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aspen软件在化工设计中的应用——刘军
2013-10-30 11:26  

aspen plus是大型通用流程模拟系统,是七十年代后期,美国能源部在麻省理工学院MIT组织会战中,要求开发的新型第三代流程模拟软件。这个项目称为先进过程工程系统(Advanced System for Process Engineering)简称aspen。这一大型项目于1981年底完成。1982年Aspen Tech公司成立将其商品化,称为aspen plus。这一软件经过15年不断改进、扩充、提高,已经历了十个版本,成为全世界公认的标准大型流程模拟软件,用户接近上千个。全世界各大化工、石化生产厂家及著名工程公司都是aspen plus的用户。它的主要功能包括:

◇进行工艺过程的能量和质量平衡计算;

◇ 可预测物流的流率、组成和性质;

◇ 可预测操作条件、设备尺寸;

◇ 可缩短装置设计时间,允许设计者快速地测试各种装置的配置方案;

◇ 可帮助改进当前工艺;

◇在给定的限制内优化工艺条件;

◇辅助确定一个工艺约束部位(消除瓶颈);

◇回答"如果…那会怎样"问题。

化工工艺计算是学习化工工艺基础知识、培养学生化工工艺设计能力的重要教学环节。计算机辅助化工工艺过程计算是化工工艺的基本手段,有效地利用化工模拟计算软件进行化工设计工作可以极大地提高工作效率。实际上,就复杂性而言,今天许多本科生研究的工程问题,与三四十年前的博士生研究的问题是类似的。现在计算机程序能花很少的时间来求解困难的问题。

aspen plus由于已经自带了大量的数据库,并且你可以得到这些数据,那么你就不需要再去查化工手册了。比如,纯物质的比热,临界点温度,压力等等常数你都可以得到。aspen plus可以计算得到任意计算物流的几乎所有的物理性质,比如:密度,比热,湿度等等工艺工程师所关心的数据。这些功能将在学生的课程设计和毕业设计中提供极大的方便。

aspen也可以实现本科阶段学生所学知识根本不可能解决的工程问题。在精馏塔的设计中,学生基本不进行理论板数、进料板位置及回流比之间的互相影响的分析。但是,在精馏塔的实际运行中,进料板位置的变化无疑对生产的各个指标都会产生极大的影响。

在用丙烷氨氧化制取丙烯晴的生产中,在分离含丙烯晴90%的粗丙烯晴时,乙腈是主要的副产物,乙腈的沸点为81.5℃,比丙烯腈仅高4.2℃,其相对挥发度约为1.15。采用萃取蒸馏,用水作萃取剂,由于乙睛能与水部分互溶,乙腈的极性比丙烯腈强,水的介入使丙烯腈与乙腈之间的相对挥发度提高。当塔顶水的摩尔分数达0.8时,其挥发度达1.8,此时采用普通蒸馏法,就可以将丙烯腈和乙腈分离通过模拟在一定理论板数下,进料板位置和回流比的关系(达到分离要求丙烯腈纯度99.5%和出料流量261.56 kmol/h),得到如图所示的关系曲线。

图一 理论板数、进料板位置及回流比的关系

由上图可得:(1)当理论板数(NT)一定时,回流比随进料板位置变化出现最小值,这说明进料板存在最佳位置,使得该塔达到分离效果时需要最小的回流比;(2)随着理论板数的增加,达到分离要求的最佳进料板位置也相应发生变化,达到分离要求的最佳进料位置大约为塔的理论板总数的1/2(从上部开始计)处,即塔中间位置。

多年的课程设计及毕业设计中,学生始终采用手工计算,耗费大量的时间,复杂的计算既难以进行而又容易让学生产生畏难心理。同时,需要的一些物性数据又难以获得,教师在选题时受到限制,多偏重于理想体系,难以反映化工生产的实际。通过模拟软件的应用,可以很好的解决上述问题,提高学生对设计的兴趣,解决教师选题的局限性问题,对学生深入理解化工生产的实际问题、培养解决工程问题的能力有极其重要的意义。

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