第42卷第12期 西南师范大学学报（自然科学版）
Vol. 42 No. 12 Journal of Southwest China Normal University (Natural Science Edition)2017年12月
Dec. 2017
DOI:10. 13718!. cnki. xsxb. 2017. 12. 020
AspenPlus软件在分离工程课程中
的教学应用与实践
—以萃取精馏为例①
王克良、李静、李志、
李松\ 连明磊\ 雷以柱\ 叶昆2
1六盘水师范学院化学与化学工程系，贵州六盘水553004#
2中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘062552
摘要：以萃取精馏为例，将AenPlus软件应用于分离工程课程中的教学与实践中，分析了不同萃取剂对甲醇/乙 腈恒沸物的影响，通过灵敏度分析，获得了最佳工艺操作参数实践表明，采用该软件可以弥补传统教学的不足， 能够将理论知识与工程实践相结合，提高了学生的工程应用能力，加深了对本门课程基本概念、原理和过程的理解 与运用，有效地提高了教学效果和质量关键词：分离工程# AspenPlus#萃取精馏中图分类号：TP319.9文献标志码：A文章编号：1000-5471(2017)12-0119-06
分离工程是化学工程与工艺专业及其相关专业的一门主干专业课程，强调理论联系实际，工程和工艺 相结合，该课程是化学工程学科的重要分支，它是混合物分离与提纯的工程科学，它与化学工艺密切
相关2].
分离工程这门课程是建立在物理化学、化工热力学和化工原理等多门课程的基础上3，涉及到多学科
的基础理论和大量的工艺问题，课程内容比较抽象，且理论性和工程性很强，学生不易掌握.分离过程涉
及到将两组分或多组分的混合物分离成为组成不同的两股或多股产物的过程.因此本校在传统的教学中， 引进AspenPlus软件，模拟这门课程涉及到的一些分离工艺，如萃取精馏、恒沸精馏、反应精馏、热泵精
山 东 化 工
收稿日期：２０１８－０５－０７基金项目：安徽省教育厅质量工程项目（２０１５ｓｊｊｄ０２４，２０１５ｊｘｔｄ０４０，２０１６ｊｙｘｍ０７３８，２０１７ｊｙｘｍ０４８６），校课程综合改革项目２０１６ｋｃｇｇ０４６作者简介：郑建东，博士，教授，主要从事工业催化方面的研究。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ在化工原理课程教学中的应用郑建东，徐 杰，陈纲领，王余杰，马田林（滁州学院材料与化学工程学院，安徽滁州 ２３９０００）摘要：化工原理一门重要专业基础课，目的在于培养学生掌握化工单元操作的基本理论知识及提高学生动手能力和创新能力。为了培养学生的工程实践能力，我们将ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件应用于化工原理教学。在课堂教学中介绍了ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件的应用，论述了ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件建模功能在三传单元操作的具体应用，提高学生学习化工原理课程的积极性，增强学生的工程意识。关键词：ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ；化工原理；教学应用中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１２－０１５４－０４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｓｐｅｎＰｌｕｓｉｎｔｈｅＴｅａｃｈｉｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅＺｈｅｎｇＪｉａｎｄｏｎｇ，ＸｕＪｉｅ，ＣｈｅｎＧａｎｇｌｉｎｇ，ＷａｎｇＹｕｊｉｅ，ＭａＴｉａｎｌｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｕｚｈｏｕ ２３９０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｂａｓｉｃｃｏｕｒｓｅｆｏｒａｌｌｓｔｕｄｅｎｔｓ．Ｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇａｉｍｉｓｔｏｍａｓｔｅｒｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｕｎｉｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｒａｉｓｅｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔ＇ｓｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｓｔｕｄｅｎｔｓ．ＷｅａｐｐｌｙＡｓｐｅｎＰｌｕｓｔｏＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅｃｏｕｒｓｅｓｔｅａｃｈｉｎｇｔｏｒａｉｓｅｓｔｕｄｅｎｔｓ＇ｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ．ＤｕｒｉｎｇｔｅａｃｈｉｎｇｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｓｐｅｎＰｌｕｓｉｎｔｈｅｕｎｉｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＭｏｍｅｎｔｕｍｔｒａｎｓｆｅｒｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｓｐｅｎＰｌｕｓｃａｎｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｉｎｔｅｒｅｓｔｓｏｆｌｅａｒｎｉｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｄｅｅｐｅｎｓｔｕｄｅｎｔｓ＇ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｐｅｎｐｌｕｓ；ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｅａｃｈｉｎｇ 化工原理课程主要研究化工生产中单元操作的基本原理及其设备的设计、操作与调节，以传递过程原理和研究方法论为主线，研究各个物理加工过程的基本规律、典型设备的设计方法、过程的操作和调节原理。课程所讲授的主要内容为化工生产过程中的一些单元操作，主要以“三传”为主线，即讲授动量传递为基础的流体输送、搅拌、非均相分离等单元操作；以热量传递为基础的传热、蒸发单元操作；以质量传递为基础的吸收、精馏、萃取、干燥等单元操作。讲授课程过程中要有课程设计环节，通过课程设计培养学生动手能力、观察能力、综合分析和处理问题的能力，传统的课程设计一般都是学生进行手工计算得到结果，相对比较繁琐复杂［１］。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件是美国麻省理工学院于２０世界７０年代开发的大型化工流程及模拟软件，自推出以来就占据世界性大型化工标准流程模拟软件的重要地位，已经成为大型化工企业研发新工艺的首选模拟软件。同时，也是相关化工高校教学环境中的必要教学辅助工具。该软件能够广泛模拟流体输送、精馏、吸收及化工反应等绝大多数化工生产过程。ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件在使用过程中最突出的优点就可以模拟实际生产过程［２－４］。因此，目前许多高校为了培养在校大学生的工程技术能力，培养学生的创新思维技能，ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件已经得到了普遍广泛的应用。ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件主要包括三部分内容：物性数据库、单元操作和模块分析。操作界面较为易懂，用户使用起来方便灵活，数据输入方便、直观，所需数据均以填表方式输入，系统自动引导帮助用户逐步完成数据的输入工作［５－７］。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，我们化工原理课程里面所涉及到的三传都可以在ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件进行模拟［８］。同时实践证明用ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件对三传单元操作进行模拟，简捷可行又直观。下面通过具体实例说明ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件在化工原理课程教学中的实际应用。１ 在动量传递单元操作中的应用例：一泵输送流率为１００ｋｍｏｌ／ｈ的苯，苯的压力为１００ｋＰａ，温度为４０℃。泵的效率是６０％，电动机效率是９０％，特性曲线数据如表１所示。计算泵的出口压力、泵提供给流体的功率及泵所需的轴功率各是多少。物性方法采用ＲＫ－ＳＯＡＶＥ。表１ 泵特性参数Ｆｌｏｗｒａｔｅ（ｍ３／ｈ）２０１０５３Ｈｅａｄｏｆｄｅｌｉｖｅｒｙ／ｍ４０２５０３００４００ 该题要计算离心泵的有效功率及轴功率，如果要计算的话，必须要首先根据数据绘制离心泵的特性曲线，然后才可以得到结果，同时还存在一定读数误差，应用ＡｓｐｅｎＰ１ｕｓ软件，选定一台泵工作，输入相应的物性参数及单位，同时输入泵本身的参数就可以得到结果。具体如图１～图４所示。很快就得泵轴功率为９．２ｋＷ。图１ 单泵工作流程示意图图２ 输入、输出的单位、物性等基本参数·４５１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１８年第４７卷 第１２期
ASPENPLUS简介
一、概述
“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。”
----Aspen World 1997
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。该软件经过20多年来不断地改进、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。
二、产品特点
1）产品具有完备的物性数据库
物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为AspenPlus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。
Aspen Plus 数据库包括将近6000 种纯组分的物性数据
1. 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。
2. 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。
3. 固体数据库，包括约3314 种固体的固体模型参数。
4. Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。
5. 二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng
Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden
O’Connell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。
当代化工研究Modern Chemical Research126数学研究2020 ・ 07
Aspen PI us课程对全国大学生化工设计竞赛和
专业知识的作用
*高晓新 朱玉岚 马江权 范小强
(常州大学国家级化工虚拟仿真实验教学示范中心江苏213164)
摘耍：全国大学生化工设计竞赛是化工专业影响最大餉竞赛，Aspen Plus的应用在该竞赛中起到了举足轻重的作用，本文结合多年化工 设计大赛的指导实践与Aspen Plus的教学实践，阐述Aspen Plus在物性估算、辅助分离过程设计、热力学衡算、辅助设备设计等功能在化 工设计大赛中餉体现，该课程餉开设对设计大赛所获成绩所起的积极意义，且其可以很好的夯实学生专业知识并强化化工工程思维. 关键词:Aspen Plus;化工设计竞赛；辅助功能；作用中图分类号：G642 文献标识码：A
The function of Aspen Plus course for Chemical Engineering Design Competition and
Academic Knowledge
Gao Xiaoxin, Zhu Yulan, Ma Jiangquan, Fan Xiaoqiang
(National Virtual Simulation Experimental Taching Center, Changzhou University, Jiangsu, 213164)
Abstracts Being the most influential competition in chemicalfield, the efficent application of Aspen Plus in The National College Students' Chemical Engineering Design Competition is ofgreat importance. Based on our practice on this competition and Aspen Plus course, Aspen Plus‘s Junction on property estimation and thermodynamic calculation and the design ofseparation process and chemical equipment is illustrated in this paper, Jurthermore, it also has positive effect on enhancing students' academic knowledge.Key words： Aspen Plus； chemical engineering design competition^ auxiliaryfiinction\ effect
