化工設計中流程模擬軟件AspenPlus的使用

彭江（重慶化工設計研究院，重慶 九龍坡 400039）

Aspen(Advanced System for Process Engineering，簡稱 AS?PEN)Plus，是美國麻省理工學院于20世紀70年代研制開發(fā)的大型化工模擬軟件。由于Aspen plus具有強大的單元操作模型、優(yōu)化設計能力以及齊全的物性數(shù)據(jù)庫和熱力學方法，同時能進行未知結(jié)構(gòu)化學物質(zhì)的物性模擬，已被廣泛地應用于化工過程的研究開發(fā)、裝置設計、生產(chǎn)過程控制、工藝優(yōu)化及技術改造等方面。全國大型化工設計工程公司乃至中小型化工設計機構(gòu)都以Aspen plus模擬軟件為最主要的設計工具，將其應用于整個化工工程設計的第一環(huán)節(jié)。

1 Aspen Plus軟件工功能的介紹

Aspen Plus化工模擬軟件系統(tǒng)是從美國本土興起的，這是一種功能強大的大型化工模擬軟件，該軟件已經(jīng)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，逐漸成熟起來，并廣泛地運用到化學工業(yè)領域。受到行業(yè)內(nèi)人士的一致認可。其中，這種軟件通過嚴格和最新的計算方法，可以進行單元和全過程的計算，進而為化工企業(yè)提供準確的單元操作模型。另外，還可以在工藝計算的同時，改建相應裝置的優(yōu)化設計，同時估算基建費用和操作費用。

化工軟件系統(tǒng)一般是包括模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和系統(tǒng)綜合來進行使用，其中，最為重要的就是模擬系統(tǒng)。Aspen Plus在工業(yè)發(fā)展過程中是最適用并且是最為完備的物性系統(tǒng)，同時，作為計算機輔助的操作性軟件，能夠進一步精確出化工過程而得到廣泛的使用。Aspen Plus的特點如下：其一，具備科學完整的單元操作模型，在用于模型的模擬過程中，Aspen Plus是從個體的操作到整個工藝流程的模擬。其二，可以有效的回歸任何類型的數(shù)據(jù)。能夠通過輸入分子結(jié)構(gòu)和易測性質(zhì)來估算短缺的物性參數(shù)。其三，能夠準確提供模擬功能所需的各種功能，這樣就方便人員進行相應的流程優(yōu)化設計，這樣就能夠從生產(chǎn)過程的研發(fā)、設計、工廠的建設到工廠的具體操作等。

2 模擬軟件在化工設計中的運用分析

2.1 在煤化工中的運用分析

Aspen Plus作為一項全新的模擬軟件在化學領域占據(jù)著非常重要的作用。其中Aspen Plus的平臺建設與傳統(tǒng)的煤氣化過程中，可以實現(xiàn)快速編制模擬煤氣化的過程，并能夠?qū)饣^程與整體的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行整合。并且利用輸入語句和計算模塊的靈活性，這樣就能夠?qū)っ悍N進行計算。有關計算結(jié)果表明，該計算方法可以比較好地干預加壓氣流床的氣化性能，從而為氣化爐的性能模擬提供良好的基礎。

同樣的，Aspen Plus可以對大型化工流程進行模擬，如As?pen Plus能夠?qū)痣姀S煙氣濕法脫硫工藝進行模擬，這樣就能夠在建立更加科學合理的模型打下堅實的基礎。在另外一方面，可以利用Aspen Plus對煤熱解過程進行詳細計算，并能夠?qū)⒌贸龅哪M值與實際的數(shù)值之間進行比較，這樣就能夠更好地為煤熱解過程的工藝開發(fā)和工藝優(yōu)化提供科學的依據(jù)。

2.2 Aspen Plus在化工設計中的應用

我們可以利用Aspen Plus軟件對氣相分離系統(tǒng)進行嚴格的模擬，并能夠初步研究如何有效進行系統(tǒng)的優(yōu)化升級，進而能夠指導設計和生產(chǎn)。對于閃蒸、節(jié)流技術，能夠靈活運用Aspen Plus軟件對各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，進而能夠得出最佳的分離流程及操作條件，在項目的實施條件上，可以為各項技術經(jīng)濟指標提供全程的模擬服務。此外，Aspen Plus軟件可以靈敏地分析出影響產(chǎn)品質(zhì)量和氣液相負荷的因素，從而提供良好的操作優(yōu)化方案。

化工設計中的實際應用，如下圖：100kmol/h氣相物流（氫氣：甲烷：乙烷=0.01:068:0.31，摩爾比）經(jīng)冷凝器COOLER進入兩級閃蒸器FLASH1、FLASH2，途經(jīng)節(jié)流閥VALVE實現(xiàn)氣相分離操作。

圖1 氣相物料分離流程示意圖

各股物流的模擬計算結(jié)果見下圖：

圖2 氣相物料分離流股模擬計算結(jié)果

此外，Aspen Plus軟件可以對重油催化裝置針對主分餾搭進行流程模擬計算，進而能夠找出存在的問題，同時還能夠?qū)ふ业阶罴训墓に嚄l件，達到節(jié)能、降耗的目標?；蛘呤强梢砸揽緼spen Plus軟件建立某個原油常減壓蒸餾裝置的穩(wěn)態(tài)模擬流程，在建立的過程中，采取對裝置流程進行簡單處理，這樣才能更好地處理好總效率，使得模擬流程的工藝參數(shù)為實際生產(chǎn)提供平臺和依據(jù)。更好推動Aspen Plus軟件在化工領域中的運用。

2.3 在優(yōu)化設計中的運用

比如，Aspen Plus軟件可以對某個化工廠的苯乙烯精餾過程中進行多元化的模擬，并能夠?qū)⒛M結(jié)果和實踐生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行詳細對比，進而發(fā)現(xiàn)設備在實際化工中存在的問題，可以為設備改進參數(shù)調(diào)整提供良好的數(shù)據(jù)，這樣能極大減少由依靠經(jīng)驗帶來的操作波動，進一步節(jié)約了運行的成本。

另外，在運用Aspen Plus軟件對氣體分離裝置的操作模擬過程中，可以對丙烯精餾塔進行模擬計算，進而能夠找出丙烯塔高負荷運行狀態(tài)下存在的瓶頸問題。并且要能夠通過改造設備和優(yōu)化的操作條件，使丙烯塔在高負荷運行狀態(tài)下能夠適應擴能的現(xiàn)實要求。從而實現(xiàn)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，有效降低能耗。

化工設計中Aspen Plus流程模擬軟件的使用，可以在某種程度上極大提升結(jié)構(gòu)上的合理性，將會在化學工業(yè)領域發(fā)揮著極其重要的作用。因此，設計機構(gòu)應在設計初期就加強對設計合理性的分析，更好地推動Aspen Plus軟件在化工設計領域中的全面運用。

3 結(jié)語

在當前的化學工業(yè)領域當中，我們要能熟悉Aspen Plus軟件的操作流程，并對其優(yōu)勢特點進行掌握，這樣才能更好地將其應用于化學工業(yè)設計。Aspen Plus軟件的使用能在常規(guī)的單元操作裝置設計開發(fā)和應用上取得顯著的成果，并能夠用其解決化學領域中的諸多問題，同時能夠為優(yōu)化設計提供便利。Aspen Plus軟件將裝置設計、工藝操作和基礎建設成本投資等方面有機結(jié)合在一起，從而使得Aspen Plus軟件在工程應用中更能發(fā)揮其優(yōu)勢特色。

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