Aspen Plus在化工设计教学中的应用

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第２　４卷第　２期　 化　工时　刊　 Ｃｈ　ｍ　ｉａ　Ｉｄ　ｓ　ｒ ｉ　ｅ ｅ　ｃ　ｌ　ｎ　ｕ　ｔ　Ｔｍ　ｓ ｙ Ｖｏ　．　４，　． １　２　Ｎｏ　２ ２１　０　０年　２月　 Ｆ　ｂ　２．　０１ ｅ　．　２　０ ｄ　ｉ１　．９　９　ｊｉ　ｎ　１　０　ｏ　：０　３　６　／．　ｓ　．０　２—１　４　２　１　．２　０　８　ｓ　５　Ｘ．　０　０　０　．　１　 Ａ　ｐｎＰｕ　在　化　工　专　业　教　学　中　的应　用 ｓｅ　ｌｓ 王 帅　钟 宏 金一粟 满瑞林 李海普 （　中南　大学化　学化　工学　院　湖南　长　沙　４　０８　）　１０　３　 摘　要　通过化工专科课程体系结构的分析　，　在传统理论　教学　和设计教学的基础上　，　Ａ　ｓｎＰｕ　流程模拟软件有　目　将　ｐｅ ｌ　ｓ 的、　有步骤地应用于化工专业教学　，　通过单元模型操作、　过程系统模拟和化工厂设计　３个　阶段　的训练　，　使学生逐步掌握 Ａ　ｐｎＰｕ　软件的使用和化工设计的精髓　，　ｓｅ　ｌｓ　达到培养专　业知识深　厚、　计算　机应用　能力较强　的“　知识　”＋“　能力　”　型人才　 的　目的　。

关键词 Ａ　ｐｎＰｕ　化工教学　ｓｅ　ｌｓ 课程设计　 将　专业　知识教　育　与计　算　机应　用　能　力　培养　结　合起　 来，　培养能够熟练运用计算机技术解决化工专业　问题 的学生　，　是化　工专业　教育　的重要　目标之一　。

为　了实现　 这　一培　养　目标　，　了基　础　的计　算　机知　识　教　学外　，　内 除　国 地　应用化　工过　程　的研　究开　发　、　置设　计　、　产　过程　控 装　生　制、　工艺　优化及　技　术　改造　等　方　面　训　。

将　Ａ　ｐｎＰｕ ｓｅ ｌ　ｓ　应　用于化　工专　业教　学　，　不仅　可　以培　养学生　学　习兴　趣和 计　算机应　用能力　，　且为学　生将来　从事相关　行业　的工 而　作　打下　了　良好　的基　础　。

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。

⑧热力学性质和传递物性在模拟中用来计算传递物性和热力学性质的模型和各种方法的组合共有43种，主要有：计算理想混合物汽液平衡的拉乌尔定律、烃类混合物的Chao-Seader、非极性和弱极性混合物的Redlich-Kwong-Soave、BWR-Lee-Starling、Peng-Robinson。

第11章Aspen Plus在化工分离计算中的应用11.1 Aspen Plus 简介Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，美国AspenTech公司的产品。

全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。

官方网站：/。

Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。

该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。

1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。

AspenTech公司在随后的时间里又先后兼并了20多个在各行业中技术领先的公司，成为为过程工业提供从集散控制系统（DCS）到企业资源计划(ERP)全方位服务的公司。

A spenONE™作为第一流的领先产品将AspenTech公司的所有产品统一起来了,ASPENTECH于1994在纳斯达克上市。

AspenTech软件经过20多年不断的改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。

全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。

11.1.1 Aspen Plus的主要功能和特点Aspen Plus的主要功能和特点如下。

(1)具有方便灵活的用户操作环境，数据输入方便、直观，所需数据均以填表方式输入，内装在线专家系统Model Manager自动引导帮助用户逐步完成数据的输入工作。

(2)配有最新且完备的物性模型库，具有物性数据回归、自选物性及数据库管理等功能。

(3)备有全面、广泛的化工单元操作模型库，能方便地构成各种化工生产流程。

(4)应用范围广泛，可模拟分析各类过程工业，如：化工、石油化工、生物化工、合成材料、冶金等行业。

ASPENPLUS介绍及模拟实例ASPENPLUS具有广泛的应用领域，包括石化、炼油、化肥、热力、制药、生化工程等。

它可以用于模拟各种化工过程，例如分离、混合、反应、蒸馏、液-液/气-液萃取、吸收、脱吸附、干燥等。

ASPENPLUS使用了一套成熟的计算方法和数学模型，可以准确地预测化工过程的性能指标，为工程师提供决策支持。

ASPENPLUS的建模过程包括定义组分、定义装置流程、定义物理特性、定义热力学模型、定义操作条件、定义单元操作、定义修正参数等。

用户可以根据具体的工艺流程需求，选择不同的模拟单元进行组合，以实现整个过程的模拟。

在模拟过程中，用户可以通过调整操作条件和设备参数，进行优化设计，以实现最佳的性能。

下面以丙烯酸酯生产过程为例，介绍ASPENPLUS的模拟实例。

丙烯酸酯是一种重要的化工原料，广泛应用于合成高分子材料、油墨、粘合剂等。

其主要生产过程是通过异丁烯与甲基丙烯酸酯在催化剂存在下进行反应生成。

为了实现丙烯酸酯的高选择性产率，需要优化反应过程的操作条件和装置结构。

首先，在ASPENPLUS中定义组分，包括异丁烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和副产物。

然后，定义装置流程，包括进料反应器、分离塔和产品收集器。

接下来，定义物理特性，如温度、压力、流量等。

充分考虑物料的热力学性质，确保模拟过程的准确性。

在物理特性定义完成后，需要定义热力学模型。

根据反应过程的实际情况，选择适当的热力学模型，并确定模型参数。

在反应过程中，可以设置反应器的温度、压力和催化剂的用量，以及反应物的摩尔比例。

定义好热力学模型后，需要定义操作条件。

根据实际工艺需求，设置反应器的温度和压力，以及进料和产物的流量。

可以使用ASPENPLUS提供的优化算法，通过调整操作条件，实现产物选择性的优化。

最后，定义单元操作，包括进料反应器、分离塔和产品收集器的模型和参数。

分离塔的模型可以选择蒸馏、吸收或萃取等。

通过定义修正参数，可以对模拟过程进行细致的调整和修改，以实现更准确的模拟结果。

关于Aspen Plus在化工设计中应用的探讨在化工设计中，Aspen Plus 是针对化工为代表的功能强大的过程系统模拟软件，本文介绍了如何将其引入化工设计环节。

使用软件模拟可以节省计算量、提高效率，培养设计工作者解决工程问题的能力，与手工计算的差异对比分析原因。

标签：Aspen Plus；化工设计；应用引言：化工設计是指对化工过程的设计，通过设计一系列的单元设备操作，将其合理地组合起来，从而实现从原料的输入到产品的输出。

一、软件概述1、近年来，随着计算机技术在化工生产及过程设计应用上的快速发展，掌握先进的计算机控制与设计技术，以适应行业的发展，显得尤为重要。

Aspen Plus 是一种适应化工工程日益综合化、大型化、复杂化趋势，已全方位应用于化工过程研究、开发、设计、仿真、生产过程控制、优化及技术改造等的大型软件，具有最适用于工业、且最完备的物性系统。

它计算精准，是目前国内外化工设计院使用的主流软件。

2、Aspen Plus 是一款针对以化工为代表的过程系统模拟软件，其设计基础是以“三传一反” 和化工系统工程为核心的化工专业知识，二、软件使用现状分析通过对Aspen Plus软件的理论学习与上机实践，让设计工作者掌握流体输送单元、传热单元、分离单元等单元操作的仿真设计和流程模拟；通过不定期的《化工原理课程设计》的手工计算，让设计工作者熟悉和掌握化工设计的基本原理和方法，并辅以AspenPlus 软件进行流程模拟，例如设计工作者设计化工厂，针对指定的化工生产系统进行模拟和优化。

通过使用这个软件，使设计工作者从简单的单元操作模块模拟，过渡到对整个化工生产系统的模拟和优化；从基础的计算机操作的学习，转向解决设计型和综合型的复杂问题；从理论知识的学习转向工程实践能力的培养，最终达到培养设计工作者综合运用专业理论知识和计算机技术解决实际工程问题的能力的目的。

Aspen Plus 是一个功能强大的通用过程仿真软件，但要灵活掌握、使用软件，学习起来仍有相当难度。

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【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.【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2019(050)008【总页数】6页(P28-32,54)【关键词】流程模拟;压缩因子;物性估算;变压精馏【作者】姚卫国;郑瑞朋;胡凯瑞;高鹏飞;郑刚;刘勇营【作者单位】浙江省化工研究院有限公司, 浙江杭州 310023;浙江省化工研究院有限公司, 浙江杭州 310023;浙江省化工研究院有限公司, 浙江杭州 310023;浙江省化工研究院有限公司, 浙江杭州 310023;浙江省化工研究院有限公司, 浙江杭州310023;浙江省化工研究院有限公司, 浙江杭州 310023【正文语种】中文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。

208科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N科 技 教 育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。

计算机仿真技术模软件的应用有效地扩展了创新性实验的选题范围,节约了实验成本,成为高校实验教学改革和科研创新发展的最佳选择。

现在较为成功的模拟系统软件有Aspen Plus、PRO／II、HYSYS 等,其中Aspen Plus在我国设计院所和企业部门应用较为广泛。