Simulation des stationären Verhaltens ... · PDF file1 - 2 ASPEN PLUS - Einführung Im folgenden Bi ld ist die Str uktur eines fachgebietso rienti erten Si mul atio nssystems d argestellt

TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDENInstitut für Verfahrenstechnik und UmwelttechnikProfessur für Verfahrensautomatisierung

Simulation des stationären Verhaltensverfahrenstechnischer Systeme

(Unter Nutzung des Simulationsprogramms Aspen Plus 11.1)

Zum Gebrauch in der Lehrveranstaltung

“SIMULATION UND OPTIMIERUNG”

Prof. Dr.-Ing. habil. Klöden Dresden, April 2006

Dieses Handbuch darf nur für die Ausbildung an der TU Dresden eingesetzt werden!

ASPEN PLUS - Einführung 1 - 1

1. Einführung

1.1 Struktur und Funktion eines Simulationsprogramms

Ein Simulationswerkzeug ist ein Programm bzw. ein Programmiersystem, das die für dieSimulationsexperimente erforderlichen Bausteine in einer an den Bedürfnissen der potentiellenNutzer orientierten Form bereitstellt. Simulationswerkzeuge werden in der Regel für bestimmteKlassen des Systemverhaltens (z.B. statisch/dynamisch usw.) entwickelt. In ihrerAnwendungsbreite berücksichtigen sie im allgemeinen die Anforderungen einer bestimmten(hinreichend repräsentativen!) Nutzergruppe (so gibt es Werkzeuge für die Verfahrenstechnik,den Maschinenbau, die Verkehrstechnik usw. ).

� Grundtypen von SimulationswerkzeugenAus der Sicht der Problembeschreibung durch das Simulationswerkzeug lassen sich die in derfolgenden Tabelle zusammengestellten Grundtypen von Simulationswerkzeugen unterscheiden:

Grundtyp Merkmale Beispiel

ProblemorientierteProgrammiersprache

Die allgemeine Anwendbarkeit dieser Werk-zeuge bietet Gewähr für die Lösung einerSimulationsaufgabe; allerdings mit einemsehr hohen Aufwand. Diese Werkzeugebilden aber die Basis für die nachfolgend zubehandelnden Werkzeuge.

PASCAL ,C++ ,JAVA

Simulationssprache Hierbei handelt es sich umproblemorientierte Programmiersprachen,die spezifische Ausdrucksmittel für Simula-tionsprobleme aufweisen. Diese Werkzeugesind den Hochsprachen sehr ähnlich.

SIMULA ,( ACM )

Fachgebiets-orientiertesSimulationssystem

Es werden die für ein bestimmtesFachgebiet typischen Modelle undDatenbanken bereitgestellt. Der Anwenderbeschreibt sein spezifisches Problem übereine interaktive, graphische Benut-zeroberfläche oder durch eine Skript-Sprache. Durch das Werkzeug werden dietypischen Problemstellungen desFachgebietes unterstützt.

ASPEN PLUS,ASPEN DYNAMICS,ASPEN CUSTOMMODELER(ACM)

ParametrierbaresSimulationssystem

Das Werkzeug ist nur für eine enge Klassevon Systemstrukturen (in der Regel nur eineStruktur) anwendbar. Es können lediglichgewisse Modellparameter (Stoffwerte usw.)verändert werden.

Alle mit einemWerkzeuggenerierten An-wendungen.

� Struktur eine fachgebietsorientierten Simulationssystems

ASPEN PLUS - Einführung1 - 2

Im folgenden Bild ist die Struktur eines fachgebietsorientierten Simulationssystems dargestellt,das für Simulationsuntersuchungen an verfahrenstechnischen Systemen eingesetzt werden soll.


Die einzelnen Komponenten übernehmen folgende Funktionen:S Problembeschreibung / Parametrierung

Über diese Komponente beschreibt der Anwender seine Probleme. Dafür kann er je nachWerkzeug Programmeditoren und / oder grafische Werkzeuge nutzen. Für dieStrukturbeschreibung stehen heute in der Regel grafische Editoren zur Verfügung. DieParametrierung erfolgt in der Regel über ein System von Formularen.

S SimulatorDiese Komponente führt die eigentlichen Simulationsrechnungen auf der Basis desmathematischen Systemmodells aus. Der Simulator besteht im wesentlichen aus einemAlgorithmus für die Steuerung der Berechnungsreihenfolge und aus einerNumerikbibliothek für die Lösung der Gleichungssysteme. Umfang und Struktur dieserBibliothek hängen vom Funktionsumfang des Simulationswerkzeugs ab.

S Präsentation Diese Komponente stellt Werkzeuge für die Darstellung der Ergebnisse bereit. Dabeisind wieder textorientierte (z.B. Report-Generatoren) und grafische Werkzeuge (z. B.Diagramm-Generatoren) zu unterscheiden.

S SystempflegeDer Anwender kann das System im bestimmten Rahmen an seine Umgebung anpassen.Er kann also bestimmte Standardeinstellungen so wählen, dass sie bereits beim Start desSystems wirksam werden.

S Dateien /DatenbeständeDie einzelnen Komponenten benötigen für ihre Arbeit spezifische Datenbanken undliefern ihre Resultate in spezifischen Dateien ab.

Für größere Systemlösungen kann ein Simulationswerkzeug in einer Client-Server-Umgebungbetrieben werden. Das folgende Bild stellt diese Struktur dar:

ASPEN PLUS - Vorbemerkungen1 - 4

1.2 Das Simulationsprogramm Aspen Plus1.2.1 Allgemeine Eigenschaften des Programms Aspen Plus

Aspen Plus ist ein Programmsystem der Firma Aspen Technology, Inc. Es ist seinem Charakternach ein fachgebietsorientiertes Simulationsprogramm für den Bereich der Verfahrenstechnik.Es liegt in Versionen für unterschiedliche Plattformen (PC, Workstation, Supercomputer ..) vor.Am Institut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik ist eine Netzwerk-Lizenz der Version11.1 verfügbar. Diese besitzt die oben dargestellte Client-Server-Struktur (der Server ist ein PCmit WIN-NT).

Aspen Plus ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:- Graphische und alphanumerische Benutzeroberfläche (hoher Nutzerkomfort bei ge-

eigneter rechentechnischer Basis!).- Bereitstellung einer repräsentativen Modellbibliothek bei gleichzeitiger Möglichkeit der

Einbindung nutzerspezifischer Bausteine (diese sind in FORTRAN, Excel oder VisualBasic nach dem CAPE-OPEN Standard zu programmieren).

- Einbindung mehrerer Stoffwertbibliotheken einschließlich einer nutzereigenen Datenba-sis.

- Aufbereitung der Ergebnisse bis zu einer Stufe, die der Erzeugung von Projektunterla-gen entspricht.

Unter den Bedingungen der installierten Version zerfällt das Programmsystem in folgendeHauptkomponenten:

- Modellmanager (model manager, Abk. MMG)Diese Programmkomponente realisiert die Kommunikation mit dem Nutzer. Durch denMMG wird zunächst die Problembeschreibung erzeugt, die aus dem Fließschema undeiner Menge von Formularen mit den Simulationsdaten besteht. Nach dem Simulations-lauf kann der MMG die Ergebnisdarstellung übernehmen.Der Modellmanager erscheint mit einer graphischen Oberfläche, die die interaktiveNutzung unterstützt. Dabei werden die für WIN98-Anwendungen üblichen Standardseingehalten. Das betrifft sowohl die Struktur des Basisfensters (Menüzeile, Tool-But-tons, usw.) als auch die Aktivierung der Programmfunktionen über Maus und Tastatur.Eine Besonderheit besteht in der erweiterten Nutzung der rechten Maustaste als funk-tionsauslösender Taste in bestimmten Zusammenhängen.Auf die Nutzung des MMG kann auch völlig verzichtet werden; der Nutzer des Simula-tors muss dann aber das Inputfile gemäß der ASPEN-Simulationssprache selbst erzeu-gen; die Ergebnisse werden dann als Bericht in alphanumerischer Form bereitgestellt.

- Simulator (simulation engine)Das eigentliche Simulationsprogramm realisiert die numerischen Prozeduren des Simu-lationslaufs und erzeugt eine Reihe von Dateien, die für die Protokollierung und Präsen-tation von Bedeutung sind.

Beide Komponenten können koordiniert genutzt werden; sie können aber auch unabhängigvoneinander aktiviert werden.


Für die nachfolgenden Darlegungen wird vorausgesetzt, dass ein Problembearbeitungsprozess,der den Einsatz des Simulationswerkzeugs notwendig macht, in folgenden Schritten abläuft:

- Das zu lösende Problem (Auslegung, Nachrechnung usw.) wird analysiert und für dieSimulation aufbereitet.

- Die Problembeschreibung wird über die graphische Version des MMG in folgendenSchritten erzeugt:= Start des Modellmanagers,= Erzeugung eines Fließbildes,= Spezifikation der Simulationsdaten.

- Die Simulation wird im Vordergrund durchgeführt.- Die Ergebnispräsentation erfolgt über die graphische Version des MMG.

1.2.2 Dokumentation und Online-Hilfe zu Aspen Plus

Vom Entwickler des Systems wird eine umfangreiche Dokumentation geliefert, die auf dem PC,auf dem das System installiert wurde, auch verfügbar ist. Die Dokumente liegen im PDF-Formatvor und können mit dem AcrobatReader gelesen werden. Die Dokument-Files zu Aspen Plussind in folgendem Verzeichnis zu finden:

R:\Aspen Doc\AES 11.1 Documentation\Aspen Plus

Die folgenden Dokumente sind für den Anwender von besonderer Bedeutung:

Datei Inhalt des Dokuments

APLUS 111 UserGuide.pdf Nutzerhandbuch (ca. 1000 Seiten)

APLUS 111 UnitOperationModels.pdf Beschreibung der Modellbibliothek

APLUS 111 Physical Property Data.pdf Beschreibung der Stoffdatenbanken

Während der Arbeit mit Aspen Plus steht dem Nutzer auch die Online-Hilfe zur Verfügung.Neben dem für WIN98-Programme üblichen Hilfeordner gibt es auch eine kontextsensitiveHilfefunktion. Dafür muss im Tool-Bar das folgende Button

angeklickt werden. Anschließend nimmt der Cursor die Gestalt eines Fragezeichensan. Wenn man nun auf ein Element der Bedienoberfläche klickt (beispielsweise ein Eingabefeldoder ein Block der Modellbibliothek), erscheint in einem separaten Fenster die zugehörige Hilfe.

ASPEN PLUS - Schnittstelle MMG / Nutzer 2 - 1

2. Die Schnittstelle zwischen MMG und Nutzer

Die Kommunikation zwischen dem Simulationsprogramm und dem Nutzer erfolgt übereine definierte Schnittstelle. Diese Schnittstelle sollte durch folgende Merkmale gekenn-zeichnet sein:S Die Problembeschreibung soll interaktiv ausgeführt werden.S Die Schnittstelle sollte für die Strukturbeschreibung grafische Werkzeuge bereit-

stellen; dabei ist die „Symbolsprache“ des Nutzers zu verwenden.S Die Problemdaten sollen in einer leicht zu pflegenden Datenbank verwaltet

werden; eine interaktive Veränderung der Problemdaten ist zu gewährleisten.

2.1. MMG-Aufruf

Die Aktivierung des Modellmanagers setzt folgende Schritte voraus:1.4 Auf dem Desktop wird das ASPEN PLUS 11.1 Symbol angeklickt (Doppelklick!):

Es wird ein neues Fenster geöffnet, das die Bezeichnung "Aspen Plus" trägt und das dieArbeitsfläche des MMG darstellt. Dieses Fenster kann so wie alle Arbeitsfenster unterWINDOWS 2000 verwaltet werden.

S Bevor die Arbeit mit dem MMG beginnen kann, muss der Nutzer einige Fragen zurEinstellung der geplanten Arbeitsweise beantworten (s. Abschnitt 3.1.). Hierzu gehören:� die Auswahl einer evt. zu nutzenden Vorlage� die Wahl der „Leeren Vorlage“� oder die Auswahl eines bereits existierenden Projektes aus einer Pickliste� weiterhin ist der Problemtyp zu spezifizieren.

1.10 Die Verbindung zum „lokalen Server“ im Formular Connect to Engine ist mit dem OK-Button zu bestätigen. Hierbei handelt es sich um die vom Lizenz-Manager überwachteVerbindung. Da eine Netzwerkinstallation verfügbar ist, können auch mehrere Instanzendes Programms offen gehalten werden, soweit das der verfügbare Speicherplatz zulässt.

S Nach der Initialisierung hat der Nutzer Zugriff auf das MMG-Fenster.

2.2. Das MMG-Fenster

Das MMG-Fenster (DeskTop des MMG-Nutzers) stellt eine Reihe von Werkzeugen bereit, diees gestatten, ein Simulationsproblem zu beschreiben. Dieser Arbeitsplatz ist in mehrere Berei-che unterteilt, die unterschiedliche Funktionalitäten besitzen.Für den Bereich, der das Fließschema enthält, können drei Darstellungsformen gewählt werden,die über den Menüpunkt Window einstellbar sind:

Normal Das Fenster wird in der Größe mit den Browser-Fensternabgeglichen (Standardzustand).

Workbook Das Fenster wird wie eine „Karteikarte“ verwaltet; weite-re Fenster werden in gleicher Weise dargestellt.

Flowsheet as Wallpaper Das Fenster wird wie ein Hintergrundbild verwaltet.

In der nachfolgenden Abbildung ist das MMG-Fenster mit seinen wesentlichen Bereichendargestellt:

ASPEN PLUS - Schnittstelle MMG / Nutzer2 - 2

Arbeitsplatz des ASPEN PLUS 11.1 ModelManager


Felder des MMG-Fensters Bedeutung

Titelzeile Diese Zeile enthält die WIN95-Steuerelemente und die Dateibe-zeichnung des Problems.

Menüzeile In dieser Zeile sind die Menüpunkte für den Zugriff auf die MMG-Werkzeuge aufgeführt. Anklicken eines Punktes lässt ein weiter-führendes Pull-down-Menü erscheinen.

Werkzeugschalter Diese Zeile umfasst die für die Aktivierung der Komponenten desSystems wichtigen Schalter.

Status-Anzeige In dieser Zeile wird der Nutzer auf den aktuellen Status der Pro-blembearbeitung hingewiesen (im aktuellen Beispiel: es liegenzum dargestellten Problem Simulationsergebnisse vor).

Standardschalter Dieses Schalterfeld enthält alle Schalter für die mit einem WIN95-Programm üblicherweise verbundenen Standardaufgaben (Öffnen,Schließen einer Datei usw.).

Formularschalter Die Schalter dieses Schalterfeldes aktivieren unterschiedliche For-mulare (Eingabebereiche für die Simulationsdaten).

NEXT-Schalter Durch diesen Schalter kann der Nutzer den folgenden Be-arbeitungsschritt aktivieren. Welcher Schritt der jeweils folgendeist, wird durch den Systemexperten festgelegt. Der Nutzer wird auffehlende Eintragungen hingewiesen.

Schalter für Simulatorsteue-rung

Über diese Schaltergruppe wird der Simulator in seinen spezifi-schen Betriebsweisen (z.B. Schrittbetrieb) aktiviert.

Modellbibliothek In dieser Liste sind die Grundtypen der in ASPEN PLUS verfüg-baren Modellblöcke aufgeführt. Jedem Typ entspricht ein Reiterder Liste.

Modellgruppe Zu jedem Modelltyp, der in der Modellbibliothek durch einen Rei-ter repräsentiert wird, gehört i.a. eine Modellgruppe. Bei Auswahleines Typs erscheint dann die zugehörige Gruppe als Unterliste.Aus dieser Liste wird dann das konkrete Modell gewählt.

Wahl der graphischen Dar-stellung

Zu jedem Modell einer Modellgruppe kann über den rechts nebendem Gruppennamen erscheinenden Schalter die Liste der graphi-schen Darstellungsmöglichkeiten für den Block im Fließschemaangezeigt werden. Aus dieser Liste wird die gewünschte Formdurch Anklicken ausgewählt.

Auswahl-Rücksetz-Schalter Die Modellblock-Auswahl bleibt aktiv, bis sie durch Klicken aufdiesen Schalter inaktiviert wird.

Prompt-Feld In diesem Feld werden kurze Hinweise zu den im jeweiligen Be-arbeitungszustand möglichen Handlungen gegeben. Ist ein Aus-wahlmenü aktiv, so werden die Menüpunkte kurz erklärt.

Fließschema-Arbeitsbereich In diesem Teil des MMG-Fensters wird das Fließschema erzeugt.


2.3. Mausbedienung

Es wird im folgenden davon ausgegangen, dass die interaktive Steuerung des Bearbeitungsprozessesüber die Mausbedienung erfolgt. Dabei sind folgende Grundsätze zu beachten.- Die Auswahl in den pull-down-Menüs der Menüzeile erfolgt über die linke Maus-Taste. Die

Auswahl im Modell-Menü erfolgt ebenfalls über die linke Maustaste. - Im Arbeitsfeld sind an die Maustasten mehrere Funktionen gebunden. Die jeweils aktuelle

Funktion folgt aus dem Zustand der Bearbeitung. Im Prompt-Feld werden diese Funktionen inden meisten Fällen angezeigt. Die jeweils aktuellen Funktionen werden auch durch spezielleFormen des Mauszeigers hervorgehoben; diese sind in der folgenden Tabelle zu sehen.

Form Bezeichnung Zugeordnete Funktion

Auswahl Klick mit der rechten Maustaste auf Objekte, Eintragun-gen in Pulldown-Listen usw.

Einfügen Einfügen eines ausgewählten Blockes in das MMG-Ar-beitsfeld

Verbinden Zeigen auf einen Port eines Blockes zur Herstellung einerVerbindung nach Klick.

Bewegen Ein markiertes Objekt kann in eine neue Position bewegtwerden.

Ziehen Erzeugen eines markierten Bereiches durch Ziehen derMaus.

Text-Einfügen An der gezeigten Position kann über die Tastatur Texteingegeben werden.

Vergrößern,Verkleinern

Das gewählte Objekt kann in seiner Größe verändert wer-den.

Warten Das System führt eine Operation aus, die den Anwenderzum Warten zwingt.

Stop Der vom Mauszeiger berührte Bereich ist nicht aktiv.

2.4. Grundoperationen mit Maus und Tastatur

Unter Objekten werden im folgenden alle Elemente eines Fließschemas verstanden.

! Auswahloperationen

Operation Ausführung

Auswahl eines Objektes Positionieren des Mauszeigers auf das Objekt und Klicken mit lin-ker Maustaste. Auswahl ist zu erkennen an der Umschreibung desObjektes mit kleinen schwarzen Quadraten.


Auswahl einer Gruppe vonObjekten

Betätigen der Ctrl-Taste und Anklicken der Objekte mit linkerMaustaste. Gruppe erscheint mit Markierung. Die Objekte müssennicht notwendig in einer zusammenhängenden Region des Arbeits-bereichs liegen.

Auswahl eines Bereichs Bewegen des Mauszeigers auf eine Ecke des Bereichs. Drückenund Festhalten der linken Maustaste, bis der Zieh-Zeiger erscheint.Ziehen eines Rechteckes mit dem Mauszeiger um den zu wählen-den Bereich. Bereich ist nach Loslassen der Maustaste markiert.

Löschen einer Auswahlope-ration

Bewegen des Mauszeigers, bis er sich außerhalb des gewähltenObjektes oder Bereichs befindet. Klicken mit der linken Maustastelöscht die Auswahloperation.

! Bewegen, Vergrößern, Verkleinern mit der Maus


Bewegen eines Objektes 1. Zeigen auf das Objekt2. Drücken und Halten der linken Maustaste, bis der

Bewegungszeiger erscheint.3. Ziehen des Objektes in die gewünschte Position

Vergrößern, Verkleinern Das ausgewählte Objekt ist an einer Markierung, die aus einer un-terbrochenen Linie kleiner schwarzer Quadrate besteht, zu erken-nen. Eines dieser Quadrate ist zusätzlich umrandet.1. Auf dieses Zeichen Mauszeiger positionieren.2. Drücken und Halten der linken Maustaste, bis der Zeiger

die Form ändert.3. Durch Bewegung der Maus wird das Objekt vergrößert

bzw. verkleinert.

! Bewegen, Vergrößern, Verkleinern mit der Tastatur


Bewegen eines Objektes 1. Objekt mit Mausklick markieren2. Bewegen des Objektes mit den Cursor-Steuertasten der

Tastatur

Vergrößern, Verkleinern 1. Objekt mit Mausklick markieren.2. Mit der Taste ‘+’ das Objekt vergrößern bzw. mit der Tas-

te ‘-’ verkleinern.


! Popup-Menüs


Popup-Menü des Arbeits-feldes

1. Mauszeiger auf beliebigen Punkt im freien MGG-Arbeits-feld positionieren.

2. Mit Klick der rechten Maustaste Popup-Menü statischerzeugen, oder

3. Durch Drücken der rechten Maustaste das Popup-Menübis zum Loslassen der Maustaste dynamisch erzeugen

Popup-Menü eines Blockesoder Stromes

1. Objekt markieren.2.,3. Wie bei Arbeitsfeld beschrieben fortfahren.

2.5. Der Menüpunkt File in der Menüzeile

Der Menüpunkt File der Menüzeile stellt dem Nutzer die grundlegenden Datei-Dienste bereit. BeimAnklicken mit der linken Maustaste erscheint ein Pulldown-Menü mit folgenden Menüpunkten (bei denmit ’..’ gekennzeichneten Menüpunkten erscheinen weiterführende Menüs):

Menüpunkt Funktion

New.. Löschen des Arbeitsfeldes und Start einer neuen Problembeschreibung.

Open.. Eröffnen einer bereits existierenden Problembeschreibung. Es wird ein Auswahl-menü angeboten.

Save Rückschreiben des aktuellen Problems

Save As.. Rückschreiben der aktuellen Problembeschreibung, wobei ein neuer Name ge-wählt werden kann.

Import.. Einfügen von Files in die laufende Bearbeitung (Backup-Files, Plot-Files usw.).Der Filetyp muss entsprechend gewählt werden.

Export.. Export bestimmter Teilergebnisse. Erzeugen der Eingabeformate für andere Pro-gramme und von Berichtsdateien (Reportfiles).

Page Setup.. Es erscheint ein Formular zur Parametrierung der Seitenstruktur für den Ergebnis-druck

Print Preview Es erscheint die Druckvorschau für den Druck des aktuellen Inhalts des Arbeits-feldes

Print.. Drucken ausgewählter Teile des aktuellen Problems (Stromtabelle usw.).

Print Setup.. Über das angezeigte Formular kann die Druckereinstellung verändert werden.

Pickliste der letzten bearbeiteten Probleme

Exit Verlassen des MMG.

ASPEN PLUS - Fließschema 3 - 1

3. Erzeugen eines Fließschemas

Die grundlegende Beschreibung der Systemstruktur stellt das Fließschema dar. UnterAnwendung der verbreiteten Symbolik für technologische Schemata wird die Strukturdes Systems beschrieben. Die Darstellung kommt den bekannten IR-Schemata sehrnahe. Die dafür notwendigen Symbolbibliotheken und Werkzeuge muss das Programmbereitstellen. Im Folgenden wird die konkrete Umsetzung der allgemeinen Grundsätzeam Beispiel von Aspen Plus beschrieben.

3.1. Die Vorbereitungen

Das Erzeugen eines Fließschemas als gra-fische Darstellung der zu simulierendenSystemstruktur setzt voraus, dass Zugriffzum MMG-Fenster besteht. Bevor derNutzer diesen Zugriff erhält, muss er eini-ge Festlegungen treffen, die für die auf-gabengerechte Initialisierung des Systemsnotwendig sind.Nach dem Start des MMG erscheint dasfolgende Fenster:

Es sind folgende Schalter vorgesehen, dieder Nutzer für die Vorbereitung seinesProblems wählen kann:

S Blank SimulationEs wird eine “leere” Problembeschreibung erzeugt. Nach der Herstellung der Verbin-dung zum “lokalen Server” erscheint des MMG-Fenster. Es werden keine Standardein-stellungen vorgegeben.

S TemplateEs erscheint das folgende Fenster:

ASPEN PLUS - Fließschema3 - 2

Die Liste enthält vorgegebene “Problem-Schablonen”, die der Nutzer auswählen kann.Damit müssen bestimmte Festlegungen nicht mehr durch den Nutzer getroffen werden.Je nach gewählter Schablone werden bestimmte Standardeinstellungen vorgenommen.Diese beziehen sich unter anderem auf:= die verwendeten Maßeinheiten,= Konzentrationsmaße,= Reportformat,= Berechnungsverfahren für die Eigenschaften des Stoffsystems.Folgende Templates (jeweils für Englisches und Metrisches Maßsystem) sind verfügbar:= Air Separation= General= Electrolytes= Hydrometallurgy= Petroleum= Pharmaceuticals= Pyrometallurgy= Solids= Gas Processing= Chemicals= Speciality ChemicalsÜber das Feld “Run Type” kann die Art der durchzuführenden Berechnung festgelegtwerden. Neben der eigentlichen Fließschema-Simulation (Schlüsselwort Flowsheet)können auch andere Aufgaben gelöst werden; so z.B.= Bestimmung von Stoffwertbeziehungen aus Messdaten (Data Regression)= Generierung von Stoffwerttabellen (Property Analysis)= Bereitstellen von Stoffdaten für andere Programme (PROPERTIES PLUS)

S Open an Existing SimulationWenn dieser Schalter gesetzt wird, so muss aus der angezeigten Pickliste ein Problemzur Bearbeitung ausgewählt werden. Dieses Problem ist dann in einem früheren Schrittbereits angelegt worden.

Nach Abschluss dieser Vorbereitungen wird die Verbindung zum lokalen Server hergestellt. DieHerstellung dieser Verbindung wird angezeigt und ist zu quittieren (s. Abschnitt 1.2).

3.2. Auswahl der Modellblöcke

Die Struktur des zu simulierenden verfahrenstechnischen Systems wird durch eine graphischeDarstellung beschrieben, die dem technologischen Schema sehr ähnlich ist. Sie wird (inÜbersetzung des engl. Fachausdruckes”flowsheet”) als Fließschema bezeichnet.ASPEN PLUS erlaubt die Fließschemadarstellung in zwei unterschiedlichen Repräsentationen:S Blockschema-Darstellung,S Darstellung durch die technologischen Funktionssymbole (ähnlich der durch die DIN

28004/Teil 3 definierten Symbolik).

Der Nutzer hat die Möglichkeit zwischen diesen Formen zu wählen. Dabei kann ein Schemaauch in seiner Gesamtheit von einer Darstellungsform in die andere konvertiert werden.


! Name eines BlockesJeder Block erhält einen Namen (Block ID). Dieser kann vom System (in der Form B<lfd.Nr>)vergeben werden. Der Nutzer muss im Standardfall diesen Namen vorgeben; er kann jederzeitgeändert werden. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:S Im Popup-Menü des Blockes gibt es die Funktion Rename Block; durch deren Anwahl

wird die Namensänderung aktiviert.S Der Nutzer kann die Generierung des Namens über ein Formular einstellen. Dafür

aktiviert man zunächst aus der Menüzeile den Menüpunkt Tools und anschließend imPulldown-Menü den Punkt Options. Danach erscheint das folgende Auswahlformular:

Der Selektor (Reiter) Flowsheet ist anzuklicken, damit das dargestellte Formularerscheint. Das Feld Display block name bzw. Automatically assign block name withprefix ist zu setzen oder je nach Zielstellung rückzusetzen. Im Standardfall (Neueröff-nung eines Problems) sind diese Schalter gesetzt!Die beschriebene Vorgehensweise trifft auch für die Festlegung der Stromnamen zu.Dabei sind die entsprechenden Felder in zweiten Abschnitt zu nutzen.

S Der Name darf max. 8 Zeichen lang sein; er wird nach den üblichen Regeln gebildet.

! Auswahl eines Blocks aus dem Katalog

Auf der Ebene der Fließschema-Generierung stellen die Blöcke die Prozesseinheiten dar; auf derEbene der Simulation repräsentieren sie die anzuwendenden Modelle. Es ist nun durchausmöglich, dass für eine Prozesseinheit unterschiedliche Modellblöcke (z.B. gibt es für Destilla-


tionskolonnen mehrere Modellblöcke) ausgewählt werden können. Die Darstellung im Flie-ßschema ist aber immer eindeutig; jedem Block ist genau ein Modelltyp zugeordnet.Die Modellbibliothek stellt zunächst bestimmte Modellklassen bereit. Der Nutzer muss also alserstes eine Modellklasse auswählen. Nach dieser Auswahl werden die Elemente der Modell-klasse angezeigt, von denen nunmehr ein konkretes Modell auszuwählen ist. Die graphischeDarstellung des Modellblocks im Fließschema ist über ein Bild-Menü wählbar.

Im folgenden Bild sind die Auswahlelemente dargestellt:

! Einfügen eines Blockes in das Fließschema

Die Einordnung eines Blockes in das Fließschema vollzieht sich in folgenden Schritten:

S Ermittlung des relevanten Modells für die Prozesseinheit (vorgelagerte Prozessanalyse).S Auswahl des Modells aus dem Katalog (s.o.).S Auswahl der adäquaten grafischen Darstellung des Blockes.S Für die folgenden Schritte ist zu unterscheiden, ob mehrere Blöcke eines Typs in das

Fließschema zu übernehmen sind oder ob nur ein Block zu übernehmen ist. Soll nur einBlock des ausgewählten Typs eingefügt werden, ist wie folgt zu verfahren:< Die linke Maustaste ist festzuhalten.< Der Block wird in den Arbeitsbereich an die gewünschte Position gezogen.< Der Block wird durch Lösen der linken Maustaste “fallengelassen”.Sollen mehrere Blöcke eingefügt werden, ist wie folgt zu verfahren:< Der Modelltyp wird angeklickt.< Der Mauszeiger wird im Arbeitsbereich auf die gewünschte Position bewegt.

Der Mauszeiger nimmt die einfache Kreuzform an.< Durch Klick der linken Maustaste wird der Block in den Arbeitsbereich über-

nommen.< Der Mauszeiger kann nun in eine neue Position bewegt werden; durch Klick der

linken Maustaste wird der Einfügevorgang wiederholt.< Der Einfügeprozess wird durch Anklicken des Auswahl-Rücksetz-Schalters

abgebrochen.S Es ist aber zu beachten, dass die Blöcke zunächst "verbindungslos" erscheinen. Die

Einbindung in das Fließschema erfordert noch weitere Operationen!


! Popup-Menü eines Blockes

Nach Übernahme des Blockes in das Arbeitsfeld kann er mar-kiert (ausgewählt) und anschließend durch die Funktionen, dieim Popup-Menü des Blockes aufgelistet sind, bearbeitet wer-den. Die folgende Tabelle stellt die Menüpunkte und ihreFunktionen zusammenDas Popup-Menü hat die im nebenstehenden Bild dargestellteStruktur. In der folgenden Tabelle werden die Funktionen dereinzelnen Menüpunkte erläutert. Das Popup-Menü wird nachder Markierung des Blocks mit der rechten Maustaste aktiviert.Die Menüpunkte werden ebenfalls über die rechte Maustasteaktiviert. Die Funktionen lassen sich auch über die Tastaturdurch die unterstrichenen Buchstabentasten bzw. die angege-benen Kombinationen mit der Ctrl-Taste aktivieren. Evt. mattdargestellte Menüpunkte sind nicht aktivierbar. Der Zusatz ‘..’bei einem Menüpunkt zeigt an, dass Formulare des DataBrowser erscheinen werden. Dabei handelt es sich um dasVerwaltungsprogramm für die Formulare. Das Zeichen < ver-weist darauf, dass weitere Auswahlmenüs erscheinen, ausdenen Menüpunkte auszuwählen sind.

Menüpunkt Funktion

Input.. Es wird das Formularsystem für die Parametrierung des Blockes akti-viert.

Result.. Es werden die Resultatformulare zur Anzeige angeboten.

Stream Result.. Es wird die Stromtabelle zur Anzeige gebracht.

Change Section.. Es wird der aktuelle Abschnitt des Fließschemas verändert.

Add to ModelLibrary

Dieser Menüpunkt ist für die Verwaltung einer anwenderspezifischenModellbibliothek von Bedeutung.

Move Selection Über diesen Schalter lässt sich ein Werkzeug aktivieren, das die Zu-sammenfassung mehrerer Blöcke zu einen hierarchisch strukturiertenBlock unterstützt. Diese Zusammenfassung ist für komplexe Simula-tionsprobleme hilfreich.

SM Deactivate /ActivateEO Exclude ...

Der Block wird im aktuellen Fließschema nicht berücksichtigt / wie-der berücksichtigt. Der Schalter ist für die Testphase nützlich.SM / EO verweisen auf die aktuelle Form der Lösungsstrategie fürdas Gleichungssystem

Delete Block Der Block wird gelöscht. Damit gehen alle über den Block gespei-cherten Informationen verloren. Der Befehl ist zu quittieren.


Rename Block.. Der Name des Blockes wird geändert. Zur Neueingabe wird aufge-fordert.

Rotate Icon Die grafische Darstellung des Blockes im Fließbild wird gedreht odergespiegelt. In einem nachfolgenden Menü lässt sich die gewünschteFunktion auswählen.

Resize Icon Der markierte Block wird vergrößert oder verkleinert.

Exchange Icon Das grafische Symbol eines Blockes wird geändert. Dabei werden dieim Katalog verfügbaren Darstellungen nacheinander herangezogen.

Hide Bestimmte Elemente der Anzeige (z.B. der Name des Blockes) wer-den verborgen bzw. wieder zugeschaltet.

Unplace Block Der Block wird vorübergehend aus der Darstellung entfernt. In einerListe werden die entfernten Blöcke angezeigt. Durch Auswahl kön-nen die Blöcke erneut zur Anzeige gebracht werden.

Center View Das Arbeitsfeld wird so verschoben, dass der Block in der Mitte er-scheint.

3.3. Verbinden der Blöcke, Definition der Ströme

! Ports Jeder Block verfügt über spezifische Ein- und Ausgangsports, an denen die Ströme ein- bzw.austreten, die ihn mit anderen Blöcken bzw. mit der Umgebung verbinden.Es wird zwischen den Eingangsports und den Ausgangsports unterschieden. Ein Port wird imFließschema durch einen Pfeil mit entsprechender Richtungsorientierung dargestellt. Es wirdzwischen notwendigen Ports (erkennbar an der roten Farbe der Pfeile) und optionalen Ports (erkennbar an der blauen Farbe der Pfeile) unterschieden. Der Nutzer muss die rot dargestelltenPorts unbedingt belegen, sonst kann der Simulationslauf nicht gestartet werden. Die optionalenPorts können problemspezifisch berücksichtigt/ignoriert werden.

! Namen der StrömeEs gelten die gleichen Grundsätze für die Namensfestlegungen, wie für die Blöcke (s. 3.2.). Dereinzige Unterschied ergibt sich bei automatischer Namensgenerierung durch das System; dieBlock ID wird durch <lfd. Nr.> vergeben.

! Definition der Ströme durch Herstellung der Verbindungen zwischen Ports

Für die Herstellung der Verbindungen zwischen den Blöcken durch Ströme bietet Aspen Pluseine Reihe von Unterstützungen, die aus den Eigenschaften der Blöcke abgeleitet werden.Grundsätzlich lassen sich die Ströme wie folgt definieren:S Der STREAM-Schalter ist anzuklicken. Der Stromtyp kann in einem Auswahlmenü

spezifiziert werden (Stromtypen sind: Material, Heat, Work).S Wird der Mauszeiger in den Arbeitsbereich bewegt, so werden alle offenen Ports der

Blöcke des Fließschemas (entsprechend charakterisiert durch Pfeilrichtung und Farbe)


angezeigt, die zum gewählten Stromtyp kompatibel sind.S Wird der Mauszeiger auf einen Port gezogen, so erscheint ein Feld mit der Beschreibung

des Ports. S Durch Anklicken eines Ports wird die Herstellung der Verbindung eingeleitet. Nach dem

Anklicken kann der Port in der graphischen Darstellung zunächst verschoben werden.Anschließend wird der Mauszeiger auf den gewünschten Zielport bewegt. Durch An-klicken wird die Verbindung hergestellt; damit ist ein neuer Strom definiert.

S Wird ein Ausgangsport angeklickt und auf einen freien Abschnitt des Arbeitsbereichsgeklickt, so wird der Port als Produktausgang angenommen. Als Endemarkierung wirdein Produktpfeil in das Fließschema eingefügt.Analog wird ein Rohstoffpfeil eingefügt, wenn zunächst auf einen Eingabeport undanschließend auf einen freien Bereich geklickt wird.

! Popup-Menü für Ströme

Nach der Definition eines Stromes kann dieser aufähnliche Art und Weise wie ein Block bearbeitetwerden. Die dafür notwendigen Funktionen werdenin einem Popup-Menü bereitgestellt. In der nachfol-genden Abbildung sind die Menüpunkte dargestellt.

Um die Eigenschaften eines Stromes zu verändern,sind folgende Schritte abzuarbeiten:

S Der Stromvektor ist mit der linken Maus-taste anzuklicken. Die Verbindungslinie er-scheint durch kleine Quadrate markiert.

S Durch Anklicken der rechten Maustaste er-scheint das für Ströme charakteristischePopup-Menü.

S Mit der rechten Maustaste ist die gewünsch-te Funktion anzuwählen.

Es sind die Hinweise zu beachten, die bereits fürdas Blockmenü angegeben wurden.

Die Menüpunkte des Popup-Menüs werden in der folgenden Tabelle beschrieben:

Menüpunkt Funktion

Input.. Es werden die Formulare für die Parametrierung des Stromesangezeigt.

Result.. Es werden die auf den Strom bezogenen Simulationsergebnisseangezeigt.


Reconcile.. Die Ergebnisse für den ausgewählten Strom werden in dieInput-Spezifikation übernommen.

Change Stream Class Ändern der Stromklasse

Deactivate /Activate

Der Strom wird für die aktuellen Berechnungen deaktiviert /aktiviert (ist für die Testphase nützlich).

Move Selection Es wird ein Werkzeug aktiviert, das die hierarchische Zusam-menfassung von Elementen des Fließschemas ermöglicht.

Delete Stream Der Strom wird im Fließschema gelöscht. Alle Informationengehen verloren.

Rename Stream Umbenennen des Stroms

Reconnect Source Der Strom wird von seinem Quell-Port gelöst.

Reconnect Destination Der Strom wird von seinem Ziel-Port gelöst.

Rotate Icon Ist einer der Ports ein Produkt-/Rohstoffpfeil, so können dieseüber diesen Menüpunkt gedreht werden.

Align Blocks Ausrichten der verbundenen Blöcke so, dass sich möglichst kur-ze (ungeknickte) Verbindungen ergeben.

Reroute Stream Die Linienführung für die Darstellung des Stromes wird ver-ändert (so wird versucht, Kreuzungen mit anderen Fließlinien zuvermeiden).

Hide Bestimmte Darstellungselemente (z.B. der Name) des Stromswerden ausgeblendet.

Center View Das Fließschema im Arbeitsfeld wird so verschoben, dass derStrom im Zentrum des Feldes erscheint.


3.4. Der Menüpunkt Flowsheet in der Menüleiste

Im nebenstehenden Bild sind die Punkte desMenüpunktes Flowsheet der Menüzeile zusehen. Es können Funktionen aktiviert werden,die sich auf die Darstellung von markiertenBereichen des Fließschemas beziehen. Wennein Block oder Strom angewählt ist, beziehensich diese Operationen auf diese gewähltenObjekte (vergleichbar zu den Pulldown-Me-nüs).

Die Menüpunkte werden in folgender Tabelle erläutert:

Menüpunkt Funktion

Flowsheet Section Aufruf des Section Object Manager. In dem angebotenen For-mular können Abschnitte (sections) des Fließschemas definiertwerden. Ein Abschnitt ist eine Zusammenfassung von Blöcken,die nach gewissen pragmatischen Gesichtspunkten (z.B. effizien-te Beherrschung großer Fließschemata) erfolgt.

Change Section Änderung der Zuordnung zu einem Abschnitt des Fließschemas.

Change Stream Class Änderung der Zuordnung der Ströme zu einer Stromklasse.

Reconnect Source Lösen der Stromverbindungen von der Quelle.

Reconnect Destination Lösen der Stromverbindungen vom Ziel

Exchange Icons Wechsel der Symboldarstellungen.

Align Blocks Ausrichten der Blöcke.

Reroute Stream(s) Neuzeichnen der Stromverbindungen.

Hide Ausblenden bestimmter Merkmale der markierten Blöcke undStröme.


Unplace Block(s) Ausblenden von Blockdarstellungen aus dem Fließschema, ohnediese zu löschen.

Find Object Es erscheint eine Liste mit den im Fließschema definierten Ob-jekten (Blöcke, Ströme ). Es kann das gesuchte Objekt ausge-wählt werden; es erscheint danach im Auswahlmodus.

! Steuerung der Darstellung des Fließschemas

Durch Anklicken der rechten Maustaste ineinem leeren Abschnitt des Arbeitsbereichslässt sich das nebenstehende Popup-Menüaufrufen. Über die Menüpunkte kann die Dar-stellung des Fließschemas im Arbeitsbereichbeeinflusst werden.

Die Menüpunkte werden in der folgendenTabelle erläutert:

Menüpunkt Funktion

Zoom In Es wird die Zoom-Funktion mit dem im Optionsmenü eingestelltenZoom-Faktor ausgeführt. Wiederholte Anwendung verstärkt denZoom-Effekt.

Zoom Out Es wird die inverse Zoom-Funktion ausgeführt. Wiederholte An-wendung führt zur jeweils vorausgegangenen Stufe.

Zoom Full Das Fließbild wird so dargestellt, dass es den verfügbaren Arbeits-bereich ausfüllt.

Center View Ein vorher markierter Ausschnitt wird zum Zentrum der Darstel-lung.


Pan Ein Ausschnitt des Arbeitsbereichs wird angezeigt, der in die ge-wünschte Position geschoben werden kann. Nach Mausklick wirddieser Bereich auf die volle Größe des Arbeitsbereichs gezoomt.

Bookmarks.. Besonders häufig genutzte Ansichten des Arbeitsbereichs könnenzusammengestellt und später aktiviert werden.

Redraw Der Arbeitsbereich wird neu gezeichnet.

Select All Alle Elemente (Blöcke und Ströme) des Arbeitsbereiches werdenals ausgewählt markiert.

Page Break Preview Die Struktur des druckbaren Bereichs wird angezeigt.

Reset Page Breaks Die druckorientierte Anzeige wird aufgehoben

Print.. Der Arbeitsbereich wird gedruckt.

Find Object Es erscheint eine Liste mit den im Fließschema definierten Objek-ten (Blöcke, Ströme ). Es kann das gesuchte Objekt ausgewähltwerden; es erscheint danach im Auswahlmodus.

Draw Toolbar Die Palette für die Zeichenwerkzeuge wird ein-/ausgeblendet.

Save Über diesen Menüpunkt ist es möglich, das Fließschema in die Zwi-schenablage oder in eine Datei zu speichern.

! Zustandsindikatoren für die Erzeugung eines Fließschemas

Die Erstellung des Fließschemas ist notwendige Voraussetzung für die Parametrierbarkeit desProblems. Es ist darum darauf zu achten, dass durch das System die Vollständigkeit diesesSchrittes akzeptiert wird. In der Statusanzeige des MMG-Fensters ist das an dem TextFlowsheet Complete zu erkennen. Ist dagegen das Fließschema nicht vollständig, erscheint derText Flowsheet Not Complete (rot dargestellt).

! Anzeige des Pfades zum Arbeitsverzeichnis

Links neben dem Feld, das den Zustandsindikator enthält, befindet sich ein Textfeld, das denPfad auf das aktuelle Arbeitsverzeichnis anzeigt. Auf dieses Verzeichnis wird bei allen Datei-operationen zunächst zugegriffen. Im folgenden Bild sind die Felder für den Zustandsindikatorund für die Anzeige des Arbeitsverzeichnisses dargestellt.

ASPEN PLUS - Parametrierung 4 - 1

4. Parametrierung eines Problems (Vorbereitung der Berechnungen)

Die Parametrierung ist Bestandteil der Problembeschreibung. Sie schließt sich un-mittelbar an die Erstellung des Fließschemas an. Sind alle Blöcke und alle Strömedefiniert, so müssen folgende Input-Daten festgelegt werden:S die Komponenten und Zusammensetzungen der Eingangsströme,S die Stoffeigenschaften (vor allem die thermodynamischen Berechnungsmodelle),S die spezifischen Parameter der Prozesseinheiten (Blockparameter).

4.1. Allgemeine Vorbemerkungen

Die Verwaltung der Problemdaten erfolgt in Aspen Plus über ein System von Formularen. DieFormulare sind zu Daten-Seiten und diese wiederum zu Ordnern zusammengefasst. Damit ergibtsich eine hierarchische Struktur (Formularbaum), in der man sich gut orientieren kann. DasSystem generiert den problemspezifischen Formularbaum automatisch. Das Werkzeug, das fürdie Verwaltung dieser Struktur zur Verfügung steht, ist der Data Browser.Der Nutzer muss die im Formular angezeigten Datenfelder ausfüllen. Dabei kann er bei denFeldern, die sich durch eine endliche Wahlmöglichkeit auszeichnen, aus einer Pickliste diegewünschte Eintragung auswählen (z.B. Wahl von Maßeinheiten). Für das Ausfüllen dereinzelnen Formulare gibt es keine vorgeschriebene Reihenfolge; es gibt aber eine empfohleneReihenfolge, von der auch später ausgegangen wird. Das System bietet mehrere “Einstiegs-möglichkeiten” in den Formularbaum.

4.2. Der Daten-Browser

! Struktur einer Daten-Seite

Im folgenden Bild ist eine Seite im Browser-Format dargestellt. Jede Seite ermöglicht denZugriff zu mehreren Formularen.

ASPEN PLUS - Parametrierung4 - 2

Die Ordnerliste beschreibt die Struktur des Formularbaums. Ein Element dieses Baumesentspricht einer Daten-Seite bzw. einem Ordner, der mehrere solche Seiten umfasst. An derjeweiligen Darstellung ist zu erkennen, ob es sich um Input- oder ob es sich um Resultat-Formulare handelt, ob die Formulare vollständig ausgefüllt worden sind, usw. Die Anzeige vonuntergeordneten Ebenen kann über Schalter (WIN95-typisch!) ein- bzw. ausgeschaltet werden.Im eigentlichen Datenfeld wird stets ein Formular angezeigt. Gehören zu einer Seite mehrereFormulare, so können diese über die Auswahlschalter angezeigt werden.In einem speziellen Anzeigefeld wird interaktiv die Bedeutung des gerade aktiven Datenfeldesim Formular angezeigt. In der Fußzeile wird durch die Statusinformation angezeigt, ob dasaktuelle Formular vollständig ausgefüllt wurde oder nicht.

! Steuerelemente In der folgenden Abbildung ist der Kopf einer Daten-Seite dargestellt (nur ein Formular istaktiv). Über die verfügbaren Schalter bzw. Auswahlfelder kann die Darstellung der Informatio-nen gesteuert werden.

In der folgenden Tabelle sind die Steuerelemente zusammengestellt:

Element Funktion

Aktueller Ordner Es wird der Name des Ordners bzw. der Name der Seite ange-zeigt, die gerade aktiv sind.

Ebenenschalter Durch Anklicken dieses Schalters wird die gewählte Ebene imDaten-Browser verlassen, und der nächst höhere Knoten imOrdner-Baum wird aktiv.

Anzeige Ordnerbaum Durch Anklicken dieses Schalters kann die Darstellung des Ord-nerbaums aus- bzw. eingeschaltet werden.

Maßeinheiten In diesem Feld werden mehrere Gruppen von Maßeinheiten zurAuswahl angeboten.

Blättern zwischen Be-arbeitungsphasen

Durch diese Schalter kann zwischen den letzten bearbeiteten For-mularen geblättert werden.

<< und >> Es wird zwischen den Formularen gemäß der im Ordnerbaumvorgegebenen Struktur geblättert.


Anzeigetyp In diesem Auswahlfeld kann der Typ der zur Anzeige zu gelan-genden Seiten spezifiziert werden. Damit kann zwischen Input-und Ergebnis-Seiten gewählt werden.

Kommentarschalter Es wird ein Editor-Fenster geöffnet, in das spezifische Bemerkun-gen zur aktuellen Seite eingetragen werden können. Diese Bemer-kungen werden mit den Daten gespeichert und stehen damit auchspäter noch zur Verfügung.

Statusschalter Mit diesem Schalter wird ein Statusfenster geöffnet, das Informa-tionen über den Bearbeitungsstatus bereitstellt.

Nächster Schritt Durch diesen Schalter wird der “Systemexperte” aktiviert. Eswird zum nächsten auszufüllenden Formular übergegangen, wennes noch offene Formulare geben sollte. Ist das aktuelle Formularnoch nicht vollständig ausgefüllt, werden die offenen Datenfelderdes aktuellen Formulars angezeigt.

Über die üblichen WINDOWS-Schaltelemente kann eine Seite in ihrer Erscheinungsformmodifiziert werden.

! Ausfüllen der Formulare

Prinzipiell kann der Nutzer die Formulare zur Parametrierung seines Problems in einer beliebi-gen Reihenfolge ausfüllen. Über den Menüpunkt Data der Menüleiste im MMG-Fenster kanneine bestimmte Seite durch den Daten-Browser angewählt werden.Es ist aber zu empfehlen, die vom System vorgesehene Reihenfolge einzuhalten (der “System-experte”, der auch alle Dateneingaben auf ihre Syntax hin überprüft, generiert diese Reihenfolgeautomatisch). Wenn man sich zu dieser (sehr zu empfehlenden) Strategie entschließt, müssenfolgende Grundsätze beachtet werden:- Das jeweils nächste zu bearbeitende Formular wird mit dem Schalter Nº des MMG-

Fensters oder mit dem Schalter Nº eines Formulars erreicht. Zu Beginn der Bearbeitungwird das Setup-Formular eröffnet.

- Ein Formular sollte immer vollständig ausgefüllt werden. Das ist an der entsprechendenZustandsinformation in der Fußzeile der Seite zu erkennen. Wenn Formulare nichtvollständig ausgefüllt werden, führt der Systemexperte bei Nutzung des Nº Schaltersimmer wieder auf das unvollständige Formular. Hierbei werden zusätzliche Hinweisebezüglich noch auszufüllender Felder angezeigt.

- Vor Eröffnung der Arbeit mit dem Daten-Browser sollte das Fließschema erzeugtwerden. Die Generierung des problemspezifischen Formularsystems wird, zumindest inden blockspezifischen Formularen, von dessen Form bestimmt.

Für den Fall, dass alle Formulare vollständig ausgefüllt sind, wird beim Aktivieren des NºSchalters ein Hinweis erzeugt, dass das Problem vollständig parametriert wurde und die Simula-tionsrechnung nunmehr gestartet werden kann ( All required input is complete. You can run thesimulation now. ....)


! Statusinformationen

Der Bearbeitungszustand eines Formulars wird in der Fußzeile der Seite angezeigt. In gleicherWeise wird der Bearbeitungszustand eines Problems im Statusfeld des MMG-Fensters ange-zeigt. Hierfür gelten die gleichen Bezeichnungen wie für den Formularstatus. Diese Bezeichnun-gen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Symbol Bedeutung

Flowsheet Not Complete Es liegt noch kein vollständiges Fließschema vor.

Required Input Incomplete Das Formular / das Problem wurde noch nicht vollstän-dig parametriert. Mit Nº wird Hilfestellung gegeben.

Input Complete Das Formular / das Problem wurde vollständig parame-triert.

Input Changed Das Formular / das Problem wurde vollständig parame-triert, es wurden aber gegenüber der letzten Simula-tionsrechnung Problemparameter verändert.

Results Available Das Problem wurde gelöst; Ergebnisse liegen vor.

Results Available with War-nings

Das Problem wurde mit Einschränkungen gelöst; es tra-ten aber Probleme bei der Lösung auf, die mit Standard-annahmen übergangen wurden.

Results Available with Errors Das Problem wurde nicht oder nur in Teilen gelöst; estraten schwerwiegende Fehler auf.

! Der Menüpunkt Data

Über den Menüpunkt Data (s. Abbildung auf derfolgenden Seite) der Menüleiste im MMG-Fensterkönnen die Ordner und Daten-Seiten (Eintrittspunktein den Daten-Browser) gezielt aktiviert werden.Über diese Elemente lassen sich dann die problem-spezifischen Formulare öffnen. Darüber hinaus lassensich über diesen Menüpunkt auch spezielle Toolsaktivieren, die zwar optional für ein Problem sind,die aber ebenfalls durch Elemente des Daten-Browserverwaltet werden (Sensitivitätsanalyse, Entwurfs-modus, Optimierung usw.).

Im nebenstehnden Bild ist das Menü dargestellt.


Die Menüpunkte, die das erscheinende Pulldown-Menü anbietet, werden in der folgendenTabelle beschrieben. Das Zeichen ‘|’ in der zweiten Spalte zeigt an, dass ein weiteresPulldown-Menü erscheint, dessen Menüpunkte die nachfolgende Verzweigung im Ordnerbaumsteuern. Der Buchstabe ‘M’ in der zweiten Spalte zeigt an, dass dieser Menüpunkt nur für einenmarkierten Block wirksam ist.

Menüpunkt Funktion

Setup Anzeige der Daten-Seite für die Generierung der Problem-kennzeichnung (Kenntext, Einheiten usw.)

Components Anzeige der Daten-Seite für die Beschreibung der Kompo-nenten des Stoffsystems

Properties Anzeige der Daten-Seite für die Auswahl der Berechnungs-methoden für Stoffwerte, Gleichgewichtszustände usw. (dieEigenschaften des Stoffsystems).

Streams Anzeige der Daten-Seite mit der Tabelle der Eingangsströme.Durch Auswahl eines Stromes können dessen Eigenschaftennäher beschrieben und verändert werden.

Blocks Die Blockliste wird angezeigt. Der zu parametrierende Blockwird in dieser Liste markiert; über den Schalter Edit wird dieentsprechende Seite aufgeblättert.

Reactions | Die Tabellen für die Beschreibung von Mechanismus undKinetik eines Systems chemischer Reaktionen können akti-viert werden.

Convergence | Die Formulare für die Steuerung der Simulationsrechnung(Abbruchtoleranzen, Berechnungsreihenfolge usw.) werdenaktiviert.

Flowsheeting Options | Aktivierung spezieller Erweiterungen der Simulationsproze-dur (z.B. Einfügen von FORTRAN-Code)

Model Analysis Tools | Aktivierung spezieller Berechnungswerkzeuge (Optimierungusw.)

EO Configuration | Es werden Konfigurationsmöglichkeiten für die glei-chungsorientierte Simulation angeboten.

Results Summary | Ergebnistabellen können ausgewählt werden.

Expand M Ein hierarchisch strukturierter Block wird wieder in sei-ne Bestandteile zerlegt.

Input M Anzeige der Daten-Seite für die Eingabe der Problemdatendes markierten Blocks.

Results M Anzeige der Daten-Seite für die Darstellung der Resultate desmarkierten Blocks.


Connected Stream Results.. M Anzeige der Daten-Seite für die Darstellung der Eigenschaf-ten der Ströme, die vom markierten Block ausgehen bzw.zum markierten Block führen.

Data Browser.. Der Browser wird auf der höchsten Ebene des Ordnerbaumsaktiviert.

Nach der Aktivierung eines Menüpunktes erscheint eine Daten-Seite, die i.a. mehrere Formulareaufweist.

4.3 Allgemeine Festlegungen für die Berechnungen

! Der Setup-OrdnerDer Setup-Ordner kann über den Menüpunkt Setup im Untermenü des Menüpunktes Dataaktiviert werden; auch über den Data-Browser lässt sich dieser Knoten aktivieren. Der Ordnerenthält mehrere Daten-Seiten, die wiederum mehrere Formulare bereitstellen. Im folgenden Bildist die Daten-Seite Specifications dargestellt.

Folgende Daten-Seiten werden von diesem Ordner verwaltet:

Daten-Seite Funktionen

Specifications Eingabe von Daten, die für die Berechnungen globalen Charakterbesitzen.

Simulation Options Es werden Parameter festgelegt, die sich auf die Berechnungsverfah-ren beziehen (Fehlergrenzen, Anzahl der Iterationen, usw.)

Stream Class Festlegung der Stromklasse und der Stromeigenschaften

Substreams Festlegung von Sub-Strömen und Attributen


Units Sets Festlegung des Maßsystems

Report Options Festlegungen zur Gestaltung der Berichte.

Zu jeder Seite gehören mehrere Formulare. Der Anwender muss normalerweise nur das Global-Formular der Specifications-Seite ausfüllen. Alle anderen Seiten können in der Regel mit denStandardeinstellungen des Systems übernommen werden.

! Das Formular Global der Specifications-Seite

Dieses unter den Setup-Formularen wichtigste ist in der oben angegebenen Abbildung dar-gestellt. Es hat folgende Datenfelder:

Datenfeld Inhalt

Title Kurzbezeichnung des Problems

Input data Festlegung des globalen Maßsystems für die Formulareingabe.

Output results Festlegung des globalen Maßsystems für die Ergebnisdarstellung.

Run-Type Typ des Problems. Der Typ kann gegenüber der Festlegung beimStart hier geändert werden. Das hat aber evt. Konsequenzen bezüg-lich der Vollständigkeit der Parametrierung.

Input mode Hier kann zwischen stationärer und dynamischer Simulation gewähltwerden (Umschaltung auf Dynamic ist notwendig für die Vorberei-tung von Simulationen unter Aspen Dynamics).

Stream class Hier wird ein Stromtyp definiert, dem alle Ströme zugeordnet wer-den, die nicht anderweitig typisiert werden.

Flow-Basis Wahl der Bezugsbasis für die Ströme (MOLE, MASS ..)

Ambient pressure Umgebungsdruck (Bezugsdruck) für Überdruck-Einheiten. AspenPlus akzeptiert Überdruck-Einheiten für alle Druckvariablen.

Valid phases Diese Festlegung bezieht sich auf die Berechnung der Phasengleich-gewichte. Es werden die Phasenkombinationen festgelegt, die stan-dardmäßig hierbei zu berücksichtigen sind (Vapor-Only ... Vapor-Liquid-Liquid). Diese globale Festlegung kann für jeden Block indi-viduell geändert werden.

Use free watercalculations

Bei den Berechnungen wird freies Wasser als zweite flüssige Phaseberücksichtigt (bei petrolchemischen Problemstellungen kann sichdas als notwendig erweisen). Diese globale Festlegung kann für je-den Block neu festgelegt werden.

Eine weitere Seite im Setup-Ordner ist die Seite Simulation Options. Im Rahmen dieser Seitewerden folgende Formulare bereitgestellt:- Calculations Es werden die Bedingungen der Simulationsrechnung festgelegt.


- Flash Convergence Es werden die Kriterien für die Berechnung von Phasengleichgewichtenfestgelegt.

- System Compilation und Fehlerreaktion von FORTRAN-Einschüben werdenpräzisiert.

- Limits Es werden Grenzwerte für das Auftreten der möglichen Fehlerartenfestgelegt.

4.4 Definition der stofflichen Komponenten

! Der Components-Ordner

Der Ordner, der alle Browser-Seiten zur Festlegung der Komponenten bereitstellt, lässt sich überden Menüpunkt Components im Data-Menü aktivieren. Aus diesem Ordner ist die SeiteSpecifications von besonderem Interesse. Diese Seite ist im folgenden Bild dargestellt:

Innerhalb dieser Seite sind die beiden Formulare Selection und Databanks von besondererBedeutung; diese werden im Folgenden behandelt.

! Das Formular Selection

Das Formular Selection ist in der oben dargestellten Abbildung zu sehen. Es muss für jedeAnwendung ausgefüllt werden. In dieses Formular werden die Komponenten eingetragen, ausdenen sich das Stoffsystem zusammensetzt. Die Tabelle, in die die Komponenten einzutragensind, hat folgende Spalten:-Component ID Diesen Bezeichner kann der Nutzer frei wählen.-Type Diese Eintragung legt den Typ der Komponente fest (Conventional,

Solid, Nonconventional ...). Für die meisten Anwendungen ist Conven-tional angebracht.


-Component name Hier muss der Name der Komponente in der Datenbank eingetragenwerden.

-Formula Hier muss die chemische Summenformel der Komponente eingetragenwerden.

Wenn der Nutzer den Namen der Komponente in der Datenbank oder die chemische Summen-formel kennt, so kann er eine dieser beiden Identifikatoren in die Tabelle eintragen; der jeweilsfehlende Identifikator wird dann nachgetragen.Für den Fall, dass man den Namen oder die Formel der Komponente nicht kennt, kann man dieFunktion Find (Schalter unten links) nutzen, um in den Datenbanken zu suchen. Im folgendenBild ist das Formular zu sehen, das erscheint, wenn man diese Funktion aktiviert.

Es gibt zwei Arten des Suchformulars. Das dargestellte bezieht sich auf die erweiterte Suche.Hierbei können folgende Suchkriterien vorgegeben werden:Component name or formula: Hier kann der Nutzer Name, Formel oder Teile von die-

sen vorgeben. Durch Setzen des Schalters Match onlycomponents.. .wird die Eintragung zum Suchstring dekla-riert.

Component class: Hier können aus einer Liste bestimmte Gruppen chemi-scher Verbindungen (Cykloalkanes, Methylalkanes, ...)ausgewählt werden; damit wird die Suche auf diese Grup-pe eingeschränkt.

Molecular weight: Hier kann ein Bereich für das Molekulargewicht vorgege-


ben werden.Boiling point Hier kann ein Bereich für den Siedepunkt vorgegeben

werden.CAS: Die Registriernummer des Chemical Abstracts Service

kann vorgegeben werden.

Mit einem Klick auf den Schalter Find now wird die Suche eingeleitet. Als Ergebnis erhält maneine Liste der Verbindungen, die den vorgegebenen Suchkriterien genügen. Durch Markieren(Klick mit linker Maustaste) der gewünschten Verbindung in dieser Liste und anschließendenKlick auf den Schalter Add wird die Verbindung in die Liste der das Stoffsystem konstituieren-den Komponenten aufgenommen.Bei der zweiten Art der Suche werden nur Name oder Formel bzw. Suchstrings zu diesenBezeichnern vorgegeben; sonst ist der Ablauf analog zum bereits beschriebenen.Wenn im Formular Selection eine Zeile durch Anklicken der ersten Spalte markiert wird (dasZeichen < erscheint in der ersten Spalte), lassen sich über die rechte Maustaste Funktionen fürdie Bearbeitung (Kopieren, Löschen usw.) aufrufen.Durch die Schalter Elec Wizard und User Defined werden spezielle Experten aktiviert, die fürdie Auswahl von Elektrolyten bzw. für die Einbindung nutzerspezifischer Komponentenbenötigt werden.

! Das Formular Databanks

Das Formular ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

In diesem Formular kann der Nutzer die für sein Problem relevanten Stoffdatenbanken aus-wählen. Dabei sind zwei Gruppen, die in den beiden Bereichen des Formulars aufgelistetwerden, zu unterscheiden:Available databanks: Diese Datenbanken sind zwar verfügbar, werden aber für das aktuelle

Problem nicht berücksichtigt.


Selected databanks: Diese Datenbanken werden für das aktuelle Problem herangezogen.Durch Markieren und Betätigen der Schalter > , >> , < , << lassen sich die Elemente einerGruppe in die jeweils andere verschieben.Im rechten Bereich sind die Datenbanken aufgeführt, in denen standardmäßig gesucht wird.

Die Inhalte der Datenbanken gehen aus folgender Tabelle hervor.

Bezeichnerder Datenbank

Inhalt Anwendung

PURE11 Stoffparameter für reine (meistensorganische) Stoffe.

Primäre Datenbank für reineKomponenten

AQUEOUS Stoffparameter für Ionen und Mole-küle reiner Stoffe in wässrigen Lö-sungen

Simulation von Prozessen mitElektrolyten

SOLIDS Stoffparameter reiner Komponenten,die starke Elektrolyte, Salze oder an-dere Feststoffe sind.

Simulation von Prozessen mitElektrolyten und Feststoffen.

INORGANIC Stoffparameter reiner anorganischerStoffe

Simulation von Prozessen mitElektrolyten und Feststoffen;Anwendungen aus der Metall-urgie.

ETHYLENE Diese Datenbank wird benötigt,wenn die Eigenschafts-Methode SRKzur Anwendung kommen soll.

Prozesse, die Ethen (Ethylen)als Komponente einsetzen.

PURE10PURE93PURE856AQU93

Version von PURECOMP für ältereVersionen von Aspen Plus

Für Abwärtskompatibilität not-wendig.

ASPENPCD Zentrale Datenbank der Version 8.5-6 von ASPEN PLUS

Für Abwärtskompatibilität not-wendig.

COMBUST Stoffparameter reiner Stoffe, die alsVerbrennungsprodukte entstehen,einschließlich freier Radikale

Simulation von Hochtempera-turprozessen in der Gasphase

FACTPCD Spezielle Datenbank für die Verwen-dung der Aspen/FACT/ChemAppSchnittstelle.

Diese Datenbank ist erforder-lich, wenn diese Schnittstellegenutzt werden soll.

USRPP1A ... Nutzerdefinierte Datenbanken


4.5 Wahl der Berechnungsmethoden für die Eigenschaften des Stoffsystems

! Der Properties-Ordner

In ASPEN PLUS wird eine Sammlung von Methoden und Modellen zur Berechnung derthermodynamischen Eigenschaften oder der Transporteigenschaften als “option set” bezeichnet.Dieser Begriff wird im folgenden mit der (im deutschen Sprachgebrauch üblichen) BezeichnungBerechnungsverfahren für Stoffeigenschaften widergegeben.

In ASPEN PLUS versteht man unter thermodynamischen Eigenschaften folgende Zustands-größen und Parameter:- Fugazitätskoeffizient (K-Wert)- Enthalpie- Entropie- Freie Energie (nach Gibbs)- Volumen

Unter Transporteigenschaften versteht man folgende Parameter:- Viskosität- Wärmeleitfähigkeit- Diffusionskoeffizient- Oberflächenspannung

Der Ordner, der die Seiten und Formulare für die Zu-standsberechnungsmethoden enthält, lässt sich überden Menüpunkt Properties im Data-Menü aktivieren.Im nebenstehenden Bild ist die Struktur dieses Ordnersdargestellt.

Aspen Plus stellt eine umfangreiche Bibliothek an Be-rechnungsverfahren für die Stoffeigenschaften bereit.Der Nutzer muss auf der Grundlage seiner Problemsi-tuation ein geeignetes Berechnungsverfahren auswäh-len. (In der Sprache des User Guide: ”Choosing theappropriate property methode is often the key decisionin determining the accuracy of your simulationresult.”) Darüber hinaus kann der Nutzer auch eigeneMethoden definieren und anwenden.

In der folgenden Tabelle sind die Inhalte der wichtigs-ten Sub-Ordner (die aus einer Reihe von Seiten mitweiteren Formularen bestehen) des Properties-Ordnerszusammengestellt (die Seite Specifications wird imfolgenden genauer erläutert):


Menüpunkt Funktion

Property Methods Generieren neuer Berechnungsverfahren durch den Nutzer.

Estimation Schätzen von Parametern, die für die Berechnung der Eigenschaften von Stoffsystemen

benötigt werden, aber unbekannt sind.

Molecular

Structure

Beschreibung der Molekülstruktur einer Verbindung, die als Komponente im Stoff-

system enthalten ist.

Parameters Die Parameter der Berechnungsverfahren können angezeigt und verändert werden.

Dazu wird ein gestaffeltes System von Browser-Seiten/Formularen angeboten. Von

besonderem Interesse ist der Sub-Ordner Results.

Data Die Daten für ausgewählte Stoffeigenschaften kann der Nutzer als Funktion der Tem-

peratur vorgeben. Aspen Plus benutzt dann für die Berechnungen diese Daten direkt

(ohne Regression). Polynommodelle sind ebenfalls anwendbar.

Analysis Flexible Generierung von Tabellen und Plots der Eigenschaftsfunktionen; die Dar-

stellung wird durch die Spezifikationen der Eingabeformulare gesteuert. In der Regel

sollte man die Möglichkeiten der Analyse-Tools (Menüpunkt Analysis in Tools) nut-

zen.

Prop-Sets Es werden neue Zusammenstellungen von Stoffeigenschaften definiert, die in bestimm-

ten Zusammenhängen herangezogen werden (Reports, Analysen usw.)

Advanced Es werden “fortgeschrittene Möglichkeiten” für die Modifikation der Berechnungs-

verfahren erreichbar (Einbinden eigener Berechnungsalgorithmen in Form von

FORTRAN-Routinen usw.).

! Das Formular Global der Specifications-Seite


Dieses Formular muss für jedes Simulationsproblem ausgefüllt werden, wobei in vielen Fällennur das Feld Base Method auszufüllen ist. Die anderen Felder bleiben frei bzw. es können dieangebotenen Standardvorgaben übernommen werden. Die Auswahlmöglichkeiten lassen sichdurch Festlegung auf einen Prozesstyp im Feld Process Type sinnvoll einschränken. Wenndieses Feld belegt wird, so werden in der Listbox des Feldes Base Method nur noch die Metho-den angezeigt, die für den gewählten Typ anwendbar sind. Im Feld Property Method stehen stetsalle Berechnungsverfahren zur Auswahl, unabhängig vom gewählten Prozesstyp.Das Feld Henry components ist nur dann auszufüllen, wenn in der Gasphase Komponenten imüberkritischen Zustand enthalten sind, deren Lösungsgleichgewicht mit der flüssigen Phase überdas Henry-Gesetz beschrieben werden kann.Die globalen Festlegungen können für die Blöcke des Fließschemas individuell festgelegtwerden. Auch bei Aufruf eines Analyse-Werkzeuges lässt sich das Berechnungsverfahren neueinstellen.

! Das Formular Flowsheet Sections der Specifications-Seite

Dieses Formular ist ganz ähnlich zum Formular Global aufgebaut; in einem besonderen Feldkann aber der jeweilige Fließschema-Abschnitt eingestellt werden. Damit lassen sich denunterschiedlichen Abschnitten separate Berechnungsverfahren für die Eigenschaften der jeweili-gen Stoffsysteme zuordnen.

! Überblick zu den Berechnungsverfahren

Für die Berechnung der Stoffeigenschaften von Stoffsystemen mit mehreren Phasen sind dieBedingungen im thermodynamischen Gleichgewicht von grundlegender Bedeutung. Insbesonde-re müssen die Fugazitäten der Stoffe in den einzelnen Phasen als Funktionen der Zustands-größen bestimmt werden, da sich die Gleichgewichtsbedingungen durch die Fugazitäten aus-drücken lassen. Im Fall des Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewichtes gilt z.B.:

Die Berechnung der Fugazitäten, und damit der Eigenschaften des Stoffsystems, kann nach zweiunterschiedlichen Methoden erfolgen:

1.3 Die Zustandsgleichungs-Methode (am Beispiel des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtesdargestellt)

Es gilt


Alle Eigenschaften des Stoffsystems lassen sich bei dieser Methode aus den Zustands-gleichungen herleiten. Hierfür gibt es die Grundgleichungen der Thermodynamik derMischphasen. Die Zustandsgleichungen für Gase unterscheiden sich bezüglich derAnnahmen zur Berücksichtigung der realen Gaseigenschaften.

1.4 Die Methode der Aktivitätskoeffizienten

Für die Fugazität der Komponente i in einer idealen Lösung gilt

Die Abweichung des Verhaltens einer realen von dem der idealen Lösung kann mandurch Einführung einer Korrekturfunktion berücksichtigen. Man kann diese Funktionauch als ein neues Konzentrationsmaß auffassen, das als Aktivität bezeichnet wird. DieKorrekturfunktion für die molare Konzentration wird dann als Aktivitätskoeffizientbezeichnet. Es gilt:

Die Fugazität in der Gasphase lässt sich aus einer Zustandsgleichung bestimmen; für dieflüssige Phase korrigiert man das ideale Verhalten durch die Einführung des Aktivitäts-koeffizienten. Für die Berechnung der Aktivitätskoeffizienten gibt es eine Reihe von


Berechnungsverfahren, die von unterschiedlichen Voraussetzungen ausgehen. DieBerechnung der Eigenschaften des Stoffsystems erfolgt bei dieser Methode für dieGasphase wiederum über die jeweils gewählte Zustandsgleichung. Die Eigenschaften derflüssigen Phase werden aus den Mischungsregeln für reine Komponenten, die durchMischungs- oder Exzessterme korrigiert werden, berechnet.

ASPEN PLUS stellt eine umfangreiche Bibliothek an Berechnungsverfahren für Eigenschaftender Stoffsysteme bereit, die einer der beiden Methoden folgen. Die einzelnen Berechnungs-verfahren unterscheiden sich in

S den zugrundegelegten Zustandsgleichungen, bzw. in der Kombination von Zustandsglei-chungen und Berechnungsmodellen für die Aktivitätskoeffizienten,

S in den Annahmen über die Phasenstruktur des Stoffsystems, S sowie in Annahmen zum idealen/realen Verhalten der einzelnen Phasen.

Die in den Berechnungsverfahren benötigten Stoffdaten für die reinen Stoffe werden den ge-wählten Datenbanken entnommen.

! Methodenauswahl

Zur Unterstützung bei der Auswahl der Berechnungsmethoden für die Eigenschaften derStoffsysteme gibt es gewisse Richtlinien. In der folgenden Darstellung werden die im FeldProperty method des Formulars Global angebotenen Bezeichner für die Methoden verwendet.Im Feld für die interaktive Unterstützung des Nutzers werden die den Bezeichnern zugeordnetenMethoden genauer spezifiziert. Im folgenden Punkt werden einige dieser Methoden erläutert.Der Entscheidungsbaum lässt sich wie folgt darstellen:


! Beschreibung ausgewählter Methoden

Es kann an dieser Stelle nur ein kleiner Überblick über die in der ASPEN PLUS Bibliothekverfügbaren Methoden für die Eigenschaftsberechnung gegeben werden. Die Methoden lassensich in folgende Klassen einteilen:

S Berechnungsverfahren, das ideales Verhalten aller Phasen annimmt

Bezeichner Basis der Berechnungsverfahren für die Eigenschaften

IDEAL Ideale Gaszustandsgleichung, Raoult-Daltonsches-/Henry-Gesetz

S Berechnungsverfahren, die der Methode der Zustandsgleichung folgen:

Bezeichner Zustandsgleichung Anwendungsfelder (Beisp.)

PR-BM Peng-Robinson-Gleichung mit Boston-Mathias "-Funktion

Transport von Gasen undFlüssigkeiten in Rohrleitun-gen;Gasverflüssigung, Luftzerle-gung

RKS-BM Redlich-Kwong-Soave-Gleichung mitBoston-Mathias "-Funktion

PENG-ROB Peng-Robinson-Gleichung Ammoniak-Synthese, Leicht-öldestillation

RK-SOAVE Redlich-Kwong-Soave-Gleichung

RKSMHV2 Redlich-Kwong-Soave-Gleichung mit dermodifizierten Mischungsregel von Huron-Vidal

Absorption saurer Gase mitMethanol


Renon und Prausnitz , 19681

Abrams und Prausnitz, 1975, Universal-Quasichemical-Equation2

S Berechnungsverfahren, die der Methode der Aktivitätskoeffizenten folgen:

Bezeichner Methode für Aktivi-tätskoeffizienten

Zustandsgleichung für die Gasphase

Anwendungsfelder(Beispiele)

WILSON Wilson-Modell Ideale Gaszustands-gleichung

Syntheseprozesse aromati-scher Kohlenwasserstoffe,Reaktionen in der flüssigenPhase (Veresterungsreak-tionen),Trennung von Alkoholen

NRTL NRTL-Modell1

UNIQUAC

UNIQUAC-Modell2UNIQ-RK Redlich-Kwong-Gleichung

ELECNRTL Elektrolyt-NRTL-Modell

Redlich-Kwong-Gleichung

Absorption saurer Gasemit Wasser, Ammoniak ..

WILS-HOC Wilson-Modell Hayden-O’Connell-Gleichung

Syntheseprozess für Kar-bonsäuren (z.B. Essigsäu-resynthese)NRTL-HOC NRTL-Modell

UNIQ-HOC UNIQUAC-Modell

S Berechnungsverfahren für spezielle Stoffsysteme

Bezeichner Berechnungsmodell Anwendung

SOLIDS Ideales Gas, Raoult-Dalton, Aktivitätskoef-fizienten für die feste Phase

Metallurgische Prozesse(Schmelze ..)

CHAO-SEA Chao-Seader-Zustandsmodell Erdölzerlegung (Raffinerie)

STEAM-TA ASME-Dampftafel Dampfprozesse


4.6. Spezifikation der Ströme

! Spezifikation der Basiseigenschaften von Eingangsströmen

Ströme bedürfen einer näheren Spezifikation, wenn es sich um- Eingangsströme (feed streams to the flowsheet)- Schnittströme (tear streams)handelt. Im ersten Fall werden die Eingangsbedingungen des Systems festgelegt, im zweiten Fallmüssen Anfangswerte für Iterationsprozeduren vorgegeben werden. Im folgenden wird aus-schließlich der erste Fall behandelt.

Um das Formular für die Spezifikation eines Eingangsstromes zu aktivieren, gibt es zweiMöglichkeiten:

- Aus dem Pulldown-Menü des Menüpunktes Data der Menüleiste im MMG-Fenster wirdder Unterpunkt Streams gewählt. Es erscheint der entsprechende Ordner des Browser.

- Der Strom wird im Fließschema angewählt. Es wird das Popup-Menü des Stromes (mitder rechten Maustaste) aufgerufen. Im Popup-Menü wird der Menüpunkt Input gewählt.

! Die Seite Input im Ordner eines ausgewählten Stromes

Diese Seite stellt zwei Formulare bereit, über die der Zustand eines Stromes eingegeben werdenkann.


! Das Formular Specifications

Der thermodynamische Zustand des Stromes wird zunächst durch Temperatur, Druck undZusammensetzung beschrieben. Dafür sind im Abschnitt State variables im oben dargestelltenBild die entsprechenden Eingabefelder zu erkennen. Dabei ist zu beachten, dass sich der Charak-ter der Zustandsvariablen mit der Phasenstruktur des Stoffsystems verändern kann. Die Feldermit den Namen der Zustandsvariablen haben einen Schalter für die Erzeugung einer Aus-wahlliste, in der je nach Phasenstruktur des Stoffsystems alternative Zustandsvariablen ausge-wählt werden können. Die Anzahl der vorzugebenden Werte folgt aus der Anzahl der Freiheits-grade des Systems (GIBBSsche Phasenregel!).Das Feld Total flow ist dann auszufüllen, wenn die Zusammensetzung des Stromes überKonzentrationsmaße erfolgt; werden die Komponentenströme angegeben, so kann dieses Feldleer bleiben.

Im Abschnitt Composition wird die Zusammensetzung des Stoffsystems angegeben. Dabei sindzwei Teilfelder zu unterscheiden. Im ersten Teilfeld werden die Bezugsbasis für die Zusammen-setzung sowie deren Maßeinheit festgelegt. Dafür bietet Aspen Plus mehrere Möglichkeiten an,die über die Picklisten der Felder ausgewählt werden. In der folgenden Tabelle sind die prinzi-piellen Möglichkeiten zusammengestellt:

Maß für die Zusammensetzung Bezugsbasis Vorgabe Gesamtstrom ?

Komponentenströme Molzahl, Masse, Volumen nein

Fraktion (dimensionslos) Molzahl, Masse ja

Konzentration Molzahl, Masse, Volumen ja

Im zweiten Teilfeld werden die für die Komponenten des Stoffsystems spezifischen Datenangegeben. Es wird eine Tabelle erzeugt, die zwei Spalten hat. In der Spalte Component werdendie stofflichen Komponenten durch das Programm aufgelistet. In der zweiten Spalte Value trägtder Anwender die konkreten Werte ein.

! Das Formular Flash Options

In diesem Formular können Angaben zur Phasenstruktur des Stromes vorgegeben werden.Liegen mehrere Phasen vor, kann die Berechnung der Zusammensetzung im Gleichgewicht überden entsprechenden Flash-Algorithmus vorgenommen werden. Dazu muss der Schalter Calcula-te stream properties gesetzt sein. Ist das der Fall, so kann aus der Pickliste des Feldes Validphases die zutreffende Phasenstruktur ausgewählt werden. Die Iterationsparameter für dieGleichgewichtsberechnung lassen sich in diesem Formular ebenfalls vorgeben.

! Das Formular EO Options

Auf dieses Formular wird im Zusammenhang mit der EO-Technik (s. Abschnitt 9.3.) eingegan-gen.


! Stromklassen

Das Feld Substreamname im Formular Specifications wird angezeigt, kann aber im Rahmendieses Formulars nicht verändert werden. Dafür sind weitere, noch zu beschreibende Schrittevorbereitend auszuführen. Bevor diese Abläufe beschrieben werden können, müssen zunächstnoch einige Sachverhalte zu den Stromklassen und Teilströmen in Aspen Plus vorangestelltwerden.Die Stromklasse kann in der Standardvorgabe (CONVEN) übernommen werden, wenn keineFeststoffe zu berücksichtigen sind (treten gelöste Feststoffe auf, so ist der Elektrolyt-Experteheranzuziehen). Wenn dagegen “echte” Feststoffe als Bestandteile der Ströme zu berücks-ichtigen sind, muss die problemadäquate Stromklasse gewählt werden. Dabei ist zwischen

3 - reinen, inerten Feststoffen (conventional components) , wie z.B. CaCO , und- Feststoffkomplexen (nonconventional components), wie z.B. Kohle,zu unterscheiden. Die Feststoffanteile werden als Teilströme ( substreams ) mitgeführt.

Eine Stromklasse definiert eine Strom-Struktur, die folgende Festlegungen umfasst:- Anzahl der Teilströme- Typ der Komponente, die in einem Teilstrom mitgeführt wird- Festlegung, ob der Feststoff durch eine Partikelgrößenverteilung (das PSD [particle size

distribution] - Attribut) zu charakterisieren ist.Die Stromklasse stellt syntaktisch eine Auflistung der Typen der Teilströme dar; der ersteTeilstrom muss dabei immer vom Typ MIXED sein.Folgende Typen für die Teilströme (substreams) sind verfügbar:

Bezeichner Bedeutung

MIXED Der Teilstrom besteht aus einer oder mehreren homogenen Phasen, diesich im Dampf-Flüssigkeits-Feststoff-Gleichgewicht befinden. Die Kom-ponenten sind vom Typ CONVENTIONAL.

CISOLID Der Teilstrom besteht aus reinen inerten Feststoffkomponenten, die beim Phasengleichgewicht nicht berücksichtigt werden.

CIPSD Der Teilstrom besteht aus reinen inerten Feststoffkomponenten, es ist zu-sätzlich eine Partikelgrößenverteilung (PSD) zu berücksichtigen

NC Der Teilstrom besteht aus einem Feststoffkomplex, der durch den Nutzerzu definieren ist.

NCPSD Der Teilstrom besteht aus einem Feststoffkomplex, der durch den Nutzerzu definieren ist und der durch eine Partikelgrößenverteilung zusätzlichcharakterisiert wird

Wenn ein Teilstrom als Feststoffkomplex eingeführt werden soll, so müssen Komponenten vomTyp NONCONVENTIONAL im Formular Selection der Specification-Seite im Komponenten-Ordner eingeführt werden.


Folgende Stromklassen sind durch das System vordefiniert:

Bezeichner Anwendungsfeld

CONVEN Es sind keine “echten” Feststoffe zu berücksichtigen.

MIXCISLD Reine Feststoffe sind vorhanden; eine Partikelgrößenverteilung (PSD) ist nichtzu berücksichtigen.

MIXNC Feststoffkomplexe sind vorhanden; eine Partikelgrößenverteilung (PSD) ist nichtzu berücksichtigen.

MIXCINC Sowohl reine Feststoffe als auch Feststoffkomplexe sind vorhanden; eine Parti-kelgrößenverteilung (PSD) ist nicht zu berücksichtigen.

MIXCIPSD Reine Feststoffe mit PSD sind vorhanden.

MIXNCPSD Feststoffkomplexe mit PSD sind vorhanden.

Die Stromklasse kann global (im Formular Flowsheet der Seite Stream class im Ordner Setup)oder für einen Fließschema-Abschnitt oder auch “individuell” für jeden Strom (im FormularStreams der Seite Stream class im Ordner Setup) festgelegt werden. Jeder konkrete Strom imFließschema muss einer Stromklasse angehören. Es können neue Stromklassen definiert werden,und es können existierende Stromklassen modifiziert werden. Diese Definitionen vollziehensich beispielsweise für die Definition einer globalen Stromklasse in folgenden Schritten:

1. Anwahl des Data-Menüpunktes in der Menüleiste; Wahl des Menüpunktes Setup.2. Im Browser wird aus dem Setup-Ordner die Seite Stream Class ausgewählt. Diese Seite

hat mehrere Formulare.3. Es wird das Formular Stream Class geöffnet:

Unter dem Feld Stream class ist die zu modifizierende Stromklasse auszuwählen. Wird


aus der Pickliste dieses Feldes <new> gewählt, so lässt sich eine neue Stromklasseerzeugen. Im Feld Available substreams stehen die Teilstromtypen zur Auswahl, die derKlasse hinzugefügt werden können; im Feld Selected substreams stehen die Teilstrom-typen, die zur Klasse bereits gehören. Über die Schalter < bzw. > lassen sich die Ein-tragungen aus dem jeweils aktiven Feld in das andere übertragen.

4. Schließen des Fensters mit Close.

Für den Fall, dass das Stream Formular gewählt wird, ergibt sich folgendes Bild:

Der im Feld Stream class angegebenen Stromklasse werden die im Feld Selected streamsaufgeführten Ströme zugeordnet; die im Feld Available Streams aufgelisteten Ströme könnender gewählten Klasse noch zugeordnet werden. Für die Definition oder Modifikation einerStromklasse ist wiederum das Formular Stream Class zu aktivieren; die Abläufe vollziehen sichdanach wie oben geschildert.

Wenn neue oder modifizierte Stromklassen verwendet werden, so lassen sich die Eigenschaftender Teilströme getrennt festlegen. Im Specifications-Formular der Input-Seite des Stromes kannüber die Pickliste des Feldes Substream name der zu spezifierende Teilstrom ausgewähltwerden, wobei für die Parametrierung auch der Typ des Teilstroms von Bedeutung ist.

! Modifikation / Neudefinition des Klassenrasters für die PSD

Der Nutzer kann über folgenden Weg (Menüpunkte) das vorgegebene Klassenraster für die PSDerreichen und danach modifizieren:

1. Im Ordner Setup ist der Ordner Substream zu öffnen.2. Es ist das Formular PSD auszuwählen. Dieses Formular hat das Format des Objekt

Manager und dient der Vorauswahl für die Anpassung des Klassenrasters der Partikel-größenverteilung. Die Zeile, in der die zu verändernde PSD steht, ist auszuwählen.Anschließend ist auf den Schalter Edit zu klicken. Es erscheint das folgende Fenster:


3. Die Anzahl der Intervalle, die Grenzen der Intervalle und die Maßeinheit für die Partikel-größe können nun geändert werden.

Soll eine PSD-Klasseneinteilung neu definiert werden, ist wie folgt zu verfahren:

1. Im Ordner Setup ist der Ordner Substream zu öffnen.2. Es ist das Formular PSD auszuwählen. Der Schalter New ist anzuwählen. Anschließend

erscheint ein Eingabefeld, in das die Bezeichnung des neuen PSD-Rasters einzugeben ist.3. Es erscheint eine leere Schablone für das Anlegen des PSD-Klassenrasters, die vom

Anwender auszufüllen ist.

! Eingabe der PSD-Daten für einen TeilstromWenn ein Strom einer Stromklasse angehört, die einen Teilstrom enthält, der eine PSD verlangt,so werden die konkreten Werte der Klassenhäufigkeit (über dem vorgegebenen Raster) bei derParametrierung des entsprechenden Teilstroms abgefordert. Wenn dieser Teilstrom existiert (dertotale Strom muss einen von Null verschiedenen Wert besitzen), so wird das Formular PSD derInput-Seite des aktuellen Stromes als auszufüllendes Formular markiert. Der Anwender kannauf dieses Formular umschalten und in die Spalte Weight fraction der angezeigten Tabelle dieKlassenbesetzungen eintragen.

! Interaktive Analyse der StromeigenschaftenWenn ein Eingangsstrom vollständig parametriert ist, bzw. wenn für einen inneren Strom odereinen Ausgangsstrom die Simulationsergebnisse vorliegen, kann der Nutzer die Eigenschaftendieser Ströme weitergehend, als durch die Vorgaben und die Ergebnisse ausgedrückt wird,untersuchen. Diese Möglichkeit kann damit bereits während der Problemaufbereitung genutztwerden. Der Strom, dessen Eigenschaften untersucht werden sollen, ist zunächst zu markieren.Das Auswahlmenü für die Eigenschaften wird über den Menüpunkt Tools der Menüzeile auffolgendem Wege erreicht: Tools 6 Analysis 6 Stream. Folgende Menüpunkte im nunmehrerscheinenden Auswahlmenü sind besonders hervorzuheben:


Menüpunkt Funktion

Point Es werden die thermodynamischen Eigenschaften und dieTransporteigenschaften des Stromes für die jeweiligen Bedingungen an-gezeigt. Die Angabe erfolgt für den Gesamtstrom und die einzelnen Pha-sen.

Component Die Komponentenströme werden für jede Phase angezeigt.

Composition Die Zusammensetzungen des Gesamtstromes und der einzelnen Phasenwerden angezeigt

Bubble/Dew Siede- und Tautemperatur werden (als Funktion des Druckes) angezeigtund graphisch dargestellt.

PV-Curve Der Dampfanteil wird als Funktion des Druckes bei der Stromtemperaturdargestellt.

TV-Curve Der Dampfanteil wird als Funktion der Temperatur bei Stromdruck dar-gestellt.

Der Ausführung der Funktionen ist in der Regel noch ein Formular vorgeschaltet, in dem diejeweilige Funktion näher zu spezifizieren ist. Im folgenden Bild ist das Ergebnisformular mit den thermodynamischen Kenngrößen zu sehen,dass mit der Funktion Point erzeugt wurde.


Referenz Manual “Unit Operation Models”1

4.7 Parametrierung der Modellblöcke

Die Parametrierung eines Modellblocks ist stets eine spezifische Aufgabe, da hierbei die Be-sonderheiten der Prozesseinheiten zu berücksichtigen sind. Da die Formulardarstellung allerModellblöcke sehr umfangreich ausfallen würde (und damit der Rahmen dieses Handbuchesgesprengt würde), wird dieser Teil der Parametrierung auf die allgemeinen Aspekte und aufausgewählte Beispiele begrenzt. Für die Einarbeitung in die Parametrierung eines zunächstunbekannten Blockes gibt es drei Quellen, auf die der Nutzer zurückgreifen kann:- Die Rahmentexte und On-line-Hilfen der Formulare.- Das interaktive Hilfesystem von ASPEN PLUS (die Hilfeseiten können auch im Bedarfs-

fall gedruckt werden !)- Das Handbuch zur Modellbibliothek1

Die interaktive Hilfe ist für die Parametrierung in der Regel ausreichend. Wenn man sich aberfür Details der Modelle interessiert, so muss auf das Handbuch zurückgegriffen werden.

! Der Ordner Blocks

Die für die Parametrierung der Blöcke notwendigen Formulare werden in Ordnern zusammenge-fasst, die alle dem Ordner Blocks angehören. Dieser Ordner lässt sich über den MenüpunktBlocks im Pulldown-Menü zu Data öffnen. Es erscheint dann zunächst das im folgenden Bilddargestellte Auswahlmenü des Objektmanagers:

In der Liste ist ein Element auszuwählen; durch Anklicken des Schalters Edit werden dieFormulare für die Parametrierung angezeigt. Der Zugriff auf die blockspezifischen Formularekann auch dadurch erreicht werden, dass der gewünschte Block im Arbeitsbereich markiert wirdund anschließend im Popup-Menü der Punkt Input angeklickt wird.


! Die verfügbaren Modellblöcke

Der Nutzer entscheidet sich mit der Übernahme eines bestimmten Blocks in das Fließschemanicht nur für den Typ der Prozesseinheit, sondern auch für ein bestimmtes Modell der Prozesse-inheit. In der folgenden Übersicht sind die Modellgruppen und die in diesen Gruppen verfüg-baren Modellblöcke bei Auswahl der wesentlichen Typen zusammengestellt.

Gruppe(Type)

Modell(Model)

Beschreibung Zur Anwendung

Mischer undVerteilerMixers/Splitters

MIXER Zusammenführung mehre-rer Ströme zu einem Strom.

Alle idealen Mischopera-tionen für Stoff- undEnergieströme.

FSPLIT Aufteilung eines Stroms inmehrere Ströme

Verzweigungen in Fließ-schemata.

SSPLIT Aufteilung eines Stroms inseine Teilströme

Ideale Fest-Fluid-Trenn-apparate.

SeparatorenSeparators

DECANTER Dekantiereinheit für zweiFlüssigkeiten

Einstufige Trennoperati-on ohne Dampfphase

FLASH2 Prozesseinheit mit “soforti-ger” Einstellung des Gleich-gewichts; ein Eingang, zweiAusgänge (Dampf, Flüssig-keit)

Entspannungsverdampfer; allgemein: einstufigeTrennoperationen.Grundlage der Rechnun-gen sind die jeweiligenDampf- Flüssig (-Flüssig)-Gleichgewichte. FLASH3 Prozesseinheit mit “soforti-

ger” Einstellung des Gleich-gewichts; ein Eingang, dreiAusgänge (Dampf, zweiflüssige Ströme)

SEP Zerlegung eines Stromes inseine Komponenten

Fluid-Fluid-Trennprozes-se (z.B. Destillation, Ab-sorption) ohne Berücks-ichtigung der Details.SEP2 Zerlegung eines Stromes in

seine Komponenten; Erzeu-gung von zwei resultieren-den Strömen.

Wärmeüber-tragerHeatExchangers

HEATER AllgemeinerErwärmer/Kühler

Vorwärmer, Kühler, Ven-tile

HEATX Flexibles Modell für Zwei-Strom-Wärmeübertrager

Rohrbündel- und Platten-wärmeübertrager

MHEATX Mehrstrom-Wärmeübertra-ger ohne Berücksichtigungder Geometrie


Destillation ColumnsSchnellver-fahren

DSTWU Schnellverfahren zur Kolon-nenberechnung (Entwurfs-Modus)

Berechnung von Kolon-nen mit einem Einlauf-strom und zwei Produkt-strömen.

DISTL Schnellverfahren zur Kolon-nenberechnung (Nachrech-nung)

SCFRAC Schnellverfahren zur Kolon-nenberechnung für komple-xe Mineralölfraktionierung

Rohöldestillation

DestillationColumnsAllgemeineVerfahren

RADFRAC In weiten Grenzen anwend-bares Trennmodell (Ent-wurf und Nachrechnung)

GewöhnlicheDestillations- und Ab-sorptionskolonnen

MULTIFRAC In weiten Grenzen anwend-bares Trennmodell (Ent-wurf und Nachrechnung) fürkomplexe Prozesse

Luftzerlegung;Erdölraffinerie;

PETROFRAC Erdöldestillation (s.o.)

Batch-Des-tillationColumns

BATCHFRAC Diskontinuierliches (dyna-misches!) Modell für mehr-stufige Destillation

Fl.-fl.-Ex-traktionColumns

EXTRACT In weiten Grenzen anwend-bares Modell für Flüssig-Flüssig-Extraktionsprozesse

ReaktorenReactors

RSTOIC Stöchiometrischer Reaktor Umsetzung entsprechendden stöchiometrischenVerhältnissen

RYIELD Reaktor mit bekannter Aus-beutefunktion

Der Zusammenhang zwi-schen Umsatz und Ein-gangsströmen ist bekannt.

Reaktoren(Fortset-zung)

REQUIL Gleichgewichtsreaktor Das Reaktionssystem er-reicht das Gleichgewicht;mehrere Phasen sindmöglich.

RGIBBS Gleichgewichtsreaktor Die Gleichgewichtsbedin-gungen werden durch Mi-nimierung der FreienEnergie (nach GIBBS)bestimmt.


RCSTR Kontinuierlicher Rührkes-selreaktor

Ideale Durchmischungwird vorausgesetzt; meh-rere Phasen sind möglich.

RPLUG Rohrreaktor mit Pfropfen-strömung

Feststoffanteile könnenberücksichtigt werden.

RBATCH Diskontinuierlicher Rühr-kesselreaktor.

Ein-/Zwei-/Dreiphasen-systeme können berücks-ichtigt werden

Pumpen,Kompresso-ren,Rohrleitun-gen,VentilePressureChangers

PUMP Pumpe

COMPR Kompressor oder Turbine

MCOMPR Mehrstufiger Kompressoroder mehrstufige Turbine

PIPELINE Modellierung des Druckver-lustes und des Wärmetrans-portes in Rohrleitungen

Rohrströmung ist statio-när, eindimensional undvoll ausgebildet. MehrerePhasen können berücks-ichtigt werden.

PIPE Einzelsegment einer Rohr-leitung

VALVE Allgemeines Druckverlust-modell für Ventil

Strom-Mani-pulatorenManipula-tors

MULT Multiplikation eines Stromes mit konstantem Faktor

DUPL Duplizieren eines Stromes

CLCHNG Konvertierung des Stromtyps

Kristallisati-onSolids

CRYSTALLIZER Modellierung von Kristalli-sationsprozessen

Das Kristallisationspro-dukt verlässt die Prozes-seinheit im Gleichgewicht

Grobzerklei-nerung undSiebungSolids

CRUSHER Brechermodell Es können- Kegelbrecher- Backenbrecher- Walzenbrechermodelliert werden

SCREEN Siebmodell Das Modell liefert beieinem Eingangsstromzwei Ausgangsströme


Gas-Feststoff-TrennungSolids

FABFL Gewebefiltermodell Abscheidung eines Fest-stoffes aus einem Gas

CYCLONE Zyklonmodell

VSCRUB Venturi-Abscheider-Modell Abscheidung des Fest-stoffes aus dem Gasdurch direkten Kontaktmit zer-stäubter Flüssig-keit

ESP ElektrostatischesAbscheider-Modell

Abscheidung des Fest-stoffes aus dem Gas imelektrischen Feld

Flüssig-Feststoff-TrennungSolids

HYCYC Modell für Hydrozyklon Abscheiden des Feststof-fes aus einer Flüssigkeit

CFUGE Modell für Zentrifuge

FILTER Modell für rotierenden Va-kuumfilter

Auswaschenvon Fest-stoffenSolids

SWASH Modell für einen einstufigenWäscher

Auswaschen bestimmterFeststoffbestandteile

CCD Modell für Gegenstromde-kantierprozess (Mehrstufi-ger Wäscher)

Nutzereige-ne ModelleUser

USER Der Nutzer kann spezielle Modelle in den Katalog auf-nehmen. Die Modellgleichungen müssen als FORTRAN-Routinen entwickelt werden.USER2

! Ausfüllen der blockspezifischen Formulare für das Modell HEATXIm folgenden werden die für die Parametrierung des Wärmeübertragermodells HEATX auszu-füllenden Formulare beispielhaft vorgestellt. Dieses Modell geht davon aus, dass die Strömegetrennt geführt werden und dass eine definierte Übertragerfläche angenommen werden kann.Aspen Plus stellt für die Modellierung des stationären Verhaltens von Wärmeübertragern zweiWege bereit, die sich in den zu treffenden Voraussetzungen unterscheiden. Es ist zunächstzwischen der Schnellmethode (Shortcut) und den detaillierten Berechnungsmethoden (Detailed,Hetran-Rigorous ) zu unterscheiden, wobei sich für die detaillierten Berechnungen weitereUnterscheidungen durch die Geometrie der Einbauten im Wärmeübertrager ergeben. Im folgen-den werden die Formulare der Seite Setup beschrieben; dabei werden die Bedingungen für dieSchnellmethode vorausgesetzt.

Das Hauptformular für die Parametrierung des Wärmeübertragers zeigt das folgende Bild.


� Formular Specifications

Bezeichnung des Feldes Bedeutung

Calculation Die Berechnungsmethode wird festgelegt.

Flow direction Der Typ der Stromführung (Gleichstrom/Gegenstrom) des Wär-meübertragers wird festgelegt.

Type Es wird der Berechnungstyp ausgewählt. Folgende Typen sindwählbar:- Simulation (die Austrittszustände der Ströme werden be-stimmt)- Design (es wird eine Entwurfsrechnung ausgeführt)- Rating (der Übertrager wird nachgerechnet)einstellbar.

Exchanger specification Die vorzugebende Variable für die Berechnung wird festgelegt.Hierbei hat der Anwender die Wahl zwischen mehreren Größen.

� Formular LMTDÜber dieses Formular kann die Berechnung der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenzmodifiziert werden. Standardeinstellung: LMTD (log-mean temperature difference) wird nichtkorrigiert. Für die Schnellmethode ist dieses Formular ohne Bedeutung.


� Formular Pressure DropIn diesem Formular kann der Druckverlust über den Wärmeübertrager parametriert werden. Fürdie Schnellmethode ist dieses Formular ebenfalls ohne Bedeutung.

� Formular U Methods

Von besonderer Bedeutung ist das im folgenden Bild dargestellte Formular.

In diesem Formular kann der Anwender die Methode für die Berechnung der Wärmedurchgangs-zahl angeben. Im dargestellten Fall werden die k-Zahlen für unterschiedliche Phasen-Kombina-tionen auf der heißen und der kalten Seite getrennt vorgegeben. Für den Fall, dass unter denangebotenen Methoden eine andere ausgewählt wird, verändert sich das Erscheinungsbild desFormulars gemäß der gewählten Methode.

ASPEN PLUS - Start / Ablauf der Simulation 5 - 1

5. Start und Ablauf der Simulationsrechnung

5.1. Start eines Simulationslaufs

Über den Menüpunkt Run im MMG-Fenster wird das Pulldown-Menü mit den unterschiedli-chen Startbedingungen für eine Simulationsrechnung aktiviert. Die Simulationsrechnung kannaber auch über Schalter der Werkzeugleiste im MMG-Fenster gesteuert werden. Im folgendenBild, das einen Ausschnitt des MMG-Fensters darstellt, sind die Steuerschalter und das Menühervorgehoben:

Die Menüpunkte, über die eine Simulationsrechnung gestartet werden kann, sind in der folgen-den Tabelle erklärt:

Menüpunkt Funktion

Settings Es erscheinen Formulare, über die Standardfestlegungen für die Aus-führung eines Simulationslaufs getroffen werden können.

Run Der Simulationslauf wird gestartet bzw. fortgesetzt. Es erfolgt wäh-rend der Laufzeit lediglich eine kurze Zustandsanzeige im Statusfelddes MMG-Fensters.

Batch Der Simulationslauf wird im Hintergrund bearbeitet. Während dieserZeit kann im Vordergrund ein anderes Problem bearbeitet werden.

Step Die Simulationsrechnung wird schrittweise, d.h. Block für Block,durchgeführt.

Reinitialize Alle Simulationsergebnisse des letzten Laufes werden gelöscht.

Stop Points Es erscheint ein Formular, in das die Bedingungen für die Unterbre-chung des Simulationslaufes eingetragen werden können. Der An-wender kann sowohl bestimmte Ereignisse (z.B. Fehler) als auch dasErreichen bestimmter Blöcke als Bedingungen definieren.

ASPEN PLUS - Start / Ablauf der Simulation5 - 2

Move To Es erscheint ein Formular, in dem der nächste zu berechnende Blockausgewählt werden kann.

Check Results Es wird das Formular Summary der Seite Run Status im Ordner Re-sults Summary angezeigt. Der Status des letzten Laufs wird ange-zeigt (Hoffentlich: Calculations were completed normally)

Load Results Die aktuellen Ergebnisse des letzten Laufs werden in den MMG-Be-reich geladen. Im Normalfall geschieht das automatisch.

Connect to Engine Es erscheint ein Formular, über das der Server adressiert werdenkann, auf dem der Simulator läuft.

5.2. Verfolgung der Simulationsrechnung

Wird die Simulationsrechnung aus dem MMG heraus auf dem lokalen PC gestartet, ist dieinteraktive Verfolgung wünschenswert. Der Nutzer kann über den oben gezeigten Schalter inder Werkzeugleiste das Kontrollfenster (Control panel) aktivieren:

Im Textfenster erscheint ein Protokoll des Simulationslaufs. Dieser Text wird für das Simula-tionsproblem fortlaufend ergänzt. Es ist also möglich, auch zurückliegende Protokolle ein-zusehen. Die Steuerelemente für den Simulationslauf sind in der Werkzeugleiste des Fensters zuerkennen. Über den zweiten Schalter von rechts kann die Protokolldatei (die fortlaufend ge-schrieben wird) gelöscht werden. Der Nutzer kann während des Simulationslaufs auf dieseSchalter zugreifen. Die Berechnungsreihenfolge wird im linken Teil des Fensters angezeigt.Während des Simulationslaufs werden die gerade berechneten Blöcke auch im Fließschemahervorgehoben.Der am unteren Rand zu erkennende Schalter More schaltet eine erweiterte Protokoll-Anzeige,die aber nur bei Ausführung der Simulation im EO-Modus sinnvoll ist, ein.

ASPEN PLUS - Start / Ablauf der Simulation 5 - 3

5.3. Übernahme der Ergebnisse

Nach Abschluss des Simulationslaufs hat der Nutzer mehrere Möglichkeiten, auf die Ergebnissezuzugreifen. Der Status der Berechnungen kann über den Menüpunkt Check Results im Run-Menü oder über den entsprechenden Schalter in der Werkzeugleiste des MMG bzw. des Kon-trollfensters angezeigt werden. Es erscheint das folgende Formular im Browser-Format:

In der hervorgehobenen Zeile steht ein Diagnose-Text, der Rückschlüsse über den Ausgang desSimulationslaufs ermöglicht. Die anderen Daten beziehen sich auf Systemkonfiguration undLizenzbedingungen.

5.4. Erweiterte Statusinformation

Für den Fall, dass der Anwender weitergehende Informationen über den zurückliegendenSimulationslauf wünscht, kann er verschiedene Textfiles einsehen, die in einem Texteditor zurAnzeige gebracht werden. Diese Textfiles sind über drei Menüpunkte im View-Menü zuerreichen. In der folgenden Tabelle sind diese Punkte erläutert:

Menüpunkt Funktion

Input Summary Anzeige des Input-File des aktuellen Simulationslaufs. Dieses File ent-hält den Text eines Skripts, das die Problembeschreibung in einerSkriptsprache enthält, die vom Simulator interpretativ abgearbeitet wird.

ASPEN PLUS - Start / Ablauf der Simulation6 - 4

History Anzeige des Input-File und aller Meldungen des Simulators, die wäh-rend des letzten Simulationslaufes erzeugt wurden. Hier finden sich u. a.auch die Fehlermeldungen.

Report Anzeige eines Formulars zur Auswahl von Objekten (Blöcke, Strömeusw.), für die die Reportdarstellung zu generieren ist. Nach der Auswahlwird ein Report-Text erzeugt und angezeigt.

Solver Reports Unter diesem Menüpunkt sind spezielle Berichte zu erreichen, die dieSimulatoren im gleichungsorientierten Berechnungsmodus (EO-Modus)erzeugen.

Der Texteditor stellt Funktionen zur Bearbeitung bereit; so können die angezeigten Textebearbeitet, gespeichert und gedruckt werden.

ASPEN PLUS - Präsentation der Ergebnisse 6 - 1

6. Anzeige der Simulationsergebnisse und Erzeugung von Berichten

6.1. Interaktive Anzeige der Simulationsergebnisse

In ASPEN PLUS werden die Ergebnisse in gleicher Weise wie die Eingabedaten auch durch einSystem von Ordnern, Seiten und Formularen verwaltet, auf die über den Browser zugegriffenwerden kann. Im Navigationsfenster des Browser werden die Resultatordner, Resultatseiten undResultatformulare durch andere Symbole als die Input-Objekte dargestellt. Der Nutzer kann aufunterschiedlichen Wegen Einsicht in die Resultate nehmen. Zunächst können für jeden markier-ten Block über den Menüpunkt Result des Popup-Menüs die blockspezifischen Ergebnisseangezeigt werden. Im übrigen kann bei aktivem Browser jederzeit auf die Resultatanzeigeumgeschaltet werden.

! Der Menüpunkt Result Summary im Data-Menü

Dieser Menüpunkt führt nach seiner Aktivierung zu einem Untermenü, das folgende Punkteenthält:

- Run status Der Status der Simulationsrechnung wird angezeigt (s. 5.3.)- Streams Erzeugen der Stromübersicht- Convergence Anzeige des Konvergenzstatus der Simulationsrechnung

Die Stromübersicht ist die wichtigste Ergebniszusammenfassung. In der folgenden Abbildungist die prinzipielle Struktur dieses Ergebnisformulars zu sehen. Es handelt sich dabei um einenAusschnitt der Stromübersicht für die Simulation eines Systems, das aus zwei Wärmeüber-tragern besteht.

ASPEN PLUS - Präsentation der Ergebnisse6 - 2

In der Stromübersicht werden die Zustände der Ströme dargestellt. Neben den Ergebnisfeldernverfügt das Stromübersicht-Formular auch über gewisse Eingabefelder, die es dem Nutzerermöglichen, die Darstellung interaktiv zu modifizieren. Zu diesen Feldern gehören:

Feld Eingaben Funktion

Display STREAMS Der Nutzer muss die Namen der anzuzeigendenStröme in die sich anschließenden Eingabefeldereintragen.

ALLSTREAMS Es werden automatisch alle Ströme angezeigt.

Format Aus Pickliste wählen Der Nutzer kann das Stromformat und damit dieMenge der dargestellten Stromeigenschaften in Ab-hängigkeit von einer gewählten Prozessklasse ver-ändern.

StreamTable

Schalter Die gewählte Stromübersicht wird in das Fließsche-ma übernommen.

Bei der Wahl von Streams im Display-Feld kann der Anwender die darzustellenden Ströme freiwählen.

! Anzeige des Konvergenzstatus der Simulationsrechnung

Falls aus der Fehlermitteilung hervorgeht, dass die Simulationsrechnung nicht konvergiert,sollte das Konvergenzstatus-Formular geöffnet werden. Dazu wählt man aus dem ResultsSummary-Menü den Menüpunkt Convergence. Es erscheint das folgende Formular:


Im Formular Tear Summary ist zusammenfassend die Konvergenz für die gewählten Schnitt-ströme dargestellt.Eine weitere Möglichkeit, Informationen über die Konvergenz der Simulationsrechnung zuerhalten, besteht in der Öffnung des Ordners Convergence. In diesem Ordner gibt es einenUnterordner, der ebenfalls Convergence heißt. Wenn dieser Ordner geöffnet wird, erscheinenweitere Unterordner, die den in das Fließschema eingefügten Iterationsblöcken entsprechen. Zuden Iterationsblöcken werden Ergebnisformulare erzeugt. Im folgenden Bild ist die Ergeb-nisseite für einen Iterationsblock dargestellt:Im Formular Summary werden die allgemeinen Angaben zusammengestellt. Das Formular TearHistory enthält Angaben über den Ablauf der Berechnungen. Im Ordner Convergence befindensich auch die Formulare, über die die Eigenschaften der Iterationsverfahren verändert werdenkönnen.

6.2. Erzeugen von Berichten

! Erzeugen der BerichtsdateiBerichte (Reports) sind Dokumente, die die Simulationsergebnisse in einer definiert aufbereite-ten Form darstellen. Der Nutzer kann in einem Bericht die wesentlichen Ergebnisse einesSimulationslaufs zusammenfassen. ASPEN PLUS bietet die Möglichkeit, Umfang und Ge-staltung der Berichte an die Anforderungen des Nutzers anzupassen.Bei einem Bericht handelt es sich um ein Textfile (im ASCII-Format), das über die Export-Funktion im File-Menü erzeugt wird. Beim Erzeugen der Berichtsdatei kann der Nutzer denNamen und das Zielverzeichnis dieser Datei festlegen; die Datei hat die Erweiterung .rep. Beider Erzeugung der Berichtsdatei werden die Festlegungen des Nutzers berücksichtigt, die er beider Generierung im Setup vorgenommen hat.


Die Erzeugung einer Berichtsdatei umfasst folgende Schritte:

1. Im File-Pulldown-Menü den Menüpunkt Export wählen.2. Im Export-Formular zunächst im Eingabefeld des WIN95 Dialogfensters im Feld

Filename Namen und Ziel der Berichtsdatei eintragen. Anschließend im Feld Dateitypaus der angezeigten Pickliste den Typ

Report file (.rep)auswählen.

3. Den Schalter Speichern anklicken. Die Berichtsdatei wird erzeugt.

Es ist zu empfehlen, für den Bericht den Namen des Problems (die RunID) zu verwenden (daswird im Eingabefenster als Empfehlung auch so vorgesehen).Ein Bericht kann erst erzeugt werden, wenn Simulationsergebnisse vorliegen.

! Die Seite Report OptionsDer Nutzer kann festlegen, welche Form die von ihm erzeugten Berichte haben sollen. Damitergibt sich ein breites Spektrum an Möglichkeiten, das vom vollständigen Bericht auf der einenSeite bis zum Kurzbericht (der nur die wichtigsten Ergebnisse enthält) auf der anderen Seitereicht. Der am häufigsten zu nutzende Weg für die Gestaltung von Berichten führt über die SeiteReport Options im Setup-Ordner. Wenn diese Seite geöffnet wird, erhält der Nutzer Zugriff zuFormularen, in denen die Berichtsparameter eingetragen bzw. verändert werden können. In derfolgenden Abbildung ist das Formular General, in dem die Hauptabschnitte eines Berichtesausgewählt werden können, zu sehen:

In der folgenden Tabelle werden die Formulare der Seite Report Options näher erläutert:


Menüpunkt Funktion

General In diesem Formular werden die in den Bericht aufzunehmenden Ab-schnitte festgelegt.

Flowsheet In diesem Formular werden die zum Fließschema in den Bericht auf-zunehmenden Informationen festgelegt.

Block In diesem Formular werden zunächst die Blöcke festgelegt, zu denenInformationen in den Bericht aufzunehmen sind. Weiterhin lässt sich dieArt des Blockberichtes modifizieren. Der Nutzer kann auch einenStandard-Block-Bericht wählen.

Stream In diesem Format werden Umfang und Format der Stromübersicht fest-gelegt. Der Nutzer kann auch die Standard-Strom-Tabelle als Formatwählen.

Property In diesem Formular wird festgelegt, welche Eigenschaften desStoffsystems im Bericht dargestellt werden sollen.

ADA In diesem Formular werden die Informationen ausgewählt, die für diePseudokomponenten-Analyse in den Bericht aufzunehmen sind.

Die wichtigsten Formulare werden im folgenden erläutert.

! Das Formular General (s. Abbildung oben)Durch dieses Formular kann die Abschnittsstruktur eines Berichts festgelegt werden. Dieeinzelnen Abschnitte lassen sich über die im Formular angezeigten Marker festlegen bzw.ausblenden. Die Anzahl der Druckzeilen pro Seite kann hier ebenfalls verändert werden.

! Das Formular Block


In diesem Formular können im Abschnitt Items to be included in block reports die im Berichtfür jeden Block darzustellenden Informationen ausgewählt werden.Über die Schalter Include Blocks und Exclude Blocks werden Auswahltabellen erzeugt, überdie die Blöcke auszuwählen bzw. auszuschließen sind, die im Bericht berücksichtigt werdensollen. Wenn keine spezielle Auswahl erfolgt, werden automatisch alle Blöcke in den Berichtaufgenommen, sofern im Formular General der Blockabschnitt im Bericht nicht ausdrücklichausgeblendet worden ist.

! Das Formular Stream

In diesem Formular werden die die Stromübersicht bestimmenden Eigenschaften festgelegt. Ausder Abbildung gehen die Bedeutungen der einzelnen Felder hervor. Werden die Schaltelementedes Formulars angeklickt, erscheinen weitere Dialogfenster, über die die den Funktionenzugeordneten Daten abgefordert werden. So erscheint bei Aktivierung des Schalters IncludeStreams eine Liste der im Fließschema definierten Ströme; aus dieser Liste werden dann die indie Stromübersicht aufzunehmenden Ströme ausgewählt.

6.3. Generieren von Diagrammen (Plots)

! Allgemeiner Ablauf In der Menüleiste des MMG ist während der Arbeit mit dem Browser der Menüpunkt Plotverfügbar; dafür verschwindet in dieser Phase der Menüpunkt Flowsheet. Durch das demMenüpunkt Plot zugeordnete Pulldown-Menü werden alle Funktionen bereitgestellt, die für dieErzeugung von Diagrammen benötigt werden. Voraussetzung für die Generierung von Diagram-men ist, dass durch die Simulationsrechnungen Tabellen erzeugt werden, die die Definition vonabhängigen, unabhängigen und evt. parametrischen Variablen erlauben. Ob das der Fall ist, istdaran zu erkennen, dass mit dem Übergang zur Resultatanzeige im Pulldown-Menü des Menü-punktes Plot der Menüpunkt Plot Wizard intensiv dargestellt wird.


Die Erzeugung eines Diagramms vollzieht sich stets in folgenden Schritten:

- Prüfung der Voraussetzung für die Erzeugung eines Diagramms.- Auswahl einer (oder mehrerer) abhängigen Variablen.- Auswahl einer unabhängigen Variablen.- Anzeige des Diagramms.- Modifikation der Darstellung mit den Diagramm-Gestaltungsfunktionen.

Jedes Diagramm kann nicht nur angezeigt, sondern auch gedruckt werden. Dazu ist das Fenster,in dem das zu druckende Diagramm dargestellt wird, zum aktuellen Fenster zu machen. An-schließend ist die Funktion Print im File-Menü zu aktivieren.

! Auswahl der abhängigen VariablenDie Auswahl der abhängigen Variablen vollzieht sich in folgenden Schritten:

- In einem Ergebnisformular wird die Datenspalte, die die Werte der abhängigen Varia-blen enthält, durch Anklicken eines beliebigen Datenfeldes mit der linken Maustasteausgewählt.

- Die Spalte erscheint in dunkel hinterlegter Darstellung, wenn die Auswahl durch dasSystem akzeptiert wird.

- Dieser Auswahlprozess kann für weitere Spalten des Formulars wiederholt werden.Dabei ist bei Betätigung der linken Maustaste die Strg-Taste zu drücken.

- Im Plot-Pulldown-Menü wird der Menüpunkt Y-Axis Variable angeklickt.- Die Markierung kann durch Klicken auf einen Formularbereich außerhalb der markier-

ten Spalten wieder aufgehoben werden. Soll dies nur für einige Spalten geschehen, istdie Strg-Taste zu drücken.

! Auswahl einer unabhängigen VariablenEs sind folgende Schritte notwendig:

- Die durch das System vorgeschlagene unabhängige Variable kann akzeptiert werden (beiBodenkolonnen ist das z.B. der Bodenindex), oder es ist die Spalte, die die Werte dergewünschten unabhängigen Variablen enthält, in einem beliebigen Datenfeld anzukli-cken.

- Im Plot-Pulldown-Menü wird der Menüpunkt X-Axis Variable angeklickt. Die ausge-wählte Spalte erscheint in dunkel hinterlegter Darstellung.

! Parametrische Diagramme

In Diagrammen werden Zusammenhänge zwischen abhängigen und unabhängigen Variablendurch Kurvenzüge dargestellt. Sollen diese so erzeugt werden, dass andere Variable entlangdieser Graphen konstante Werte besitzen, so müssen diese Kurvenparameter gesondert definiertwerden. Es sind dafür folgende Schritte notwendig:

- Das Ergebnisformular ist zu öffnen, das die darzustellenden Ergebnisse enthält.- Es ist eine Variable auszuwählen (gleicher Ablauf, wie oben beschrieben), die als

Parameter behandelt werden soll. Anschließend ist im Plot-Pulldown-Menü der Menü-


punkt Parametric Variable auszuwählen. Es kann nur ein Parameter gewählt werden.- Abhängige und unabhängige Variable sind, wie oben beschrieben, auszuwählen.

! Anzeige des DiagrammsIm Plot-Menü ist der Menüpunkt Display Plot zu wählen. Das gewünschte Diagramm erscheintin einem speziellen Fenster:

Jede Auswahl einer Gruppe von Variablen führt zur Eröffnung eines neuen Diagrammfensters.Soll eine Kurve zu einem bereits bestehenden Diagramm hinzugefügt werden, ist nicht derMenüpunkt Display Plot sondern Add New Curve zu wählen.Befindet sich der Mauszeiger im Diagrammfenster, so kann durch die rechte Maustaste das imBild dargestellte Popup-Menü aktiviert werden. Im folgenden werden die wichtigsten Menü-punkte dieses Popup-Menüs beschrieben.

# Zoom-Funktionen

Menüpunkt Funktion

Redraw Neuzeichnen des Diagrammfensterinhalts.

Zoom In Ein vorher markierter Bereich wird auf die Größe des Diagrammfenstersvergrößert oder es wird der Bildinhalt gestuft zu einem neuen Bildaus-schnitt vergrößert.

Zoom Out Auf die vorhergehende Vergrößerungsstufe wird zurückgegangen.

Zoom Full Das Diagramm wird so eingerichtet, dass es die Gesamtfläche desDiagrammfensters füllt.


# Properties

Bei Auswahl dieses Menüpunktes erscheint ein Fenster mit mehreren Formularen, über die dieEigenschaften der Diagrammdarstellung modifiziert werden können. Im folgenden Bild istdieses Fenster dargestellt:

In den Formularen werden folgende Funktionen bereitgestellt:

Menüpunkt Funktion

Attribute Die Eigenschaften (Farbe, Marker, Linientyp) der Kurven werden ge-wählt.

Legend Die Beschriftung der Diagramm-Legende kann gewählt werden.

AxisMap Die Aufteilung der Y-Achsen wird einstellbar. So kann für jede darzu-stellende Kurve eine spezielle Y-Achse gewählt werden; es kann aberauch eine einheitliche Achse eingestellt werden.

Label Der Titel des Diagramms kann eingegeben werden. Das Formular lässtsich auch mit Doppelklick auf den Titel aktivieren.

Axis Die Eigenschaften der Koordinatenachsen werden gewählt.

Grid Ein Koordinatengitter kann eingestellt oder wieder ausgeblendet werden.

Font Der Zeichensatz für die Diagrammbeschriftung kann gewählt werden.

Die meisten der genannten Formulare lassen sich auch dadurch aktivieren, dass man dasjeweilige Objekt (z.B. die Diagrammlegende) zunächst mit der Maus auswählt; nach anschlie-ßendem Doppelklick erscheint das Formular.


# Modify

Es erscheint ein Untermenü (s.Abbildung), das folgende Punkte bereitstellt:

Menüpunkt Funktion

Add Text Es erscheint ein Fenster, das der Eingabe und Editierung von zusätzlichenTexten im Diagrammbereich dient. Dieses Fenster wird auch nach Dop-pelklick auf einen Zusatztext geöffnet.

Show Legend Die Anzeige der Diagramm-Legende kann ein-/ausgeschaltet werden.

Hide Variable Es erscheint ein Formular, das das Ein-/Ausblenden von darzustellendenVariablen gestattet.

# Copy

Das Diagramm wird in die Zwischenablage kopiert. Aus dieser kann es durch andere WIN95-Anwendungen übernommen werden.

! Diagramm-Experte

Über den Menüpunkt Plot Wizard im Plot-Menü kann der Diagramm-Experte aktiviert werden.Es erscheint ein Formular, in dem der Nutzer das zu erzeugende Diagramm auswählen kann.Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für dieses Formular:

Nach Auswahl des Dia-grammtyps wird der Nutzerinteraktiv durch die Schritteder Diagrammgenerierunggeführt. In diesem Zusam-menhang kann er alle ge-wünschten Eigenschaftendes Erscheinungsbildes ei-nes Diagramms festlegen.Mit den oben beschriebenenWerkzeugen kann dieseDarstellung dann weitermodifiziert werden.

ASPEN PLUS - Gestaltung der Fließbilder 7 - 1

7. Gestaltungselemente für Fließbilder

7.1. Die Funktion der Gestaltungselemente

Das Fließbild muss für die Bearbeitung eines Simulationsproblems lediglich aus den dieStruktur beschreibenden Elementen (Blöcke und Ströme) bestehen. Darüber hinausgehendegraphische Elemente sind nicht erforderlich. Soll das Fließschema aber als Ergebnisdokumentverwendet werden bzw. zusammen mit einem Bericht zu einer neuen Ergebnisdokumentationverbunden werden, bedarf es zusätzlicher Gestaltungselemente.In Aspen Plus wird eine Reihe von derartigen Elementen bereitgestellt, die der Nutzer für dieGestaltung seiner Fließschemadarstellung einsetzen kann. Neben den graphischen Gestaltungs-elementen werden auch Funktionen angeboten, die es dem Nutzer erlauben, Simulationsergeb-nisse in das Fließschema zu integrieren. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass auch daserweiterte Fließschema für Simulationsrechnungen einsetzbar bleibt; die Gestaltungselementewerden beim Übergang zur Simulation einfach ignoriert.Für die ergänzten Schemata werden Druckvorschau-, Seiteneinrichtungs- und Druckfunktionenangeboten; sie können mit der Copy-Funktion des Menüpunktes Edit aber auch in die Zwischen-ablage kopiert und von dort in andere Anwendungen übernommen werden. Damit ergibt sichneben den Berichten eine zweite Möglichkeit der Darstellung der Simulationsergebnisse.

7.2. Einfügen von Texten und graphischen Ergänzungen

Voraussetzung für die Einfügung von Texten und Graphiken in das Fließschema ist, dass imMenüpunkt View der Punkt Annotation aktiv (erkennbar an einem Häkchen) ist. FolgendeObjekte können dann in das Fließschema aufgenommen werden:- Texte und frei gestaltete Graphiken- Ergebnistabellen (Stromübersicht in generierbarer Form)- Objekte nach OLE-Standard

! Einfügen von Texten

Voraussetzung für das Einfügen von Texten ist, dass die Funktions-Schalter des Graphikeditorsaktiviert wurden. Diese Aktivierung vollzieht sich in folgenden Schritten:- Aus dem View-Menü wird der Punkt Toolbar ausgewählt.- Es erscheint eine Auswahlliste mit verschiedenen Schaltern, über die der Umfang der

Werkzeugleiste eingestellt werden kann.- Der Schalter Draw ist zu aktivieren. Anschließend ist die Liste zu schließen.Nach diesem Handlungsablauf erscheint in der Werkzeugleiste die Funktionspalette des Graphi-keditors, die im folgenden Bild dargestellt ist:

Für das Einfügen von Text klickt man auf den Button mit dem Zeichen A. Der Mauszeigernimmt im Arbeitsbereich die Kreuzform des Einfügemodus an. Der Zeiger wird auf die ge-wünschte Position gesetzt; mit Mausklick wird dann an der Position ein Textfeld eingefügt. In

ASPEN PLUS - Gestaltung der Fließbilder7 - 2

dieses Feld kann nun über die Tastatur der gewünschte Text eingegeben werden.Soll dieser Text später bearbeitet werden, ist das Textfeld über Doppelklick mit der linkenMaustaste zu aktivieren. Wird der Text durch einfaches Anklicken ausgewählt, kann über dierechte Maustaste ein Popup-Menü aktiviert werden, das mehrere Funktionen zur Bearbeitungdes Textes bereitstellt. Dieses Menü verfügt unter anderem über einen Punkt Edit, dessenAuswahl die gleiche Wirkung hat, wie der Doppelklick mit der linken Maustaste.

! Einfügen von graphischen Elementen

Im oben dargestellten Bild sind neben dem Button für die Einfügung von Text weitere Auswahl-elemente zu sehen, die nach ihrer Aktivierung das Einfügen von graphischen Elementen (Linie,Rechteck, Kreis, usw.) erlauben. Jedes Element kann durch Klick mit der rechten Maustastemarkiert werden. Nach dem Markieren kann es weiter manipuliert werden (Verschieben,Zoomen, Löschen, Ändern der Linienfarbe, Ändern der Linienstärke usw.)

7.3. Der PFD-Modus (Process Flow Diagram)

! Funktion des PFD-Modus

Der PFD-Modus erlaubt es dem Nutzer, Elemente in das Fließschema einzufügen, die nur indiesem Modus sichtbar sind, die also nicht in die zu simulierende Struktur einbezogen werdensollen. Damit können beliebige Fließschemata erzeugt werden, die mit der simulierten Strukturnicht notwendig übereinstimmen müssen. Das ist dann von Vorteil, wenn bestimmte Elemente(Ventile, Pumpen u.ä.) in ihrer Funktion durch andere Elemente abgebildet werden, ihregraphische Präsenz im Fließschema aber erwünscht ist. Die Ergänzungen sind nur im PFD-Modus zu sehen.

! Aktivieren/Deaktivieren des PFD-Modus

Im Pulldown-Menü des Menüpunktes View ist der Punkt PFD Mode anzuklicken. Der Punktbekommt ein Häkchen, wenn der PFD-Modus eingeschaltet ist. Wird der Punkt im einge-schalteten Zustand angeklickt, so wird der PFD-Modus deaktiviert. Alle seit der Umschaltungeingefügten Blöcke verschwinden aus der Anzeige. Ein erneutes Umschalten in den PFD-Modusmacht die Einfügungen wieder sichtbar.Wird im View-Menü der Punkt Reset PFD angeklickt, so werden alle Einfügungen permanentgelöscht.

7.4. Einfügen der globalen Daten

! Einfügen ausgewählter Zustandsgrößen in das Fließschema

Für die Präsentation der Ergebnisse ist es wünschenswert, wenn unmittelbar im Fließbildausgewählte Daten angezeigt werden können. Für bestimmte Daten ist dieses direkte Einfügender Daten in das Fließschema möglich. Voraussetzung dafür ist, dass im View-Pulldown-Menüder Punkt Global Data ausgewählt worden ist (erkennbar an einem Häkchen). Folgende Größenkönnen als globale Daten eingefügt werden:S Temperaturen, Drücke und Mengen der Ströme


S Übertragene Heiz-/KühlleistungS Übertragene mechanische / elektrische Leistung (blockspezifisch und global)

Der Nutzer kann aus dieser Gruppe Größen auswählen, die angezeigt werden sollen. Für dieGenerierung der Anzeige ist folgender Ablauf erforderlich:

S Im Pulldown-Menü des Menüpunktes Tools ist der Punkt Options auszuwählen.S Es erscheint eine Datenseite mit mehreren Formularen. Es ist das Formular Results View

auszuwählen.S Es sind die Größen in den Auswahlfeldern zu markieren, die angezeigt werden sollen.S Das Maßsystem ist festzulegen, das für die anzuzeigenden Größen anzuwenden ist.S Die Darstellungsformate für die anzuzeigenden Größen können spezifiziert werden.S Nach Klick auf den OK-Schalter werden die ausgewählten Größen in das Fließbild

aufgenommen. Die Darstellung erfolgt in Zuordnung zu den Strömen; die verwendetenSymbole werden durch eine Legende erklärt.

Im folgenden Bild ist das Fließschema mit den eingefügten Stromtemperaturen zu sehen:

Das folgende Formular ist für die Auswahl und die Festlegung der Formate der Globalen Datenund des Maßsystems zu nutzen


! Einfügen der Stromübersicht in Tabellenform

In das Fließbild kann als zusammenfassende Ergebnisdarstellung die Stromübersicht in Ta-bellenform aufgenommen werden. Dafür sind folgende Schritte notwendig:

- Im Pulldown-Menü von Data ist der Punkt Result Summary zu wählen.- Im erscheinenden Untermenü ist der Punkt Streams zu wählen. Es erscheint die Strom-

übersicht im Browser-Format.- Die darzustellenden Ströme sind auszuwählen; das Strom-Format ist festzulegen.- Der Schalter Stream Table ist anzuklicken.- Die Tabelle wird in das Zeichnungsfeld übernommen.- Durch Markieren und Bewegen kann die Tabelle in die gewünschte Position gebracht

werden.

Im folgenden Bild ist die Stromübersicht im Browser-Format und im eingeblendetenFließschema-Format (Auswahl lediglich eines Stromes) zu sehen:


Auswahl und Formatierung im Browser-Format bestimmen die Darstellung im Fließschema.Nach Markieren der Stromtabelle (Anklicken mit linker Maustaste) kann mit der rechtenMaustaste ein Popup-Menü geöffnet werden, das den Zugang zu folgenden Funktionen eröffnet:

Menüpunkt Funktion

Cut Die Tabelle wird ausgeschnitten, befindet sich aber noch in der Zwischenablage.Mit Strg+V oder über den Punkt Paste im Edit-Pulldown-Menü kann sie wiedereingefügt werden.

Copy Die Tabelle wird in die Zwischenablage kopiert. Sie kann von dort in jede ande-re WIN95-Anwendung übernommen werden.

Delete Die Tabelle wird gelöscht.

Print Die Tabelle wird gedruckt

Stack Table Es erscheint eine Eingabebox, in deren Eingabefeld die Anzahl der Ab-schnitte anzugeben ist, in die eine horizontale Tabelle zerlegt werden soll.Diese Abschnitte werden dann untereinander angeordnet.


Attach Die Tabelle kann mit einem Block oder Strom in dem Sinne verbundenwerden, dass die Verschiebung des Blockes oder Stromes das Nachfolgender Tabelle zur Folge hat. Nach Anklicken dieser Funktion ist mit demMauskursor auf den Block oder Strom zu klicken, mit dem die Tabelleverbunden werden soll.

Center View Das Zeichnungsfeld wird so verschoben, dass die Tabelle sich im Zentrum be-findet.

7.5. Einfügen von Objekten (OLE)

Um ein Objekt, das mit einer anderen WIN95-Anwendung erzeugt wurde (sofern die Anwen-dung den OLE-Standard erfüllt), in das Fließschema einzufügen, geht man wie folgt vor:- Im Edit-Pulldown-Menü wird der Menüpunkt Insert gewählt. Im erscheinenden Unter-

menü wähle man New Object.- Es erscheint ein Auswahlformular der auf dem System verfügbaren Anwendungen, die

als OLE-fähig erkannt worden sind. Dieses Formular hat die dargestellte Form:

Wird eine der angezeigten Anwendungen ausgewählt und der OK-Schalter angeklickt, so wirddiese Anwendung geöffnet. Das einzufügende Objekt kann jetzt erzeugt werden.Mit dem Rücksprung nach Aspen Plus wird das erzeugte Objekt in das Fließschema eingefügt.Nach vorherigem Markieren kann es nun verschoben oder verkleinert/vergrößert werden.Doppelklick auf das Objekt startet die erzeugende Anwendung; damit kann das Objekt verändertwerden.

ASPEN PLUS - Spezielle Werkzeuge 8 - 1

8. Spezielle Werkzeuge

8.1. Ein Überblick

Die speziellen Werkzeuge sind i.a. über den Menüpunkt Model Analysis Tools im Pulldown-Menü von Data zu erreichen. Wird dieser Punkt aktiviert, erscheint ein weiteres Auswahlmenü,das die speziellen Werkzeuge zur Auswahl stellt:

Sensitivity Untersuchung der Empfindlichkeit der Simulationsergebnisse durch Variationausgewählter Eingangs- oder Entwurfsgrößen.

Optimization Definition eines Optimierungsproblems durch Festlegung des Zielkriteriums undder Entscheidungsvariablen.

Constraint Definition der Nebenbedingungen für ein zu lösendes Optimierungsproblem.Data Fit Anpassung eines Simulationsmodells an experimentell gewonnene Daten.Case Study Durchführung von Simulationsrechnungen für ein definiertes Fließschema mit

unterschiedlichen Parametersätzen im Batch-Simulationsmodus.

Wird einer dieser Menüpunkte aktiviert, so wird der zugehörige Unterordner im Ordner ModelAnalysis Tools geöffnet. Im Browser können diese Ordner prinzipiell auch über das Naviga-tionsfenster geöffnet werden. Die Analyse-Tools fügen quasi spezielle Berechnungsblöcke indas Fließschema ein, die bei der Simulationsrechnung mit ausgewertet werden. Im folgenden(Abschnitt 8.2) wird die Sensitivitätsanalyse beschrieben.Ein weiteres wichtiges Werkzeug ist der Entwurfsmodus. Für dessen Aktivierung ist ein andererWeg zu beschreiten; dieser wird in 8.3. erläutert.

8.2. Sensitivitätsanalyse

Durch Sensitivitätsanalyse werden Tabellen und Diagramme erzeugt, in denen ausgewählte Zu-standsgrößen über variierten Eingangs- oder Entwurfsgrößen dargestellt werden. Damit kannman die Empfindlichkeit der gewählten Ausgangsgrößen in den variierten Einflussgrößenuntersuchen (was passiert, wenn ...); man kann so auch einfache Optimierungsprobleme lösen.Die Vorbereitung einer Sensitivitätsanalyse umfasst folgende Schritte:S Erzeugung eines SensitivitätsblocksS Auswahl der Zustandsgrößen, die im Verlauf der Analyse zu berechnen und darzustellen

sind (der Ergebnisvariablen)S Festlegung der Eingangs- und/oder Entwurfsgrößen, die variiert werden sollenS Definition des TabellenformatsS Optionale Deklaration von FORTRAN-Anweisungen.

! Erzeugung eines Sensitivitätsblocks

Wird der Menüpunkt Sensitivity (wie oben beschrieben) aktiviert, erscheint zunächst der ObjectManager ; im folgenden Bild ist das Formular dargestellt (im konkreten Beispiel wurde bereitsein Sensitivitätsblock angelegt):

ASPEN PLUS - Spezielle Werkzeuge8 - 2

Über den Schalter New ist ein neuer Sensitivitätsblock anzulegen. Es lassen sich auch mehrereBlöcke anlegen. Für jeden Block ist zur Identifikation ein Bezeichner einzugeben. Wird einBlock später modifiziert oder soll er gelöscht werden, so sind die entsprechenden Schalter imFormular (Edit, Delete usw.) des Object Manager zu benutzen.

! Auswahl der ErgebnisvariablenIst der Block für die Analyse definiert worden, so erscheint die folgende Daten-Seite imBrowser-Format:


Die Auswahl der Ergebnisvariablen vollzieht sich über das Formular Define. Es sind die Schal-ter New.., Edit und Delete verfügbar, über die die Ergebnisvariablen ausgewählt, editiert undgelöscht werden können.Soll eine neue Ergebnisvariable eingeführt werden, so ist der Schalter New.. zu benutzen. Eserscheint ein Eingabefeld für den Variablennamen. Ein Name für eine skalare Variable kannmax. 6 Zeichen, ein Name für eine Vektorvariable max. 5 Zeichen umfassen. Jeder Name mussmit einem Buchstaben beginnen; ab zweiter Position sind Buchstaben und Ziffern zugelassen.Ein Name darf nicht mit den Folgen IZ oder ZZ beginnen. Nach der Eingabe des Namenserscheint das abgebildete Formular.

Dieses Formular hat zwei Abschnitte:S CategoryS ReferenceDie Eingabefelder werden während des Ausfüllens dynamisch erzeugt. In der Abbildung ist derEndzustand dargestellt, der sich für eine ausgewählte Variable ergibt.

Im allgemeinen ist wie folgt zu verfahren:S Im Feld Category ist der Typ der Ergebnisvariablen auszuwählen (handelt es sich um

eine Ergebnisvariable eines Blockes, eines Stromes usw.).S Im Feld Reference ist die Beziehung der Variablen zu den internen Größen herzustellen.

Dafür werden die notwendigen Eingabefelder im Formular entsprechend dem gewähltenGrundtyp dynamisch erzeugt. Im allgemeinen wird dieser Prozess durch Picklistenunterstützt, die ebenfalls dynamisch von Schritt zu Schritt erzeugt werden.

S Das Formular ist mit dem Schalter Close zu schließen.Im oben dargestellten Beispiel ist die Ergebnisvariable eine Blockvariable. Im Feld Referencetauchen die folgenden Eingabefelder nacheinander auf:S Type Aus der Pickliste ist auszuwählen, ob es sich um eine einfache Bloc-


kvariable oder um eine Block-Vektorvariable handelt.S Block Der Name des Blockes ist auszuwählen.S Variable In der Pickliste werden die Namen der Blockvariablen angezeigt, die

dem eingestellten Typ angehören. Im Hilfefeld des Formulars kann mansich über die Bedeutungen der Variablen informieren.

! Festlegung der zu variierenden Größen

Für die Festlegung der zu variierenden Größen und für die Vorgabe der einzustellenden Wertewährend der Variation ist das Formular Vary der Seite Input aufzuschlagen. Im folgenden Bildist dieses Formular dargestellt:

.

Folgende Unterabschnitte sind zu erkennen:- Variable number Der zu variierenden Variablen wird eine laufende Nummer zu-

gewiesen, wenn aus der Pickliste <New> gewählt wird. Wennbereits Variablen definiert worden sind, kann über diese Listediese laufende Nummer der zu modifizierenden Variable ausge-wählt werden.

- Manipulated variable In diesem Unterabschnitt werden, ähnlich wie bei der Definitioneiner Ergebnisvariablen, die konkreten Festlegungen zur zu vari-ierenden Variablen abgefragt. Die Eingabefelder werden wiederdynamisch erzeugt.

- Values for varied variable In diesem Unterabschnitt werden die Variationsniveaus definiert.Dabei kann bei gesetztem Auswahlschalter List of values eineListe der Einzelwerte vorgegeben werden. Ist dagegen der Schal-ter Overall range aktiv, so werden die nachfolgenden Felder


maßgebend, die die Grenzen des Variationsbereichs und dieSchrittweite oder die Anzahl der Punkte im Intervall vorzugebengestatten.

- Report labels Für jede variierte Größe wird eine Spalte in der Ergebnistabelleangelegt. In die Felder dieses Unterabschnitts kann eine Spalten-überschrift (vier Zeilen) eingetragen werden. Bleiben diese Fel-der leer, so wird eine Standardüberschrift, die die systeminternenBezeichnungen verwendet, generiert.

Die Sensitivitätsanalyse wird so ausgeführt, dass alle Kombinationen der zu variierendenGrößen bearbeitet werden. Es ist zu beachten, dass damit sehr schnell außerordentlich um-fangreiche Tabellen entstehen können!

! Definition des Tabellenformats

Die Reihenfolge und die Überschriften der Ergebnisspalten können über das Formular Tabulateder Seite Input festgelegt werden. Das Formular hat folgendes Erscheinungsbild:

In das Feld Column No. wird der gewünschte Spaltenindex eingetragen. In das Feld Tabulatedvariable or expression wird der Name der zugeordneten Ergebnisgröße oder ein arithmetischerAusdruck, der Ergebnisgrößen verknüpft, eingetragen. Die Namen der Ergebnisgrößen sind die,die im Formular Define in der Spalte Fortran variable festgelegt wurden. Wenn man das FeldTabulated variable or expression mit der rechten Maustaste anklickt, erscheint ein Popup-Menü, über dessen Menüpunkt Variable List die in der Abbildung mit dargestellte Auswahlta-belle aktiviert werden kann. Aus dieser Tabelle können die in der Spalte Defined Variable


aufgeführten Bezeichner in das Formular Tabulate gezogen werden (Drag & Trop). Wenn der Schalter Table Format angeklickt wird, erscheint das folgende Formular:

In dieses Formular kann im Abschnitt Column labels der Kopftext der Ergebnisspalte (max.vier Zeilen) eingetragen werden.

! Ergebnisdarstellung

Die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse werden in der durch den Nutzer definierten Tabellen-struktur dargestellt. Im Ordner Sensitivity ist eine Seite Results vorhanden. Über diese Seite

erreicht man die Ergebnistabelle. Ausder Tabelle heraus lassen sich dannüber den Menüpunkt Plot die Ergeb-nisse auch in Form von Diagrammenaufbereiten. In der nebenstehenden Ab-bildung ist ein solches Diagramm dar-gestellt. Es handelt sich dabei um dieDarstellung der erreichbaren Kopfrein-heit über der Bodenzahl.

8.3. Entwurfsmodus

Die Simulationsrechnung im Entwurfs-modus geht von Vorgaben für Größen(Entwurfsgrößen) aus, die eigentlichals Simulationsergebnisse berechnet


werden. Für jede spezifizierte Entwurfsgröße muss eine andere Größe (Eingangsgröße einesBlockes, Zustandsgröße eines Eingangsstromes usw.) ausgewählt werden, die so variiert wird,dass sich die Entwurfsgröße im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz einstellt. Diese Größeheißt die zu manipulierende Variable.Die Definition einer Entwurfsspezifikation läuft in folgenden Schritten ab:- Erzeugen eines Blocks für die Entwurfsspezifikation- Auswahl der Entwurfsvariablen- Spezifikation des Zielgebietes und der zu berücksichtigenden Verknüpfungen zwischen

den Entwurfsvariablen sowie Festlegung der Toleranz.- Festlegung der zu manipulierenden Variablen sowie der Grenzen für deren Veränderung.- Optionale Definition von FORTRAN-Anweisungen.In den Abläufen dieser Schritte gibt es starke Ähnlichkeiten zu denen der Sensitivitätsanalyse.

! Erzeugen eines Blocks für die Entwurfsspezifikation

Über das Data-Pulldown-Menü wird zunächst der Menüpunkt Flowsheeting Options aktiviert.Im erscheinenden Untermenü wird Design Spec angeklickt. Es erscheint der Object Manager infolgender Gestalt:

Alle weiteren Abläufe sind analog zu den oben beschriebenen Handlungsabläufen zur Festle-gung eines Sensitivitätsblocks.

! Auswahl der EntwurfsvariablenNach der Blockdefinition wird eine neue Daten-Seite im Browserformat erzeugt und angezeigt.


Drei Formulare dieser Seite müssen ausgefüllt werden. Im Formular Define wird die zum neuenEntwurfsblock gehörende Entwurfsvariable festgelegt. Es ergibt sich folgendes Bild:

Es ist unschwer zu erkennen, dass die Definition so abläuft, wie die der Ergebnisvariablen einerSensitivitätsanalyse. Es erscheinen analoge Eingabefelder, und es sind die gleichen Schritte zuvollziehen. Bei der Bildung des Variablennamens sind die oben genannten Regeln zu beachten.

! Festlegung des Entwurfsziels


Im Formular Spec ist das Entwurfsziel festzulegen. Das Formular hat das oben dargestellte Er-scheinungsbild. In die Felder des Formulars sind folgende Daten einzutragen:

Spec Die Entwurfsvariable ist zu spezifizieren. In diesem Feld kann auch ein arithme-tischer Ausdruck stehen, der aber nur Entwurfsvariablen miteinander verknüpft.Über die rechte Maustaste kann eine Variablenliste aufgerufen werden.

Target In dieses Feld wird der Zielwert der Entwurfsvariablen eingetragen.Tolerance In diesem Feld wird die zulässige Toleranz für die Entwurfsrechnung vorgege-

ben.

Durch die Formulare Define und Spec ist eine Entwurfsvariable vollständig spezifizierbar.

! Festlegung der zu manipulierenden VariablenDie zu manipulierende Variable wird über das Formular Vary spezifiziert. Das Formular hatunten-stehendes Erscheinungsbild. Es ergibt sich ein Handlungsablauf analog zu dem derFestlegung der zu variierenden Größe bei der Sensitivitätsanalyse. Im Unterabschnitt Manipulated variable limits sind die Grenzen für die Variablen anzugeben.Der Unterabschnitt Step size parameters ist optional; die Felder müssen nicht ausgefülltwerden.

! Zusätzliche FormulareIn den Formularen Fortran und Declaration können zusätzliche Variablen deklariert undAusdrücke kodiert werden, auf die bei der Formulierung im Formular Spec Bezug genommenwerden kann (s. hierzu auch den folgenden Abschnitt 8.4.1).


8.4. Optimierung8.4.1. Definition des Zielkriteriums

Das Basisformular für die Eröffnung der Beschreibung eines Optimierungsproblems wird auffolgendem Weg geöffnet: Date 6 Model Analysis Tools 6 Optimization. Es erscheint derObject Manager, es kann nun ein neuer Optimierungsblock definiert bzw. ein vorhandenereditiert werden:

Über den Schalter New wird ein neuer Optimierungsblock generiert. Es lassen sich auchmehrere Blöcke anlegen. Für jeden Block ist zur Identifikation ein Bezeichner einzugeben. Wirdein Block später modifiziert oder soll er gelöscht werden, so sind die entsprechenden Schalterim Formular (Edit, Delete usw.) des Object Manager zu benutzen.

! Definition der Variablen, die im Zielkriterium benötigt werden

Wenn ein neuer Optimierungsblock angelegt wurde, erscheint die folgende Daten-Seite imBrowser-Format (in der folgenden Darstellung sind die Formulare bereits ausgefüllt; es handeltsich also um den editierenden Zugriff). Im Formular Define, das in dem auf der folgenden Seitedargestellten Bild zu sehen ist, wurden bereits zwei Variable definiert, auf die bei der Formulie-rung der Zielfunktion später zugegriffen werden kann. Sollen weitere Variable definiert werden,so ist der Schalter New zu betätigen. Die sich anschließenden Schritte sind identisch zu denen,die für die Sensitivitätsanalyse (Abschnitt 8.2) bereits beschrieben wurden. Den anwender-orientierten Bezeichnungen werden auch hier die jeweiligen Block- oder Strom-Variablenzugeordnet.


! Definition des Zielkriteriums

Im nachfolgend dargestellten Formular wird das Zielkriterium definiert:

Im Abschnitt Objective function sind folgende Eingabemöglichkeiten zu nutzen:


S Über die beiden Schalter Maximize / Minimize wird der Typ des Extremums eingestellt.S In dem rechts von den Schaltern befindlichen Eingabefeld wird die Zielfunktion einge-

geben. Diese kann direkt als Formelausdruck kodiert werden. Es ist aber auch möglich,einen Bezeichner (wie im Beispiel) einzutragen, der im Fortran-Formular definiertwird.

! Definition von Fortran-Ausdrücken

Im dargestellten Formular können arithmetische Ausdrücke kodiert werden, die der Syntax derProgrammiersprache FORTRAN entsprechen. Die syntaktischen Regeln entsprechen weit-gehend den auch in anderen Programmiersprachen (Pascal, MATLAB) üblichen. Sollten sichDeklarationen notwendig machen, so sind diese im Formular Declarations zu kodieren.Im dargestellten Beispiel wird die Variable Z, die bereits im Formular Objective & Constraintsfür die Zielfunktion eingeführt wurde, durch einen FORTRAN-Ausdruck definiert. Innerhalbdieses Ausdrucks werden die Variablen verwendet, die im Formular Define definiert wurden.Der Nutzer kann diese vordefinierten Variablen über eine Auswahlprozedur in den Text ein-fügen, die genau so abläuft, wie die, die für die Sensitivitätsanalyse ( Abschnitt 8.2 ) bei derDefinition des Tabellenformats beschrieben worden ist.

! Definition der Entscheidungsvariablen

Im folgenden Formular werden die Entscheidungsvariablen, die für die Optimierung herangezo-gen werden sollen, definiert:


Die Entscheidungsvariablen sind die Variablen, die bei der Suche des Optimums variiert werde.Diese müssen so gewählt werden, dass eine konsistente Problemdefinition entsteht.Die Auswahlprozedur stimmt weitgehend mit der überein, die im Abschnitt 8.2 für die Auswahlder im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse zu variierenden Größen beschrieben wurde. DerUnterschied besteht lediglich darin, dass hier keine Angaben zu Schrittweiten erforderlich sind.

! Bezugnahme auf NebenbedingungenIm folgenden Abschnitt wird die Vorgehensweise zur Kodierung der Nebenbedingungenbeschrieben. Auch die Nebenbedingungen werden als Blöcke, auf die über ihre Namen Bezuggenommen werden kann, eingerichtet. Im Formular Define erscheint im Abschnitt Constraintsassociated with the optimization auf der rechten Seite ein Auswahlfenster mit den Namen derNebenbedingungsblöcke. Durch die in der Mitte des Abschnitts angeordneten Auswahlschalterkönnen dann die Nebenbedingungsblöcke ausgewählt werden, die mit dem Optimierungsblockverbunden werden sollen. Die ausgewählten Blöcke erscheinen im rechten Fenster des Formu-larabschnittes.

! Vorbereitung für die OptimierungsrechnungVor dem Start einer Optimierungsrechnung ist dringend zu empfehlen, definierte Startbedingun-gen herzustellen. Dazu ist der Untermenüpunkt Reinitialize im Run-Menü zu aktivieren.

8.4.2. Definition von Nebenbedingungen

Das Basisformular für die Eröffnung der Beschreibung eines Nebenbedingungsblocks wird auffolgendem Weg geöffnet: Date 6 Model Analysis Tools 6 Constraint. Es erscheint der ObjectManager, es kann nun ein neuer Nebenbedingungsblock definiert bzw. ein vorhandener editiert


werden. Über den Schalter New wird ein neuer Block generiert. Es lassen sich auch mehrereBlöcke anlegen. Für jeden Block ist zur Identifikation ein Bezeichner einzugeben. Wird einBlock später modifiziert oder soll er gelöscht werden, so sind die entsprechenden Schalter imFormular (Edit, Delete usw.) des Object Manager zu benutzen.

! Definition der Variablen, die in den Nebenbedingungen benötigt werden

Im Formular Define werden die Variablen definiert, die bei der Kodierung der Nebenbedingun-gen benötigt werden:

Die Vorgehensweise ist dabei völlig analog zu der, die für die Definition der Variablen, die imZielkriterium benötigt werden, im Abschnitt 8.4.1. bereits beschrieben wurde.

! Definition der Nebenbedingungen

Die Nebenbedingungen können folgende Formen besitzen:

Für die Kodierung der Nebenbedingungen steht das Formular Spec zur Verfügung:


Die einzelnen Felder besitzen folgende Bedeutungen:

S Im Abschnitt Specification wird die linke Seite (entsprechend der oben eingeführtenSchreibweise ) der Nebenbedingung kodiert. Dabei gibt es die gleichen Wahlmöglich-keiten wie bei der Kodierung der Zielfunktion; entweder es wird der Ausdruck direkteingetragen oder es wird eine Variable eingetragen, die im Formular Fortran über einenAusdruck definiert wird. Im dargestellten Beispiel ist die erste Möglichkeit gewähltworden, da die linke Seite der Nebenbedingung nur aus einer Variablen besteht.

S Im Eingabefeld mit der Pickliste wird der Vergleichsoperator ausgewählt.S Dem Auswahlfeld folgt das Eingabefeld für die rechte Seite der Nebenbedingung.S Im Feld Tolerance ist der absolute zulässige Fehler, mit dem die Nebenbedingung zu

erfüllen ist, anzugeben.

! Definition von Fortran-Ausdrücken

Hierbei ist so zu verfahren, wie es bereits im Abschnitt 8.4.1. beschrieben wurde. Auf dieVariablen, die über FORTRAN-Ausdrücke definiert werden, kann im Spec-Formular zu-gegriffen werden.

ASPEN PLUS - Berechnungsreihenfolge 9 - 1

9. Die Organisation der Berechnungsreihenfolge

9.1. Ein Überblick

Das Systemmodell ist die Gesamtheit aller Modelle der Prozesseinheiten, die entsprechend derim Fließschema festgelegten Systemstruktur miteinander gekoppelt sind. Aspen Plus unterstütztzwei Strategien für die Lösung der Gleichungssysteme, die das Systemmodell konstituieren:S die blockorientierte Simulation (sequential modular)S die gleichungsorientierte Simulation (equation oriented)Die blockorientierte Lösungsstrategie ist das Standardverfahren. Auch wenn die gleichungs-orientierte Strategie zum Einsatz kommen soll, muss für die Gewinnung von Anfangsnäherun-gen ein blockorientierter Lösungslauf ausgeführt werden. Die Besonderheiten der Lösungs-strategien werden im Folgenden behandelt

9.2 Blockorientierte Simulation9.2.1 Konvergenzblöcke

Bei der blockorientierten Simulation werden die Modelle der Prozesseinheiten in der durch dieSystemstruktur gegebenen Folge sequentiell aufeinanderfolgend gelöst. Wenn Rückführungenin der Systemstruktur auftreten, hat das Iterationsschleifen in der Berechnung des System-zustandes zur Folge. Für die Kontrolle der Iterationsschleifen müssen spezielle Blöcke in dieStruktur eingeführt werden, die die Kontrolle der Konvergenz übernehmen. Diese “virtuellen”Konvergenz-Blöcke werden im Standardfall durch das Simulationssystem automatisch einge-fügt. Die für die Lösung der Simulationsaufgaben unter den Bedingungen der blockorientierterSimulation notwendigen numerischen Iterationsverfahren werden durch das Simulationssystemstandardmäßig festgelegt. Der Nutzer hat die Möglichkeit, diese Standardverfahren durch andereVerfahren, die in Aspen Plus verfügbar sind, zu ersetzen. Im folgenden Bild ist das Formulardargestellt, das diese Auswahl ermöglicht:

ASPEN PLUS - Berechnungsreihenfolge9 - 2

SCHWETLICK,H. ; KRETSCHMAR, H.1

“Numerische Verfahren für Naturwissenschaftler und Ingenieure”,Fachbuchverlag, Leipzig, 1991.

Es werden je nach Aufgabentyp unterschiedliche Konvergenzblöcke definiert. Die diesenBlöcken zugeordneten Standardverfahren können über Formular eingesehen und verändertwerden. Das Formular wird über folgende Menüpunkte erreicht:

Convergence 6 Conv Options 6 Öffnen des Formulars Default Methods

In der folgenden Tabelle sind die Standardfestlegungen für die einzelnen Simulationsaufgabendargestellt:

Blocktyp Standardverfahren Bedeutung

Tears Wegstein-Verf. Konvergenzblock für die Iteration derSchnittströme (Rückführungen)

Single Design Spec Sekanten-Verf. Konvergenzblock für Entwurfsrechnung miteiner Entwurfsgröße

Multiple DesignSpec

Broyden-Verf. Konvergenzblock für Entwurfsrechnung mitmehreren Entwurfsgrößen

Tears & Design Spec Broyden-Verf. Konvergenzblock für Entwurfsrechnung mitRückführungen im Fließschema

Optimization SQP Konvergenzblock für Optimierung

Die möglichen Modifikationen für die Zuordnungen von Iterationsverfahren zu den unterschied-lichen Konvergenzblöcken lassen sich den Picklisten entnehmen, die für jedes Feld im obenangegebenen Formular eingesehen werden können.Die voreingestellten Standardverfahren sind wohlbegründete Empfehlungen. In der Regel führensie mit guter bis sehr guter Konvergenzgeschwindigkeit zu den gewünschten Ergebnissen.Detaillierte Informationen über die einzelnen Verfahren sind der Literatur bzw. dem ASPEN1

PLUS User Guide.(Abschnitt 17) zu entnehmen.Die Seite Methods im Unterordner Conv Options erlaubt es dem Nutzer, die Parameter für dieeinzelnen Iterationsverfahren festzulegen. Diese Seite stellt für jedes Verfahren eine Seite fürdie Festlegung der spezifischen Verfahrensparameter bereit. Am Beispiel des Wegstein-Verfah-rens wird die Parametrierung im Folgenden erläutert.

9.2.2 Das WEGSTEIN-Verfahren

Das WEGSTEIN-Verfahren ist das Standardverfahren für die Steuerung der iterativen Berechnungder Rückführschleifen im Fließschema; es überwacht die Konvergenz der Schnittströme. DasFormular Wegstein der Seite Methods hat folgende Gestalt:


Das WEGSTEIN-Verfahren kennt zwei Typen von Iterationsschritten:- direkte Iterationsschritte nach dem Substitutionsverfahren (direct substitution iterations)- Iterationsschritte mit Beschleunigung (acceleration iterations)Der erste Schritt (Anlaufschritt) ist immer ein Schritt nach dem Substitutionsverfahren (auch alsEinsetzverfahren bekannt). Vom zweiten Schritt an kann der Nutzer die Folge dieser Schritt-typen beeinflussen. Dafür können die Parameter im oberen Teil des Formulars Wegstein genutztwerden. Die Bedeutungen dieser Parameter sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:

Konvergenzparameter Std.-Wert Bedeutung

Maximum flowsheet evaluations 30 Maximale Anzahl der Iterationszyk-len

Wait 1 Anzahl der direkten Substitutions-schritte vor dem ersten Schritt mitBeschleunigung

Consecutive direct substitutions steps 0 Anzahl der direkten Substitutions-schritte zwischen den Schritten mitBeschleunigung

Consecutive acceleration steps 1 Anzahl der aufeinander folgendenSchritte mit Beschleunigung

Bei der Rechnung mit den Standardeinstellungen wird ein direkter Substitutionsschritt amAnfang des Verfahrens ausgeführt; im Anschluss daran folgen nur noch Schritte mit Beschleuni-gung aufeinander.

Eine besondere Bedeutung haben die Grenzwerte für den Beschleunigungsparameter (Wegstein


acceleration parameters), die ebenfalls über das Formular Wegstein eingegeben werden können.Die Rolle dieses Parameters ergibt sich aus der Iterationsvorschrift des WEGSTEIN-Verfahrens.Für jede Iterationsvariable X eines Schnittstroms gilt:

Eine neue Näherung nach dem WEGSTEIN-Verfahren ergibt sich wie folgt:

Dabei gilt:

Bei einem unbeschränkten Wert für den Beschleunigungsparameter q kann es zu oszillierendemVerhalten oder zur Divergenz des Verfahrens kommen. Darum sollte dieser Parameter innerhalbbestimmter Grenzen liegen, wobei gilt:q < 0 Beschleunigung der Konvergenzq = 0 Substitutionsverfahren0 < q < 1 Dämpfung der KonvergenzgeschwindigkeitDie eingestellten Grenzwerte (-5 < q < 0) sind für den Regelfall ausreichend. Für geringeKonvergenzgeschwindigkeiten sollte die untere Grenze auf -25 bis -50 gesetzt werden. Beioszillierendem Verhalten sollten unterer und oberer Grenzwert im Bereich [0 .. 1] liegen.

9.2.3 Nutzerspezifische Definition der Berechnungsreihenfolge

Der Anwender kann die Einordnung der Konvergenzblöcke in die Systemstruktur und dieFestlegung der Berechnungsreihenfolge auch selbst vornehmen. In diesem Fall müssen die imOrdner Convergence dafür vorgesehenen Formulare ausgefüllt werden. Die nutzerspezifischeDefinition der blockorientierten Berechnungsreihenfolge umfasst zwei Definitionsschritte:

� Definition der Konvergenzblöcke:Es sind folgende Menüpunkte zu aktivieren:

Data 6 Convergence 6 Conv OrderIm aktivierten Formular kann ein neuer Konvergenzblock definiert werden. Außerdem kann indiesem Formular bei ineinander geschachtelten Iterationsschleifen die Rangordnung der Iter-ationsschleifen festgelegt werden.Durch die Definition des Iterationsblocks wird im Ordner Convergence ein neuer Unterordnerangelegt, der den Namen des Blocks trägt. In diesem Ordner muss der Nutzer den Schnittstrom(tear stream) definieren, den der Konvergenzblock überwacht.


S. Aspen Pus 11.1 User Guide, Abschnitt 22.1

� Definition der Berechnungsreihenfolge:Data 6 Convergence 6 Sequence

Es erscheint das Definitionsformular des Objektmanagers. Die Berechnungsreihenfolge wird alsein Objekt über den Schalter New definiert. Im anschließend erscheinenden Formular sind dieBlöcke in der zu bearbeitenden Reihenfolge anzugeben. Dabei ist zu beachten, dass eineIterationsschleife mit einem Konvergenzblock beginnen und abschließen muss.

9.3 Gleichungsorientierte Simulation1

9.3.1 Die Besonderheiten der gleichungsorientierten Simulation

Bei der gleichungsorientierten Simulation wird das Systemmodell als globales Gleichungs-system gelöst; die Zuordnung der einzelnen Gleichungen zu den die Prozesseinheitendarstellenden Blöcken wird dabei aufgelöst. Die Gleichungen werden in eine solche Formüberführt, die möglichst wenige Iterationsschleifen erfordert.Die gleichungsorientierte Simulation ist für alle im Abschnitt 8. behandelten Aufgabentypen

anwendbar. Grundsätzlich ist aberzu beachten, dass einer gleichungs-orientierten Simulation immer eine(sequentiell modulare) blockorien-tierte Simulation vorausgehen muss.Diese muss nicht notwendig kon-vergieren; sie ist aber zur Bestim-mung der Anfangsnäherungen fürdie gleichungsorientierte Lösungerforderlich.Im Folgenden wird lediglich diegleichungsorientierte Bestimmungdes Systemzustandes ausführlichbetrachtet; für die weiterführendenBesonderheiten bezüglich Optimie-rung und Parameterschätzung sei aufden entsprechenden Abschnitt desHandbuchs (s. Fußnote) verwiesen.Die einzelnen Funktionen lassensich über den Menüpunkt EO Confi-guration des Data-Menüs aktivie-ren. Das Menü ist im nebenstehen-den Bild dargestellt.


9.3.2 Die Umschaltung auf gleichungsorientierte Simulation

Soll die Simulation gleichungsorientiert ausgeführt werden, so ist auf folgendem Weg

Data 6 EO Configuration 6 Solve Options

das im Bild dargestellte Formular zu aktivieren:

Über die Liste Solution method wird die Lösungsmethode ausgewählt; es ist zu wählen zwi-schenS Sequential Modular undS Equation Oriented

Über die Liste Run mode kann die konkrete Aufgabe (im Beispiel Simulation, d. h. Berechnungdes Systemzustandes unter vorgegebenen Bedingungen) spezifiziert werden.

Die Eingabefelder im Abschnitt Selected objectives sind nur von Bedeutung, wenn eineOptimierungs- oder Anpassungsaufgabe bearbeitet werden soll. In diesem Zusammenhang istdarauf hinzuweisen, dass die Aufgaben auch so wie im Abschnitt 8. beschrieben definiertwerden können. Die Umschaltung auf die gleichungsorientierte Simulation bedeutet dann derenLösung im gleichungsorientierten Modus.

ASPEN PLUS - Erzeugte Dateien 10 - 1

10. Die erzeugten Dateien

10.1. Überblick

ASPEN PLUS 10 erzeugt während der Vorbereitung und Durchführung eines Simulationslaufsmehrere Dateien, die in unterschiedlichen Formaten angelegt werden. Diese Formate sind:- Text Die Datei kann mit einem Standardeditor gelesen werden.- ASCII Die Datei enthält Text, der für die Eingabe in ein Programm formatiert wurde.

Der Inhalt ist in der Regel durch den Nutzer nicht zu interpretieren.- Binär Die Datei kann vom Nutzer nicht gelesen werden, da der Inhalt in binärer

Kodierung vorliegt.

Für jedes Problem werden mehrere Dateien angelegt, die in der Regel nur vom System gelesenwerden können, da sie im Binärformat angelegt werden. Daneben hat der Nutzer aber auchmehrere Möglichkeiten, Dateien aus dem aktuellen Problem heraus zu exportieren (und auch indas Problem zu importieren), die entweder Ergebnisse für die Dokumentation enthalten, bzw.die als Eingabedateien für andere Programme dienen können. Im folgenden sollen die wichtigs-ten Dateien zusammenfassend beschrieben werden.Für jedes Problem, das unter ASPEN PLUS bearbeitet wird, muss der Nutzer einen Namen ( dierunid) vergeben. Dieser Name ist auch immer der erste Bestandteil der Dateibezeichnung; diespezifischen Funktionen der Datei ergeben sich durch die Erweiterung. Jede Dateibezeichnunghat damit die allgemeine Form:

runid.extension

10.2. Die Problemdateien

Es werden die folgenden Dateien, die die spezifischen Problemdaten und Informationen überden Ablauf der Simulationsrechnungen enthalten, durch das System angelegt:

Datei Extension Format Funktion

Dokument .apw Binär Die Datei enthält alle Problem- und Ergeb-nisdaten, die für den erneuten Start der Simu-lation erforderlich sind.

Problem-Definition

.appdf Binär Die Datei enthält alle Daten, die das konkreteProblem definieren.

Problem-geschichte

.his Text Der Ablauf der Simulationsläufe wird fort-laufend protokolliert

Diese drei Dateien werden angelegt, wenn die Kommandos Save oder Save As des File-Menüsausgeführt werden. Bei Save As kann der Pfad mit angegeben werden. Ansonsten wird in dasaktuelle Verzeichnis, in dem der Modell-Manager läuft, geschrieben.

ASPEN PLUS - Erzeugte Dateien10 - 2

10.3. Berichte und Mitteilungen

Die Erzeugung der folgenden Dateien muss der Nutzer über den Menüpunkt Export im File-Menü anweisen.


Report .rep Text Berichtdatei; der Nutzer bestimmt den Inhalt.

Run Messages .cpm Text Diese Datei enthält alle Meldungen, die überdas Kontrollfenster während eines Simula-tionslaufes erzeugt werden. Sie ist damit einAuszug aus der .his-Datei.

Ergebnisse .sum ASCII Zusammenfassung der Ergebnisse in kompri-mierter (nur vom Programm lesbarer) Form.Diese Datei ist für den Übergang auf andereUmgebungen notwendig.

10.4. Backup und Anschlüsse an andere Programme

Die Erzeugung der folgenden Dateien muss der Nutzer über den Menüpunkt Export im File-Menü anweisen.


Backup .bkp ASCII Das Problem wird in einem Backup-Formatarchiviert. Dadurch wird es möglich, die Pro-blemdaten zwischen Computern unterschied-licher Plattformen und zwischen unterschied-lichen ASPEN PLUS-Versionen auszutau-schen.

Dyn. Sim.Input

.dynf ASCII Diese Datei enthält die ASPEN DYNAMICS-Inputdaten für eine dynamische Simulation.

Dyn. Sim.Eigenschaften

*dyn.appdf ASCII Diese Datei enthält die Daten für die Eigen-schaftsfunktionen, die von PROPERTIESPLUS während der Simulation mit ASPENDYNAMICS benötigt werden.

Die zuletzt aufgeführten Dateien können sowohl für durchsatz- als auch druckkontrollierteSimulationsrechnungen generiert werden. Der Nutzer muss zwischen diesen beiden Fällen beiAusführung der Export-Funktion wählen.

ASPEN PLUS - Destillation I - 1

ANHANG I

Simulation von Destillationsprozessen - Grundlagen

! Grundlagen zur Modellbildung für Destillationsprozesse

Für die dargestellte Kolonne lässt sich das folgende Bilanzgleichungssystem formulieren:

< Bilanzgleichungen für alle Komponenten auf jedem Boden:

Damit ergeben sich n*k Gleichungen.

< Gleichgewichtsbeziehungen:

Damit ergeben sich n*k Beziehungen.

ASPEN PLUS - DestillationI - 2

< Wärmebilanzen für jeden Boden:

Damit ergeben sich n Gleichungen.

< Notwendige Bedingungen für die Molanteile:

Damit ergeben sich 2n Gleichungen.

< Bilanzen um die Kolonne:

Damit ergeben sich k Gleichungen.

< Zusätzliche Bedingungen:

Vollständige Kondensation am Kopf der Kolonne:

Dampf- und Flüssigkeitstemperatur auf einem Boden sind gleich:


S. Aspen Plus User Guide, S. 10-121

Formulare für einige Kolonnenmodelle

! DSTWU - Shortcut-Modell für den Entwurf Diese Modell kann für den Entwurf einer Kolonne herangezogen werden. Es folgt der Original-text des User Guide :1

DSTWU performs a Winn-Underwood-Gilliland shortcut design calcu-lation for a single-feed, two-product distillation column, witha partial or total condenser. For the specified recovery of thelight and heavy key components, DSTWU estimates the minimum foreither:S Reflux ratioS Number of theoretical stagesDSTWU estimates one of the following requirements:S Reflux ratio given the number of theoretical stagesS Number of theoretical stages given the reflux ratioDSTWU also estimates:S Optimum feed stage locationS Condenser and reboiler dutiesDSTWU can produce tables and plots of reflux ratio versus numberof stages.

Im folgenden Bild ist das Formular für die Parametrierung dargestellt:


Aspen Plus User Guide, S. 10-131

! Distl - Shortcut-Modell für die Nachrechnung

Diese Modell kann für die Nachrechnung eines Kolonnenentwurfs herangezogen werden. Esfolgt die Kurzbeschreibung des User Guide im Original :1

Distl is a shortcut multicomponent distillation rating model.This model uses the Edmister approach to separate an inlet stre-am into two products. You must specify:S Number of theoretical stagesS Reflux ratioS Overhead product rateDistl estimates the condenser and reboiler duties. You can spe-cify a partial or a total condenser.

Im folgenden Bild ist das Formular für die Parametrierung dargestellt:

! RadFrac - ein universelles Modell für viele Anwendungen, das Entwurf und Nach-rechnung unterstützt

Dieses Modell deckt einen breiten Einsatzbereich ab; es dürfte in den meisten Fällen zumEinsatz kommen. Im Gegensatz zu den vorangegangenen Modellen werden keine „gravieren-den“ Vereinfachungen getroffen. Das Modell lässt sich sowohl für den Entwurf als auch für dieNachrechnung heranziehen.


S. Aspen Plus User Guide, S. 10-13 bis 10-141

Es folgt die Kurzbeschreibung im Original des User Guide :1

RadFrac is a rigorous model for simulating all types ofmultistage vapor-liquid fractionation operations. In addition toordinary distillation, it can simulate:S AbsorptionS Reboiled absorptionS StrippingS Reboiled strippingS Extractive and azeotropic distillationRadFrac is suitable for:S Three-phase systemsS Narrow-boiling and wide-boiling systemsS Systems exhibiting strong liquid phase nonidealityRadFrac can detect and handle a free-water phase or other secondliquid phase anywhere in the column. You can decant free waterfrom the condenser.RadFrac can handle solids on every stage.RadFrac can model columns where chemical reactions areoccurring. Reactions can have fixed conversions, or they can be:S EquilibriumS Rate-controlledS ElectrolyticRadFrac can model columns where two liquid phases exist anddifferent chemical reactions occur in the two liquid phases.RadFrac can also model salt precipitation.RadFrac can operate in rating mode or design mode.Rating ModeIn rating mode RadFrac calculates:S TemperatureS Flow rateS Mole fraction profilesThese profiles are based on specified column parameters, such asreflux ratio, product rates, and heat duties.All rating mode flow specifications can be in mole, mass, orstandard liquidvolume units.You can specify component or stage efficiencies.RadFrac accepts both Murphree and vaporization efficiencies. Youcan manipulate Murphree efficiencies to match plant performance.Design ModeIn design mode, you can specify temperatures, flow rates, puri-ties, recoveries, or stream properties anywhere in the column.Examples of stream properties are volume flow and viscosity. Youcan specify all flow, flow ratio, composition, and recoveryspecifications in mole, mass, or standard liquid volume units.RadFrac has extensive capabilities for sizing and rating traysand packings. You can choose from several common tray types, andrandom and structured packings.

Zunächst wird der Fall der Nachrechnung behandelt. Im folgenden Bild ist das FormularConfiguration dargestellt, das die Basisparameter enthält:


Das Formular Streams dient der Zuordnung der Ein- und Austrittsströme zu den jeweiligenBöden der Kolonne, der Festlegung der Zustände usw.:

Im Unterfeld Product streams werden alle austretenden Ströme spezifiziert; RadFrac lässt (s. o.)mehrere Produktströme zu!Der Druckverlust in der Kolonne kann im Formular Pressure spezifiziert werden:


Der erste Unterabschnitt ist unbedingt auszufüllen; die anderen Abschnitte sind für optionaleVorgaben.Das Formular Condenser dient der Spezifikation des Kopfkondensators der Kolonne. Bei totalerKondensation des Kopfproduktes ist dieses Formular ohne Bedeutung.Wenn RadFrac für den Entwurf eingesetzt wird, ist zunächst der Unterordner Design Spec zuöffnen. Es erscheint der Object Manager; der neue Entwurfsblock erhält eine laufende Nummer.Danach erscheint die folgende Datenseite.

I m


Formular Specification ist zunächst das Ziel zu formulieren. Im Feld Type ist aus einer Picklistedas konkrete Entwurfsziel (i.a. wird das die zu erreichende Reinheit in einem Produktstrom sein)auszuwählen. Im Feld Target ist der konkrete Zielwert vorzugeben. Dabei sind aber die Festle-gungen des Formulars Components zu beachten, so dass im allgemeinen dieses Formular alserstes ausgefüllt werden wird:

Je nachdem welcher Zieltyp im Formular Specifications ausgewählt wurde, haben die Festle-gungen in diesem Formular eine bestimmte Bedeutung. Wird ein Reinheitskriterium ausgewählt,so gilt beispielsweise:

Im Formular Feed/Product Streams wird festgelegt, welche Ströme in welchem Sinne für denEntwurf heranzuziehen sind. Das Formular hat ein Erscheinungsbild, das dem oben gezeigtenfür die Komponenten sehr ähnlich ist; es gibt auch dort ein Fenster mit den Möglichkeiten undein zugehöriges Fenster, in dem die jeweils ausgewählten Ströme erscheinen:


Für die Definition der Entwurfsvariablen, also der Variablen, die für die Erfüllung des Entwurfs-ziele variiert werden sollen, ist der Ordner Vary zu öffnen. Es erscheint zunächst der Objektma-nager mit der bekannten Oberfläche:

Im folgenden Bild ist das Formular zu sehen, das die Eingabefelder für die Spezifikation einerEntwurfsvariablen enthält:

ASPEN PLUS - Chemische Reaktionen / Reaktoren II - 10

Im EIngabefeld Type ist zunächst die konkrete Variable aus einer Pickliste auszuwählen. ImAbschnitt Upper and lower bounds sind die Grenzen für die Entwurfsvariable einzugeben.

Nach erfolgreicher Ausführung der Entwurfsrechnung werden sowohl im Ordner Design Specals auch im Ordner Vary Ergebnisformulare (Bezeichnung: Results) erzeugt, die die Resultateder Berechnungen enthalten.


S. ausführliche Informationen hierzu „Aspen Plus User Guide“ , Abschnitt 27.1

ANHANG II

Beschreibung chemischer Reaktionen1

! Anlegen eines Beschreibungsblocks für chemische ReaktionenFür die Beschreibung der Mechanismen und die Kinetik chemischer Reaktionen sind in ASPENPLUS spezielle Datenseiten mit einer Reihe von Formularen verfügbar. Der Aufruf der Daten-seite führt über folgende Menüpunkte:

Data 6 Reactions 6 ReactionsEs erscheint der Object Manager, es kann nun ein neuer Beschreibungsblock für ein Systemchemischer Reaktionen definiert bzw. ein vorhandener editiert werden. Über den Schalter Newwird ein neuer Block generiert. Es lassen sich auch mehrere Blöcke anlegen. Für jeden Block istzur Identifikation ein Bezeichner einzugeben. Über diesen Bezeichner kann später bei derParametrierung der Modellblöcke auf das jeweilige Reaktionssystem Bezug genommen werden.Gleichzeitig muss eine Spezifikation des Reaktionstyps vorgenommen werden. Im folgendenwird vorausgesetzt, dass die Kinetik durch einen Produkt-Potenz-Ansatz beschrieben werdenkann; in diesem Falle ist in der Pickliste im Feld Select Type der Eintrag POWERLAW zuwählen. Wird ein Block später modifiziert oder soll er gelöscht werden, so sind die entsprechen-den Schalter im Formular (Edit, Delete usw.) des Object Manager zu benutzen.

! Beschreibung des Reaktionsmechanismus und der KinetikDas Formular, das nach Eröffnung eines neuen Blocks für die Beschreibung chemischer Re-aktionen erscheint, ist im folgenden Bild dargestellt:

Bevor die weiterführenden Formulare beschrieben werden, muss an dieser Stelle der allgemeineAnsatz für die Reaktionsgeschwindigkeit erläutert werden. Wie bereits oben erwähnt wurde,


S. hierzu auch „Aspen Plus User Guide“, S. 27-121

soll angenommen werden, dass für die Reaktionsgeschwindigkeit ein Produkt-Potenz-Ansatzgewählt werden kann, der die folgende allgemeine Form besitzt :1

Konzentrations-basis

Geschwindigkeitsansatz ohneBezugstemperatur

Geschwindigkeitsansatz mit Be-zugstemperatur

Molare Volumen-konzentration(Standard)

Molanteile

Massenkonzen-tration

Massenanteile

Partialdrücke

Die einzelnen Größen besitzen die folgenden Bedeutungen:

R Gaskonstantek StoßfaktorE Aktivierungsenergien Temperaturexponent

i" Exponent (Reaktionsordnung) der i-ten Komponente

0T Bezugstemperaturm Anzahl der Komponenten

Die in der Tabelle angegebenen Möglichkeiten sind in Aspen Plus verfügbar. Der Faktor k wirdje nach Wahl der Konzentrationsbasis in seiner Maßeinheit festgelegt; darauf wird bei derBehandlung des Formulars, das das entsprechende Eingabefeld enthält, eingegangen.Über den Schalter New des auf Seite II-1 dargestellten Formulars kann eine neue Reaktioneingerichtet werden. Diese erhält eine laufende Nummer zugewiesen; anschließend erscheint dasfolgende Bild:


Beim Ausfüllen des Formulars ist folgendes zu berücksichtigen:S Das Formular zerfällt in die Abschnitte Reactants und Products; beide Abschnitte

werden nach den gleichen Grundsätzen ausgefüllt; zu beachten ist lediglich, dass diestöchiometrischen Koeffizienten der Reaktanden mit negativem Vorzeichen angegebenwerden müssen.

S Aus der Pickliste im Feld Component sind die jeweiligen Reaktanden bzw. die Re-aktionsprodukte auszuwählen.

S Im Feld Coefficient wird der stöchiometrische Koeffizient der Komponente eingetragen.

iS Im Feld Exponent wird der Exponent " , der im Produkt-Potenz-Ansatz für die Kompo-nente zu berücksichtigen ist, eingetragen. Kommt die Komponente im Ansatz nicht vor,ist hier der Wert Null einzutragen!

Wenn das Formular vollständig ausgefüllt wurde, kann es über den Schalter Close geschlossenwerden. In der Datenseite, die am Anfang erschienen ist (s. Seite II-1), wird die neue Reaktion nunmehrangezeigt und es kann jetzt das Formular Kinetic geöffnet werden, das Bild auf der folgendenSeite dargestellt ist. Über das Auswahlfenster mit Pickliste, das sich im Kopf des Formularsbefindet, kann jederzeit auch auf weitere Reaktionen umgeschaltet werden.

Die einzelnen Datenfelder sind wie folgt auszufüllen:

S Im Feld Reacting phase ist die Phase anzugeben, in der die Reaktion stattfindet.S Im Unterabschnitt Power Law kinetic expression werden die kinetischen Parameter des

Ansatzes eingegeben. Die Bezeichnungen sind der auf Seite II-2 enthaltenen Liste zuentnehmen.

S Die Maßeinheit des Stoßfaktors wird mit der Wahl der Konzentrationsbasis festgelegt,die im Feld [Ci] basis eingestellt wird. In der nachfolgenden Tabelle sind diese Festle-gungen zusammengestellt:


Konzentrationsbasis Maßeinheit von k

Molare Volumenkon-zentration

Molanteil oder Mas-senanteil

Partialdruck

Massenkonzentration


Formulare zur Parametrierung von Reaktoren

� Ideal durchmischter kontinuierlicher Rührkesselreaktor (Modell: RCSTR)

Das Formular Specifications für die Parametrierung eines ideal durchmischen kontinuierlichenRührkesselreaktors hat folgendes Erscheinungsbild:

Im Unterabschnitt Operating conditions werden die Reaktionsbedingungen vorgegeben.S Das Feld Pressure stellt immer den Druck darS Im darunter befindlichen Feld können die Temperatur (für den isothermen Betrieb) oder

der übertragene Wärmestrom vom/zum Reaktor (für den polytropen Betrieb) angegebenwerden.

Im Unterabschnitt Holdup werden weitere Parameter erwartet.S Im Feld Valid phases wird angegeben, in welchen Phasen die Reaktion abläuft.S Im Feld Specification type wird das Reaktionsvolumen bzw. ein vergleichbarer Para-

meter ( z. B. die mittlere Verweilzeit ), der aus der Pickliste auszuwählen ist, vorgege-ben.

S Im Feld Reactor wird dann das jeweils zutreffende Eingabefeld aktiviert; dort sind danndie numerischen Werte einzutragen.

Im Formular Reactions wird eine Liste der definierten Reaktions-Beschreibungsblöcke angebo-ten. Es sind dann die jeweils zutreffenden Blöcke auszuwählen.


� Ideales Strömungsrohr (keine Rückvermischung)

Im folgenden Bild ist die Datenseite zu sehen, die erscheint, wenn ein ideales Strömungsrohr zuparametrieren ist.Im Formular Specifications (s. folgendes Bild) ist zunächst die grundsätzliche Betriebsweise(isotherm, adiabat, polytrop) festzulegen.

Das Erscheinungsbild des Formulars wird nach der Auswahl modifiziert. Im folgenden Bild istdas Formular dargestellt, das sich ergibt, wenn man den polytropen Fall mit konstanterKühltemperatur auswählt.

Die Wärmedurchgangszahl und die Temperatur des Kühlmediums müssen in diesem Formularvorgegeben werden.

ASPEN PLUS - Zusammenarbeit mit anderen Programmen III - 7

Im folgenden Bild ist das Formular Configuration dargestellt:

Bei der Parametrierung ist folgendes zu beachten:S Die Abmessungen (Länge, Durchmesser) des Reaktors werden in den Feldern des

Abschnitt Reactor dimensions angegeben.S Die Gestaltung (Einzelrohr-Reaktor, Rohrbündel-Reaktor) des Reaktors ist festzulegen.

Für den Fall des Rohrbündelreaktors ist der Schalter Multitube reactor zu setzen; dannerscheint das Feld für die Festlegung der Rohre.

S Im Unterabschnitt Valid phases sind zwei Eingabefelder zu unterscheiden. Die zulässi-gen Phasen, in denen die Reaktionen ablaufen sollen, sind im Feld Process streamanzugeben. Wenn der Reaktor mit Kühlung im Gleich- oder Gegenstrom ausgewähltwurde, so ist im Feld Coolant stream der Zustand des Kühlmediums anzugeben.

Im Formular Reactions wird eine Liste der definierten Reaktions-Beschreibungsblöcke angebo-ten. Es sind dann die jeweils zutreffenden Blöcke auszuwählen.

Das Formular Pressure ist optional. In diesem Formular kann der Druckverlust über denReaktor vorgegeben werden.

ASPEN PLUS - Zusammenarbeit mit anderen Programmen III - 1

ANHANG III

Zusammenarbeit zwischen Aspen Plus und anderen WIN2000-Anwendungen

! Allgemeine Hinweise

Die Zusammenarbeit zwischen Aspen Plus und anderen WIN98-Anwendungen ist dann vonBedeutung, wennS Ergebnisse weiterverarbeitet werden sollen (z.B. in Excel)S Ergebnisse in andere Dokumente (WORD, WordPerfect usw.) übernommen werden

sollen.Der letzte Punkt erlaubt bezüglich der Ergebnisdarstellung eine echte Alternative zu den vonAspen Plus erzeugten Reports.

! Herstellung der aktiven Verbindung zwischen Aspen Plus und der Anwendung

Die WIN2000-Anwendungen, mit denen kommuniziert werden soll, sind zu öffnen. DasEinfügen in das jeweilige Dokument ist mit dem Menüpunkt Inhalte einfügen des Bearbeiten-Menüs zu realisieren. In der erscheinenden Auswahlbox ist Objekt zu wählen. Die eingefügtenObjekte können so mit den in Aspen Plus verfügbaren Methoden später bearbeitet werden. Wirdder Menüpunkt Einfügen verwendet, so kann das Objekt nicht mehr mit den Originalmethodenbearbeitet werden.

! Übernahme der Berechnungsergebnisse in ein WORD-Dokument

Die zu übernehmenden Daten sind in den Ergebnisformularen zu markieren; sollen mehrereFelder markiert werden, so ist neben der linken Maustaste die Ctrl-Taste zu aktivieren. An-schließend ist wie folgt zu verfahren:

S Im Menüpunkt Edit stehen zwei Untermenüpunkte für das Kopieren zur Verfügung:# Copy

Die Daten werden in der markierten Darstellung in das Dokument kopiert.# Copy with Format

Dieser menüpunkt erscheint, wenn ein Formular geöffnet ist. Die Daten aus demFormular, die übertragen werden sollen, sind mit dem Mauszeiger zu markieren.Die ausgewählten Daten werden formatiert in das Dokument übertragen. Es er-scheint das folgende Auswahlformular:

ASPEN PLUS - Zusammenarbeit mit anderen ProgrammenIV - 2

Der Anwender kann die zusätzlich zu übertragenden Informationen auswählen,indem er die entsprechenden Checkboxes anklickt.

S In der Zielanwendung ist der entsprechende Menüpunkt für das Einfügen zu verwenden.

! Übernahme des Fließschemas

Hierbei ist wie folgt zu verfahren:

S Soll das gesamte Fließschema in das neue Dokument übernommen werden, so ist,vorausgesetzt der Arbeitsbereich befindet sich im Zugriff, im Edit- MENÜ der Unter-menüpunkt Select All auszuwählen.

S Sollen nur Teile des Fließschemas übernommen werden, so sind die entsprechendenBlöcke zu markieren; bei Mehrfachmarkierung ist neben der linken Maustaste die Ctrl-Taste zu betätigen.

S Nach dem Markiervorgang ist im Edit-Menü der Unterpunkt Copy zu aktivieren.S Im Zieldokument ist die Grafik über Inhalte einfügen zu übernehmen.

! Übernahme eines Diagramms

Das Diagrammfenster muss das aktive Fenster sein. Für die Übernahme des Inhalts des Fenstersist wie folgt vorzugehen:

S Im Edit-Menü ist der Menüpunkt Copy zu aktivieren.S In der Zielanwendung ist im Bearbeiten-Menü der Menüpunkt Inhalte einfügen zu

wählen.S Im anschließend erscheinenden Auswahlfenster ist Objekt zu wählen, wenn das Dia-

gramm später mit den Originalmethoden bearbeitet werden soll. Wird die Grafik nachdem Einfügen ausgewählt, so erscheint im Popup-Menü der rechten Maustaste derMenüpunkt PfsPlot 11.1 Control Object mit einem Untermenü, das die MenüpunkteEigenschaften und Umwandeln enthält. Über den Menüpunkt Eigenschaften kann dasEigenschaftsmenü eines Aspen Plus - Plot aktiviert werden; alle Funktionen sind dannwie in Aspen Plus verfügbar.

S Wenn das Diagramm als WORD-Grafik behandelt werden soll, ist im AuswahlfensterGrafik zu wählen.

ASPEN PLUS - Berechnungsblöcke IV - 1

S. hierzu „Aspen Plus User Guide“ , Abschnitt 19.1

ANHANG IV

Definition von Berechnungsblöcken

! Allgemeine HinweiseDie folgenden Darlegungen sind als Ergänzung zum Abschnitt 8. des Handbuchs anzusehen. Esgeht um die Definition von Blöcken, die Berechnungsabläufe realisieren, die der Nutzer imRahmen der Lösung eines Simulationsproblems abarbeiten möchte. Damit besteht die Möglich-keit, Größen zu berechnen, die auf Variablen mehrerer Modellblöcke zugreifen, bzw. im Ablaufder Lösung des Problems Variable interaktiv zu verändern. Im folgenden werden nur einige ausgewählte Möglichkeiten behandelt; für eine vertiefteInformation zu diesem Element des Simulationssystems ist auf das Nutzerhandbuch zurüc-1

kzugreifen.

! Eröffnung eines BerechnungsblocksUm einen Berechnungsblock zu eröffnen , sind folgende Menüpunkte zu aktivieren:

Data 6 Flowsheeting Options 6 CalculatorEs erscheint der Object Manager; bei Neueröffnung ist der Schalter New, bei Editieren einesbestehenden Blocks der Schalter Edit zu betätigen. Danach erscheint die Datenseite, die dieFormulare für die Definition des Berechnungsblocks enthält

! Definition der VariablenZunächst müssen die Variablen definiert werden, auf die im Berechnungsblock zugegriffenwerden soll. Das Formular Define für die Definition der Variablen hat die gleiche Struktur wiedas im Abschnitt 8.4.1. beschriebene Define-Formular. Auch der Ablauf der Variablendefinitionstimmt mit dem in 8.4.1. beschriebenen völlig überein.

ASPEN PLUS - BerechnungsblöckeIV - 2

! Programmierung der Berechnungsabläufe

Für die Programmierung der Berechnungsabläufe gibt es zwei Auswahlmöglichkeiten: Inline-FORTRAN (für die meisten Programme kann dabei auf einen externen FORTRAN-Compilerverzichtet werden) und Excel. Im folgenden wird lediglich die Programmierung in Inline-FORTRAN betrachtet, da sie einfach und elegant, auch bei nur geringen Kenntnissen in derFORTRAN-Programmierung, zu realisieren ist. Im folgenden Bild ist das Formular Calculate,das als Editorfenster für den Programmtext dient, dargestellt

Im Abschnitt Calculation Method kann die Programmiersprache ausgewählt werden. Im Editor-fenster wird der Programmtext eingegeben. Machen sich Deklarationen erforderlich, so ist überden Schalter Fortran Declarations ein zusätzliches Fenster zu öffnen, das speziell für dieDeklarationen eingerichtet wird.Im FORTRAN Quelltext können die im Formular Define definierten Variablen verwendetwerden. Es können daneben auch lokale Variable verwendet werden, die dann lediglich imBerechnungsblock verfügbar sind. Die wichtigsten Basiselemente der Programmiersprache FORTRAN, die in Berechnungsblöckenbenötigt werden, werden weiter unten kurz beschrieben.

! Die Einordnung des Berechnungsblocks in die Bearbeitungsreihenfolge

Ein neu definierter Berechnungsblock wird so wie alle „virtuellen“ Blöcke (z. B. für Optimie-rung, die Steuerung der Iterationen usw.) in die Bearbeitungsreihenfolge eingeordnet. DerAnwender hat über das Formular Sequence die Möglichkeit, diese Einordnung zu steuern; dasFormular ist im folgenden Bild dargestellt:


Im Abschnitt Calculation block execution sequence wird die konkrete Art und Weise derEinordnung des Blocks in die Berechnungsreihenfolge festgelegt. Das Auswahlfenster unterExecute stellt die folgenden Möglichkeiten bereit:

Form der Einordnung Bedeutung

First Der Block wird zu Beginn der Simulation abgearbeitet.

Before Der Block wird vor einem Modellblock abgearbeitet. DerBlock ist dann zu spezifizieren.

After Der Block wird nach einem Modellblock abgearbeitet.Der Block ist dann zu spezifizieren.

Last Der Block wird zum Abschluss der Simulation abgearbei-tet.

Report Der Block wird beim Erzeugen eines Reports abgearbei-tet.

Based on Order of Sequence Der Block wurde im Convergence Specification-Formu-lar eingeordnet.

Use Import/Export Variables Der Block wird automatisch in die Abarbeitungsreihen-folge so eingeordnet, dass auf die spezifizierten Import /Export- Variablen zugegriffen werden kann.


Im Abschnitt 19 des „Aspen Plus User Guide“ werden die Sprachelemente der Programmiersprache FORTRAN1

explizit angegeben, die im Inline-FORTRAN ohne Nutzung eines zusätzlichen Compilers verfügbar sind. Die

folgende Beschreibung bezieht sich ausdrücklich nur auf solche Sprachelemente, ohne dabei die Vollständigkeit des

Handbuches anzustreben.

Ein kompaktes Handbuch zur Programmiersprache FORTRAN: Brauer, K. FORTRAN 77, Hüthig-Verlag, 1988.2

! Generierung von IterationsschleifenDurch den Berechnungsblock können Iterationsschleifen entstehen. Das geschieht beispielsweisedann, wenn Eingangsgrößen in Abhängigkeit von Ergebnisgrößen verändert werden. Wenn einesolche Situation entsteht, müssen die Import- und Export-Variablen im Formular Sequencespezifiziert werden. Das System kann derartige Schleifen wie normale Rückführungen be-handeln; die Schleife kann aber auch durch den Anwender spezifiziert werden. In diesem Fall istdas Formular Tears für die Definition der Export-Variablen, die als Schnittvariable ausgewähltwerden sollen, zu nutzen. Weiterhin muss dann im Formular Sequencing ( Ordner Convergence, Datenseite Conv Options ) der Schalter Tear Fortran write variables aktiviert werden.

Ausgewählte Sprachelemente von Inline-FOTRAN1

� Festlegungen zur Syntaxbeschreibung

Für die Beschreibung der Programmiersprache sind folgende Regeln zu beachten:S Die Schlüsselwörter der Programmiersprache werden groß geschrieben.S Alternative Konstrukte stehen in geschweiften Klammern. S Das Trennzeichen zwischen alternativen Konstrukten ist der senkrechte Strich | .S Optionale Konstrukte stehen in eckigen Klammern.S Kann sich ein Konstrukt wiederholen, so wird das durch drei Punkte ... angedeutet.S Metasprachliche Begriffe werden grundsätzlich klein geschrieben.S Als Definitionszeichen für metasprachliche Begriffe wird der Pfeil 6 verwendet.

� Die Programmzeile

In FORTRAN besitzt die Programmzeile ein definiertes Format. Dieses Format ist grundsätz-2

lich einzuhalten. Es gelten folgende Regeln:S Die Programmzeile hat 80 Spalten (das erklärt sich historisch aus dem Lochkartenfor-

mat).S Steht in der ersten Spalte der Buchstabe C, so wird die Zeile als Kommentarzeile be-

wertet.S In den Spalten 1 bis 5 können Marken stehen (ganzzahlige Konstanten).S Die Spalte 6 ist die „Fortsetzungsspalte“: ist diese Spalte belegt, so wird der folgende

Text als Fortsetzung der vorangegangenen Zeile gewertet. Das Fortsetzungszeichen istkein Bestandteil des Programmtextes!

S Anweisungen können in den Spalten 7 bis 72 stehen.S Die Spalten 73 .. 80 werden als Kommentarfeld behandelt (sog. Kartenkennzeichen).

� Typ-Vereinbarungen


In FORTRAN gibt es folgende automatische Typdeklaration:S Eine Variable, die mit einem den Buchstaben A..H oder O..Z beginnt, wird bei ihrer

ersten Verwendung als vom Typ DOUBLE PRECISION vereinbart.S Eine Variable, die mit einem der Buchstaben I..N beginnt, wird automatisch bei ihrer

ersten Verwendung als vom Typ INTEGER vereinbart.S Sollen Variablen abweichend davon vereinbart werden, so ist eine der folgenden ex-

pliziten Typvereinbarungen zu verwenden

typvereinbarung 6 {REAL | DOUBLE PRECISION | INTEGER } variable [, variable ] ...

Es ist zu empfehlen, für reelle Größen den Typ DOUBLE PRECISION zu verwenden.

S Soll eine Feldvariable eingeführt werden, so ist folgende Feldvereinbarung zu verwen-den:

feldvereinbarung 6 DIMENSION variable(obergrenze[,obergrenze]...) [,variable(obergrenze[,obergrenze]...)]...

Es werden nur die Obergrenzen des Indexbereichs angegeben; als untere Grenze wirdautomatisch der Wert 1 festgelegt. Der Typ eines Feldes wird aus dem Namen derVariablen abgeleitet (kann implizit oder explizit erfolgen).

S Alle Typ-Vereinbarungen müssen in dem dafür vorgesehenen speziellen Deklarations-fenster vorgenommen werden (s. o.).

� Arithmetische Ausdrücke

Arithmetische Ausdrücke werden nach den gleichen syntaktischen Regeln wie in anderenhöheren Programmiersprachen (z.B. in Pascal oder C) gebildet. Folgende Ergänzungen sind zubeachten:

S Es gibt einen Potenzoperator; dieser wird durch ** kodiert.S Soll im Rahmen eines Ausdrucks auf ein Feldelement zugegriffen werden, so gelten

folgende Regeln:

feldzugriff 6 feldname( indexausdruck[,indexausdruck]...)

Die Indexausdrücke müssen vom Typ INTEGER sein.S In arithmetischen Ausdrücken können die in der folgenden Liste angegebenen Standard-

funktionen verwendet werden. Beginnt der Name mit einem D, so ist das Ergebnis vomTyp DOUBLE PRECISION, beginnt er mit einem I, so ist es vom Typ INTEGER:


Funktion Bedeutung Funktion Bedeutung

DABS(x) | x | DMAX1(...) Maximum (D.P.)

DACOS(x) Arc cos x DMIN1(...) Minimum (D.P.)

DASIN Arc sin x DMOD(x1,x2) Divisionsrest

DATAN Arc tan x DSIN(x) sin x

DATAN2(x1,x2) Arc tan (x1/x2) DSINH(x) sinh x

DCOS cos x DSQRT(x)

DCOSH cosh x DTAN(x) tan x

DCOTAN cot c DTANH(x) tanh x

DERF Fehlerintegral IABS(i) Absolutbetrag (ganzz.)

DEXP Exp.-Funktion IDINT(x) D.P. nach INT.

DFLOAT INT nach DOUB. PREC. MAX0(...) Maximum (ganzz.)

DGAMMA Gamma-Funktion MIN0(...) Minimum (ganzz.)

DLOG ln x MOD(i1,i2) Divisionsrest

DLOG10 lg x

Die Funktionen DMAX1, DMIN1, MAX0 und MIN0 müssen wenigstens zwei, können aberbeliebig viele Argumente haben.

� Wertzuweisung

Die Wertzuweisung hat folgende Form:

wertzuweisung 6 {variable | feldzugriff} = arithmetischer_ausdruck

Es ist zu beachten, dass die beiden Seiten im Typ kompatibel sein müssen.

� Vergleichsausdrücke

Vergleichsausdrücke treten in Alternativanweisungen auf. Sie besitzen folgende allgemeineStruktur:

vergleichsausdruck 6 arithmetischer_ausdruck vergleichsoperator arithmetischer_ausdruck

vergleichsoperator 6 { .EQ. | .NE. | .LT. | .LE. | .GT. | .GE. }


Es gelten folgende Regeln:

S Der Vergleichsausdruck liefert ein Ergebnis, das die Werte TRUE oder FALSE anneh-men kann; ist der Vergleich erfüllt, ergibt sich der Wert TRUE, sonst der Wert FALSE.

S Die Vergleichsoperatoren haben die folgende Bedeutung:

V.-OP. Bedeutung

.EQ. = equal to

.NE. � not equal to

.LT. < less than

.LE. � less than or equal to

.GT. > greater than

.GE. � greater than or equal to

� Sprunganweisung

Für die Sprunganweisung gilt:

sprunganweisung 6 GOTO marke

Diese Anweisung führt einen unbedingten Sprung zu der Anweisung aus, die im Markierungs-feld (Spalten 1..5) die ganze Zahl aufweist, die als Marke dem Schlüsselwort GOTO folgt.Daraus folgt, dass die Marke eine max. fünfstellige ganze Zahl sein muss.

� Alternativanweisung

Für die Alternativanweisung gilt:

alternativanweisung 6 IF ( vergleichsausdruck ) THENanweisung

[...][ELSE

anweisung[...]

]END IF

Es sind folgende Regeln zu beachten:

S Liefert der Vergleichsausdruck den Wert TRUE, so werden die Anweisungen nachTHEN ausgeführt; sonst werden die Anweisungen zwischen THEN und ELSE bzw.zwischen THEN und END IF übersprungen.


S Der ELSE-Zweig ( Anweisungen zwischen Schlüsselwort ELSE und Schlüsselwort ENDIF) ist optional. Wenn ein ELSE-Zweig vorhanden ist, wird dieser ausgeführt, falls derVergleichsausdruck nach dem Schlüsselwort IF den Wert FALSE liefert.

S Alternativanweisungen können geschachtelt auftreten; dabei ist aber auf streng hierar-chische Schachtelung zu achten.

� Laufanweisung

Für die Laufanweisung gilt:

laufanweisung 6 DO ende_marke laufvariable= ausdruck,ausdruck[ anweisung [...] ]

ende_marke anweisung

leeranweisung 6 CONTINUE

Es gelten folgende Regeln:

S Die zwischen der Kopfzeile und der mit der Ende-Marke versehenen Anweisung sichbefindende Anweisungsblock wird zyklisch ausgeführt, wobei die markierte Anweisungmit zum Gültigkeitsbereich gehört.

S Die Ende-Marke einer Laufanweisung, die wie alle Marken eine max. fünfstelligeganzzahlige Konstante ist, definiert das Ende des Gültigkeitsbereichs der Laufanwei-sung. Die Anweisung, die als letzte Anweisung noch zum Gültigkeitsbereich gehört,muss diese Marke in ihrem Markierungsfeld aufweisen. Es ist zu empfehlen, dafür eineLeeranweisung zu verwenden.

S Die Laufanweisung sowie die beiden Ausdrücke im Kopf der Laufanweisung müssenvom Typ INTEGER sein. Der erste Ausdruck nach dem Zeichen = definiert den An-fangswert der Laufvariablen, der zweite den Endwert. Die Laufvariable nimmt alle Wertzwischen Anfangs- und Endwert an. Die Schrittweite hat immer den Wert 1.

S Die Laufvariable darf im Gültigkeitsbereich nicht verändert werden.S Laufanweisungen dürfen geschachtelt auftreten; dabei ist aber auf streng hierarchische

Schachtelung zu achten.S Ein Sprung aus einer Laufanweisung ist erlaubt; der Sprung in den Gültigkeitsbereich

einer Laufanweisung führt dagegen zu Laufzeitfehlern.

� Ausgabe von Daten

Für die Ausgabe von Daten steht im Inline-FORTRAN lediglich die WRITE-Anweisung zurVerfügung. Als weitere Einschränkung ist zu beachten, dass nur drei Zieldateien zulässig sind,die durch die in der folgenden Tabelle angegebenen Dateinamen bezeichnet werden:

Name der Zieldatei Bedeutung

NTERM Control Panel

NRPT Reportdatei


NHSTRY History-Datei

Die Datei NTERM ist von besonderer Bedeutung, da so Zwischen- und Endergebnisse währendder Simulation sofort zur Anzeige gebracht werden können.Daten können sowohl in einem Standardformat als auch gemäß gewissen, durch den Anwenderzu programmierenden Konvertierungsvorschriften, die in Formatanweisungen zusammengefasstwerden, in die Zieldatei geschrieben werden

Für die Ausgabeanweisung gilt:

ausgabeanweisung 6 WRITE( bezeichner_der_zieldatei , { formatnummer | * } ) variable [,variable]

Für die Formatanweisung gilt:

formatanweisung 6 formatnummer FORMAT( formatspezifikation [, formatspezifikation ...] )

formatspezifikation 6 { zeichenkette | [wiederholungsfaktor] numerisches_format }zeichenkette 6 ‘ [zeichen...] ‘numerisches_format 6 {I länge | F länge.dezimalteil | E länge.dezimalteil |

D länge.dezimalteil }

Es sind folgende Regeln zu beachten:

S Dem Schlüsselwort WRITE folgt in runde Klammern eingeschlossen der Bezeichner derZieldatei sowie die Konvertierungsvorschrift. Es schließt sich die Liste der auszu-gebenden Variablen an.

S Zu den zugelassenen Bezeichnern für die Zieldatei siehe die oben angegebene Liste.S Wird für die Konvertierungsvorschrift der Stern * eingetragen, so werden die Variablen

in der Reihenfolge, in der sie in der Liste stehen, in festgelegten Standardformaten in dieZieldateien geschrieben.

S Wird dagegen eine Formatnummer eingetragen, so wird für die Konvertierung dieFormatanweisung herangezogen, die diese Nummer im Markierungsfeld enthält. DiePosition der Formatanweisung im Programmtext ist dabei beliebig.

S Die Formatanweisung besteht aus einer Reihe von Formatspezifikationen, die von linksnach rechts den Variablen der Ausgabeliste zugeordnet werden. Zeichenketten werdendabei ohne Bezug zu einer Variablen dann in den Ausgabestrom eingeblendet, wenn siein der Folge der Formatspezifikationen auftreten. Wird das Ende der Liste der Format-spezifikationen erreicht, obwohl sich noch weitere Elemente in der Variablenlistebefinden, wird die Liste der Formatspezifikationen erneut von links beginnend denverbleibenden Variablen zugeordnet.

S Die numerischen Formate werden über einen Formatbezeichner und über Formatpara-meter genauer beschrieben. Die Formatbezeichner haben folgende Bedeutungen:


Das Problem kann prinzipiell auch im Entwurfsmodus (s. Abschnitt 8.3) gelöst werden1

Formatbezeichner Bedeutung

I Es werden ganzzahlige Werte ausgegeben.

F Es werden reelle Werte im Festkomma-Format ausgegeben.

E Es werden reelle Werte durch Mantisse und Exponenten dar-gestellt und ausgegeben.

D Es werden reelle Werte, die intern mit doppelter Genauigkeitdargestellt werden, durch Mantisse und Exponenten dargestelltund ausgegeben.

S Die in den numerischen Formaten enthaltenen Parameter haben folgende Bedeutungen:

Formatparameter Bedeutung

länge Dieser Parameter definiert die Gesamtlänge des Konvertie-rungsfeldes. Die Daten werden rechtsbündig im Konvertie-rungsfeld angeordnet. Nicht belegte Positionen werden alsLeerzeichen dargestellt.

dezimalteil Dieser Parameter definiert die Anzahl der Stellen des Dezi-malteils. Im Falle des E- und D-Formates handelt es sich da-bei um die Länge der Mantisse.

Die Parameter müssen ganzzahlige Konstanten sein.

S Der Wiederholungsfaktor gibt an, wie oft eine Formatspezifikation nacheinanderanzuwenden ist. Er muss eine ganzzahlige Konstante sein.

! Beispiel

Für einen idealen Rührkesselreaktor ist das Volumen zu finden, das für die Realisierung einervorgegebenen Ausgangskonzentration eines der Reaktionsprodukte notwendig ist. Das Reaktor-volumen ist schrittweise so lange zu verändern, bis die gewünschte Konzentration erreicht wird .1

Als erstes sind die notwendigen Variablen zu definieren; im konkreten Fall handelt es sich dabeium den Molanteil XESTER und um das Reaktorvolumen V. Im folgenden Bild ist das Formularfür die Variablendefinition im Berechnungsblock dargestellt:


Das folgende Bild zeigt den Programmtext für den Algorithmus in Inline-FORTRAN:

Aus der WRITE-Anweisung geht hervor, dass die Ausgabe der Ergebnisse auf das Control Panelerfolgt.

Da das Reaktorvolumen in Abhängigkeit vom Ergebnis der Berechnung des Reaktionsprozessesmodifiziert werden muss, ist eine iterative Gestaltung des Berechnungsablaufs erforderlich. Esmuss also ein Iterationsblock in den Berechnungsablauf eingefügt werden. Für den Execute-Schalter ist darum Use import/export variables zu wählen. Im folgenden Formular Sequence ist


zu sehen, dass die Variable XESTER als Importvariable und die Variable V als Exportvariabledefiniert wurden.

Die Variable V muss nun als Schnittvariable im Formular Tears definiert werden:

Im folgenden Bild ist das Formular Sequencing zu sehen, in dem der Schalter Tear Calculatorwrite variables gesetzt wurde:


Nach Ablauf der Rechnungen erscheinen im Control Panel die folgenden Ergebnisse:

Documents

Simulation des stationären Verhaltens ... · PDF file1 - 2 ASPEN PLUS - Einführung Im folgenden Bi ld ist die Str uktur eines fachgebietso rienti erten Si mul atio nssystems d argestellt