Aspen Plus在化工原理课程设计教学中的应用

王克良，李 静，李 松，李 琳，李 志，连明磊，杜廷召

(1.六盘水师范学院 化学与化学工程系，贵州 六盘水 553004；2.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司,河北 任丘 062552)

Aspen Plus在化工原理课程设计教学中的应用

王克良1，李 静1，李 松1，李 琳1，李 志1，连明磊1，杜廷召2

(1.六盘水师范学院 化学与化学工程系，贵州 六盘水 553004；2.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司,河北 任丘 062552)

本文以精馏分离苯-乙苯体系为例，将先进的过程模拟计算软件-Aspen plus引入教学，与化工原理课程设计传统手工计算相结合，实现教学与实践相结合，以提高教学效率和质量，培养学生的兴趣，增强其工程意识，让学生能够在将来的工作中适应现代化工设计环境。

化工原理课程设计；教学；Aspen plus；精馏；苯：乙苯

随着科学的进步和化工技术的发展，人们已在化工计算机模拟计算方面取得了长足的进步[1]，其中以Aspen Plus为代表的流程模拟软件取得了非常大的成功。通用化工模拟软件在现代化工设计计算中的广泛应用极大提高了设计的效率和质量[2]。然而，在化工设计过程中，仍然离不开基本原理的指导。传统的化工原理课程设计几乎都是以手工计算为主，在课程设计过程中，学生通常会遇到计算误差大，查找物性数据困难，接触不到先进的现代化工模拟软件等问题。若将Aspen Plus过程模拟软件引入化工原理课程设计，将手工计算与软件模拟计算相结合，可以有效解决学生物性数据查找困难[3]、学习与实际工程应用脱节等问题，同时提高学生对本专业的兴趣，提高课程设计效率和质量。

1 Aspen Plus的学习使用-以精馏分离苯-乙苯为例

尽管Aspen Plus软件具有友好的用户界面和丰富的帮助系统，若没有前期基本原理的学习，学生学习使用该软件会具有相当的难度。故在课程设计教学中，先进行手工设计计算，然后安排学生上机使用Aspen Plus模拟计算。通过课程的学习，使得学生熟悉课程设计的基本内容，掌握化工设计的基本程序和方法，体察工程实际问题的复杂性，理论联系实际，将手工计算与软件计算结合，得到一次化工设计的基本训练。

1.1 模拟条件

初始模拟条件见表1。

表1 初始条件

1.2 简捷法设计计算

表2 简捷设计计算结果

选择Aspen Plus中columns模型库中的DSTWU，学生初学可利用专家提醒设置所需参数：进料组分，选择物性方法，进料组成条件，实际回流比与最小回流比的比值，轻关键组分和重关键组分的塔顶收率，再沸器和冷凝器压力，冷凝器的形式，完成输入后点击Start运行计算并查看结果如表2，再将简捷计算结果用于严格法精馏计算。

1.3 精馏塔严格计算

简捷法是利用Winn-Underwood-Gilliland method来计算的，仅作为严格精馏的初步计算使用，不能得到塔板的水力学数据以及冷凝器和再沸器的热负荷。故需要进行严格计算，选择columns模型库中的RadFrac模块，连接好进料和出料物流，将简捷法计算得到的塔参数输入RadFrac模块中，点击Start运行计算得到严格计算结果，见表3和表4。

表3 严格法计算结果(1)

表4 严格法计算结果(2)

2 引入塔板效率的模拟计算

塔板效率受多种因素影响，一般可根据经验选取[4]。本文中选择塔板效率为70%，Aspen plus中计算所得理论塔板数中包含了冷凝器和再沸器，故应将实际塔塔板数的计算应扣除冷凝器和再沸器，这一点需对学生强调说明其中的差别，以免计算出错。故本文中实际板数应取(15-2)/0.7≈19块，原料进料位置按相同比例增加为(8-1)/0.7=10。因此在Aspen plus中模拟计算的时候塔板数应设置为21块，原料进料位置为第10+1=11块塔板。Aspen plus中可根据实际不同情况设置不同塔板效率然后根据不同塔板效率进行计算，本文塔板效率参数设置如图1和图2所示。计算结果如表5所示。

图1 效率类型设置

图2 板效率设置表5 设置塔板效率后的计算结果

项目进料物流塔顶物流塔底物流物流温度/℃101.382.9145物流压力/kPa0.130.110.13摩尔流率/(kmol/h)113.47372.80840.664x苯0.6430.9980.007x乙苯0.3570.0020.993

3 塔径计算

3.1 板式塔塔径计算

Aspen plus具有板式塔和填料塔塔径计算功能，学生可方便地利用其Tray Sizing进行塔径计算。设置第一块塔板和最后一块塔板位置(不包括再沸器和冷凝器)，选择塔板类型，运行计算结果如图3。

图3 板式塔塔径计算结果

3.2 填料塔塔径计算

同板式塔相似，设置起始塔板和最后一块塔板位置，选择填料型号，规格等。运行即可得到计算结果，如图4。

图4 填料塔塔径计算结果

4 结论

现代化工的设计过程都离不开计算机及计算机软件的辅助设计，Aspen plus作为当前最强大的通用流程模拟软件，在化工行业广泛应用。将Aspen plus引入化工原理课程设计教学，与理论知识相结合，培养学生的工程素质，为学生将来从事化工设计工作打下良好的基础。

[1] 陈敏恒,丛德滋,方图南,等.化工原理[M].2版. 北京: 化学工业出版社,2006.

[2] 刘保柱,于凤文,朱菊香.Aspen Plus应用于化工原理课程设计的实践[J]. 化工高等教育,2007(2):23-25.

[3] 孙兰义,张月明,李 军,等.Aspen Plus在化工原理课程设计教学中的应用[J]. 广东化工,2009(12):173-175.

[4] 熊杰明,李江保.化工流程模拟Aspen Plus教程[M].2版. 北京: 化学工业出版社,2015.

(本文文献格式：王克良，李 静，李 松，等.Aspen Plus在化工原理课程设计教学中的应用[J].山东化工,2017,46(15):153-154.)

Application of Aspen Plus in the Course Design of Chemical Engineering Principle

WangKeliang1,LiJing1,LiSong1,LiLin1,LiZhi1,LianMinglei1,DuTingzhao2

(1.Department of Chemistry and Chemical Engineering,Liupanshui Normal University,Liupanshui 553004,China;2.North China Company,China Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Renqiu 062552,China)

In this paper,taking separation of benzene-ethylbenzene system as an example,the advanced process simulation software-Aspen plus was used in teaching,which was combined with the course design of chemical engineering principle of traditional manual calculation to achieve the combination of teaching and practice and improve teaching efficiency and quality,training students' interest,enhancing their engineering awareness,so that students can adapt to the future work of modern chemical design environment.

course of chemical engineering principle;teaching;Aspen plus;distillation;benzene;ethylbenzene

2017-02-14

贵州省教育厅教学内容与课程体系改革项目(GZSJG10977201604)；贵州省科技厅联合基金项目(黔科合J字LKLS[2013]28号)；贵州省教育厅重点科研项目(黔教合KY字[2014]282)；贵州省普通高等学校煤系固体废弃物资源化技术创新团队(No:黔教合人才团队字[2014]46号)；贵州省煤炭资源清洁高效利用科研实验平台(黔科平台[2011]4003号)

王克良(1984—)，男，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，讲师，研究方向为化工传质与分离。

G642.3

A

1008-021X(2017)15-0153-02