《化工过程模拟实训Aspen Plus教程》（第二版）以Aspen Plus V8.4为模拟软件，结合过程实例系统介绍了Aspen Plus的操作步骤以及应用技巧。本书内容相较*版更加完善。全书共分为14章，第1章介绍化工过程模拟的基础知识；第2章介绍流程建立的基本操作步骤；第3章介绍物性方法；第4~8章介绍Aspen Plus中各单元操作模块应用方法和技巧；第9章介绍Aspen Plus中基本的流程选项和模型分析工具；第10章介绍复杂精馏过程模拟；第11章介绍工艺流程模拟的步骤和经验；第12章介绍流程以及RadFrac模块的收敛技巧和策略；第13章介绍石油蒸馏过程模拟；第14章介绍简单动态模拟。附录部分介绍了Activated Energy Analysis、Column Analysis以及CUP-Tower的功能与应用。每章节中的例题均有具体的说明与详尽的解题步骤，读者按书中的说明与步骤进行学习即可逐步掌握Aspen Plus软件的使用方法和技巧。本书中的典型例题配有演示视频，可通过扫描二维码观看。本书可作为高等学校化工相关专业本科生和研究生的教学参考书，也可为石油与化工等领域从事过程开发、设计与生产管理的工程技术人员提供参考。

十二五普通高等教育本科国家 级规划教材化工类教材网站畅销品种双色印刷，操作步骤更醒目典型例题配有二维码，扫描可观看例题演示视频

前言

化工过程模拟是化学工程技术人员解决化工过程问题时普遍采用的技术手段，Aspen Plus作为化工过程模拟的重要软件之一，经过30多年的不断发展和改进，得到了越来越广泛的应用。很多工程公司、设计院和高校都是Aspen Plus的用户，其已成为公认的标准化工过程模拟软件之一。Aspen Plus具有庞大的数据库和完备的单元操作模块，能够处理多种复杂体系，并对模拟过程中的物料和能量衡算、各单元操作模块参数、物流性质等进行严格计算，为工业过程的模拟与优化提供相对可靠的参考。

《化工流程模拟实训Aspen Plus教程》（第一版）详细介绍了Aspen Plus软件的操作步骤以及应用技巧，注重应用与原理的结合。第一版自出版以来便受到广大化工科研与设计人员、高校师生的欢迎。第一版中的所有例题均以Aspen Plus V7.2为模拟软件，但是随着Aspen Plus软件的不断更新，其操作界面已经发生较大变化，给初学者的学习与应用带来不便，特对其进行改编。第二版书名由《化工流程模拟实训》改为《化工过程模拟实训》，所有例题均采用Aspen Plus V8.4进行模拟介绍。针对第一版的问题与不足，已在本书中进行修改，内容更加充实，能够满足广大读者的需求。

考虑到物性方法的重要性，本书对第3章内容进行了较大改动，重点介绍物性方法的应用、物性分析、估算与回归。第10章复杂精馏过程模拟新增变压精馏、热泵精馏以及内部热耦合精馏三节。第11章工艺流程模拟新增模拟实例甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯一节，进一步介绍了过程模拟中的经验和技巧。鉴于读者对动态控制模拟的学习需求，新增第14章动态模拟入门，介绍Aspen Plus Dynamics在过程控制中的应用，以便读者掌握动态控制的基本操作过程。本书中的典型例题配有演示视频，可通过扫描例题附近的二维码观看。此外，本书附录对Activated Energy Analysis、Column Analysis以及CUP-Tower进行了简单介绍，可增强读者对相关软件的了解并掌握使用方法。

读者可以发送邮件到sunlanyi_cuptower@126.com获取本书例题和习题模拟源文件。通过学习本书，初学者可以快速熟悉Aspen Plus的各项功能，具有一定软件应用基础的读者能够进一步提升对Aspen Plus和相关软件的认识。

由于编者水平有限，书中不妥之处，恳请读者批评指正。

编者

2017年５月



第一版前言

从20世纪50年代开始，人们就开始利用计算机解决化工过程的数学问题，目前化工过程模拟已成为化学工程技术人员普遍采用的技术手段。随着计算机计算能力的快速提高以及软件技术的迅速发展，模拟计算的准确性和可靠性大大增强，应用范围不断拓宽，在化工过程开发、设计、生产操作的控制与优化、操作培训和技术改造等方面均有应用。Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，由美国Aspen Tech公司研发，是唯一能处理带有固体、电解质、生物质和常规物料等复杂体系的流程模拟系统。

本书详细介绍了Aspen Plus软件的操作步骤以及应用技巧，注重其应用与原理的结合。内容共分14章，主要包括化工过程模拟的基本知识，流程建立的基本操作方法和步骤，Aspen Plus中各个模块的应用方法和技巧，流程模拟的步骤和经验，原油蒸馏过程的模拟，几种复杂精馏过程的模拟，流程以及RadFrac模块的收敛技巧和策略，Aspen Plus和其他Windows程序协同使用的方法。为了方便本书的学习以及扩展读者的学习内容，本书还配有书中例题与习题的Aspen Plus bkp文件、Aspen Energy Analyzer、化工过程经济分析与评价、Aspen Plus与外部换热器软件联用以及塔内件设计软件CUP-Tower等内容，可登录www.cipedu.com.cn下载。通过对本书的学习，可以提升读者对Aspen Plus的认识，并能用其进行化工系统的流程模拟及优化。

本书所有例题均以Aspen Plus V7.2版本为例，不同版本的Aspen Plus在界面和内容上可能有所差异，请各位读者朋友注意。同时，尽管化工过程有诸多相同的单元操作，但具体实现过程不尽相同，甚至相差甚远。在应用Aspen Plus进行模拟时，要充分考虑到每个过程的特殊性，具体问题具体分析，选用合理的模块组合，找出最佳的流程设计。

本书由孙兰义主编，第1、2、3、9章由毕欣欣编写，第4、8章由王俊编写，第5、10章由王丁丁编写，第6、11章由全本军编写，第7、13章由武佳编写，第12章由毕欣欣、王丁丁、王俊、武佳、沈琳共同编写，第14章由沈琳编写，丁雪、赫佩军、侯影飞、于英民参与修改工作，全书由孙兰义修改定稿。

由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

编者

2012年3月

孙兰义，中国石油大学（华东）教授，长期从事化工流程模拟、优化与节能，节能型精馏技术的开发，反应精馏工艺过程开发，新型高效塔板与填料的开发，油品加氢反应器工程化等方面的研究，取得了一系列研究成果，发表相关论文五十余篇。主持多项国家和省部级课题，包括国家自然科学基金自热回收精馏过程的优化与控制研究、国家自然科学基金隔壁塔与反应精馏耦合过程的设计与优化研究、山东省优 秀中青年科学家科研奖励基金催化精馏隔壁塔建模与优化控制研究、教育部博士点基金隔壁式催化精馏塔的性能研究、中国石油科技创新基金异丁烷脱氢制异丁烯高效催化剂及反应过程研究等。 开发了甲醇气相脱水法制二甲醚、二甲醚制汽油、酯交换法合成碳酸二乙酯等多个工艺包，先后被多家公司采用。在新型高效塔板与填料方面，拥有近十项专利技术，先后用于百余座新建塔器设计与旧塔改造，浮阀和固阀一体化的复合浮阀荣获山东省专利奖三等奖。开发的塔器水力学计算软件CUP-Tower，被中石油、中石化旗下的多家设计院采用。对多家炼油厂的生产装置行了夹点分析与换热网络能量系统优化，取得了明显的节能降耗效果。

第1章绪论

1.1化工过程模拟/1

1.1.1化工过程模拟简介/1

1.1.2化工过程模拟的功能/1

1.1.3化工过程模拟系统构成/2

1.2Aspen Plus软件/2

1.2.1Aspen Plus简介/2

1.2.2Aspen Plus主要功能/3

第2章Aspen Plus入门

2.1图形界面/4

2.1.1Aspen Plus界面主窗口/4

2.1.2主要图标功能/5

2.1.3状态指示符号/5

2.1.4Aspen Plus专家系统（Next）/5

2.2Aspen Plus自带示例文件/6

2.3物性环境/7

2.4模拟环境/11

2.4.1设置全局规定/11

2.4.2建立流程图/12

2.4.3输入物流数据/15

2.4.4输入模块数据/16

2.5运行模拟/18

2.6查看结果/19

第3章物性方法

3.1Aspen数据库/21

3.2物性方法简介/26

3.2.1理想气体和理想液体/26

3.2.2REFPROP和GERG2008/27

3.2.3状态方程法/27

3.2.4活度系数法/35

3.2.5亨利定律/37

3.2.6电解质物性方法/41

3.2.7固体物性方法/42

3.2.8蒸汽表/42

3.2.9传递性质模型/43

3.3物性方法选择/44

3.3.1状态方程法和活度系数法比较/44

3.3.2常见体系物性方法推荐/45

3.3.3经验选取/47

3.3.4使用帮助系统进行选择/48

3.4物性方法和路线/49

3.5游离水、污水和严格三相计算/51

3.6物性参数和数据/56

3.7物性集/57

3.8物性分析/60

3.9物性参数估算/78

3.9.1纯组分物性参数估算/79

3.9.2与温度相关的物性模型参数估算/85

3.9.3二元交互作用参数估算/86

3.9.4UNIFAC官能团参数估算/92

3.10物性数据回归/92

3.11TDE简介/105

3.12焓值计算/116

3.13体积流量/119

3.14电解质组分/119

第4章简单单元模拟

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/复制器/135

4.2.1倍增器/135

4.2.2复制器/137

4.3简单分离器/138

4.3.1两出口闪蒸器/138

4.3.2三出口闪蒸器/140

4.3.3液-液分相器/142

4.3.4组分分离器/144

4.3.5两出口组分分离器/145

第5章流体输送单元模拟

5.1概述/148

5.2泵/148

5.3压缩机/153

5.4多级压缩机/155

5.5阀门/159

5.6管道/161

5.7管线/163

第6章换热器单元模拟

6.1概述/170

6.2加热器/冷却器/170

6.3两股物流换热器/180

6.4多股物流换热器/194

第7章塔单元模拟

7.1概述/198

7.2精馏塔简捷设计/199

7.3精馏塔简捷校核/204

7.4精馏塔严格计算/205

7.5气体吸收模拟/221

7.6塔板和填料的设计与校核/224

7.6.1塔效率/224

7.6.2塔板和填料的设计与校核/226

7.7溶剂萃取模拟/231

7.8电解质模拟/235

第8章反应器单元模拟

8.1概述/242

8.2化学计量反应器/243

8.3产率反应器/248

8.4平衡反应器/250

8.5吉布斯反应器/252

8.6化学反应/254

8.7全混釜反应器/257

8.8平推流反应器/260

8.9间歇反应器/264

第9章过程模拟工具

9.1流程变量/271

9.2设计规定/273

9.3计算器与Fortran/276

9.4传递模块/278

9.5平衡模块/282

9.6灵敏度分析/285

9.7优化与约束条件/291

9.8数据拟合/296

第10章复杂精馏过程模拟

10.1萃取精馏/309

10.2共沸精馏/317

10.3变压精馏/329

10.4反应精馏/333

10.5三相精馏/341

10.5.1简单三相精馏/341

10.5.2三相反应精馏/343

10.6多效精馏/347

10.7隔壁塔/357

10.8热泵精馏/366

10.9内部热耦合精馏/377

10.10精馏塔热力学分析和水力学分析/384

10.11塔板数-热负荷（NQ）曲线/393

第11章工艺流程模拟

11.1带有循环的工艺流程/397

11.2工艺流程模拟经验总结/403

11.3模拟实例乙苯催化脱氢制苯乙烯/404

11.4模拟实例甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯/412

习题/424

第12章收敛和故障诊断

12.1序贯模块法流程收敛/432

12.1.1流程循环与设计规定/432

12.1.2收敛选项/434

12.1.3断裂物流/440

12.1.4收敛模块/440

12.1.5收敛嵌套顺序/440

12.1.6计算顺序/446

12.1.7流程排序/446

12.1.8查看结果/447

12.1.9控制面板信息/448

12.2流程收敛故障诊断/451

12.2.1影响流程收敛的主要因素/451

12.2.2流程收敛策略/451

12.2.3断裂物流收敛问题/452

12.2.4设计规定收敛问题/453

12.2.5计算器模块收敛问题/454

12.2.6优化模块收敛问题/454

12.2.7计算顺序和收敛问题/454

12.3RadFrac模块收敛/459

12.3.1RadFrac模块求解策略/459

12.3.2RadFrac模块收敛问题/463

12.3.3RadFrac模块收敛故障排除建议/465

12.3.4自定义收敛方法/468

第13章石油蒸馏过程模拟

13.1石油及油品的物理性质/472

13.1.1密度和API重度/472

13.1.2特性因数/473

13.1.3其他性质/473

13.2石油蒸馏类型/474

13.3原油评价数据库/476

13.4石油馏分物性估算方法/476

13.5石油馏分在模拟中的处理方法/477

13.5.1逐一定义虚拟组分/478

13.5.2通过石油蒸馏曲线生成虚拟组分/478

13.5.3石油馏分的混合/487

13.6石油蒸馏模拟示例/493

13.6.1预闪蒸塔设定与模拟/495

13.6.2常压塔模拟/502

习题/513

第14章动态模拟入门

14.1概述/515

14.2稳态模型导入动态模拟/518

14.3闪蒸罐动态模拟/523

14.4反应器动态模拟/530

14.4.1利用反应器热负荷控制反应温度/531

14.4.2利用冷却介质温度控制反应温度/535

14.4.3利用冷却介质流量控制反应温度/536

14.5精馏塔动态模拟/538

14.5.1温度控制结构/538

14.5.2浓度控制结构/545

14.6隔壁塔动态模拟/547

附录

附录1Activated Energy Analysis示例/551

附录2Column Analysis示例/560

附录3CUP-Tower简介/567

参考文献/571



例题演示视频

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例2.1演示视频/7

例3.7演示视频/65

例3.11演示视频/80

例3.15演示视频/97

例4.5演示视频/139

例5.1演示视频/149

例6.2演示视频/173

例6.4演示视频/181

例7.1演示视频/199

例7.3(1)~(4)演示视频/206

例8.6演示视频/261

例9.1演示视频/274

例9.5演示视频/286

例10.1视频演示/309