1.4 关于计算方法
Aspen Plus软件中涉及三类方程：热力学方程、单元操作方程以及数学方程，其中热力学方程是Aspen Plus的基础。
1.4.1 物性方法
Aspen Plus中的物性方法（Property Method）是指模拟计算中所使用的物性方程和模型的集合。软件中所有的单元模块均需要物性方法的数据来计算得到模拟结果，而物性方法是需要用户根据所处理的物料来进行选择的。选择是否合理直接关系到计算结果的正确性。对一个流程的模拟尽管可以做到收敛（Result Available），但如果物性选择与实际偏差太大，计算结果就会错误，以此为基础得到的工艺参数也是不合理的。
Aspen Plus拥有105种物性方法，都是基于状态方程法和活度系数法。为适应加压下非电解质溶液的应用计算，Aspen Plus 把5种活度系数方程与不同的状态方程配合，对基本活度系数方程进行改造，形成30多种性质计算方法。常用方程的分类与大类的适用物系见表1-2。
表1-2 常用方程的分类与大类的适用物系
表1-2为常用方程的分类与大类的适用物系。表1-3是分别采用IDEAL、BWR-LS、PENG-RPB和RK-SOAVE物性处理方法，将400℃、3MPa下的1000m3/h水蒸气、1000m3/h二氧化碳和1000m3/h甲醇等压混合后，进行温度和体积流量计算。其结果如表1-3所示。4种模拟方法在该体系计算中具有相同的准确性和敏感度。
表1-3 不同物性方法计算混合物的温度和体积流量
在模拟计算中，主要热力学性质均来源于相平衡。系统达到平衡时，汽液相中每个组分i均满足相平衡判据公式，即fiv=fil。当汽相逸度（fiv）和液相逸度（fil）均采用同一状态方程计算时，进一步可表示为
。后者计算物性的方法称为状态方程法。较为常用的方程有PR方程、RK方程等。以PR方程、RK方程为代表的状态方程模型无需指定标准态，对温度压力的适用范围较广，包括亚临界和超临界范围，适用于模拟轻烃类物系和其他极性物系。气体混合物中各组分物理性质差异是低温液化精馏分离提纯的基础。相同的压力条件下，混合气降温时，最先被液化的是临界温度较高的组分，最后是临界温度最低的组分。利用PR（Peng-Robinson）方程对混合气进行气液相平衡计算。
极性物系非理想性较弱，更接近理想气体。由于状态方程是以理想气体为参考基准，在计算气相逸度时较为准确，而在计算液相逸度时，尤其当液相的极性很强时，偏差会很大，或计算十分复杂。为此，引入活度系数的概念，以表示真实溶液与理想溶液的偏差，当平衡判据的液相逸度以活度系数γi的形式表达时，平衡判据表达式为
。此式计算物性的方法称活度系数法，常用方程有NRTL方程、UNIFAC等。此式中有标准态逸度，因此以NRTL方程为代表的活度系数模型需要制订标准态，因此只适合中低压下的气液平衡。但由于活度系数法以理想液体为参比态，更适合计算非理想的、较强的、非极性物系的物性。例如，水和乙醇体系是常见的混合体系，但由于氢键的作用，水醇体系是非理想的，描述水醇相平衡的方程很复杂。在Aspen Plus中，带有水醇体系的NRTL方程中的相关参数。使用Aspen Plus自带的相关参数，利用NRTL方程，可以计算得到图1-15中的曲线。
图1-15 乙醇和水的x-y相平衡曲线
减压蒸馏分离过程中的气-液相平衡计算一般通过活度系数法计算。改进基团贡献法Modified UNIFAC Dortmund（UNIFAC-DMD）是其中重要的一种。对于含有各种非电解质如烯、烃、酮、酚和醇等成分的混合物，UNIFAC-DMD可很好地表达其气-液和液-液相平衡，是目前预测相平衡最准确的方法。在Aspen Plus中应用UNIFAC-DMD方程计算得到的泡点和露点的温度和压力图两条曲线，将图分为三个区域，泡点线以下区域称为液相区，露点线以上区域，称为气相区；而两条曲线所包围的区域表示气液两相同时存在，称为气液共存区。
用Aspen Plus模拟多效蒸发海水淡化系统、海水脱硫、溴化锂电解质水溶液吸收水蒸气等电解质过程时，ELECNRTL物性方法是模拟电解质系统推荐使用的方法。对于电解质来说，溶解度即相平衡数据。利用Aspen Plus软件，选择ELECNRTL物性方法并利用灵敏度分析，估算各物质在不同温度下的溶解度。
1.4.2 收敛算法
Aspen Plus中模块的迭代计算过程实质上是调用数值迭代方法求解方程组的过程。Aspen Plus中可采用的迭代算法，分别为韦格斯坦法（Wegstein）、直接迭代法（Direct）、布洛伊顿拟牛顿法（Broyden）和牛顿法（Newton）。其默认的迭代算法为韦格斯坦法（Wegstein），见图1-16。直接迭代法（Direct）收敛示意图，见图1-17。
图1-16 迭代算法选择窗口
图1-17 直接迭代法（Direct）收敛示意图
1.4.3 过程模拟的解法
化工流程通常有3种计算方法，即序贯模块法、联立方程法和联立模块法。其中，序贯模块法为Aspen Plus的默认算法，如图1-18所示。
图1-18 Aspen Plus中可以
选择的流程计算方法
序贯模块法迭代计算过程见图1-19，对那些“非线性方程”的单元操作“严格模型”也是有效的。在模拟含有循环流股的复杂流程时，尤其是循环流股较多的复杂流程，使用序贯模块法的关键是必须选择合适的断裂流股，取决于循环网络的识别和断裂方法，也就是计算回路及断裂流股的选择和赋值。Aspen Plus中默认的流股不一定是可收敛的流股。
图1-19 序贯模块法迭代计算过程
联立方程法不需要反复迭代，但是需要较好的初值，否则容易出现不收敛的现象。一旦出错，很难找到错误所在。联立方程法对那些“线性方程”的单元操作“简化模型”是有效的。
Aspen Plus先使用序贯模块法提供流程收敛计算的初值，再用联立方程法，提高流程计算的收敛速度，节省模块的运行时间，让那些大型、复杂或者带内部循环的收敛困难的流程计算成为可能。