石油化工软件：AspenTech Aspen Plus二次开发_（16）.AspenPlus案例分析与实践

AspenPlus案例分析与实践

在前一节中，我们已经了解了AspenTech Aspen Plus的基本功能和界面操作。本节将通过具体的案例分析与实践，深入探讨如何利用Aspen Plus进行二次开发，以满足特定的工程需求。我们将从以下几个方面进行详细讲解：

1. 案例背景介绍

2. Aspen Plus模型建立

3. 数据输入与参数设置

4. 二次开发技术应用

5. 结果分析与优化

6. 案例总结

1. 案例背景介绍

1.1 案例概述

本案例将围绕一个典型的石油化工流程进行分析，具体为一个裂解汽油的分离过程。裂解汽油是通过裂解过程产生的混合物，包含多种烃类化合物，如苯、甲苯、二甲苯等。这些化合物在不同的工业应用中有重要用途，因此需要通过分离过程将其纯化。

1.2 工艺流程简述

裂解汽油的分离过程通常包括以下几个步骤：

• 预处理：去除杂质和不稳定的组分。

• 初馏塔：分离轻组分和重组分。

• 分馏塔：进一步分离苯、甲苯、二甲苯等目标产物。

• 精馏塔：纯化目标产物，提高其纯度。

2. Aspen Plus模型建立

2.1 创建新项目

首先，打开Aspen Plus软件，创建一个新项目。在主界面中选择“New”按钮，输入项目名称和路径，点击“OK”即可创建新项目。

2.2 选择流程图模板

在创建新项目后，选择合适的流程图模板。Aspen Plus提供了多种预定义的模板，可以根据实际需求选择。对于裂解汽油分离过程，选择“Distillation”模板是一个不错的选择。

2.3 添加单元操作

在流程图中添加必要的单元操作，包括预处理单元、初馏塔、分馏塔和精馏塔。具体步骤如下：

• 预处理单元：选择“HEATER”单元操作，用于去除杂质和不稳定的组分。

• 初馏塔：选择“DISTillation”单元操作，用于分离轻组分和重组分。

• 分馏塔：选择“DISTillation”单元操作，用于进一步分离苯、甲苯、二甲苯等目标产物。

• 精馏塔：选择“DISTillation”单元操作，用于纯化目标产物，提高其纯度。

2.4 连接单元操作

使用流程图中的连接线条将各个单元操作连接起来，形成一个完整的工艺流程。确保每个单元操作的输入和输出端口正确连接。

3. 数据输入与参数设置

3.1 输入物料流数据

在Aspen Plus中，需要输入物料流的数据，包括组分、摩尔流量、温度和压力等。具体步骤如下：

1. 创建物料流：在流程图中选择“STREAM”按钮，创建物料流。

2. 设置物料流属性：双击物料流，进入属性设置界面。

3. 输入组分数据：在“Composition”选项卡中输入各组分的摩尔分数。例如，裂解汽油中常见的组分有苯、甲苯、二甲苯等。

# 例子：裂解汽油的组分数据

Component    | Mole Fraction

-------------|--------------

Benzene      | 0.3

Toluene      | 0.4

Xylene       | 0.2

Heavy        | 0.1

1. 输入流量数据：在“Flow Rate”选项卡中输入各组分的摩尔流量。例如，裂解汽油的总流量为100 mol/s。

# 例子：裂解汽油的流量数据

Total Flow Rate: 100 mol/s

1. 输入温度和压力数据：在“Temperature”和“Pressure”选项卡中输入物料流的温度和压力。例如，温度为350 K，压力为101.325 kPa。

# 例子：裂解汽油的温度和压力数据

Temperature: 350 K

Pressure: 101.325 kPa

3.2 设置单元操作参数

每个单元操作的参数设置非常重要，直接影响到分离效果。以下是一些常见的参数设置：

1. 预处理单元（HEATER）：

   • 入口温度：350 K

   • 出口温度：400 K

   • 热负荷：根据物料流的性质计算得出

2. 初馏塔（DISTillation）：

   • 进料位置：第10块板

   • 塔顶产品：轻组分

   • 塔底产品：重组分

   • 回流比：3.0

   • 理论板数：30

3. 分馏塔（DISTillation）：

   • 进料位置：第15块板

   • 塔顶产品：苯

   • 塔底产品：甲苯和二甲苯混合物

   • 回流比：5.0

   • 理论板数：40

4. 精馏塔（DISTillation）：

   • 进料位置：第20块板

   • 塔顶产品：甲苯

   • 塔底产品：二甲苯

   • 回流比：7.0

   • 理论板数：50

3.3 设置热力学模型

选择合适的热力学模型对于准确模拟分离过程至关重要。裂解汽油分离过程常用的热力学模型有：

• Peng-Robinson（PR）

• Soave-Redlich-Kwong（SRK）

• NRTL

在Aspen Plus中，选择“Thermophysical Properties”选项卡，设置热力学模型。例如，选择Peng-Robinson模型。

# 例子：选择Peng-Robinson热力学模型

Thermophysical Properties:

- Model: Peng-Robinson (PR)

4. 二次开发技术应用

4.1 使用Excel进行数据输入

Aspen Plus支持通过Excel进行数据输入，这在处理大量数据时非常方便。以下是一个具体的例子，展示如何通过Excel导入物料流数据。

1. 创建Excel文件：在Excel中创建一个包含物料流数据的表格。

# 例子：Excel文件中的物料流数据

Component, Mole Fraction, Flow Rate (mol/s), Temperature (K), Pressure (kPa)

Benzene, 0.3, 100, 350, 101.325

Toluene, 0.4, 100, 350, 101.325

Xylene, 0.2, 100, 350, 101.325

Heavy, 0.1, 100, 350, 101.325

2. 导入Excel数据：

   • 在Aspen Plus中选择“Tools” > “Data Table” > “Import”。

   • 选择Excel文件，点击“OK”即可导入数据。

4.2 使用Python进行数据处理

Aspen Plus支持通过Python进行数据处理和自动化操作。以下是一个具体的例子，展示如何使用Python脚本读取和处理Excel数据，并将其导入Aspen Plus。

1. 安装必要的Python库：

   • 安装pandas库用于处理Excel数据。

   • 安装aspenplus库用于与Aspen Plus进行交互。

pip install pandas aspenplus

2. 编写Python脚本：

import pandas as pd

from aspenplus import AspenPlus



# 读取Excel文件

excel_file = 'cracking_gasoline_data.xlsx'

data = pd.read_excel(excel_file)



# 创建AspenPlus对象

aspen = AspenPlus()



# 设置物料流数据

aspen.set_stream('Feed', data)



# 设置热力学模型

aspen.set_thermo_model('PR')



# 运行模拟

aspen.run_simulation()



# 获取结果

results = aspen.get_results('Feed')



# 打印结果

print(results)

4.3 使用VBA进行自动化操作

Aspen Plus也支持通过VBA进行自动化操作。以下是一个具体的例子，展示如何使用VBA脚本自动化设置物料流数据和运行模拟。

1. 打开VBA编辑器：

   • 在Aspen Plus中选择“Tools” > “Visual Basic for Applications”。

2. 编写VBA脚本：

Sub SetFeedDataAndRunSimulation()

    Dim aspen As Object

    Set aspen = CreateObject("AspenPlus.Application")



    ' 打开Aspen Plus项目

    aspen.Visible = True

    aspen.Open "C:\path\to\your\project\CrackingGasoline.apw"



    ' 设置物料流数据

    aspen.Stream("Feed").Component("Benzene").MoleFraction = 0.3

    aspen.Stream("Feed").Component("Toluene").MoleFraction = 0.4

    aspen.Stream("Feed").Component("Xylene").MoleFraction = 0.2

    aspen.Stream("Feed").Component("Heavy").MoleFraction = 0.1

    aspen.Stream("Feed").TotalFlowRate = 100

    aspen.Stream("Feed").Temperature = 350

    aspen.Stream("Feed").Pressure = 101.325



    ' 设置热力学模型

    aspen.SetThermoModel "PR"



    ' 运行模拟

    aspen.RunSimulation



    ' 获取结果

    Dim results As Object

    Set results = aspen.GetResults("Feed")



    ' 打印结果

    Debug.Print results



    ' 保存项目

    aspen.Save "C:\path\to\your\project\CrackingGasoline.apw"



    ' 关闭项目

    aspen.Close

End Sub

4.4 使用Aspen Plus API进行高级开发

Aspen Plus提供了丰富的API，可以进行更高级的二次开发。以下是一个具体的例子，展示如何使用Aspen Plus API进行物料流数据的设置和模拟运行。

1. 安装Aspen Plus API：

   • 确保Aspen Plus已安装并配置好API支持。

2. 编写C#代码：

using System;

using AspenTech.Engineering.AspenPlus;

using AspenTech.Engineering.AspenPlus.Stream;

using AspenTech.Engineering.AspenPlus.UnitOp;



class Program

{

    static void Main(string[] args)

    {

        // 创建AspenPlus对象

        AspenPlus aspen = new AspenPlus();



        // 打开项目

        aspen.Open("C:\\path\\to\\your\\project\\CrackingGasoline.apw");



        // 设置物料流数据

        Stream feedStream = aspen.Streams["Feed"];

        feedStream.Component["Benzene"].MoleFraction = 0.3;

        feedStream.Component["Toluene"].MoleFraction = 0.4;

        feedStream.Component["Xylene"].MoleFraction = 0.2;

        feedStream.Component["Heavy"].MoleFraction = 0.1;

        feedStream.TotalFlowRate = 100; // mol/s

        feedStream.Temperature = 350; // K

        feedStream.Pressure = 101.325; // kPa



        // 设置热力学模型

        aspen.SetThermoModel("PR");



        // 运行模拟

        aspen.RunSimulation();



        // 获取结果

        var results = aspen.GetResults("Feed");



        // 打印结果

        Console.WriteLine(results);



        // 保存项目

        aspen.Save("C:\\path\\to\\your\\project\\CrackingGasoline.apw");



        // 关闭项目

        aspen.Close();

    }

}

5. 结果分析与优化

5.1 结果分析

在Aspen Plus中，可以通过“Results”选项卡查看模拟结果。具体步骤如下：

• 查看物料流结果：在“Results”选项卡中选择物料流，查看其组分、摩尔流量、温度和压力等参数。

• 分析分离效果：查看各塔的塔顶和塔底产品的组分分布，评估分离效果。

5.2 优化分离过程

通过调整单元操作的参数，可以优化分离过程。以下是一些常见的优化方法：

1. 调整回流比：

   • 回流比对分离效果有重要影响。可以通过多次模拟，尝试不同的回流比，找到最优值。

2. 调整理论板数：

   • 理论板数的增加可以提高分离效果，但也增加了能耗。需要综合考虑分离效果和能耗，找到最优值。

3. 调整进料位置：

   • 进料位置的调整可以影响分离效果。通过多次模拟，找到最佳的进料位置。

5.3 优化案例

以下是一个具体的优化案例，展示如何通过调整回流比和理论板数优化分离过程。

1. 初始设置：

   • 初馏塔回流比：3.0

   • 初馏塔理论板数：30

2. 调整回流比：

   • 将初馏塔的回流比调整为3.5，重新运行模拟，查看分离效果。

Sub OptimizeRefluxRatio()

    Dim aspen As Object

    Set aspen = CreateObject("AspenPlus.Application")



    ' 打开项目

    aspen.Visible = True

    aspen.Open "C:\path\to\your\project\CrackingGasoline.apw"



    ' 调整初馏塔回流比

    aspen.UnitOp("PreDistillation").RefluxRatio = 3.5



    ' 运行模拟

    aspen.RunSimulation



    ' 获取结果

    Dim results As Object

    Set results = aspen.GetResults("PreDistillation")



    ' 打印结果

    Debug.Print results



    ' 保存项目

    aspen.Save "C:\path\to\your\project\CrackingGasoline.apw"



    ' 关闭项目

    aspen.Close

End Sub

3. 调整理论板数：

   • 将初馏塔的理论板数调整为35，重新运行模拟，查看分离效果。

Sub OptimizeTrayNumber()

    Dim aspen As Object

    Set aspen = CreateObject("AspenPlus.Application")



    ' 打开项目

    aspen.Visible = True

    aspen.Open "C:\path\to\your\project\CrackingGasoline.apw"



    ' 调整初馏塔理论板数

    aspen.UnitOp("PreDistillation").TrayNumber = 35



    ' 运行模拟

    aspen.RunSimulation



    ' 获取结果

    Dim results As Object

    Set results = aspen.GetResults("PreDistillation")



    ' 打印结果

    Debug.Print results



    ' 保存项目

    aspen.Save "C:\path\to\your\project\CrackingGasoline.apw"



    ' 关闭项目

    aspen.Close

End Sub

5.4 优化结果分析

通过多次模拟和调整，记录下每次调整后的分离效果和能耗数据，进行比较和分析，最终找到最优的分离参数。

例子：优化结果记录

Reflux Ratio	Tray Number	Benzene Recovery (%)	Energy Consumption (kW)
3.0	30	90	1000
3.5	30	92	1100
3.5	35	95	1200

6. 案例总结

通过本案例的分析与实践，我们展示了如何在Aspen Plus中建立裂解汽油分离过程的模型，输入必要的物料流数据和参数设置，以及如何通过二次开发技术（如Excel、Python和VBA）进行数据处理和自动化操作。此外，我们还探讨了如何通过调整回流比、理论板数和进料位置等参数来优化分离过程，最终达到提高分离效果和降低能耗的目的。