ASPENPLUS在化工实验教学和科研中的应用.docx

第23卷第6期 2009年6月
Vol
Jun
23,No.6 6.2009
化工时刊
Chem ical hdustry Tm es

doi:10.3969/j issn. 1002 -154X 2009.06.022

A.SPEN PLUS

王彩红 林雄超 董 敏 王永刚
(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京100083)

随看计算机技术的发展，ASPEN PLUS作为较高水平的实验仿直软件近年来在高校化工实验教学中备受青 睐。从化工专业特点的实际出发，提出目前化工实验教学所存在的一些问题，同时对 ASPEN PLUS模拟软件进行概 括，重点论述其在化工实验教学和科研生产中的应用。实践表明，ASPEN RLUS是降低化工实验教学成本，培养学生 实际动手能力，提高设计安装和科研创新能力的有效工具。
A.SPEN RLUS 实验教学 化工原理 课程设计

21世纪是世界各国之间科技、人才和综合国力 激烈竞争的世纪，其竞争的实质是人才竞争。培养有 开拓性、创造性，能参与国际竞争，具备应变能力的高 级专门人才，是中国高等工程教育的出发点和归宿。 化学工程与化工工艺的有机结合，涵盖了化工原理、 化工分离工程和有机化工工艺学等专业课程，具有其 自身的特点。 一方面化工专业课是理论联系实际非 常紧密的课程，理论性、技术性和实践性较强；另一方 面化工生产技术难度大，工艺流程复杂，操作技术要 求较高。鉴于上述特点，在授课及实验教学中仅采用 传统的教学模式比较困难。由于化工实验成本高，完 整的工艺设备庞大，耗时较长等特点使得实验室仅开 设了一些小型的、简单的验证性实验，这对于培养学 生的创新能力以及解决工程实际问题能力帮助不大。 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知 识解决一个不太复杂但却是综合性的问题，从而了解
简单工程项目设计全过程，初步获得工程技术的基本
训练。计算机仿真技术尤其是 ASPEN RUS等模拟
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。1~9

ASPEN PLUS


ASPEN PLUS(Advanced System for Process Engi-
neering,简 称 ASPEN) 是大型通用流程模拟系统，是
美国 ASPEN TECH公司于上世纪80年代推向市场
的适用型流程模拟软件，它用严格和最新的计算方 法，进行化工单元和全流程的模拟运算。其主要产品
功能和特点是：
(1)产品具有完备的物性数据库
ASPEN RLUS数据库包括将近6000种纯组分的 物性数据。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25万多套数据。同时用户也可
以把自己的物性数据与 ASPEN HUS系统连接。
(2)备有全面、广泛的化工单元操作模型，能方
便地构成各种化工生产流程
能够进行近10种气液平衡系统模拟计算，包含精 馏模型、多塔模型等单元操作模块，可广泛模拟分析化
工、石油化工、生物化工、合成燃料、冶金等工业过程。
(3)提供一套功能强大的模型分析工具，最大化
工艺模型的效益
能够进行收敛分析、灵敏度分析，将工艺模型与 真实的装置数据进行拟合，确保精确、有效的真实装
置模型。
(4)根据模型的复杂程度，支持规模工作流。
在整个工艺生命周期，优化工作流；回归实验数据；

:2009-03 -02
:王彩红(1981～),女，硕士，助教， Email wangcaihong2005@126. com

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用简单的设备模型，初步设计流程；用详细的设备模型， 严格地计算物料和能量平衡；确定主要设备的尺寸；在 线优化完整的工艺装置；可以从简单的、单一的装置流
程到巨大的、多个工程师开发和维护的全厂流程。
2 A SPEN PLUS

ASPEN RUS是用实时运行的动态数学模型代替 真实工厂进行实习教学的一门新技术。可以使学生在 进行理论学习和简单的认识实习后不用进工厂、不上 装置就能得到开车、停车和事故处理等操作机会。对 于学生了解化工过程的工艺和控制系统的动态特性，
提高对工艺过程的运行和控制能力具有特殊的效果。
2. 1 ASPEN PLUS
在构成化工工程课程的三大教学环节中，化工原 理实验起着验证理论、结合科学研究和生产实际、培 养学生动手能力和创新能力的重要作用。近年来许 多院校在强化化工原理实验教学方面做了大量的探 索 。 刘 保 柱 等 利 用ASPEN RLUS提供的精馏 模型中的 DSTWU 计算模块获得不同塔板数下对应 的回流比，将数据导入 Excel进行费用计算得到最优 回流比。用 RADFRAC 模块进行严格计算，得到完整 的工艺数据，再利用自编软件即可完成塔板和换热器 设计。软件的应用增强了学生的兴趣，提高了设计效 率和质量，使课程设计更接近工程实际，获得了良好 的教学效果。樊艳良”以甲醇和醋酸的酯化反应为 例，介绍了模拟计算反应精馏过程的方法。计算初 步确定了最佳回流比，合理的甲醇过量程度，并通 过灵敏度分析得出灵敏板的大概位置。此计算结果 可作为反应精馏实验的基础，在大学化工原理教学过
程中起到很好的示范作用。
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。李伟等指出ASPEN RLUS是 目前应用最广的化工流程模拟软件，发达国家至少在 10 a前就将这类软件普遍应用于本科生的教学，学生 在学习相关课程时，许多内容都是用化工模拟软件来 完成的。通过将 ASPEN PLUS模拟软件引入分离工
程教学中，提高了计算效率、开阔思路、巩固基本概

念，促使学生深一步的进行多因素考察，实现整体优 化。应用模拟软件，加强了案例教学，从而实现了真
正意义上的工程设计。
2. 2 ASPEN PLUS
由于 ASPEN RLUS可广泛应用于化工设计、模拟 计算、生产优化等多领域，比国内单一的计算软件精 馏塔模拟计算、加热炉计算等更加优秀。早在2001 年底，中石化集团公司购买了 ASPEN PLUS使用、服 务权，在全石化系统推广应用。作为工业生产的基 础，各高校及科研院所在日常的科学研究中逐渐注重 ASPEN RLUS模拟软件的应用，并对其进行了改进，
在不同的科研项目中取得了大量的成果。
王桂云等结合实际数据，用ASPEN PLUS软件 分析了5种双效精馏中两效之间的原料分配及前效 的分离纯度对节能率的影响，阐述了实现节能最佳应 遵循的原则。与其他4种双效精馏相比，并流型的节
能效果最好，与单效精馏相比可节约热能49.14%。
基于化工反应过程中对精馏设备的计算要求，李 群 生 等 应 用 ASPEN PLUS化工模拟系统中的 RADFRAC 精馏模块对氯乙烯精馏中的低沸塔进行 模拟，模拟值与实际值基本吻合。讨论了回流比、进 料位置、馏出比等参数对精馏的影响，获得了对氯乙
烯精馏具有指导意义的相关工艺数据。
随着全世界能源问题的日益紧迫，煤化工行业广 泛兴起。许多高校和科研院所也陆续投入到煤化工 新工艺的开发和优化中来。作为火电厂的烟气脱硫 技术，由于湿法脱硫工艺复杂、影响因素繁多，特别是 经济性敏感，其核心技术长期处于国外垄断状态。孙 志 翱 等 利 用ASPEN RLUS对火电厂烟气湿法脱硫 工艺进行了模拟，开发出了具有自主知识产权的烟气 脱硫技术，其结论与原始设计数据较为吻合，建立的 模型对优化设计具有一定的指导意义。 ASPEN RLUS 在模拟煤炭气化过程中有独到的优势，在替代能源的 研究中起到了非常重要的作用。孟辉等2应用 ASPEN RLUS软件建立了 Texaco气化炉的模型，并进 行了模拟计算，结果与文献数据相符，模型计算结果 可靠。对喷流床气化的模拟标明，此软件能够较合理 地模拟 llinoisNol6煤种的气化反应，可用于对参数 的分析研究。张宗飞等以 ASPEN RLUS为模拟工 具，选择反应平衡模型，并应用 Gibbs自由能最小化
方法建立了 Shell粉煤气化模型；通过对神华、沾化和

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天碱煤种的气化模拟，对建立的模型进行了检验，也
取得了良好的结果。

3
将 ASPEN HUS应用于化工实验教学和科研中，
不但节约了实验成本，解决了试验台套数不足等问题， 并且还将实际案例应用于实验设计中，使课程紧密贴 近实际化工过程，减轻了计算工作量，提高了设计效率 和质量，开阔了学生的视野和自主创新能力。同时通 过软件的学习，培养了学生应用计算机进行科学研究 的能力。需要注意的是，软件的使用可能会带来过度 依赖计算机工具从而削弱手工计算的问题。因此，要 求学生在进行软件计算前，手工计算一种工况以掌握 手算机能，多种工况的计算则由软件完成，有利于学生 对比手算和机算的差异并分析原因。同时要注意协调
模拟实验和真实实验的比例，充分发挥两者的互补性。

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( 上 接 第 6 5 页 ) 本段储层保护情况表明：经试 破、酸化、网络酸化解堵措施后，测试天然气绝对无阻 流量逐渐增加，说明在射孔、酸化等工艺措施配合下，
WST-100 非渗透处理剂具备储层保护功能。

5

(1)室内研究及现场应用表明，WST-100 能 快 速形成良好的致密非渗透屏蔽层，对漏层的封堵能力 强，能提高地层承压能力，抗盐、抗膏侵能力强；但是 当裂缝宽度较大(大于67μm) 时，屏蔽层承压能力
不 高 ( 低 于 5MPa), 影响其封堵及储层保护效果。
(2)现场应用表明，非渗透处理剂 WST-100 在
堵漏及提高地层承压能力方面效果显著。
(3)现场应用表明，非渗透处理剂 WST-100 在
相关工艺技术配合下，具有一定的储层保护功能，建
议现场应用中将非渗透处理剂 WST-100 与其它高
酸溶率防漏堵漏材料复配使用，提高储层保护效果。
(4)非渗透材料价格昂贵，使用成本高是其最为
突出的缺点，推广应用具有一定难度。


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