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、優化設計能力以及齊全的物性數據庫和熱力學方法，同時能進行未知結構化學物質的物性模擬，已被廣泛地應用于化工過程的研究開發、裝置設計、生產過程控制、工藝優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節。

1 Aspen Plus軟件工功能的介紹

Aspen Plus化工模擬軟件系統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，該軟件已經經過二十多年的發展，逐漸成熟起來，并廣泛地運用到化學工業領域。受到行業內人士的一致認可。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，改建相應裝置的優化設計，同時估算基建費用和操作費用。

化工軟件系統一般是包括模擬、優化、靈敏度分析和系統綜合來進行使用，其中，最為重要的就是模擬系統。Aspen Plus在工業發展過程中是最適用并且是最為完備的物性系統，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據。能夠通過輸入分子結構和易測性質來估算短缺的物性參數。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化設計，這樣就能夠從生產過程的研發、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著非常重要的作用。其中Aspen Plus的平臺建設與傳統的煤氣化過程中，可以實現快速編制模擬煤氣化的過程，并能夠將氣化過程與整體的煤氣化聯合循環發電系統的優化設計進行整合。并且利用輸入語句和計算模塊的靈活性，這樣就能夠對化工煤種進行計算。有關計算結果表明，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能夠對火電廠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，并能夠將得出的模擬值與實際的數值之間進行比較，這樣就能夠更好地為煤熱解過程的工藝開發和工藝優化提供科學的依據。

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進行嚴格的模擬，并能夠初步研究如何有效進行系統的優化升級，進而能夠指導設計和生產。對于閃蒸、節流技術，能夠靈活運用Aspen Plus軟件對各個環節進行優化，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品質量和氣液相負荷的因素，從而提供良好的操作優化方案。

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）經冷凝器COOLER進入兩級閃蒸器FLASH1、FLASH2，途經節流閥VALVE實現氣相分離操作。

圖1 氣相物料分離流程示意圖

各股物流的模擬計算結果見下圖：

圖2 氣相物料分離流股模擬計算結果

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，同時還能夠尋找到最佳的工藝條件，達到節能、降耗的目標。或者是可以依靠Aspen Plus軟件建立某個原油常減壓蒸餾裝置的穩態模擬流程，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為實際生產提供平臺和依據。更好推動Aspen Plus軟件在化工領域中的運用。

2.3 在優化設計中的運用

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，并能夠將模擬結果和實踐生產過程中的數據進行詳細對比，進而發現設備在實際化工中存在的問題，可以為設備改進參數調整提供良好的數據，這樣能極大減少由依靠經驗帶來的操作波動，進一步節約了運行的成本。

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下存在的瓶頸問題。并且要能夠通過改造設備和優化的操作條件，使丙烯塔在高負荷運行狀態下能夠適應擴能的現實要求。從而實現在保證產品質量和產量的前提下，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構上的合理性，將會在化學工業領域發揮著極其重要的作用。因此，設計機構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 結語

在當前的化學工業領域當中，我們要能熟悉Aspen Plus軟件的操作流程，并對其優勢特點進行掌握，這樣才能更好地將其應用于化學工業設計。Aspen Plus軟件的使用能在常規的單元操作裝置設計開發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合在一起，從而使得Aspen Plus軟件在工程應用中更能發揮其優勢特色。

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