AspenONE在分離工程教學(xué)中的應(yīng)用

1、Aspen one v7在分離工程教學(xué)中的應(yīng)用路華清（荊楚理工學(xué)院，荊門，448000）摘 要 分離工程是化工類專業(yè)重要專業(yè)課，是一門實踐性非常強的課程。各種平衡分離過程的計算既是教學(xué)的重點，又是教學(xué)的難點。隨著電腦在學(xué)生中普及率的提高，為使用模擬軟件進(jìn)行輔助教學(xué)提供了條件。使用aspen one v7的aspen properties模塊和aspen plus模塊輔助教學(xué)，學(xué)生在aspen properties中完成物性參數(shù)計算、逸度系數(shù)、活度系數(shù)、平衡常數(shù)計算、泡露點計算等分離工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算，同時熟悉aspen one軟件的使用，為后續(xù)在aspen plus中完成單級平衡分離計算、精餾吸

2、收嚴(yán)格計算打下基礎(chǔ)。同時，在分離工程教學(xué)過程中引入aspen one的應(yīng)用，為后續(xù)課程“化工過程模擬”的教學(xué)打下基礎(chǔ)，收到較好的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞：Aspen one；分離工程；教學(xué)；應(yīng)用中國分類號：TQ028.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：1000-6613（2006）00-0000-00The Application of Aspen One V7 in Chemical Separation Engineering TeachingHua-qing Lu(Jingchu University of Technology, Jingmen, Hubei, 448000)Abstract

3、: Chemical Separation Engineering is an important professional course in chemical majors, which is also a strong practical course. All kinds of balancing separation process of calculation is the focal point and difficult point in teaching. With increasing of the penetration of computer of students i

4、n using, it offers assisting teaching for using simulation software. The students finished the basic data (eg. properties calculation, fugacity coefficient, the activity coefficient, equilibrium constant computation, the bubble/dew point calculations etc.) of the separation engineering of calculatio

5、n in aspen properties by using aspen properties module and aspen plus module of aspen one v7, meanwhile, knew the usage of aspen one well for laying the foundation to finish the following single stage balance calculation and distillation/absorption rigorous calculation. And, leading into the applica

6、tion of aspen one could help the following teaching of “chemical process simulation” during the separation process teaching, and receive better teaching effects.Key words: Aspen one; Chemical Separation Engineering; teaching; the application概述分離工程是化工類學(xué)生在學(xué)習(xí)物理化學(xué)、化工原理及化工熱力學(xué)等的基礎(chǔ)上開設(shè)的重要專業(yè)課程 ,主要針對分離過程開發(fā)和設(shè)計

7、中遇到的工程問題 ,提出包括各種分離方法選擇和操作條件的確定、分離實驗研究方法和設(shè)計計算等。在分離工程教學(xué)工作中，復(fù)雜的平衡常數(shù)計算、泡露點計算、單級平衡分離計算、精餾吸收等過程的嚴(yán)格計算，一直是廣大師生頭疼的問題。雖然可以通過自編程序來完成計算，但由于教師通常適用Fortran語言編程，而學(xué)生往往學(xué)習(xí)的是通用語言，如VB、CV之類，教師只能從算法方面進(jìn)行指導(dǎo)，教學(xué)雙方不能互動，又回到了“老師講得很透，學(xué)生仍然不會”的怪圈。使用aspen one的aspen properties模塊和aspen plus模塊輔助教學(xué)，學(xué)生在aspen properties中完成物性參數(shù)計算、逸度系數(shù)、活度系數(shù)

8、、平衡常數(shù)計算、泡露點計算等分離工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算，同時熟悉aspen one軟件的使用，為后續(xù)在aspen plus中完成單級平衡分離計算、精餾吸收嚴(yán)格計算打下基礎(chǔ)。同時，在分離工程教學(xué)過程中引入aspen one的應(yīng)用，為后續(xù)課程“化工過程模擬”的教學(xué)打下基礎(chǔ)，收到較好的教學(xué)效果。1、Aspen one軟件簡介ASPEN(Advanced System for Process Engineering,簡稱 ASPEN)是大型通用流程模擬系統(tǒng) ,是美國 ASPEN TECH公司于上世紀(jì) 80年代推向市場的適用型流程模擬軟件 ,它用嚴(yán)格和最新的計算方法 ,進(jìn)行化工單元和全流程的模擬運算。在最新版

9、的aspen one v7中集成了以前單獨發(fā)售的aspen plus、aspen HYSYS等軟件，還將原來aspen plus中的物性計算部分獨立出來（aspen plus中仍然具備這部分的功能）成為單獨的aspen properties模塊，并對它的工作流程進(jìn)行了重新定義，使得aspen properties即具備aspen plus相似的操作界面，又摒棄了aspen plus中“一切從流程出發(fā)”的操作思路，使得它的應(yīng)用更加符合物性計算的思路和過程。同時由于aspen one軟件的特性，軟件操作者必須具備相當(dāng)?shù)膶I(yè)理論基礎(chǔ)，在教學(xué)中引入aspen one軟件的使用，不僅不會導(dǎo)致學(xué)生忽視基礎(chǔ)

10、理論，反而會激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的熱情。2、軟件的學(xué)習(xí)Aspen one是一個功能強大的通用過程軟件，盡管它具有友好的用戶界面和豐富的幫助系統(tǒng)，學(xué)習(xí)使用該軟件仍舊有相當(dāng)難度。為了使學(xué)生能在給定時間內(nèi)掌握軟件基本用法并利用它完成設(shè)計任務(wù) ,我們采取了以下三條措施：2.1理清思路，準(zhǔn)確輸入主要數(shù)據(jù)。在aspen properties教學(xué)中，要求學(xué)生將“計算*物系在*組成*狀態(tài)（溫度壓力狀態(tài)）下的*性質(zhì)參數(shù)”的常規(guī)思維習(xí)慣問題，分解成物系、物性方法、計算目標(biāo)、計算的狀態(tài)和組成條件幾部分，分別對應(yīng)于aspen properties的components、properties、propsets、an

11、alysis項，在對應(yīng)各項中準(zhǔn)確輸入?yún)?shù)。在aspen plus教學(xué)中也使用“*原料經(jīng)過*工藝設(shè)備（過程）生成*產(chǎn)物”的思路，將問題分解成原料、設(shè)備（流程）、產(chǎn)物，分別對應(yīng)與軟件的進(jìn)料物流、模型（model）、產(chǎn)品物流項，在用aspen properties的思路將各各項進(jìn)行細(xì)化。要求學(xué)生在使用軟件前一定要目標(biāo)明確、思路清晰、物性方法選擇恰當(dāng)，在使用軟件過程中要輸入準(zhǔn)確，選擇適當(dāng)，避免盲目的、亦步亦趨的按照教程使用軟件。2.2充分利用軟件的 Next 導(dǎo)航按鈕檢查輸入的數(shù)據(jù)。Aspen properties 和Aspen Plus 都有Next 導(dǎo)航按鈕，通過內(nèi)置的專家系統(tǒng)判斷用戶輸入的參數(shù)是

12、否完整有效，計算過程中還有翔實的錯誤提示。在教學(xué)過程中，要求學(xué)生盡量不使用導(dǎo)航按鈕，只允許出現(xiàn)小錯誤，不允許出現(xiàn)大錯誤，特別是物性方法的選擇絕對不允許出現(xiàn)錯誤；出現(xiàn)錯誤提示，必須立即停止操作，分析錯誤原因，準(zhǔn)確找到錯誤點并一次性修改通過；凡是出現(xiàn)錯誤提示的計算（模擬）過程，必須重新計算（模擬）一遍。把導(dǎo)航按鈕當(dāng)作提高學(xué)生分析問題、理論聯(lián)系實際能力的工具，而不是作為通過計算（模擬）的捷徑。2.3端正使用軟件的態(tài)度。Aspen one軟件功能強大，計算能力強，但軟件絕不是萬能的，不能因此而弱化理論學(xué)習(xí)，反而更應(yīng)該強化理論學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對同一命題采用不同的（甚至錯誤的）物性方法進(jìn)行計算（

13、模擬），對不同的結(jié)果進(jìn)行分析，使學(xué)生明白軟件不是萬能的，它不能識別物性方法，而物性方法的正確是建立在基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的積極性。3、軟件的應(yīng)用3.1在物性參數(shù)計算中的應(yīng)用在分離工程計算過程中，物性參數(shù)的來源是一個重要問題，囿于條件的限制，基本物性參數(shù)學(xué)生往往較難得到。使用aspen properties tool菜單下的retrieve parameter results（檢索參數(shù)結(jié)果）工具，可以方便的得到物料的各種標(biāo)況參數(shù)及臨界參數(shù)、偏心因子、耦極距等參數(shù)；在aspen properties中確定物性方法后，使用tool菜單下的analysispure工具，可以

14、方便的得到物料的焓、熵、飽和蒸氣壓、逸度系數(shù)、體積等的計算值及相應(yīng)的物性溫度（壓力）曲線。3.2在多組分物系物性參數(shù)計算中的應(yīng)用對于多組分物系，分離工程中主要關(guān)注的是混合物的熱力學(xué)參數(shù)、相圖、平衡常數(shù)、逸度系數(shù)、活度系數(shù)、泡點、露點等參數(shù)的計算，而絕大多數(shù)嚴(yán)格計算是不可能手工完成計算的。在aspen properties中，輸入二元混合物組分、確定物性方法后，使用tool菜單下的analysisbinary工具，可以繪制物系的T-XY(或者P-XY、Gibbs自由焓)曲線，同時得到二元物系的組分平衡常數(shù)、活度系數(shù)、汽液平衡的兩相組成的參數(shù)計算表；在確定物性方法后，通過propsets設(shè)定所需計

15、算的參數(shù)集，并在analysis中確定狀態(tài)參數(shù)、組成參數(shù)、調(diào)用參數(shù)集，就可以計算出指定溫度壓力狀態(tài)、組成的混合物系中，組分逸度系數(shù)、活度系數(shù)、以及混合物的焓、熵等物性參數(shù)。3.3在單級平衡分離的計算中的應(yīng)用單級平衡分離計算是分離工程計算的核心模塊，除了使用K圖、汽液兩相均為理想物系的情況外，其他情況下幾乎都無法通過手工計算完成試差過程。在aspen plus中專門設(shè)定了separator flash2和flash3模型，使用flash2模型，確定輸入輸出物流的參數(shù)條件以及計算的物性方法就能很快完成閃蒸計算，繪制相關(guān)參數(shù)曲線。3.4精餾計算中的應(yīng)用在多組分精餾教學(xué)中，一般只能采用winnunde

16、rwoodgilliland關(guān)系完成精餾塔的簡捷計算，嚴(yán)格計算中哪怕是個位數(shù)的塔板數(shù)，也無法采用手工計算，更不用說多點進(jìn)料、側(cè)線采出等復(fù)雜塔的計算了。在aspen plus中，對于精餾計算分別針對不同的情況設(shè)置了多各模型：DSTWU（簡捷法精餾設(shè)計）、DISTL（簡捷法精餾核算）、SCFrac（簡捷法多塔蒸餾）、RadFrac（嚴(yán)格法精餾）、MultFrac（嚴(yán)格法多塔精餾）、PetroFrac（嚴(yán)格分餾塔）和RateFrac(基于流率的蒸餾)等模型，非常契合分離工程中精餾部分的教學(xué)內(nèi)容，可以將廣大師生從繁雜重復(fù)的計算中解脫出來，重點去討論精餾原理、算法等基礎(chǔ)理論問題。3.5在其他分離過程計算

17、中的應(yīng)用其他平衡分離過程也可以用aspen one進(jìn)行模擬計算，如用RadFrac模型模擬吸收過程、用Extract模塊模擬萃取過程等。4、結(jié) 論4.1、aspen one 應(yīng)用于分離工程課堂教學(xué)，減輕了計算工作量，提高了課堂效率。4.2、在aspen one輔助教學(xué)工作中，對同一問題設(shè)定不同的物性方法，通過對不同計算結(jié)果的對比分析，強化學(xué)生重視基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的意識。4.3、在閃蒸、精餾、吸收計算過程中，充分利用軟件的plot（繪制曲線）功能，通過曲線分析參數(shù)變化對過程影響，鞏固相關(guān)過程的理論知識。4.4、要求學(xué)生對簡單計算（如使用K線圖的泡露點計算、閃蒸計算，簡捷法精餾計算等）必須手工完成，復(fù)雜算法通過自編程序完成一種工況的計算，以保證學(xué)生的計算能力。把軟件當(dāng)作驗算器，并分析計算結(jié)果的差異，以提高學(xué)生分析問題的能力。4.5、由于軟件的模塊安排非常契合分離工程的教學(xué)內(nèi)容，隨著分離工程教學(xué)的進(jìn)行，開展aspen one的教學(xué)，既能促進(jìn)理論教學(xué)，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的熱情，掌握軟件的基本模塊操作。為后續(xù)的“化工過程模擬”課程教學(xué)打下基礎(chǔ)，使“化工過程模擬”的教學(xué)能夠?qū)⒅攸c放在流程模擬和動態(tài)分析、成本分析上，提高教學(xué)效果，從而實現(xiàn)了真正意義上的工