Aspen Plus在化工設(shè)計(jì)物料衡算中的應(yīng)用分析

茅慧(南京英凱工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210009)

1 Aspen Plus概述及其在化工設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用

MIT最早于1970年后期研發(fā)了Aspen Plus系統(tǒng)(Advanced System for Process Engineering)，之后經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展日益完善，在軟件供應(yīng)商艾斯本技術(shù)有限公司推動(dòng)下，將其作為一種產(chǎn)品投入市場(chǎng)。作為一種大型流程模擬軟件，其功能非常強(qiáng)大，應(yīng)用范圍極廣，具有多方面功能，不僅可以進(jìn)行診斷工藝、工藝計(jì)算和化工設(shè)計(jì)工作，還能發(fā)揮化工模擬及管控經(jīng)濟(jì)效益的作用，在兩大適用性極強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，能夠?qū)Χ喾N技術(shù)進(jìn)行整合，是當(dāng)前世界范圍內(nèi)地位較高的一種流程模擬軟件，發(fā)展前景十分廣闊[1]。Aspen Plus軟件系統(tǒng)在多個(gè)化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域中均占據(jù)極高的比重，利用該軟件進(jìn)行化工分離工程、化工反應(yīng)原理及熱力學(xué)等計(jì)算分析時(shí)，大大改善了設(shè)計(jì)質(zhì)量。現(xiàn)代化工領(lǐng)域需求專業(yè)工程設(shè)計(jì)能力高的綜合性素質(zhì)人才，在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要利用Aspen Plus軟件系統(tǒng)，將理論知識(shí)同實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，在充分理解化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，通過(guò)模擬軟件來(lái)提升設(shè)計(jì)能力。

在化工設(shè)計(jì)方面，進(jìn)行物料衡算時(shí)需要借助Aspen Plus軟件，依托建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的流程模擬方式，便于設(shè)計(jì)人員理解，為設(shè)計(jì)人員調(diào)整化工設(shè)計(jì)方案提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，優(yōu)化化工設(shè)計(jì)方案，更好的指導(dǎo)化工生產(chǎn)的進(jìn)行。

2 Aspen Plus在化工設(shè)計(jì)物料衡算中的應(yīng)用分析

如果應(yīng)用傳統(tǒng)的手工方式完成化工設(shè)計(jì)物料衡算，計(jì)算過(guò)程繁瑣，同時(shí)還涉及到電力反應(yīng)的發(fā)生，增大了計(jì)算難度，在進(jìn)行過(guò)程物料衡算時(shí)，可以采取混合過(guò)程的方式，使過(guò)程更加簡(jiǎn)化。在研究Aspen Plus軟件系統(tǒng)在化工設(shè)計(jì)物料衡算的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)將鹽工段模擬工藝設(shè)計(jì)同設(shè)計(jì)概算、施工圖預(yù)算、施工預(yù)算這三項(xiàng)基礎(chǔ)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行Aspen Plus軟件實(shí)戰(zhàn)練習(xí)，依據(jù)計(jì)算電解質(zhì)的方式衡算化鹽工序，使化工設(shè)計(jì)人員充分的掌握物料衡算知識(shí)和實(shí)踐化工設(shè)計(jì)技術(shù)[2]。

選取化工過(guò)程中物料衡算中的例子，以此為依據(jù)說(shuō)明在物料衡算中Aspen Plus軟件的實(shí)際應(yīng)用。如：反應(yīng)的條件為足量空氣、催化劑（銀）；反應(yīng)原料為乙烯，生成物為環(huán)氧乙烷；反映類型為氧化反應(yīng)；化學(xué)反應(yīng)原理可以通過(guò)以下兩種公式體現(xiàn)出來(lái)：C2H4+3O2→2CO2+2H2O 及2C2H4+O2→2C2H4O，其中前者為部分副反應(yīng)，大部分為生成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)。參考以上反應(yīng)狀況，將反應(yīng)原料的流量設(shè)置成1000mol/h，乙烯物質(zhì)的量與化學(xué)容器內(nèi)總物質(zhì)的量比為10%，以乙烯為標(biāo)準(zhǔn)下的反映轉(zhuǎn)化率是25%，選擇性是80%，應(yīng)用Aspen Plus過(guò)程模擬軟件，分析和算出反應(yīng)完全后的生成物的構(gòu)成及流量大小。

基于以上分析，進(jìn)行化工過(guò)程設(shè)計(jì)物料衡算計(jì)算時(shí)，首先要完成反應(yīng)物料的編號(hào)工作，確定計(jì)算總體框架，寫(xiě)出物料平衡的平衡關(guān)系式，標(biāo)明每種反應(yīng)物料的組分摩爾分?jǐn)?shù)之和必須等于1，結(jié)合實(shí)際反應(yīng)工藝設(shè)備特點(diǎn)，應(yīng)用變量的方法對(duì)反應(yīng)中所有物料組分進(jìn)行分析，對(duì)可變量進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，計(jì)算方程可得最終生成物的流量。物料衡算的計(jì)算步驟較多，涵蓋許多數(shù)學(xué)計(jì)算方法。具體應(yīng)用到Aspen Plus過(guò)程模擬軟件中時(shí)，在進(jìn)入操作界面后，選取反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計(jì)，模擬反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合已知反應(yīng)條件，對(duì)反應(yīng)物料的種類、流量進(jìn)行設(shè)置，完成進(jìn)料組分定義操作，并分別設(shè)定操作條件及反應(yīng)方程式[3]。軟件工作后得出的生成物的構(gòu)成及流量大小同傳統(tǒng)計(jì)算方法相同，表明Aspen Plus軟件具有較高的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

由于化工行業(yè)的特殊性，其對(duì)設(shè)計(jì)人員的實(shí)踐能力有著嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)人員必須要具備良好的工程設(shè)計(jì)能力。在化工工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分發(fā)揮現(xiàn)代先進(jìn)軟件技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用Aspen Plus系統(tǒng)來(lái)提高設(shè)計(jì)人員的工程實(shí)踐水平。通過(guò)分析As?pen Plus在化工設(shè)計(jì)物料衡算中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該軟件大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，運(yùn)行速度極快，化工設(shè)計(jì)效果明顯改善，可以取得良好的物料衡算效率，成為設(shè)計(jì)人員的首選的化工設(shè)計(jì)軟件。

[1]劉保柱，于鳳文，朱菊香.Aspen Plus應(yīng)用于化工原理課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐［J］.化工高等教育，2007，24(2):23-25.

[2]路華清.Aspen one v7在分離工程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.廣州化工，2011，38(11):230-231.

[3]韋曉燕，譚軍，胡萬(wàn)鵬，等.Aspen Plus軟件在化工原理教學(xué)中的應(yīng)用探索［J］.化工時(shí)刊，2012，26(6):69-70.