Aspen Plus在化工设计及模拟中的应用

Aspen Plus 在化工设计及模拟中的应用（摘自方利国等编《计算机在化学化工的应用》第九章，化学工业出版社，2003 年）Aspen P1us 是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件，它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求，其计算结果得到许多同行的认可，该软件也和其他软件一样在不断地升级。

在美国能源部的拨款资助下，麻省理上学院化工系有关教授组织了一个由高等学校和企业部门各方人员参加的开发小组，集中进行新一代化工流程模拟系统的开发，于1979 年初开发成功Aspen，并投入使用。

1981年专门成立了一家公司接管了这套系统的继续开发和完善工作，同时软件更名为Aspen P1us。

它被用于化学和石油工业、炼油加工、发电、金属加工、合成燃料和采矿、纸浆和造纸、食品、医药及生物技术等领域，在过程开发、过程设计及老厂的改造中发挥着重要的作用。

该软件主要由三部分组成，简述如下。

(1)）物性在物性部分中包括基础物性数据库、热力学性质和传递物性，下面分别加以介绍。

①基础物性数据库Aspen Plus 中含有一个大型物性数据库．共含有32 类近900 种纯物质的物性，主要有：分子量、Pitzer 偏心因子、临界性质、标准生成自由能、标准生成热、正常沸点下汽化浴热、回转半径、凝固点、偶极矩、比重等。

同时还有：理想气体热容方程式的参数、Antoine 方程的参数、液体焓方程系数。

对UNIQAC 和UNIFAC 方程的参数也收集在数据库中，在计算过程中，只要所计算的组分在物性数据库中存在，则可自动从数据库中取出基础物性进行传递物性和热力学性质的计算。

②燃烧物数据库燃烧物数据库是计算高温气体性质的专用数据库。

该数据库含有常见燃烧物的59 种组分的参数，其温度可高达6000K，而用Aspen P1us 主数据库，当温度超过1500K 以上时，计算结果就不精确了。

燃烧物数据库只适用于部分单元操作模型对理想气体的计算。

Vol.50No.8(2019)ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY 收稿日期:2019-05-08作者简介:姚卫国(1991-),男,陕西西安人,硕士,助理工程师,主要从事化工过程模拟与优化、化工过程放大研究。

E-mail :yaoweiguo@ 。

Aspen Plus 模拟软件在化工中的应用姚卫国,郑瑞朋,胡凯瑞,高鹏飞,郑刚,刘勇营(浙江省化工研究院有限公司,浙江杭州310023)摘要:流程模拟软件在化工中的应用非常广泛,本文主要阐述流程模拟软件在气相密度计算,压缩因子的计算,密度随温度的变化,不同压力下的沸点,物质性质的估算,二元交互参数,变压精馏等方面的应用,对化工设计有指导作用。

关键词:流程模拟;压缩因子;物性估算;变压精馏文章编号:1006-4184(2019)08-0028-05流程模拟技术的发展为化工过程带来了很大的改变。

利用计算机的强大计算能力,解算化工过程的数学模型,用来模拟化工过程系统的性能。

流程模拟技术经过几十年的发展,现在被广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产过程的控制与优化、新员工的培训和老厂的技术改造[1-3]。

相比于实际的生产过程的高成本,化工过程模拟有其更大的优势,主要包括以下几点[4-6]:(1)经济性。

运用计算机模拟实际化工过程,可以大量地节约生产成本,并且过程的再现性好,比实际过程更加的快速、经济。

(2)加大了放大倍数,降低了实验数据向实际化工生产过程的转化时间,缩短了新产品、新工艺的开发难度。

(3)稳定性与变工况。

利用数学模型的准确性,为模拟提供可靠性;而且可根据不同的参数变化确定合适的操作参数。

(4)为控制提供良好的基础,随着技术的进一步发展,利用软件研究过程的动态方程已经成为可能。

Aspen Plus 是美国能源局在20世纪70年代后期在麻省理工学院组织的会战,开发的流程模拟软件,经过三十多年的发展,该软件日臻成熟,经过十几个版本的发展,现在Aspen Plus 的最高版本为10。

Aspen Plus在化工设计教学中的应用摘要：随着计算机技术的发展，ApsenPlus作为高水平的仿真软件在高校教学中备受青睐，本文在传统教学的基础上，将ApsenPlus 流程模拟软件有步骤地应用于化工设计课程的教学中，通过ApsenPlus软件对一精馏塔进行模拟设计，使学生逐步掌握AspenPlus 软件的使用和加深对化工设计这门课的理解。

关键词：ApsenPlus化工设计模拟设计化工设计课程是化工类专业的必修课程之一，是一门融合化工工艺学、化工原理、化工设备、化工热力学、化学反应工程等专业基础课知识并最能体现学生专业综合能力的学科。

陈显彰在其《化工设计概论》中讲“故凡修习化学工程者，皆以化工设计为最高攻读目标”[1]。

由此可见该课程的重要性。

这门课是将一个系统(如一个工厂、一个车间或一套装置等)全部用工程制图的方法，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。

它是通过设计人员运用各种手段，通过大脑的创造性劳动，将人们的要求变为现实生产的第一步。

它属于科学技术，是生产力的一部分[2]。

在21世纪的今天，世界各国之间的竞争主要是科技、人才和综合国力之间的竞争，人才竞争是竞争的实质。

中国高等工程教育的出发点和归宿是培养现代职场需要的、具有创造性及开拓性、能够参与国际竞争、具备良好的应变能力的高级专门人才。

化工设计课是一门实践性较强的学科，需要把理论和实践紧密结合；并且化工生产技术难度大，工艺流程复杂，操作技术求较高。

由于化工实验成本高，工艺设备庞大，耗时较长等特点使得实验室仅设了一些小型的、简单的验证性实验，这对于培养生的创新能力以及解决工程实际问题能力帮助不大。

鉴于上述特点，在授课及实验教学中仅采传统的教学模式比较困难。

为了强化对学生设计能力的培养，提高学生的上岗工作能力，适应社会发展需求，许多化工院校都有针对性地开设了课程设计以及创新性实验等教学环节，使学生运用一门或几门课程识解决一个不太复杂但却是综合性的问题，从而初步获得工程技术的基本训练。

1.化工过程模拟可分为稳态模拟和动态模拟两部分。

化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟，模拟过程中涉及的化工过程中的数据一般包括（进料）的温度、压力、流率组成2.化工过程模拟的功能①科学研究、开发新工艺：随着过程模拟技术不断发展，工艺开发已逐渐转变为完全或部分利用模拟技术，仅在某些必要环节进行个别的试验研究和验证。

②设计：化工过程模拟的主要应用之一是进行新装置的设计，随着科技进步，在石油化工炼油领域绝大多数过程模拟的结果可以直接运用于工业装置的设计，而无需小试或中试③改造：旧装置的改造及设计已有设备的利用也可能需要增添新设备，其计算往往比设计还要复杂，必须在过程模拟的基础上才能解决④生产调优、故障诊断：通过流程模拟才能寻求最佳工艺条件才能达到节能降耗增效的目的，通过全系统的总体调优以经济效益为目标函数，可求得关键工艺参数的最佳匹配，革新了传统观念。

3.化工过程模拟系统的构成主要包括输入系统、数据检查系统、调度系统、数据库。

现代模拟系统既可以采用图形界面，也可采用数据文件的方式输入、并且这两种方式之间可以相互转换。

图形输入简单直观，需要先做出所需计算的模拟流程图，然后再输入相关数据。

由于图形输入无需记忆输入格式和关键字，所以比较方便，现已成为主要的输入方式。

数据输入完成后，由数据检查系统进行流程拓扑分析和数据检查，这一阶段的检查只分析数据的合理性，完整性，而不涉及正确性。

若发现错误或是数据输入不完整，则返回输入系统，提示用户进行修改。

数据检查完之后进入调度系统，调度系统是程序中所有模块调用以及程序运行的指挥中心。

调度系统的考虑是否完善，编制是否灵活，是否为用户提供最大的方便，对于模拟软件的性能至关重要。

任何一个通用的化工过程模拟系统都需要物性数据库、热力学方法库、化工单元过程库、功能模块库、收敛方法库、经济评价库等。

其中最重要的是化工单元过程库和热力学方法库，化工单元工过程库关系着能否进行计算，热力学方法库关系着计算结果的准确性。

ASPEN Plus在化工过程优化中的应用研究ASPEN Plus是目前最为常用的化工过程模拟软件之一。

该软件通过建立化工装置的模型，运用热力学计算方法，模拟不同操作条件下的工艺流程，实现多种化工计算，优化和设计。

ASPEN Plus在化工工艺的优化过程中起着至关重要的作用。

化工过程模拟的主要目的是为了优化和改进现有的生产工艺。

通过模拟计算，可以得到不同工艺参数之间的关系，从而找到最优工艺参数，提高生产效率，降低生产成本。

而ASPEN Plus则是目前用于化工过程模拟和优化的最常用软件之一。

作为工业中经典化工软件，ASPEN Plus可以对化工流程进行详细的分析和确定。

它不仅可以模拟在不同工艺条件下的化工过程，还可以进行优化和设计。

因为它能够模拟多种化学反应，包括催化反应、裂解、聚合、氧化、加氢、脱氢等等。

其热力学计算功能可以模拟化学反应的放热与吸热，计算化学反应的平衡和转化率，同时还能模拟化学反应产物的物性参数。

而且，ASPEN Plus还有着优秀的流程计算功能。

它可以模拟化工装置的各种操作，如稳态、动态、可逆、不可逆、均相、异相等等，并能对装置进行热力学和物理学计算。

ASPEN Plus模拟优化的策略是通过改变优化变量，去寻找化工过程的最大化利润或最小化成本。

可以通过设置它的参数，如反应器类型、反应器进料比、反应温度、反应时间、反应物浓度，来寻求最优工艺方案。

经过多次模拟计算，确定最优方案后，可以进一步进行实验验证，以此来验证模拟计算的准确性和可行性。

ASPEN Plus还可以进行装置设计与模拟。

通过建立化工装置的模型，可以预测关键物理变量的行为、设施性能和输出结果。

在装置设计和模拟中，可以通过优化变量，如进料物料、反应条件等，找到最佳的装置配置方案。

可以通过ASPEN Plus进行分析的工艺，包括化学反应器、精馏塔、黏附塔、萃取塔、气体吸收塔和热交换器等。

最后，ASPEN Plus的应用领域相当广泛。

《化工过程模拟与优化》综合报告设计题目轻苯馏分体系精馏塔设计学生姓名吴凡平班级09化工（2）班学号********指导教师姓名张明珏完成时间2012年12月13日综合报告成绩:指导教师签字:目录第一章综述 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 题目概述 (1)1.3 公用工程条件与注意事项 (1)1.4 设计任务 (1)1.5 确定设计方案原则 (2)1.6 Aspen Plus软件简介 (3)第二章工艺计算过程 (4)2.1 绘制工艺流程草图 (4)2.2 C4精馏塔的简捷计算 (4)2.3 C4精馏塔的严格计算 (9)2.4 精馏塔灵敏度分析 (14)2.5 C5 和C6 精馏塔的简捷计算 (22)2.6 C5 和C6 精馏塔的严格计算 (25)2.7 物流表 (32)第三章设备计算 (33)3.1 塔设备计算 (33)3.1.1 C4 塔设备计算 (33)3.1.2 C5 塔设备计算 (37)3.1.3 C6 塔设备计算 (40)3.2 冷凝器设备计算与设计规定的应用 (44)3.2.1 C4 精馏塔冷凝器 (44)3.2.2 C5 精馏塔冷凝器 (56)3.2.3 C6 精馏塔冷凝器 (56)3.3再沸器设备计算 (57)3.3.1 C4 精馏塔再沸器 (57)3.3.2 C5 精馏塔再沸器 (68)3.3.3 C6 精馏塔再沸器 (68)第四章参考文献 (69)第五章设计心得 (70)第一章综述1.1 设计题目轻苯馏分体系精馏塔设计1.2 题目概述有一股轻苯馏分，流率为960kg/h，温度80℃，压力600kPa，经过反应器后将其中环戊二烯经热二聚反应生成双环戊二烯后，温度变为103℃,组成和基本物性见表1-1。

物性：SRK方程要求将热二聚反应产物分离成为4个馏分，即C4馏分(主要成分1-丁烯)、C5(主要成分环戊烯)、C6(主要成分苯)、C10(主要成分双环戊二烯)。

每个馏分中主要成分的质量分数不低于0.95，收率不低于0.96。

第１２期 收稿日期：２０２０－０４－２０基金项目：烟台大学教学改革研究项目（ｊｙｘｍ２０２００１４）；山东省高等学校青创人才引育计划作者简介：杜玉朋（１９８６—），博士，主要从事高校化工类专业教学与科研工作。

ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ在化工类专业本科毕业设计中的应用与思考杜玉朋，王一飞，田　晖，王　玮，赵玉潮，任万忠（烟台大学化学化工学院，山东烟台　２６４００５）摘要：化工生产属于过程工业的范畴，因此化工类专业教育非常注重化工过程分析、合成、模拟与优化等教学内容。

毕业设计是化工类专业最重要的一次综合性实践教学，工艺流程模拟是毕业设计任务中极为重要的一环。

本文以丙烷脱氢制丙烯工艺过程设计为例，介绍了ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ流程模拟软件在化工类专业本科毕业设计中的应用及教学心得体会，以期能够为化工类专业学生顺利完成毕业设计任务和教师指导实践教学提供参考。

关键词：化工类专业；毕业设计；实践教学；ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ中图分类号：Ｇ６４２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１２－０１３１－０２ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｏｆＡｓｐｅｎＰｌｕｓｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｊｏｒｓＤｕＹｕｐｅｎｇ，ＷａｎｇＹｉｆｅｉ，ＴｉａｎＨｕｉ，ＷａｎｇＷｅｉ，ＺｈａｏＹｕｃｈａｏ，ＲｅｎＷａｎｚｈｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｔａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｔａｉ　２６４００５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｅｌｏｎｇｓｔｏｔｈｅｃａｔｅｇｏｒｙｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｅｄｕｃａｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｊｏｒｓａｔｔａｃｈｅｓｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｔｏｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｇｒａｄｕａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓｏｎｅｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎｇｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍｓｆｏｒｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｊｏｒｓ，ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｏｆｐｒｏｐａｎｅｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｔｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅａｓａｃａｓｅ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｅａｃｈｉｎｇｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆＡｓｐｅｎＰｌｕｓｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｇｒａｄｕａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｊｏｒｓ．Ｔｈｉｓｗｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｓｔｕｄｅｎｔｓｔｏｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃｏｍｐｌｅｔｅｇｒａｄｕａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｔａｓｋｓａｎｄｆｏｒｔｅａｃｈｅｒｓｔｏｇｕｉｄｅｐｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｊｏｒｓ；ｇｒａｄｕａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｐｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎｇ；ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ 化工类专业是我国现行高等教育中的重要组成部分。