Aspen學(xué)習(xí)，參考書可以選擇：化工過程模擬實訓(xùn)—Aspen Plus教程（第二版）孫蘭義主編-化學(xué)工業(yè)出版社，b站也有一些教學(xué)視頻

直接從順酐得到1,4-丁二醇有酯化和加氫兩種方法，本文采用加氫法。反應(yīng)體系如下：

但順酐價格貴，因此查找上層原料。順酐生產(chǎn)主要是苯氧化法、正丁烷氧化法。本文采用正丁烷氧化。反應(yīng)體系如下：

即本文順酐法大致工藝圖如下。

關(guān)于工藝部分選擇請多看文獻、報告等進行抉擇。選定后查找流程圖，看看實際工藝是如何考慮分離。

開始Aspen模擬。首先是組分輸入，最好弄個簡稱，要不然找起來麻煩，排序按沸點即可。

關(guān)于物性方法選擇，本文只采用了最偷懶的NRTL。對于本工藝前一部分大多為非極性組分（可查看Aspen純組分物性中偶極矩MUP），后一部分大多為極性組分可自行選擇NRTL-RK等模型，對于氫等氣體難以完全分離時可以采用UNIQUAC等模型，可自行在模塊—B1（模塊名稱）—模塊選項處更換。當(dāng)流程含不同物性模型時，在兩個物性轉(zhuǎn)換處加入一個過渡的任意模塊（實際工藝上并無此設(shè)備，僅模擬用）。

本文使用UNIFAC估算也是最偷懶的方法，關(guān)于重要組分最符合實際的二元交互參數(shù)可自行查找文獻添加進Aspen，在此不再贅述。

將其重置—運行，無報錯即可進入模擬。

原料成分如下：

空氣：79%氮氣（1%稀有氣體并入）、21%氧氣（如果考慮深入一點可以加入二氧化碳組分，其對第一步氧化動力學(xué)可能會有影響）。本文常溫按照25℃，常壓按照1.1bar計算，可根據(jù)選址地點年平均計算。關(guān)于量的確定，是根據(jù)產(chǎn)量來大致估算，本文所選數(shù)據(jù)僅為運行選用。

正丁烷：

雜質(zhì)按照原料廠的生產(chǎn)工藝與標(biāo)準(zhǔn)來選擇，雜質(zhì)一般主要為異丁烷。本文偷懶選擇無雜質(zhì)。其次正丁烷有儲罐，其為氣態(tài)，為高壓保存，由此初始流股壓力應(yīng)大于常壓，本文選定1.5bar。

氫氣由于小廠無儲罐，因此為管路運輸（幾MPa），通過緩沖罐減壓后進入流程。本文在Aspen中直接采用最終流股為5bar。

工藝搭建部分：

空氣無儲罐，肯定直接從大氣中通過壓縮機進行輸送。本文選擇簡單的等熵壓縮機，出口壓力選擇盡量不要太大。

流股匯合

相態(tài)選擇一定要符合工藝流股，否則會出現(xiàn)如下報錯

流股匯合經(jīng)過換熱器升高到反應(yīng)所需溫度，注意添加壓降（0.1~0.4bar）。這個過程也可以先預(yù)熱再匯合，最后一起升溫。本文工藝搭建時只帶有簡單換熱，對于換熱處理這部分為后續(xù)優(yōu)化過程。

反應(yīng)器：

雖然評分細則中只要求詳細設(shè)計一個反應(yīng)器，本工藝中含有兩個反應(yīng)器，最好是兩個反應(yīng)都采用動力學(xué)，對于副反應(yīng)的動力學(xué)能找到就用，沒找到就采用設(shè)定轉(zhuǎn)化率的方法。對于動力學(xué)，本文采用的不一定是最優(yōu)的，請多查找文獻對比，選擇最符合實際的。

動力學(xué)輸入，對于反應(yīng)R3因現(xiàn)在無循環(huán)流股，初始進料中無MA，因此當(dāng)加入R3時會報錯，本文在此不加入R3。

點擊反應(yīng)——新建

該動力學(xué)為氣固相吸附朗格繆爾形式，其在Aspen中為LHHW。

R1動力學(xué)的輸入。動力學(xué)因子為Arrhenius形式本文采用kK=36039exp(-70.71/RT)(見動力學(xué))，推動力即y(BT)y(O2)^0.42，下方輸入指數(shù)。

吸附項。Aspen中是以ln(A)（除濃度外的系數(shù)）的形式輸入的，即對于R1中1+Ky分別為ln(1)、ln(K)即0、3.377587516。吸附表達式指數(shù)為濃度的指數(shù)，本文為1。中間部分選擇為y組分，第一項為1，即y^0;第二項為Ky，即y^1。

對于R2同理。

反應(yīng)器設(shè)定，本文未加換熱

反應(yīng)器選擇列管式固定床，此處可以設(shè)備創(chuàng)新，選用雙流床等換熱和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率更高的設(shè)備（具體選用要依據(jù)參考文獻或者用Fluent進行對比計算）。反應(yīng)器體積不宜過大，應(yīng)小于40~60m^3，本文選定該反應(yīng)器為20m^3。

本文壓降選擇0.4bar

催化劑數(shù)據(jù)根據(jù)產(chǎn)品來定，本文為隨意輸入的數(shù)據(jù)。

出口進行降溫，一般反應(yīng)器前后流股是采用流股間換熱，充分利用熱能，為后續(xù)優(yōu)化的工作。剛開始搭建工藝不建議直接使用流股間換熱，會有一些報錯難以處理。

降溫后進行氣液分離（依據(jù)沸點，液相產(chǎn)物MA中僅有水一種雜質(zhì)。當(dāng)然考慮復(fù)雜的話，比如原料雜質(zhì)、更多的副反應(yīng)也會有其他雜質(zhì)），這時運行會發(fā)現(xiàn)會有氣體被液體吸收。

這時的參數(shù)可以通過改用更符合的物性或者靈敏度優(yōu)化完全分離。

此時可重置——運行看一看有無錯誤。出現(xiàn)這種提示，此時無錯誤，可進行下一步流程處理。

上述流程優(yōu)化：

反應(yīng)器的選擇性與轉(zhuǎn)化率，要符合實際工藝。這就涉及到反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)器尺寸、催化劑量的確定。

采用靈敏度分析（模型分析工具——靈敏度——新建）。變化即自變量，激活相信大家都知道，可以多變量分析。

變量可以直接復(fù)制粘貼過來。操縱變量是指該自變量的基本信息，右邊是變量從200開始等距為1變化到400。

定義是因變量，也可直接復(fù)制粘貼（Aspen V11中文對于一些數(shù)據(jù)有bug，不可直接粘貼，會提示。改成英文就可以，或者根據(jù)操縱變量進行選擇。

）。

進行填充

運行無報錯之后得到結(jié)果

自行選擇想要的數(shù)據(jù)

綠色是所需產(chǎn)物，藍色是副產(chǎn)物，即溫度選擇應(yīng)在280~360之間選擇。

對于壓力、反應(yīng)器體積等都可以通過這種方式得到最優(yōu)參數(shù)。

通過設(shè)計規(guī)范得到想要的選擇性與轉(zhuǎn)化率?？梢酝ㄟ^工藝流程選項——設(shè)計規(guī)范——新建，或者對部分設(shè)備也可在設(shè)備界面進行設(shè)定，如精餾塔。

定義的變量是與你所要求的設(shè)定值相關(guān)的數(shù)據(jù)（如設(shè)定轉(zhuǎn)換率為50%=1-生成的MA/初始的BT，即添加兩個變量。如果要求生成MA的量=50kmol/h,即只需一個變量即可）

如設(shè)定MA生產(chǎn)60kmol/h，誤差0.01。

變化即自變量，從200開始每次變化1直到400度為止

得到結(jié)果為304.781度時達到要求。

對于轉(zhuǎn)化率多變量采用Fortran，轉(zhuǎn)化率=1-MA/BT，即定義（A不需要在定義里輸入）

設(shè)定30%轉(zhuǎn)化率，誤差為0.001

運行結(jié)果

對于以下一些報錯，可自行翻譯解決

關(guān)于工藝優(yōu)化部分，這兩個工具大部分要求都可以滿足，其他工具可自行學(xué)習(xí)。

流程中氣液分離的氣體（過量氧氣，此時任然有少量BT，如果操作時難以分離循環(huán)可直接送入尾氣處理）中含有一氧化碳，可以進一步氧化轉(zhuǎn)換為二氧化碳排放或者液化空分得到副產(chǎn)氮氣、二氧化碳（肯定要多級壓縮，設(shè)備費用大）。

對于液相，由泵加壓送入精餾塔。

對于精餾分離，首先查看分離體系有無共沸。

選定組分后點擊共沸物

即水和順酐MA無共沸，簡單精餾即可分離。

精餾塔先選擇簡潔模塊DSTWU，-1.2是指選擇為最小回流比的1.2倍。

運行后得到實際回流比、實際塔板數(shù)、進料板。

此時采用嚴(yán)格模塊RadFrac進行計算，初始參數(shù)采取簡潔模塊DSTWU計算結(jié)果。

本文壓降選擇0.2bar

運行無誤即可進行優(yōu)化，一般精餾設(shè)定參數(shù)為回流比、餾出物進料比（如初始流股為

則餾出物進料比選定115.791/(115.791+53.411)=0.6843）

一般優(yōu)化回流比或者塔板數(shù)（一般簡潔模塊DSTWU計算結(jié)果就比較合理），給予塔設(shè)計規(guī)定為純度要求（如塔頂或塔底產(chǎn)品要求99.5%）

關(guān)于后續(xù)流程未找到合適動力學(xué)。林川, 吳指南. 順酐在負載型鎳鉬催化劑上高壓液相加氫合成1,4-丁二醇本征動力學(xué)的研究[J]. 催化學(xué)報, 1990, V11(2):83-91.該文獻并未說明清楚，建議多找一找外文文獻。

后續(xù)流程搭建，就和去年丙酮加氫類似，反應(yīng)后氫氣回流循環(huán)少量馳放，先分離輕組分MA循環(huán)，再連續(xù)精餾分離BDO。體系共沸請自行查找文獻選擇共沸、萃取精餾。反應(yīng)中可以通過轉(zhuǎn)化率添加副產(chǎn)THF，將其他副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低。塔的壓力并不一定要常壓，適合體系為好。

換熱部分，熱泵肯定是要弄一個的。關(guān)于連續(xù)精餾分離BDO如果有多塔的話，可以考慮雙效精餾。共沸、萃取精餾的話，流股難以換熱，可以多看文獻（如去年有一個隊伍，精餾塔分離時加入了離子，使得冷熱能耗降低）。

公用工程設(shè)定（可參考往年作品）
一部分是任務(wù)書規(guī)定的

冷卻水，溫度選擇為常溫，依據(jù)廠址來判斷，一般20~40均可。壓力由于為泵，壓力可適當(dāng)高一點。

低壓蒸汽，如要選擇溫度請自行查找水蒸氣對應(yīng)壓力下溫度

價格可自行換算

如需更低或更高溫度流股進行換熱，可自行查找廠所在化工園區(qū)內(nèi)信息。例如

低溫可采用乙烯、異丙醇等。關(guān)于注釋建議使用英文，中文有時會有bug。

關(guān)于報錯部分，一般都是搭一個設(shè)備運行一次，報錯先看設(shè)定數(shù)據(jù)有無問題、是否完整，再看流股是否正確，大部分都能得以解決。

循環(huán)流股的收斂可在此查看，其在第幾次收斂結(jié)束。

收斂方法大賽并無要求，可自行選擇

收斂次數(shù)默認為30，可以加大為200或者更高，但過高無意義，因為此時收斂肯定為非線性，此時應(yīng)當(dāng)調(diào)整參數(shù)。

關(guān)于Aspen還有很多有趣的部分，如南工大用的子項父項等，可自行查找資料學(xué)習(xí)。

Aspen部分本文雖然講解了一些基礎(chǔ)部分，但更多的還需自己不斷嘗試。對于工藝流程，要考慮全面、不同方案模擬對比，沒有最好只有最優(yōu)。