化工流程模拟——Aspen Plus从入门到实践

作为一种大型通用流程模拟系统，Aspen Plus 具有完善的单元操作模型、优化设计工具以及物性数据库和热力学方法，不仅可以对单元操作进行模拟，同时可以进行全流程的设计和优化。经过40 多年的开发和推广，Aspen Plus已广泛应用于化工及相关领域生产过程的研究开发、装置设计、生产过程控制、工艺优化及技术改造等方面，显著提高了设计效率和水平，解决了大量实际问题。此外，Aspen Tech 公司的许多软件都集成在Aspen ONE 套装中，用户可以方便地通过内部数据传递实现Aspen Plus 与其他软件之间的相互调用，最大限度地节约了时间并保障了数据的可靠性。
Aspen Plus 版本在不断更新，特别是从V9 版开始较多界面和功能有了很大变化，本书以较新的V10 版为平台编写。编者结合各自多年的教学实践和学生反馈，广泛吸收国内外相关教材和著作优点，经过两年时间的努力，完成了本书的编写工作。本书共分为两部分：第1 部分为理论部分，包括第1～9章，介绍了Aspen Plus 基本理论知识，注重将软件操作和化工理论知识结合，让学习者能从原理上了解模拟的合理性；第2 部分为实训部分，包括第10 章，针对化工单元操作精心设计了上机实训，有助于各院校有针对性地开展实践教学。
本书由赵云鹏、汪广恒任主编，李士凤、买尔哈巴·阿不都热合曼任副主编。第1～5 章由中国矿业大学赵云鹏和曹景沛共同编写，第6 章由中国矿业大学林喆和新疆大学买尔哈巴·阿不都热合曼共同编写，第7、9 章由西安科技大学汪广恒、刘国阳和赵玮钦共同编写，第8 章由沈阳化工大学李士凤、樊丽辉和辛华共同编写，第10 章由赵云鹏、汪广恒、李士凤、林喆共同编写。例题视频由赵云鹏和买尔哈巴·阿不都热合曼共同录制完成，研究生卢世聪、秦硕、宋浩园、谢冰虎、高寒冰和史月以及本科生李家秋参与了习题和实训试做、图文输入和文本检查。全书由赵云鹏拟定大纲、组织编写，并审定书稿。
中国矿业大学化学工程与工艺专业为国家级一流本科专业建设点和江苏省品牌专业建设点，多年来为我国培养出一大批化工行业专业技术人才。本书为中国矿业大学化学工程与工艺专业国家级一流本科专业建设成果教材，编写过程中得到了中国矿业大学、化学工业出版社以及兄弟院校同行的大力支持。感谢国家级一流本科专业建设项目（化学工程与工艺）、中国矿业大学“十四五”规划教材项目、辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目（2021-329）和中国矿业大学教学研究项目（2019YB17）的资助。此外，本书参考了相关的文献资料，在此一并表示感谢。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免有不足和疏漏之处，恳请读者批评指正。

编者
2022 年8 月

化工与制药类教学质量国家标准和工程教育认证标准中均要求学生能够掌握典型化工过程与单元设备的操作、设计、模拟及优化的基本方法。《化工流程模拟——Aspen Plus 从入门到实践》基于Aspen Plus 新界面，注重将软件操作和化工理论知识结合，系统介绍了化工流程模拟软件Aspen Plus 的操作单元、Aspen Plus EDR 和Aspen Energy Analyzer，并用其解决典型化工问题。全书分为两部分：第一部分为理论部分，包括第1～9 章，内容有Aspen Plus 简介、物性方法与分析估算、混合器/分流器和调节器模拟、压力变化器模拟、换热器模拟与设计、简单分离器模拟、塔设备模拟与设计、反应器模拟、能量分析基础等；第二部分为实训部分，包括第10 章，根据第一部分理论知识设计了12 个上机实训，以便有针对性地开展实践教学。
《化工流程模拟——Aspen Plus 从入门到实践》可作为高等学校化学工程与工艺、能源化学工程、应用化学等专业本科生及研究生教材，也可供化工、石油、热能、环境、给排水等领域的工程设计、生产管理和科学研究人员等参考。

第1章 Aspen Plus 简介 001
1.1 Aspen Plus 功能和特点 001
1.1.1 Aspen Plus 的主要功能 001
1.1.2 Aspen Plus 的主要特点 002
1.2 Aspen Plus 用户界面 003
1.3 单元操作模型 003
1.4 组分输入 004
1.5 流程图建立 006
习题 010

第2章 物性方法与分析估算 011
2.1 Aspen Plus 中的物性方法 011
2.2 物性方法的选择 014
2.2.1 经验选取法 014
2.2.2 物性方法选择帮助系统法 015
2.3 物性分析 017
2.4 物性估算 020
习题 023

第3章 混合器/分流器和调节器模拟 024
3.1 混合器 024
3.2 分流器 031
3.3 调节器 034
习题 036

第4章 压力变化器模拟 037
4.1 泵 037
4.2 压缩机 043
4.3 多级压缩机 046
4.4 阀门 047
4.5 管段 050
4.6 管线 053
习题 058

第5章 换热器模拟与设计 059
5.1 加热器 059
5.2 换热器 061
5.2.1 简捷法计算 062
5.2.2 管壳式换热器 066
5.3 Aspen EDR 设计和校核 070
习题 084

第6章 简单分离器模拟 085
6.1 两相闪蒸器 086
6.2 三相闪蒸器 088
6.3 倾析器 091
6.4 组分分离器 096
6.5 两组分分离器 099
习题 101

第7章 塔设备模拟与设计 103
7.1 精馏塔简捷法计算模型 104
7.1.1 DSTWU 模型 104
7.1.2 Distl 模型 111
7.2 精馏塔严格法计算模型 113
7.2.1 RadFrac 核算模式 114
7.2.2 RadFrac 设计模式 120
7.3 精馏塔塔板和填料的设计和校核 134
7.4 吸收单元模拟 146
7.5 液液萃取单元模拟 151
习题 156

第8章 反应器模拟 158
8.1 化学计量反应器 159
8.2 产率反应器 162
8.3 平衡反应器 164
8.4 吉布斯反应器 167
8.5 化学反应对象 169
8.5.1 全混釜反应器 169
8.5.2 平推流反应器 175
8.5.3 间歇反应器 183
习题 187

第9章 能量分析基础 189
9.1 能量分析功能简介 190
9.2 换热网络合成 193

第10章 Aspen Plus 实训 211
实训一 Aspen Plus 基本操作方法 211
实训二 Aspen Plus 物性分析运用 212
实训三 物料混合和分流 214
实训四 流体输送模拟 215
实训五 换热器的模拟与设计 216
实训六 丙酮和水的闪蒸分离 217
实训七 甲醇/水精馏塔的简捷法计算 218
实训八 甲醇/水精馏塔的严格法计算 220
实训九 工业气体中丙酮吸收模拟 226
实训十 苯中异丙醇的萃取模拟 227
实训十一 反应器单元模拟 229
实训十二 煤气化过程模拟 230

参考文献 235