王克良，李 靜，李 松，李 琳，李 志，連明磊，杜廷召

(1.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州 六盤水 553004；2.中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司,河北 任丘 062552)

Aspen Plus在化工原理課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

王克良1，李 靜1，李 松1，李 琳1，李 志1，連明磊1，杜廷召2

(1.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州 六盤水 553004；2.中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司,河北 任丘 062552)

本文以精餾分離苯-乙苯體系為例，將先進的過程模擬計算軟件-Aspen plus引入教學(xué)，與化工原理課程設(shè)計傳統(tǒng)手工計算相結(jié)合，實現(xiàn)教學(xué)與實踐相結(jié)合，以提高教學(xué)效率和質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，增強其工程意識，讓學(xué)生能夠在將來的工作中適應(yīng)現(xiàn)代化工設(shè)計環(huán)境。

化工原理課程設(shè)計；教學(xué)；Aspen plus；精餾；苯：乙苯

隨著科學(xué)的進步和化工技術(shù)的發(fā)展，人們已在化工計算機模擬計算方面取得了長足的進步[1]，其中以Aspen Plus為代表的流程模擬軟件取得了非常大的成功。通用化工模擬軟件在現(xiàn)代化工設(shè)計計算中的廣泛應(yīng)用極大提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量[2]。然而，在化工設(shè)計過程中，仍然離不開基本原理的指導(dǎo)。傳統(tǒng)的化工原理課程設(shè)計幾乎都是以手工計算為主，在課程設(shè)計過程中，學(xué)生通常會遇到計算誤差大，查找物性數(shù)據(jù)困難，接觸不到先進的現(xiàn)代化工模擬軟件等問題。若將Aspen Plus過程模擬軟件引入化工原理課程設(shè)計，將手工計算與軟件模擬計算相結(jié)合，可以有效解決學(xué)生物性數(shù)據(jù)查找困難[3]、學(xué)習(xí)與實際工程應(yīng)用脫節(jié)等問題，同時提高學(xué)生對本專業(yè)的興趣，提高課程設(shè)計效率和質(zhì)量。

1 Aspen Plus的學(xué)習(xí)使用-以精餾分離苯-乙苯為例

盡管Aspen Plus軟件具有友好的用戶界面和豐富的幫助系統(tǒng)，若沒有前期基本原理的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)使用該軟件會具有相當(dāng)?shù)碾y度。故在課程設(shè)計教學(xué)中，先進行手工設(shè)計計算，然后安排學(xué)生上機使用Aspen Plus模擬計算。通過課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生熟悉課程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，體察工程實際問題的復(fù)雜性，理論聯(lián)系實際，將手工計算與軟件計算結(jié)合，得到一次化工設(shè)計的基本訓(xùn)練。

1.1 模擬條件

初始模擬條件見表1。

表1 初始條件

1.2 簡捷法設(shè)計計算

表2 簡捷設(shè)計計算結(jié)果

選擇Aspen Plus中columns模型庫中的DSTWU，學(xué)生初學(xué)可利用專家提醒設(shè)置所需參數(shù)：進料組分，選擇物性方法，進料組成條件，實際回流比與最小回流比的比值，輕關(guān)鍵組分和重關(guān)鍵組分的塔頂收率，再沸器和冷凝器壓力，冷凝器的形式，完成輸入后點擊Start運行計算并查看結(jié)果如表2，再將簡捷計算結(jié)果用于嚴格法精餾計算。

1.3 精餾塔嚴格計算

簡捷法是利用Winn-Underwood-Gilliland method來計算的，僅作為嚴格精餾的初步計算使用，不能得到塔板的水力學(xué)數(shù)據(jù)以及冷凝器和再沸器的熱負荷。故需要進行嚴格計算，選擇columns模型庫中的RadFrac模塊，連接好進料和出料物流，將簡捷法計算得到的塔參數(shù)輸入RadFrac模塊中，點擊Start運行計算得到嚴格計算結(jié)果，見表3和表4。

表3 嚴格法計算結(jié)果(1)

表4 嚴格法計算結(jié)果(2)

2 引入塔板效率的模擬計算

塔板效率受多種因素影響，一般可根據(jù)經(jīng)驗選取[4]。本文中選擇塔板效率為70%，Aspen plus中計算所得理論塔板數(shù)中包含了冷凝器和再沸器，故應(yīng)將實際塔塔板數(shù)的計算應(yīng)扣除冷凝器和再沸器，這一點需對學(xué)生強調(diào)說明其中的差別，以免計算出錯。故本文中實際板數(shù)應(yīng)取(15-2)/0.7≈19塊，原料進料位置按相同比例增加為(8-1)/0.7=10。因此在Aspen plus中模擬計算的時候塔板數(shù)應(yīng)設(shè)置為21塊，原料進料位置為第10+1=11塊塔板。Aspen plus中可根據(jù)實際不同情況設(shè)置不同塔板效率然后根據(jù)不同塔板效率進行計算，本文塔板效率參數(shù)設(shè)置如圖1和圖2所示。計算結(jié)果如表5所示。

圖1 效率類型設(shè)置

圖2 板效率設(shè)置表5 設(shè)置塔板效率后的計算結(jié)果

項目進料物流塔頂物流塔底物流物流溫度/℃101.382.9145物流壓力/kPa0.130.110.13摩爾流率/(kmol/h)113.47372.80840.664x苯0.6430.9980.007x乙苯0.3570.0020.993

3 塔徑計算

3.1 板式塔塔徑計算

Aspen plus具有板式塔和填料塔塔徑計算功能，學(xué)生可方便地利用其Tray Sizing進行塔徑計算。設(shè)置第一塊塔板和最后一塊塔板位置(不包括再沸器和冷凝器)，選擇塔板類型，運行計算結(jié)果如圖3。

圖3 板式塔塔徑計算結(jié)果

3.2 填料塔塔徑計算

同板式塔相似，設(shè)置起始塔板和最后一塊塔板位置，選擇填料型號，規(guī)格等。運行即可得到計算結(jié)果，如圖4。

圖4 填料塔塔徑計算結(jié)果

4 結(jié)論

現(xiàn)代化工的設(shè)計過程都離不開計算機及計算機軟件的輔助設(shè)計，Aspen plus作為當(dāng)前最強大的通用流程模擬軟件，在化工行業(yè)廣泛應(yīng)用。將Aspen plus引入化工原理課程設(shè)計教學(xué)，與理論知識相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，為學(xué)生將來從事化工設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。

[1] 陳敏恒,叢德滋,方圖南,等.化工原理[M].2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

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

[3] 孫蘭義,張月明,李 軍,等.Aspen Plus在化工原理課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 廣東化工,2009(12):173-175.

[4] 熊杰明,李江保.化工流程模擬Aspen Plus教程[M].2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2015.

(本文文獻格式：王克良，李 靜，李 松，等.Aspen Plus在化工原理課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J].山東化工,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

貴州省教育廳教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革項目(GZSJG10977201604)；貴州省科技廳聯(lián)合基金項目(黔科合J字LKLS[2013]28號)；貴州省教育廳重點科研項目(黔教合KY字[2014]282)；貴州省普通高等學(xué)校煤系固體廢棄物資源化技術(shù)創(chuàng)新團隊(No:黔教合人才團隊字[2014]46號)；貴州省煤炭資源清潔高效利用科研實驗平臺(黔科平臺[2011]4003號)

王克良(1984—)，男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，講師，研究方向為化工傳質(zhì)與分離。

G642.3

A

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