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Aspen one v7在分离工程教学中的应用路华清（荆楚理工学院，荆门，448000）摘要分离工程是化工类专业重要专业课，是一门实践性非常强的课程。
各种平衡分离过程的计算既是教学的重点，又是教学的难点。
随着电脑在学生中普及率的提高，为使用模拟软件进行辅助教学提供了条件。
使用aspen one v7的aspen properties模块和aspen plus模块辅助教学，学生在aspen properties 中完成物性参数计算、逸度系数、活度系数、平衡常数计算、泡露点计算等分离工程基础数据计算，同时熟悉aspen one软件的使用，为后续在aspen plus中完成单级平衡分离计算、精馏吸收严格计算打下基础。
同时，在分离工程教学过程中引入aspen one的应用，为后续课程“化工过程模拟”的教学打下基础，收到较好的教学效果。
关键词：Aspen one；分离工程；教学；应用中国分类号：TQ028.3+1文献标识码： A 文章编号：1000-6613（2006）00-0000-00The Application of Aspen One V7 in Chemical Separation Engineering TeachingHua-qing Lu(Jingchu University of Technology, Jingmen, Hubei, 448000) Abstract: Chemical Separation Engineering is an important professional course in chemical majors, which is also a strong practical course. All kinds of balancing separation process of calculation is the focal point and difficult point in teaching. With increasing of the penetration of computer of students in using, it offers assisting teaching for using simulation software. The students finished the basic data (eg. properties calculation, fugacity coefficient, the activity coefficient, equilibrium constant computation, the bubble/dew point calculations etc.) of the separation engineering of calculation in aspen properties by using aspen properties module and aspen plus module of aspen one v7, meanwhile, knew the usage of aspen one well for laying the foundation to finish the following single stage balance calculation and distillation/absorption rigorous calculation. And, leading into the application of aspen one could help the following teaching of “chemical process simulation”during the separation process teaching, and receive better teaching effects.Key words: Aspen one; Chemical Separation Engineering; teaching; the application 概述分离工程是化工类学生在学习物理化学、化工原理及化工热力学等的基础上开设的重要专业课程,主要针对分离过程开发和设计中遇到的工程问题,提出包括各种分离方法选择和操作条件的确定、分离实验研究方法和设计计算等。
第42卷第12期 西南师范大学学报（自然科学版）V o l.42 N o. 12 Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition)2017年12月Dec.2017D O I:10. 13718!. cnki.xsxb.2017. 12. 020A s p e n P l u s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21六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A e n P l u s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# A s p e n P l u s#萃取精馏中图分类号：T P319.9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A s p e n P lu s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 馏等复杂精馏过程，加深学生对这门课程基本概念、原理和过程的理解与运用，真正培养企业所需要的工程应用型人才[4—5].1 A s p e n P l u s软件应用Aspen P lu s是美国A S P E N T E C H公司开发的化工流程模拟软件，目前已被广泛地应用于高校教学和①收稿日期&2016-11-10基金项目&贵州省教育科学规划项目（2017C039)#贵州省教育厅教学内容与课程体系改革项目（GZSJG10977201604)#贵州省教育厅教学内容与课程体系改革项目（GZSJG10977201506)#贵州省教育厅青年科技人才成长项目（黔教合K Y字[2017]258)#贵州省教育厅教学内容与课程体系改革项目（GZSJG10977201605)#贵州省教育厅特色重点实验室项目$2011]278)#卓越工程师培养计划（LPSSYzy y p y h201702)#贵州省教育科学规划项目（2017A058).作者简介&王克良（1984 -)，男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，工学硕士，主要从事化工传质与分离研究.科研.该软件是一款功能十分强大的工艺模拟软件，对传统化工、石油化工、制药工业等各领域的单元操 作均可模拟"近年来该软件已广泛用于化学工程与工艺专业多门主干课程，如化工原理及其课程设计、反应工程、化工设计、化工热力学、化工过程分析与合成等'一2萃取精馏模拟—以甲醇和乙腈恒沸物为例甲醇和乙腈是常用的有机溶剂，广泛应用于精细化工和制药领域[11一12]，常压下二者混合会形成难以分 离的最低恒沸物，恒沸温度为63. !5 °C[1A]，恒沸物形成的原因在于组成混合溶液的各组分结构不相似，在 混合时引起与理想溶液偏差的结果[3].采用普通精馏的方法，要么分离效果不好，要么不经济，目前工业 上多采用特殊精馏的方法[14一15]，萃取精馏则为分离该体系提供了可能.相比普通精馏，萃取精馏属于特殊精馏，计算过程要更为复杂，萃取精馏是向恒沸物中加人新的组分，通过新组分对原溶液中各组分间的作用力不同，进而改变组分之间相对挥发度，使得混合物变得容易分离'].本文以A s p e n P lu s软件为工具，筛选多种萃取剂，选择最佳萃取剂和最优工艺操作参数分离甲醇/乙腈恒沸物，加深学生对分离操作过程的理解和认识，提高学生的工程应用能力.2. 1筛选萃取剂由A s p e n P lu s软件的P ro pe rty A n a ly s is工具得到了 101. 325k P a下的甲醇/乙腈体系T-：c-；y相图，由图1可以看出该体系在63.45 C时形成了最低恒沸物，与文献数据[13]吻合.考察了苯胺、乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺（D M F)、苯甲醛和糠醛这5种常用溶剂的萃取性能，采用 W ils o n方程，考察了溶剂比皆为1的条件下，甲醇/乙腈体系的汽液不衡关系，见图2.由图2可以看出，除了乙二醇，其余4种萃取剂均能消除甲醇/乙腈体系的恒沸点，加人苯胺后，甲醇/ 乙腈体系相对挥发度增加得最大，几种萃取剂的分离能力依次为：苯胺、糠醛、苯甲醛、D M F、乙二醇，因此选择苯胺作为萃取剂.2.2工艺流程萃取精馏分离甲醇/乙腈恒沸物的详细流程见图3.其中，甲醇/乙腈恒沸物首先进人萃取精馏塔处理，在该塔上部设置萃取剂进料板，加人苯胺后，恒沸物性质发生改变，进行初步分离，萃取精馏塔塔顶为合 格的甲醇，塔釜为乙腈/苯胺混合物，该混合物继续进人萃取剂再生塔进行二次分离，最终萃取剂再生塔塔 釜为合格的苯胺产品，继续返回萃取精馏塔重复利用，萃取剂再生塔塔顶则为合格的乙腈产品.基于化工模拟软件A s p e n P lu s中的R a d fra c模块对全流程进行模拟，并应用灵敏度分析工具Sensitivity对溶剂比 （萃取剂对原料的质量比 ）、 全塔理论板数、原料进料位置、萃取剂进料位置、回流比等因素进 行优化，确定最佳工艺方案.利用A s p e n P lu s软件的计算器工具计算整个过程中萃取剂循环利用情况下，需要补充新鲜萃取剂的量.初始模拟条件为：甲醇/乙腈恒沸物进料流量为100k g/h，甲醇质量分数为73.2%和乙腈质量分数为26.8%.萃取精馏塔全塔理论塔板数总计40块，回流比为2,恒沸物在第20块塔板进料，萃取剂在第3块塔板进料，全塔恒定常压，塔顶馏出量73. 2k g/h，溶剂比为1.图3 甲醇/乙腈体系萃取精馏工艺流程3工艺参数优化3.1 确定溶剂比图4分析了溶剂比对萃取精馏塔产品纯度和能耗的影响.溶剂比提高，塔顶甲醇的质量分数(W D)急剧增大，塔釜乙腈的质量分数(W B)急剧减小，当溶剂比大于3.5之后，撕0基本不变，冷凝器热负荷也基本不变，再沸器的热负荷仍在提高.在尽可能降低能耗和提高产品纯度条件下，确定溶剂比为3. 5.3.2确定全塔理论塔板数图5分析了全塔理论塔板数变化对萃取精馏塔能耗和产品纯度的影响.当全塔理论塔板数在第19&26 块板范围内增加时，能耗和产品纯度都在逐渐增加，但是当全塔塔板数超过26块，塔顶甲醇和塔釜乙腈的质量分数几乎不变，再沸器和冷凝器的热负荷也基本不变.因此，在尽可能降低能耗和提高产品纯度条件下，选择全塔理论板数为28较为合理.图5 全塔理论塔板数的影响3.3确定恒沸物进料位置图6分析了恒沸物进料塔板对萃取精馏塔产品纯度的影响.当恒沸物进料板逐渐下移过程中，塔顶甲 醇和塔釜乙腈的质量分数均表现为先增大后减小，而选择第24块塔板为恒沸物进料位置时，两种产品的质 量分数均达到最高，故确定恒沸物在第24块塔板进料.3.4确定萃取剂进料位置图％为萃取剂苯胺的进料塔板位置对精馏塔产品纯度的影响.当苯胺进料位置从第1块塔板下移至第 5块塔板过程中，塔顶甲醇的质量分数先急剧增大后逐渐减小，但是萃取剂在第4块塔板进料时，甲醇的 质量分数可高达99. 661，因此确定萃取剂在第4块塔板位置进料.3.5确定最佳回流比图8分析了回流比对萃取精馏塔塔顶和塔釜 产品纯度的.和塔釜乙腈的质量分数随着回流比增大也急剧增大，但是当回流比大 于1.2后，.和塔釜乙腈的质量分数基本不再变化.因此，确定回流比为1.4比较合适，可 以保证塔顶甲醇的质量分数达到99. 74%.3.6萃取剂再生塔基于灵敏度分析工具，优化萃取剂再生塔的 工艺参数，最终为：混合物在第10块塔板进料，I8全塔理论塔板总计20块，回流比为0.8.参数优化后，最终塔顶乙腈质量分数为99.28 %，塔釜苯胺质量 分数为100%.3. 7补充萃取剂用量在双塔连续萃取精馏的循环过程中，会有少量的萃取剂在双塔的塔顶损失掉，从而降低溶剂比，影响 分离效果，若不及时补充新鲜的萃取剂，甚至会使甲醇和乙腈的纯度达不到分离要求，所以需要计算萃取 剂的补充量，可以利用A s p e n P l u s软件的计算器工具，本实例最终计算出：萃取剂补充量为0. 004 kg/h .3.8工艺参数优化结果采用As p e n P l u s软件对全流程进行了模拟，优化了影响分离纯度和能耗的工艺参数，列于表1中.在此最佳工艺参数下进行模拟，最终各产品纯度见表2.最终产品甲醇的质量分数达到99. 74%，乙腈的质量 分数达到99. 28%，再生的萃取剂苯胺的质量分数达到100% ;萃取剂苯胺的补充量为0. 004 kg/h .表1全流程工艺参数参数取程萃取剂流量/(k g •h0350理论塔板数/块28萃取精馏塔恒沸物进料塔板位置24萃取剂进料塔板位置4回流比/m o l1. 4理论 板数/20萃取剂再生塔混合物进料塔板位置10回流比/m o l0. 8表2全流程模拟计算结果物流甲醇/%乙腈/%苯胺/%@199. 740. 266. 0679e- 05@20. 7299.283. 7511e-09B21. 2267e-141. 2749e-051004教学效果评价将A s p e n P l u s软件引人化工2013级分离工程课程的课堂教学后，与之前没有引人该软件的化工2012 级进行了调查问卷对比.调查问卷的内容是：萃取精馏过程中萃取精馏塔哪个工艺参数对目标产品的纯度影响最大？在理论教学完成后，化工12级问卷结果显示：学生认为最大影响因素是回流比（51. 33%)、塔板数(18. 58%)、原料进料温度（15. 04%)、溶剂比（7. 96%)、原料进料板位置（5. 31%)、其它（1. 78%).将A s p e n P l u s软件结合萃取精馏实例引人化工2013级教学开设实践训练之后，化工13级问卷结果显示：学生认为最大影响因素是溶剂比（81. 42%)、塔板数(8. 85%)、回流比（7. 08%)、其它（2. 65%).对比可以看出，将A s p e n P l u s软件引人理论教学之后，化工13级有81. 42%的学生回答出了溶剂比为最大影响因素的正确答案，明显提高了教学效果和质量，加深了学生对分离过程的理解和认识.5结论1)将化工流程模拟软件A s p e n P l u s应用于分离工程课程的教学与实践中，能够有效地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，真正培养了企业所需要的工程应用型人才.2)利用A s p e n P l u s软件中的P r o p e r t y A n a l y s i s功能，计算并绘制了模拟二元汽液平衡相图，确定苯胺为最佳萃取剂；利用R a d f r a c模块，模拟和优化了甲醇/乙腈恒沸物萃取精馏分离过程，利用S e n s i t i v i t y 工具优化了影响分离纯度和能耗的工艺参数；利用A s p e n P l u s软件的计算器工具，计算得到整个流程需要补充的新鲜萃取剂量.通过A s p e n P l u s软件模拟计算，简化了学生繁杂的计算过程，提高了流程模拟的实践能力，有效提高了教学效果和质量.参考文献：[1]陈洪钫，刘佳琪.化工分离工程[M].北京：化学工业出版社，1981.宋华，陈颖.化工分离工程[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.']徐东彦，叶庆国，陶旭梅.分离工程[M].北京：化学工业出版社，2012.']禹华平，陈洪余，郑瑞伦.大学生实践能力模型的初步构建'].西南师范大学学报（自然科学版），2016, 41(1): 189 —194.']廖文利，郭朝中，李忠彬，等.物理化学实验中运用原理分析的教学模式探索'].西南师范大学学报（自然科学版），2016, 41(3)： 202-206.[6]王克良，李静，黄禹，等.以苯胺为萃取剂萃取精馏分离苯一环己烷共沸体系'].化工技术与开发，2017,46(3) ： 29-32.[]孙兰义，张月明，李军，等A s p e n P l u s在化工原理课程设计教学中的应用[J].广东化工，2009, 36 (12): 173-175.[]李静，王克良，李志，等.A s p e.P l u s软件在《化工设计》中的教学应用[].山东化工，2017, 46(1): 145-146. 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N orthC SinaC om pany，CUina Petroleum Engineering C o.，L T D.，Renqiu Hebei 062552，ChinaA bstract：T a k i n g e x t r a c t i v e d i s t i l l a t i o n a s a n e x a m p l e，A s p e n P l u s s o f t w a r e w a s u s e d i n t e a c h i n g a n d p r a ct i c e i n t h e c o u r s e o f s e p a r a t i o n e n g i n e e r i n g，t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t e x t r a c t a n t s o n m e t h a n o--a c e t o n i t r i l e az e o t r o p e w e r e a n a l y z e d.T h r o u g h t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s，t h e o p t i m u m p r o c e s s p a r a m e t e r s w e r e o b t a i n e d. T h e p r a c t i c e s h o w s t h a t u s i n g t h e s o f t w a r e c a n m a k e u p f o r t h e s h o r t a g eb i n e t h e o r e t ic a l k n o w l ed ge a n d e n g i n e e r i n g p r a c t i c e ef f e c t i v e l y.I t c a n i m p r o v e t h e a p p l i c a t i o n a b i l i t y o f t h e s t u d e n t s a n d d e e p e n e d t h e u n d e r s t a n d i ng o f b a s i c c o n c e p t，p r i n c i p l e a n d p r o c e s s o f thi s c o u r s e.T h r o u g ht h e s o f t w a r e，t h e t e a c h i n g e f f e c t a n d q u a l i t y c a n b e i m p r o v e d e f f e c t i v e l y.K e y w o rd s：s e p a r a t i o n e n g i n e e r i n g;A s p e n P l u s;e x t r a c t i v e d i s t i l l a t i o n责任编辑汤振金。
目录1.引言 (2)2.设计条件 (2)3.工艺过程计算 (3)3.1Tower-1的设计 (3)3.2tower-2的设计 (7)3.3Tower-3的设计 (10)3.4换热器的设计 (12)4结果汇总 (20)5.设计心得 (21)6.参考文献 (22)1.引言Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的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。
Aspen Plus庞大的数据库包是得到精确可靠的模拟结果的关键，该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据，用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus系统连接，其广泛应用于化学与石油工业、炼油加工、生物及医药等方面。
本文采用Aspen Plus进行轻苯馏分体系精馏塔的设计，目的是将反应产物分离成为C4、C5、C6及C10四个馏分，且每个馏分的质量分数均不低于0.95，收率不低于0.96，完成在此工艺分离条件下塔和换热器的设计，本文采用了三个精馏塔进行分离操作，并对塔和换热器的类型进行了选取，并进行相关工艺参数的确定。
2.设计条件1）已知：有一股轻苯馏分，流率为1000kg/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4-1。
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。
Aspen Plus软件在乙醇-水分离塔设计中的应用贾宪勇;汪洋;王悦伟【摘要】本文在对乙醇与水分离过程中结合Aspen Plus软件对该过程进行模拟.模拟计算结果显示该流程的产品质量及产品收率均能满足要求.同时对精馏塔的总塔板数、回流比以及进料板位置逐一进行了优化.同时分析了进料位置以及回流比对产品质量及能耗的影响,对比了优化前和优化后总体的能量消耗.最后还结合模拟和经验公式计算对该塔的塔高、塔径以及相关的经济指标进行计算,旨在为实际的乙醇-水分离的精馏塔设计提供指导.【期刊名称】《天津化工》【年(卷),期】2019(033)002【总页数】5页(P35-39)【关键词】Aspen模拟;乙醇;精馏塔【作者】贾宪勇;汪洋;王悦伟【作者单位】天津药物研究院药业有限责任公司,天津300301;天津药物研究院药业有限责任公司,天津300301;天津药物研究院药业有限责任公司,天津300301【正文语种】中文【中图分类】TQ028.31 前言精馏是化工和石油行业最主要的分离手段，但同时精馏也是耗能巨大，设备投资高昂的操作单元。
一方面在给现代社会和人们提供各种生活所需如食物、热量等，另一方面精馏每年所消耗的能量占整个石化生产过程耗能的40%～70%[1]。
同时各国的研究人员也正在开展围绕精馏塔的各种设计，分析以及优化方面的工作。
随着时代的发展，精馏过程的研究也逐步由之前广泛应用的手算－图表法过渡到目前的计算机辅助设计和建模。
精馏分析和设计中所包含的气－液相平衡迭代计算和逐板组分平衡问题的求解，比较适合采用数字计算的方法进行求解[2]。
相比以前许多研究者以及工程师采用的是手写程序并求解精馏塔稳态操作的非线性代数方程组以及描述其动态状态的非线性常微分方程组。
逐步地，随着化学工业的成熟，许多像陶氏化学、美国UOP、德国巴氏夫等国际巨头化学公司都各自设立研发部门开发各自内部使用的工艺模拟程序。
而此时作为最重要的化工单元操作之一的精馏，必然成为大家进行开发和模拟的首要任务。
ASPEN软件模拟在分离中的应用工艺092 刘峰030091054当前化学研究已达到分子设计的水平，化工生产和管理也多采用计算机控制。
计算机进入化学化工领域后，在帮助深入研究化学基础理论呵促进化工生产方面都显示出强大的作用流程模拟是将一个由多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果如操作条件等。
这一方法是计算机技术在化工方面最重要的应用之一。
随着计算机技术的发展及应用软件技术的开发，化工过程模拟技术日趋成熟和实用，商业化软件广泛出现于化工模拟中，它已成为一种普遍采用的常规手段而广泛应用于化工过程的研究开发；设计生产过程的控制、优化及技术改造等方面。
各种软件的模拟计算不但大大减少了计算工作量，也便于对工艺条件进行优化，其主要的代表Aspen，PROⅡ，ChemOffice。
同时应用这些流程模拟软件，还可确定工艺操作条件，优化操作参数，比较直观的看到各种参数条件下的分离的效果与塔的状态。
先简要介绍ASPEN PLUS软件的功能，再举例介绍该软件在各类分离工艺中的应用。
1 ASPLEN软件的功能概述ASPEN PLUS是世界性标准流程模拟软件，也是国际上功能最强的商品化流程模拟软件，这套软件系统已广泛应用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品加工等许多工业领域。
使用ASPEN PLUS工作页面可以建立、显示模拟流程图及PFD—STYLE绘图。
这款流程模拟软件主要具有以下六项功能：建立基本流程模拟模型、灵敏度分析、设计规定、物性分析、物性估计以及物性数据回归[1]。
在Aspen Plus中关于精馏的模块有：（1）简捷法模型：包括DSTWU（简捷法精馏设计模型）、Distl（简捷法精馏核算模型）、SCFrac（简捷法多塔蒸馏模型）；（2）严格法模型：Radfrac（严格法精馏模型）、MultiFrac（严格法多塔精馏模型）、PetroFrac（严格法分馏塔）、Rate Frac（精馏的核算与设计模型）、Ext ract （严格萃取塔模型）[2]。
