者能夠進一步提升對Aspen Plus和相關軟件的認識。
由於編者水平有限，書中不妥之處，懇請讀者批評指正。
編者
2017年５月

第一版前言
從20世紀50年代開始，人們就開始利用計算機解決化工過程的數學問題，目前化工過程模擬已成為化學工程技術人員普遍採用的技術手段。隨著計算機計算能力的快速提高以及軟件技術的迅速發展，模擬計算的準確性和可靠性大大增強，應用範圍不斷拓寬，在化工過程開發、設計、生產操作的控制與優化、操作培訓和技術改造等方面均有應用。Aspen Plus是基於穩態化工模擬、優化、靈敏度分析和經濟評價的大型化工流程模擬軟件，由美國Aspen Tech公司研發，是唯一能處理帶有固體、電解質、生物質和常規物料等複雜體系的流程模擬系統。
本書詳細介紹了Aspen Plus軟件的操作步驟以及應用技巧，注重其應用與原理的結合。內容共分14章，主要包括化工過程模擬的基本知識，流程建立的基本操作方法和步驟，Aspen Plus中各個模塊的應用方法和技巧，流程模擬的步驟和經驗，原油蒸餾過程的模擬，幾種複雜精餾過程的模擬，流程以及RadFrac模塊的收斂技巧和策略，Aspen Plus和其他Windows程序協同使用的方法。為了方便本書的學習以及擴展讀者的學習內容，本書還配有書中例題與習題的Aspen Plus bkp文件、Aspen Energy Analyzer、化工過程經濟分析與評價、Aspen Plus與外部換熱器軟件聯用以及塔內件設計軟件CUP-Tower等內容，可登錄下載。通過對本書的學習，可以提升讀者對Aspen Plus的認識，並能用其進行化工系統的流程模擬及優化。
本書所有例題均以Aspen Plus V7.2版本為例，不同版本的Aspen Plus在界面和內容上可能有所差異，請各位讀者朋友注意。同時，儘管化工過程有諸多相同的單元操作，但具體實現過程不盡相同，甚至相差甚遠。在應用Aspen Plus進行模擬時，要充分考慮到每個過程的特殊性，具體問題具體分析，選用合理的模塊組合，找出最佳的流程設計。
本書由孫蘭義主編，第1、2、3、9章由畢欣欣編寫，第4、8章由王俊編寫，第5、10章由王丁丁編寫，第6、11章由全本軍編寫，第7、13章由武佳編寫，第12章由畢欣欣、王丁丁、王俊、武佳、沈琳共同編寫，第14章由沈琳編寫，丁雪、赫佩軍、侯影飛、於英民參與修改工作，全書由孫蘭義修改定稿。
由於作者水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。
編者
2012年3月

第1章緒論
1.1化工過程模擬/1
1.1.1化工過程模擬簡介/1
1.1.2化工過程模擬的功能/1
1.1.3化工過程模擬系統構成/2
1.2Aspen Plus軟件/2
1.2.1Aspen Plus簡介/2
1.2.2Aspen Plus主要功能/3
第2章Aspen Plus入門
2.1圖形界面/4
2.1.1Aspen Plus界面主窗口/4
2.1.2主要圖標功能/5
2.1.3狀態指示符號/5
2.1.4Aspen Plus專家系統（Next）/5
2.2Aspen Plus自帶示例文件/6
2.3物性環境/7
2.4模擬環境/11
2.4.1設置全局規定/11
2.4.2建立流程圖/12
2.4.3輸入物流數據/15
2.4.4輸入模塊數據/16
2.5運行模擬/18
2.6查看結果/19
第3章物性方法
3.1Aspen數據庫/21
3.2物性方法簡介/26
3.2.1理想氣體和理想液體/26
3.2.2REFPROP和GERG2008/ 27
3.2.3狀態方程法/27
3.2.4活度係數法/35
3.2.5亨利定律/37
3.2.6電解質物性方法/41
3.2.7固體物性方法/42
3.2.8蒸汽表/42
3.2.9傳遞性質模型/43
3.3物性方法選擇/44
3.3.1狀態方程法和活度係數法比較/44
3.3.2常見體系物性方法推薦/45
3.3.3經驗選取/47
3.3.4使用幫助系統進行選擇/48
3.4物性方法和路線/ 49
3.5游離水、污水和嚴格三相計算/51
3.6物性參數和數據/56
3.7物性集/57
3.8物性分析/60
3.9物性參數估算/78
3.9.1純組分物性參數估算/79
3.9.2與溫度相關的物性模型參數估算/85
3.9.3二元交互作用參數估算/86
3.9.4UNIFAC官能團參數估算/92
3.10物性數據回歸/92
3.11TDE簡介/105
3.12焓值計算/116
3.13體積流量/ 119
3.14電解質組分/119
第4章簡單單元模擬
4.1混合器/分流器/130
4.1.1混合器/130
4.1.2分流器/133
4.2倍增器/複製器/135
4.2.1倍增器/135
4.2.2複製器/137
4.3簡單分離器/138
4.3.1兩出口閃蒸器/138
4.3.2三出口閃蒸器/140
4.3.3液-液分相器/142
4.3.4組分分離器/144
4.3.5兩出口組分分離器/145
第5章流體輸送單元模擬
5.1概述/148
5.2泵/148
5.3壓縮機/153
5.4多級壓縮機/155
5.5閥門/159
5.6管道/161
5.7管線/163
第6章換熱器單元模擬
6.1概述/170
6.2加熱器/冷卻器/170
6.3兩股物流換熱器/180
6.4多股物流換熱器/194
第7章塔單元模擬
7.1概述/198
7.2精餾塔簡捷設計/199
7.3精餾塔簡捷校核/204
7.4精餾塔嚴格計算/205
7.5氣體吸收模擬/221
7.6塔板和填料的設計與校核/224
7.6.1塔效率/224
7.6.2塔板和填料的設計與校核/226
7.7溶劑萃取模擬/231
7.8電解質模擬/235
第8章反應器單元模擬
8.1概述/242
8.2化學計量反應器/243
8.3產率反應器/248
8.4平衡反應器/250
8.5吉布斯反應器/252
8.6化學反應/254
8.7全混釜反應器/257
8.8平推流反應器/260
8.9間歇反應器/264
第9章過程模擬工具
9.1流程變量/271
9.2設計規定/273
9.3計算器與Fortran/276
9.4傳遞模塊/278
9.5平衡模塊/282
9.6靈敏度分析/285
9.7優化與約束條件/291
9.8數據擬合/296
第10章複雜精餾過程模擬
10.1萃取精餾/309
10.2共沸精餾/317
10.3變壓精餾/329
10.4反應精餾/333
10.5三相精餾/341
10.5.1簡單三相精餾/341
10.5.2三相反應精餾/343
10.6多效精餾/347
10.7隔壁塔/357
10.8熱泵精餾/366
10.9內部熱耦合精餾/377
10.10精餾塔熱力學分析和水力學分析/384
10.11塔板數-熱負荷（NQ）曲線/393
第11章工藝流程模擬
11.1帶有循環的工藝流程/397
11.2工藝流程模擬經驗總結/403
11.3模擬實例——乙苯催化脫氫制苯乙烯/404
11.4模擬實例——甲苯甲醇側鏈烷基化製苯乙烯/412
習題/424
第12章收斂和故障診斷
12.1序貫模塊法流程收斂/432
12.1.1流程循環與設計規定/432
12.1.2收斂選項/434
12.1.3斷裂物流/440
12.1.4收斂模塊/440
12.1 .5收斂嵌套順序/440
12.1.6計算順序/446
12.1.7流程排序/446
12.1.8查看結果/447
12.1.9控制面板信息/448
12.2流程收斂故障診斷/451
12.2.1影響流程收斂的主要因素/451
12.2.2流程收斂策略/451
12.2.3斷裂物流收斂問題/452
12.2.4設計規定收斂問題/453
12.2.5計算器模塊收斂問題/454
12.2.6優化模塊收斂問題/454
12.2.7計算順序和收斂問題/454
12.3RadFrac模塊收斂/459
12.3.1RadFrac模塊求解策略/459
12.3.2RadFrac模塊收斂問題/ 463
12.3.3RadFrac模塊收斂故障排除建議/465
12.3.4自定義收斂方法/468
第13章石油蒸餾過程模擬
13.1石油及油品的物理性質/472
13.1.1密度和API重度/472
13.1.2特性因數/473
13.1.3其他性質/473
13.2石油蒸餾類型/474
13.3原油評價數據庫/476
13.4石油餾分物性估算方法/476
13.5石油餾分在模擬中的處理方法/477
13.5.1逐一定義虛擬組分/ 478
13.5.2通過石油蒸餾曲線生成虛擬組分/478
13.5.3石油餾分的混合/487
13.6石油蒸餾模擬示例/493
13.6.1預閃蒸塔設定與模擬/495
13.6.2常壓塔模擬/502
習題/513
第14章動態模擬入門
14.1概述/515
14.2穩態模型導入動態模擬/518
14.3閃蒸罐動態模擬/523
14.4反應器動態模擬/530
14.4.1利用反應器熱負荷控制反應溫度/531
14.4.2利用冷卻介質溫度控制反應溫度/535
14.4 .3利用冷卻介質流量控制反應溫度/536
14.5精餾塔動態模擬/538
14.5.1溫度控制結構/538
14.5.2濃度控制結構/545
14.6隔壁塔動態模擬/547
附錄
附錄1Activated Energy Analysis示例/551
附錄2Column Analysis示例/560
附錄3CUP-Tower簡介/567
參考文獻/571

例題演示視頻
（掃二維碼觀看，建議在WiFi環境下使用）
例2.1演示視頻/7
例3.7演示視頻/65
例3.11演示視頻/80
例3.15演示視頻/97
例4.5演示視頻/139
例5.1演示視頻/149
例6.2演示視頻/173
例6.4演示視頻/181
例7.1演示視頻/199
例7.3(1)~(4)演示視頻/ 206
例8.6演示視頻/261
例9.1演示視頻/274
例9.5演示視頻/286
例10.1視頻演示/309