AspenPlus应用于化工原理课程设计的实践
化工过程模拟实训AspenPlus教程第二版课程设计
化工过程模拟实训AspenPlus教程第二版课程设计1. 简介Aspen Plus是一种广泛使用的化工过程模拟软件，它可以模拟各种化学工艺操作和过程。
本教程将介绍如何使用Aspen Plus进行化工过程模拟实训。
本教程是第二版，增加了更多的实例和案例，以便读者更好地理解和应用Aspen Plus。
2. Aspen Plus基础在开始使用Aspen Plus前，需要了解以下基础概念：2.1 单元操作单元操作是指物料转化和传递过程中的基本操作，如反应、蒸馏、吸收、萃取等。
Aspen Plus提供了许多单元操作模块，可以用来构建整个流程。
2.2 组成组成是指物料的组成成分。
在Aspen Plus中，组成可以用化学式、分子式、元素符号等表示。
2.3 热力学热力学是指物料的能量状况。
在Aspen Plus中，可以使用不同的热力学库来模拟不同的物料。
2.4 流程图流程图是Aspen Plus中最基本的概念，所有的操作都可以在流程图中进行。
3. Aspen Plus实例3.1 空气分离实例空气分离是工业化学中常见的过程。
它可以通过液化空气来分离氮气和氧气。
在Aspen Plus中，可以使用cryogenic splitter模块来模拟这个过程。
1.创建流程图并选择cryogenic splitter模块。
2.设置物料组成和流量。
3.设置冷却剂和回收装置。
4.进行模拟并查看结果。
3.2 甲醇制备实例甲醇制备是另一个常见的化学工艺过程。
它可以使用甲烷和水制备甲醇。
在Aspen Plus中，可以使用reactor模块来模拟这个过程。
1.创建流程图并选择reactor模块。
2.设置物料组成和流量。
3.设置反应条件和反应器类型。
4.进行模拟并查看结果。
3.3 精制实例精制是化学工业中重要的过程，它可以使物料纯度更高。
在Aspen Plus中，可以使用distillation column模块来模拟这个过程。
1.创建流程图并选择distillation column模块。
ASPEN PLUS在化工专业教学中的应用
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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
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。
Aspen Plus在化工设计物料衡算中的应用
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在讲 完 手箅过 程后 ， 体介绍 Ａ ｐ ｎＰｕ 在 该连 具 ｓｅ ｌｓ
续 反 应过 程物 料 衡算 实例 中的应 用 。首 先 ， 据题 设 根
条件 得 到进料 组 成 。打开 Ａ ｐｎＰｕ 用 户 界面 ， ｓｅ ｌｓ 选用
化学 计 量反 应器 模 块 进 行模 拟 ， 图 １ 示 。然 后 ， 如 所
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Ａ ｐｎ Ｐｕ 是 美 国 麻 省 理 工 学 院 于 ２ ｓｅ ｌｓ ０世 纪 ７ ０
转 化 率为 ２％ ， 成产 物 的乙烯 的选 择性 为 ８ ％ ． ５ 生 ０ 计 算 反 应器 出 口物 料 的流量 和组 成 。 传统教学 中， 我们 按 课 本 的计 算 步 骤讲 解 ， 行 进 物料 组分 的编 号 、 计算 简 图 、 物料平 衡方 程 、 画 列 列摩
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章 节 之一 ， 本里 的 例题 都是 通 过 手 算 解得 ， 课 公式 太 多 ， 算过 程 复杂 ， 计 老师 讲得 煞费 苦心 ， 生学得 一 知 学
半 解 。Ａ ｐ ｎＰｕ 作 为 目前 通 用 的大 型化 工 流程 模 ｓｅ ｌｓ
拟 软件 ， 有 强大 的工 艺计 算能 力 ， 具 因此 ， 很有必 要将 其 应 用 于物料 衡算 。
过对该 软 件 的介 绍 和举 例 应 用 ， 阔 了学 生 的 眼界 ， 开 激发 了他们 的学 习兴 趣 ， 提高 了他们 的 学 习主动性 。
AspenPlus软件在化工原理课程设计中的应用
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第 ４８卷
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件在化工原理课程设计中的应用
管述哲，刘宣池，董孝宇，吴进喜，苏 冰，张玉双，吴咏梅
（新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 ８３００９１）
摘要：化工原理课程设计是化工类专业一门重要的工程技术类基础课程，是考察学生化工原理知识的综合运用以及解决实际工程问题 能力的重要课程。通过 ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件进行辅助教学，提高了学生解决化工原理课程设计实际问题的效率；培养了学生多角度、多方法 解决工程问题的能力；通过设计结果误差的分析，加深了学生对化工原理及化工原理课程设计课程的理解。 关键词：ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ；化工原理；教学方法；课程设计 中图分类号：Ｇ６４２．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０１－０１３６－０２
连续精馏塔。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热 至泡点后送入精 馏 塔 内，塔 顶 上 升 蒸 汽 采 用 全 凝 气 冷 凝，冷 凝 液在泡点下一部分回流至塔顶，其余部分经产品冷却器冷却后 送至储罐。
（１）生产能力：年处理乙苯 －苯乙烯混合物 １１．０万 ｔ（开 工率 ３３０天 ／年，Ｆ＝１３１．８ｋｍｏｌ／ｈ）；
临界温度 ／℃
临界压力 ／ＭＰａ
乙苯（Ａ） 苯乙烯（Ｂ）
Ｃ８Ｈ１０ Ｃ８Ｈ８
１０６．１６ １０４．１４
１３６．２ １４６
３４３．１ ３６９
３．７０ 底产品流率为 Ｗ， 塔顶流出液中乙苯含量不低于 ０．９５，塔底釜液中含量不高于 ０．２５，对精馏塔做全塔物料衡算。有：ＦＸｆ ＝ＤＸｄ ＋ＷＸｗ
（２）原料：乙苯的含量 ６０％（质量分数，下同）； （３）分离要求：塔顶流出液中乙苯含量不低于 ０．９５，塔底 釜液中含量不高于０．２５，泡点进料。
Aspen Plus软件在化工原理课程各教学环节中的应用
Aspen Plus软件在化工原理课程各教学环节中的应用李微;刘世熙;马志刚;袁申富【摘要】Principles of Chemical Engineering is an important fundamental technology course for students majoring in Chemical Engineering.It is an application course with the focuses of practicality and engineering.The model blocks in Aspen Plus are closely related to unitoperations.Employing Aspen Plus in theory teaching,experiment teaching and curriculum design of Principles of Chemical Engineering realizes the combination of theory and practical application.It can not only improve the quality of teaching,but also promote the cultivation of students' engineering practical ability.The application of Aspen Plus in the teaching links of chemical engineering principles was emphatically introduced,and some concrete examples were presented.%化工原理是化工类专业的重要基础技术课,工程性和实践性很强,其各单元操作与Aspen Plus软件中的单元模块紧密联系.将Aspen Plus应用于化工原理理论教学、实验教学以及课程设计等环节,实现理论与实际应用的充分结合,不仅可以提高教学质量,而且能够促进学生工程实践能力的培养.本文分点介绍了Aspen Plus软件在化工原理各教学环节中的应用,并给予了实例说明.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)011【总页数】5页(P185-189)【关键词】AspenPlus;化工原理;实3【作者】李微;刘世熙;马志刚;袁申富【作者单位】云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091;云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091;云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091;云南大学化学科学与工程学院,云南昆明 650091【正文语种】中文【中图分类】TQ019化工原理是化工类专业学生最基础的专业课程，其概念多，计算复杂，理论性和实践性都很强。
AspenPlus在化工原理实验教学中的应用
Aspen Plus在化工原理实验教学中的应用作者：***来源：《高教学刊》2017年第14期摘要：在传统的化工原理实验教学基础上，将通用流程模拟软件Aspen Plus有目的、有步骤地应用于化工原理的实验教学中。
文章以实验题目筛板精馏塔分离乙醇-正丙醇混合液为例，分别阐述传统的实验教学方法及利用Aspen Plus中的简捷模块和严格计算模块对该分离过程进行模拟和设计。
通过将Aspen Plus与传统的化工原理实验相结合，可以使同学们增强学习兴趣，加深对化工单元操作的理解，提升教学效果。
关键词：化工原理实验；Aspen Plus；精馏塔中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）14-0112-03Abstract： Based on the traditional method of experimental teaching of Chemical Engineering Principle， the general process simulation software Aspen Plus has been used to the experimental teaching with a certain purpose and step by step. This paper shows the processes of the traditional method of experimental teaching and the application of DSTWU and RadFrac within the Aspen Plus in process simulation and design through the example of the separation of ethanol-n-propyl alcohol mixture with the Sieve plate distillation column. The combination of Aspen Plus and the traditional experiments of chemical engineering principle can increase students' interest， deepen the understanding of chemical unit operations and improve the teaching effect.Keywords： experiment of chemical engineering principle； Aspen Plus； distillation column一、概述化工原理是化學化工相关专业的一门重要基础课程，与生产实际紧密联系，一般开设在大学的基础化学课程之后，目的就是让学生在掌握了基础化学知识后通过化工原理课程的学习能够建立起“工程”概念，这对于学生以后的工作和学习都具有重要意义。
Aspen Plus在化工设计教学中的应用
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。
Aspen Plus使用体会-深厚的理论基础和工程实践
要想学好aspen很难，无论是入门新手还是入道较早的进阶者都会有如此的感慨。
是啊，学好aspen的确不是件容易的事，更不用说精通了！其实aspen难不仅仅难在它的本身，更难的还是它所涉及的广泛的知识和实际工作应用技能。
要学好aspen首先你要很好的掌握“化工热力学”、“化工单元操作”、“化学反应工程”等方面的理论与方法；然后你又要有能够实际应用这些理论知识的能力，也就是说你是一个很好的设计人员，或者是很好的操作者。
这些能力具备了，学习aspen自然就不难了，只要掌握它的使用方法就行了。
换句话说，aspen软件本身并不难，而它涉及的广泛的理论应用才真正的难。
比如用aspen搞设计，如果你不用aspen能够做出这个设计，那么用aspen当然就可以做出了。
反之，如果不用aspen你做不出来，那么用了aspen你也很难做出来，搞操作模拟同样也是这个道理。
Aspen不是救世主，真正的上帝是你，是你在主宰着aspen。
下用换热器设计的例子来说明这一点。
大家都知道，设计一台列管式换热器主要按下面步骤进行：1. 试算并初步设计换热器的结构首先是依据经验初步估计总传热系数，由此初步计算传热面积，然后初步确定换热器的结构尺寸。
2. 计算压降3. 核算总传热系数或传热面积。
4. 依据核算结果重新从第一步开始，直到得到满意的结果。
第1步中涉及到选择流体流径、管子尺寸的选择取与排布、管束与壳体的直径确定、折流板的结构与尺寸等等，这些是设计者要做的事情，aspen是做不了的。
当然第2、3步可以由aspen程序完成，但到第4步，核算结果不满意时，面对那么多的可以调整的参数，aspen就无能为力了，aspen不是专家系统。
只能由设计者根据具体情况调整不同的结构和参数。
接下来再让aspen计算。
这就是aspen Heatx的Detailed模块不能进行设计计算的原因。
你熟悉换热器设计的全过程，那么你就知道应该给aspen输入什么工艺和结构参数，它能计算出什么结果。
Aspen Plus在化工教学中的应用
Aspen+plus在化工设计教学中应用
万方数据汪斌等Ａｓｐｅｎｐｌｕｓ在化工设计教学中应用２０１０．Ｖ０１．２４，Ｎｏ．９１．１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。
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ具有丰富的物性数据和完备的物性模型。
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ数据库包括将近６０００种纯组分的物性数据，约９００种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数，约３３１４种固体的固体模型参数，６１种化合物的Ｈｅｎｒｙ常数参数，二元交互作用参数约４００００多个。
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ是唯一获准与ＤＥＣＨＥＭＡ数据库接口的软件。
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。
１．２完整的单元操作模块ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ包含完整的化工单元模块，易于组建化工流程。
单元模块包括①换热器，包括加热（冷却）器、两股物流换热器和多股物流换热器；②闪蒸器，包括双出口闪蒸和三出口闪蒸；③多级平衡计算，包括用于精馏、萃取、间歇蒸馏和石油精炼过程的平衡计算及填料塔、板式塔的塔内流体力学计算；④反应器，包括理想反应器、平衡反应、收率反应器、化学计量反应器和最小自由能反应器；可用来对反应器的物料和能量衡算，并进行反应器的设计；⑤其他，包括混和器、分流器、多出口组分分离器、泵和压缩机。
１．３分析工具ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ提供了一些重要的模拟分析工具。
如：流程优化、灵敏度分析、设计规定及工况研究等。
日垒璺巳皇翌旦坚璺查丝王透过史座旦２．１设计型计算设计任务：在常压连续筛板精馏塔中精馏分离含苯４１％的苯、甲苯混和液。
要求塔顶馏出液中含甲苯量不大于４％，塔底釜液中含甲苯量不低于９６％（以上均为质量分率）。
已知参数：苯、甲苯混合液处理量４ｔ／ｈ；进料热状态自选；回流比自选；塔顶压强４ｋＰａ（表压），热源低压饱和水蒸气，单板压降不大于０．７ｋＰａ；其他计算中所用物性数据由Ａｓｐｅｎｐｌｕｓ内置或计算。
在模型库中选择Ｄ蚋ｒＵ模型进行设计型简捷计算，如图ｌ所示。
在这里苯和甲苯体系可近似看成理想系，选择Ｉ．ｄｅａｌ方法。
化工流程模拟AspenPlus实例教程第二版课程设计 (2)
化工流程模拟AspenPlus实例教程第二版课程设计背景化工工程是指将原料通过化学变化经过一系列的工艺操作，转变成为有用的产品或半成品的工程技术。
而流程模拟是指将一个化工流程从原料到最终产品的整个过程，转化为一系列数学方程，通过计算机模拟这些方程，得到化工生产过程中实际情况的仿真技术。
AspenPlus是流程模拟软件领域的翘楚，它集成了热力学、物化性质数据库以及流程模拟引擎，广泛应用于包括化工、石化、新能源、制冷等诸多领域。
本文将介绍如何使用AspenPlus进行化工流程模拟。
涉及技术化工流程模拟的入门难度相对较高，需要涉及诸多领域的知识。
以下是本教程所涉及到的主要技术：1.化学工艺化学工艺包括物理化学、有机化学、无机化学、分析化学等多个方面。
2.热力学热力学是研究热与能量转化的科学。
其中最常用到的知识是热力学第一法则和热力学第二法则。
3.流体力学流体力学是研究流体（液体、气体）运动和变形规律及其作用的学科。
4.数学化工流程模拟需要用到多个数学知识，如微积分、线性代数、概率统计等。
设计目标本文设计目标为针对初学者，介绍如何使用AspenPlus进行化工流程模拟。
设计中将主要涉及以下内容：1.随机数生成器2.物性参数调节器3.简单的化工流程模拟4.更加复杂的化工流程模拟案例实现步骤步骤一：安装AspenPlus根据AspenTech官网提供的安装指南，完成AspenPlus的安装。
步骤二：创建新项目新建AspenPlus项目，并开启流程模拟界面。
步骤三：建立模型建立随机数生成器和物性参数调节器。
随机数生成器随机数生成器是用于快速生成随机数的工具，用于调节参数的随机性。
RANDU 1001 ! randu随机数生成器，初始数为1001物性参数调节器物性参数调节器是用于修改反应过程参数的工具。
TEMP 500.0 ! 修改温度为500K步骤四：建立流程建立简单的化工流程模拟。
A =B +C ! 反应A由B和C生成D =E +F ! 反应D由E和F生成步骤五：实现复杂化工流程模拟案例实现一个更为复杂的化工流程模拟案例。
AspenPlus在化工过程模拟中实际应用
Aspe nPlus 在化工过程模拟中的应用第2章AspenPlus 模拟基础 第3章流股的混合与分割过程模拟 第4章 压力变送过程模拟 第5章分离设备模拟第6章传热设备模拟 第7章塔设备模拟 第8章反应器模拟 第9章固体操作设备模拟第三章 流股的混合与分割过程模拟学习目的：1、练习用 Aspen Plus 进行流程仿真的基本步骤；2、掌握物流混合模块 Mixers/Splitters 的用法。
内容：课堂练习： 建立以下过程的 Aspen Plus 仿真模型 （exercise-3.1）：已知：将 100m 3/hr 的低浓酒精（乙醇20%w ,水80%w,40°C , 1 atm ）与200m 3/hr目 录第1章化工过程模拟概述-Prop 丙 n-正 iso-间、异 Meta-间的高浓酒精（乙醇90%w,水10%w, 30°C, 2atm）混合，混合后物流平均分为三股，一股直接输出，第二股与100 kg/hr的甲醇水溶液混合后（甲醇95%w，水5%w, 450C, 1.5 bar）输出，第三股与80 kg/hr的乙酸水溶液混合后（乙酸90%w, 水10%w, 350C, 1.2 bar）输出。
求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？课后练习：建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型（exercise-3.2）：1）将4000C, 3 bar 下的1000m3/hr 水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。
2）将400°C, 30 bar 下的1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。
3）将4000C, 300 bar 下的1000 m3/hr水蒸气、1000 m3/hr二氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合,求混合气体的温度和体积流量。
AspenPlus在化工设计中的应用实践与探索
2012.08总第267期摘要：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。
教学实践表明，使用软件模拟可以节省计算量、提高效率，培养学生解决工程问题的能力，与手工计算的差异对比分析原因，巩固化工原理知识。
关键词：Aspen Plus ；化工设计；教学实践中图分类号：G642.0文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）23-0093-02*本文系中国矿业大学（北京）大学生创新性实验计划项目“基于现代化工软件AspenPlus 的碳酸二甲酯工艺设计”（编号：110313y ）的阶段性成果。
一、引言化工设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。
[1]化工设计课程是高校化学工程与工艺专业的一门重要的专业必修课，是在学生学完专业基础理论课《化工原理》、《化学反应工程》、《化工热力学》及主要专业课《化工工艺学》、《化工仪表自动化》、《化工设备》后，所开设的一门综合性实践教学课程。
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]将Aspen Plus 应用于化工设计课程教学，不仅可以培养学生学习兴趣和计算机应用能力，而且为学生将来从事相关行业的工作打下坚实的基础。
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，本文结合Aspen Plus 在化工设计教学中的应用实践粗谈教学体会。
Aspen Plus在化工设计中的应用及问题探寻
Aspen Plus在化工设计中的应用及问题探寻摘要文章首先简要分析了Aspen Plus的特点，在此基础上，对Aspen Plus 在化工设计应用中的相关问题进行论述。
期望通过本文的研究能够对Aspen Plus 在化工设计中的推广使用有所帮助。
关键词Aspen Plus；化工设计；应用1 Aspen Plus的特点分析Aspen Plus是20世纪70年代被提出的流程模拟系统，在该系统中，物性模型及数据是确保模拟结果精确、可靠的关键之所在[1]。
大体上可将Aspen Plus 的特点归纳为以下几个方面：Aspen Plus数据库当中有6000种左右的纯组分性质的物性数据，纯组分数据库中包括6000种左右的化合物参数；电解质水溶液数据库中，包含将近1000种左右的分子和离子溶质估算电解质物性所需的参数，水溶液数据库中所含的离子种类将近900，可在电解质中进行应用；Aspen Plus 是目前唯一一款获准与DECHEMA数据库接口的软件，在DECHEMA数据库当中，收集了全球最完备的气液平衡与液液平衡数据，两类数据的总量约为25万套。
2 Aspen Plus在化工设计应用中的相关问题化工设计是一项较为烦琐的工作，Aspen Plus的出现，使得化工设计过程得以简化。
下面从闪蒸温度及压力的确定和精馏设计两个方面对Aspen Plus在化工设计应用中的相关问题进行分析[2]。
2.1 在闪蒸温度及压力确定中的应用（1）设计流程。
在闪蒸温度及压力确定的设计中，需要使闪蒸器出口乙醇的质量分数达到规定的要求，即11%。
对相关变量进行采集时，可通过改变压力的方法来实现对乙醇浓度的调整，换言之，压力是整个设计过程的操纵变量，具体的设计流程如下：Step1：流程图构建。
这是设计中较为重要的一个环节，首先通过主菜单进入到Aspen Plus的模拟界面当中，然后选取闪蒸器模块，用鼠标点击窗口空白位置处时，便会出现精馏塔，再按照精馏塔上出现的红色箭头的方向对物流进行绘制，并完整重命名。
应用Aspen plus辅助化工单元操作实践教学的探索
科技资讯2017 NO.24SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科 技 教 育167科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 企业综合实训是化工专业本科教学的必修实践教学环节,目的是使学生在专业理论课程学习的基础上,通过实践活动理论联系实际,巩固和丰富专业知识,获得实践体验和锻炼[1-3];通过实践训练提高学生调查研究、观察问题、分析问题和解决问题的工程实践能力,也为完成毕业设计奠定基础。
然而,化工生产过程工艺介质多具有一定的毒性、腐蚀性和易燃易爆性,具有操作过程复杂、操作周期长和存在危险性等特点。
受实际生产条件的限制,化工专业企业综合实训,大多只能进行简单的观察,难以获得动手操作机会,达不到预期的教学目的。
在计算机内的虚拟空间仿真生产现场构建虚拟工厂,在计算机上再现实际生产过程,提供与实际生产过程相一致的“动手”操作虚拟空间,学生在与仿真环境交互作用过程中,获得与真实的实践活动相同或相似的训练。
以实习基地的实际生产装置为背景,利用Aspen plus软件构建虚拟工厂,在计算机上再现实际生产过程,提供与实际生产过程相一致的“动手”操作虚拟空间,学生在与仿真环境交互作用过程中,获得与真实的实践活动相同或相似的训练。
本文以吸收单元设备的仿真为例,介绍利用Aspen pluss辅助化工单元操作实践教学的方法。
1 虚拟工厂的构构建的构造1.1生产流程建立Aspen plus软件包括单元设备模块、物性数据库和物性算法等,通过“操作者”输入单元设备的操作条件,运用序贯法进行计算所需的物流数据和单元设备参数,并根据要求输出数据[4-5]。
以实习基地异丁烯精制工艺装置的实际生产过程为背景,在Aspen plus环境下构建仿真流程如图1所示。
来自前一工序裂解反应物由底部进入甲醇吸收塔(T-102),甲醇精制工序的甲醇吸收用水循环使用和新鲜水由顶部进入T-102吸收裂解气中的甲醇,吸收后的液相甲醇水溶液的自T-102塔底经E-104冷却后循环回T-102塔中段,少部分甲醇水溶液进入甲醇精制工序。
AspenPlus软件在化工原理教学中的应用
第16卷第9期江苏技术师范学院学报JOURNAL OF JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.16,No.9Sep .,20102010年9月0引言化工原理属于工程学科范围，与工程实践联系密切。
1913年美国麻省理工学院首先开出一门名为“Principles of Chemical Engineering ”的新课，1923年，W H Walker 等人编著并出版了世界第一部关于化工单元操作的著作《化工原理》（Principles of Chemical Engineering ）[1-3]。
Aspen Plus 是美国麻省理工学院于20世纪70年代后期研制开发的大型化工模拟软件，被公认为世界性大型化工标准流程模拟软件[4]。
AspenPlus 自身附带有较完整的物性参数和各种模型（如反应模型、精馏模型等），能根据工艺的特点，精确计算，广泛适用于精馏、吸收、反应等化工生产过程[5,6]。
当工艺参数发生变化时，只要输入改变的参数，As-pen Plus 就可以模拟，重新计算方便。
化工原理概念多、理论性强、计算复杂、与工程实际联系密切。
利用Aspen Plus 的工程设计能力，使化工原理的教学理论联系实际，对化工原理的教学有很好的促进作用。
在教学的过程中先把问题提出来，让学生先自己通过已有的知识进行计算，然后再在Aspen Plus 软件中模拟。
这样学生就能掌握计算和设计两种能力，为解决工业实际问题打下良好的基础。
1在流体流动和输送机械中的应用Aspen Plus 可以对流体流动进行计算。
例如将25℃、1.1atm 、800m 3/h 的低浓度酒精（乙醇的质量含量为30%，水的质量含量为70%）与35℃、1.8atm 、700m 3/h 的高浓度酒精（乙醇的质量含量为95%，水的质量含量为5%）混合，求混合后的温度和体积流量等参数。
在Aspen Plus 中选择Mixers 模型来计算和模拟，工艺流程如图1所示。
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2007年第2期(总第94期)[作者简介]刘保柱(1971 ),男,讲师,硕士。
Aspen Plus 应用于化工原理课程设计的实践刘保柱,于凤文,朱菊香(浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江杭州310032)[摘要]软件的N ex t 导航按钮和特制演示视频,可以使学生较快地掌握了软件的使用。
利用DST WU 捷算模块获得不同塔板数下对应的回流比,将数据导入Ex cel 进行费用计算能得到最优回流比。
用Rad F rac 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,同时拓宽了教师的选题范围,使课程设计更接近工程实际,获得了良好的教学效果。
[关键词]化工原理;课程设计;A spen Plus;精馏塔一、概述化工原理是化工类专业最重要的专业基础课,课程设计是教学中的一个重要环节。
目前课程设计尤其是工艺过程计算中主要还是手工计算,大量的手工计算会耗费学生过多的时间,使学生对化工设计产生畏难心理;同时需要的一些数据难以从文献中获得,教师在选题时受到限制,难以反映化工发展的实际,降低了学生对课题的兴趣。
我校化工原理教研室在气液传质过程及设备方面做了大量工作,依托这一优势,课程设计中经常选择精馏装置设计作为课题。
设计中要求学生首先根据给定的数据确定精馏塔的最优回流比,然后按最优回流比进行工艺计算得到精馏塔工艺数据,接着进行塔板设计,最后完成设备设计。
为了提高设计效率,我校教师开发出塔板设计软件、换热器设计软件。
而在工艺计算方面虽开发了乙醇 水系统的回流比优化程序,但对于更多物系的工艺计算还没有很好的办法。
通用化工软件已经在现代化工设计中得到广泛应用,极大地提高了设计的效率和质量。
Aspen Plus 是其中使用较多的过程模拟软件,它由美国AspenTech 公司于上世纪80年代初推向市场,经过多年的发展完善,目前的版本配有完备的物性模型和全面的单元操作模型,并且具有方便直观的数据输入输出接口,可广泛用于各种流程的模拟计算。
2001年,我校购买了用于教学的Aspen Plus 软件。
为了给学生提供学习先进设计工具的机会并扩大课程设计选题范围,我们在2002年7月的课程设计中尝试引入该软件用于最优回流比和精馏塔的工艺计算,经过几年试用,效果良好。
二、软件使用学习Aspen Plus 是一个功能强大的通用过程软件,尽管它具有友好的用户界面和丰富的帮助系统,学习使用该软件仍旧有相当难度。
为了使学生能在给定时间内掌握软件基本用法并利用它完成设计任务,我们采取了以下两条措施:1.充分利用Aspen plus 的Nex t 导航按钮输入主要数据。
Aspen Plus 用户界面如图1所示,一个项目的完成需要创建流程图和输入数据两个阶段。
流程图的生成采用图形方式,输入数23据则采用表格形式,可分为必需数据和可选数据两类,其中必需数据是完成一个计算项目的最低要求,可选数据则是为了强化功能或者为了特殊要求而输入的数据。
图1中鼠标指示即为Nex t 导航按钮,在数据输入阶段它能指示用户在完成一个数据输入后自动跳转到下一个必需数据而跳过可选数据的输入。
这样就使学生避开了干扰,从而能够顺利输入自己需要的数据。
必需数据输入完成后,学生根据教师要求修改某些可选数据以满足要求。
图1 A spen Plus 用户界面2.利用屏幕捕捉软件生成演示视频文件。
受上机条件的制约,学生不可能用太多的时间来练习软件的使用,为此我们特别制作了演示视频。
教师演示一个案例的操作过程并面对麦克风进行同步解说,利用视频捕捉软件将屏幕过程及声音录制下来,最终得到具有声音和图像的视频文件。
该演示视频可以供学生在任意计算机上观看学习。
学生通过观看演示视频熟悉了操作过程,上机操作时就能够心中有数,从而较快地掌握了软件的使用。
以上措施基本解决了学生对软件的使用问题,绝大多数学生能够在要求的时间内利用软件完成设计工作。
三、应用情况(一)在回流比优化中的应用最优回流比求解中最困难的是计算不同回流比下的精馏塔数据。
很多物系难以从资料中获取气液平衡数据,根本无法进行计算。
常见物系的数据相对容易获取,但是手工进行很多组计算的工作量难以承受。
Asepn Plus 的捷算方法则可以帮助我们解决这一问题。
首先利用Co lum ns 组的DST WU 捷算模块(图1被选中模块)建立精馏流程图,然后利用Next 导航按钮,依次输入组分、热力学方法、塔板数、轻重关键组分及回收率等参数。
以上数据输入完成后就可以运算,但为了输出我们要求的塔板数和回流比的多组数据还需要进行输出格式的设置,在精馏塔的Calcu lation Options 中设置需要输出的起始塔板数及间隔,完成后就可以得到设定塔板数下的回流比以及再沸器和冷凝器热负荷,同时还能获取达到同样分离要求的塔板数 回流比组合。
将Aspen Plus 输出的数据导入Excel 软件,首先根据设定塔板数下的冷热负荷和回流比推算出其他塔板数下的换热器及换热介质费用,然后根据塔板数和回流比推算塔高塔径等参数并计算设备费用。
将设备费和运行费累计并分摊到每一年,利用Ex cel 的图表功能对数据作图,可直观地显示出总费用对回流比的敏感程度并得到最优回流比。
图2是某例题的计算结果,待处理物料为30 3000kg/h 含苯50%的苯 甲苯二元混合物,要求分离得到99.8%的苯产品和99.8%的甲苯产品,再沸器和冷凝器分别使用0.5M Pa 的水蒸气和30 的循环冷却水,求解出的最优惠回流比为1.3594,对应理论板数为31块。
需要注意的是,完成指定分离任务存在着最小理论板数,如果我们在捷算时输入的塔板数小于最小理论板数,Aspen Plus 会自动以高于最小理论板数的某一数值进行计算。
另外,我们求得的最优理论板数一般不会和我们输入数值或系统自动选用数值吻合,我们要求将求得的最优理论板数输入系统进行第二次计算。
这样做的好处一是所有冷热负荷数据皆从基准点推算得出,以最优理论板作为基准点可以减小最优回流比附近数据点的误差。
二是捷算法可以同时得出对应塔板数下的最佳进料位置,通过用最优理论板进行二次计算得出最佳进料板可以省去严格计算时对进料板位置的优化。
24A spen Plus 应用于化工原理课程设计的实践图2 在Excel中求解最优回流比结果捷算法对一般物系的计算具有相当高的精度,对于一般极性的物系虽然有一定偏差,但作为最优回流比的估算基本可以满足要求,对于某些强极性尤其是形成共沸物的物系,捷算法计算结果误差较大不再适用。
(二)在严格工艺计算中的应用捷算法并不能输出每块理论板完整的水力学数据,为满足塔板设计的要求,我们还需要对精馏塔进行严格的逐板计算。
利用Aspen Plus的RadFrac模块(图1中右下方模块)建立精馏流程,输入完成后选中Include hydraulic parame ters选项并设计定输出所有塔板,计算完成后就可以得到每块塔板的温度、压力、气液流量、气液密度、气液粘度、表面张力等数据。
这些数据是塔板设计的基础,利用塔板设计软件对这些数据进行处理,即可以完成塔板结构的设计。
严格计算还获得了物流及物性、换热器热负荷的等数据,根据这些数据代入换热器设计软件,最终完成换热器设计。
学生将设计结果汇总,从而完成整个设计过程。
四、结论1.Aspen plus应用于化工原理课程设计,减轻了计算工作量,提高了设计效率和质量。
2.软件使用中采取抓住主要矛盾并结合演示录像的方法,使学生快速掌握了软件的使用,并为学生将来使用这些软件打下良好的基础。
3.由于Aspen plus是一种通用软件,以上方法稍作修改就可以改用在其他物系,同时还能扩展到手工难以完成的三元以上物系,有利于尽快将实际案例应用于课程设计,使课程设计紧密贴近实际化工过程。
4.需要注意的是,软件的使用可能会带来削弱手工计算的问题。
为此,我们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,这也有利于学生对比手算和机算的差异并分析原因。
(责任编辑:吴文水)参考文献:[1]王琴萍,邓敏,吕殿祯.化工原理课程设计计算机辅助教学[J].大学化学,2001,16(4):34 35.[2]陈振兴.化工原理课程设计的规范化[J].有色金属高教研究,1994,(2):16 18.[3]叶枫,王靖.将工程设计引入化工原理课程设计教学的尝试[J].化工高等教育,2005(2):99 100.[4]王洪元.A SPEN软件在教学与科研中的应用[J].化工高等教育,2000,(2):49 51.[5]A spen T echno lo gy,inc.A spen P lus U ser G uide,V er sio n11.1[EB].2001.[6]谭天恩,麦本熙,丁惠华.化工原理(第二版)上册、下册[M].北京:化学工业出版社,1990.(上接第28页)学指导分委员会计划将这些软件整理后正式出版。
我们开出的综合实验、设计型实验、研究型实验和开放式实验室都已对学生开放。
过程设备与控制多功能综合实验台和过程装备与控制工程专业基本实验综合装置,已为合肥工业大学、天津理工大学、长春理工大学、郑州轻工业学院、太原理工大学、大庆石油学院等高校采用。
4.本研究成果已应用于近5届学生的培养,毕业本科生的研究生入学比例明显提高,用人单位的反映良好。
(责任编辑:吴文水)25A spen Plus应用于化工原理课程设计的实践。