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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。 软件是全英文的操作界面， 对设计工作者的专业英语水平也提出了更高的要求。 为了使设计工作者能在给定时间内掌握软件的基本用法并利用它完成设计任务， 利用有限学时， 在软件使用环节介绍软件的使用步骤、 用户界面； 物性计算模 型的选择； 流体输送单元选择 pump 和 valve； 传热单元选择 heater 和 heatX； 分离器选择 flash2 和 sep； 塔器选择 DSTWU 和 RadFrac； 反应器选择 RStoic、

Rplug 和 RCSTR 等典型的单元模块进行软件使用， 让设计工作者学习典型单 元模块的基本设置方法， 通过单元模块的仿真模拟， 掌握软件的工作原理， 学 会分析仿真模拟结果， 并结合化工原理课程设计中的手工计算结果， 进行对比 分析。 在软件使用环节中， 通过屏幕捕捉软件制作单元操作模拟视频， 通过软 件的 Next 专家导航系统和强大的在线帮助功能， 可以使设计工作者较快地掌 握软件的基本使用功能。 需要注意的是， 在用软件模拟仿真之前， 要求设计工 作者掌握手工计算的方法和原理， 通过对比手工计算和软件模拟的差异学会分 析原因。
三、软件使用实例探讨

以精馏模拟为例， 模拟对象是乙苯———苯乙烯系统一级精馏塔， 进料条 件为： 乙苯 28.4% (质量分数)， 苯乙烯 71.6% ( 质量分数) ， 流率 1000 kg/h， 压力 0.12MPa， 温度 30 度； 精馏塔塔压 0.02 MPa； 要求 99.8%的乙 苯从塔顶排出， 99.9%的苯乙烯从塔底排出， 确定精馏塔的理论板数、 回流比和 最佳进料板位置。 首先用 DSTWU 模块进行精馏塔的简捷计算， 确定出回流比、 理论板数等基本参数。
添加完物流后即完成了基本的流程输入； 从数据库中添加本模型所需的乙 苯和苯乙烯组分； 物性方法选择 NRTL 模型； 定义进料物料流股， 操作单元 模块定义时初选回流比为最小回流比的 1.5 倍， 输入流出物和塔釜液的产品回 收率， 即可完成数据的输入， 进行模拟。计算的物流结果见表 1， 最小回流 比为 12.13， 最小理论板数为 55 块， 进料板为第 48 块。
将计算选项中选择“生成回流比———理论板数关系表”， 此结果对选取合 理的理论板数很有参考价值； 然后通过“plo” 进行绘图，合理的理论板数可在 图中曲线斜率绝对值较小的区域(80~0 之间) 选择， 回流比选择为 25， 理 论板数选为 85。
然后， 用 RadFrac 模块进行严格计算， 物料组分信息都不变， 流程图中 只需将 DSTWU 模块换成 RadFrac 模块， 重新连接流股， 根据 DSTWU 简捷 计算的结果设定模块参数， 运行结果如表 2 所示。通过浓度分布剖形结果表可 知， 在 16 块板处的组分质量分数与进料组成较为接近， 把进料板数设为 16 重 新运行， 进行校核计算。 还可以通过灵敏度分析工具选择最佳进料板位置， 进 行优化设计。
表 2 RadFrac 模拟组分浓度分布剖形结果 (质量分数) Aspen Plus 是功能强 大的流程模拟软件， 把 AspenPlus 软件应用到化工设计中， 可以减轻计算工作 量， 提高设计效率和质量， 提高设计工作者的学习兴趣， 让他们更好地巩固 和提高化工原理知识， 促进他们提升解决工程实际问题的能力， 为软件使用改
革开辟新的路径。

结束语：

综上所述， 由于化工设计计算量大， 必须通过相应的化工模拟软件来实现。 Aspen Plus 计算精确，运行速度快，成为化工设计者的首选软件。
参考文献：

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