化工设计中流程模拟软件AspenPlus的使用

2022-09-12

Aspen (Advanced System for Process Engineering, 简称AS-PEN) Plus, 是美国麻省理工学院于20世纪70年代研制开发的大型化工模拟软件。由于Aspen plus具有强大的单元操作模型、优化设计能力以及齐全的物性数据库和热力学方法, 同时能进行未知结构化学物质的物性模拟, 已被广泛地应用于化工过程的研究开发、装置设计、生产过程控制、工艺优化及技术改造等方面。全国大型化工设计工程公司乃至中小型化工设计机构都以Aspen plus模拟软件为最主要的设计工具, 将其应用于整个化工工程设计的第一环节。

1 Aspen Plus软件工功能的介绍

Aspen Plus化工模拟软件系统是从美国本土兴起的, 这是一种功能强大的大型化工模拟软件, 该软件已经经过二十多年的发展, 逐渐成熟起来, 并广泛地运用到化学工业领域。受到行业内人士的一致认可。其中, 这种软件通过严格和最新的计算方法, 可以进行单元和全过程的计算, 进而为化工企业提供准确的单元操作模型。另外, 还可以在工艺计算的同时, 改建相应装置的优化设计, 同时估算基建费用和操作费用。

化工软件系统一般是包括模拟、优化、灵敏度分析和系统综合来进行使用, 其中, 最为重要的就是模拟系统。Aspen Plus在工业发展过程中是最适用并且是最为完备的物性系统, 同时, 作为计算机辅助的操作性软件, 能够进一步精确出化工过程而得到广泛的使用。Aspen Plus的特点如下:其一, 具备科学完整的单元操作模型, 在用于模型的模拟过程中, Aspen Plus是从个体的操作到整个工艺流程的模拟。其二, 可以有效的回归任何类型的数据。能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数。其三, 能够准确提供模拟功能所需的各种功能, 这样就方便人员进行相应的流程优化设计, 这样就能够从生产过程的研发、设计、工厂的建设到工厂的具体操作等。

2 模拟软件在化工设计中的运用分析

2.1 在煤化工中的运用分析

Aspen Plus作为一项全新的模拟软件在化学领域占据着非常重要的作用。其中Aspen Plus的平台建设与传统的煤气化过程中, 可以实现快速编制模拟煤气化的过程, 并能够将气化过程与整体的煤气化联合循环发电系统的优化设计进行整合。并且利用输入语句和计算模块的灵活性, 这样就能够对化工煤种进行计算。有关计算结果表明, 该计算方法可以比较好地干预加压气流床的气化性能, 从而为气化炉的性能模拟提供良好的基础。

同样的, Aspen Plus可以对大型化工流程进行模拟, 如Aspen Plus能够对火电厂烟气湿法脱硫工艺进行模拟, 这样就能够在建立更加科学合理的模型打下坚实的基础。在另外一方面, 可以利用Aspen Plus对煤热解过程进行详细计算, 并能够将得出的模拟值与实际的数值之间进行比较, 这样就能够更好地为煤热解过程的工艺开发和工艺优化提供科学的依据。

2.2 Aspen Plus在化工设计中的应用

我们可以利用Aspen Plus软件对气相分离系统进行严格的模拟, 并能够初步研究如何有效进行系统的优化升级, 进而能够指导设计和生产。对于闪蒸、节流技术, 能够灵活运用Aspen Plus软件对各个环节进行优化, 进而能够得出最佳的分离流程及操作条件, 在项目的实施条件上, 可以为各项技术经济指标提供全程的模拟服务。此外, Aspen Plus软件可以灵敏地分析出影响产品质量和气液相负荷的因素, 从而提供良好的操作优化方案。

化工设计中的实际应用, 如下图:100kmol/h气相物流 (氢气:甲烷:乙烷=0.01:068:0.31, 摩尔比) 经冷凝器COOLER进入两级闪蒸器FLASH1、FLASH2, 途经节流阀VALVE实现气相分离操作。

各股物流的模拟计算结果见下图:

此外, Aspen Plus软件可以对重油催化装置针对主分馏搭进行流程模拟计算, 进而能够找出存在的问题, 同时还能够寻找到最佳的工艺条件, 达到节能、降耗的目标。或者是可以依靠Aspen Plus软件建立某个原油常减压蒸馏装置的稳态模拟流程, 在建立的过程中, 采取对装置流程进行简单处理, 这样才能更好地处理好总效率, 使得模拟流程的工艺参数为实际生产提供平台和依据。更好推动Aspen Plus软件在化工领域中的运用。

2.3 在优化设计中的运用

比如, Aspen Plus软件可以对某个化工厂的苯乙烯精馏过程中进行多元化的模拟, 并能够将模拟结果和实践生产过程中的数据进行详细对比, 进而发现设备在实际化工中存在的问题, 可以为设备改进参数调整提供良好的数据, 这样能极大减少由依靠经验带来的操作波动, 进一步节约了运行的成本。

另外, 在运用Aspen Plus软件对气体分离装置的操作模拟过程中, 可以对丙烯精馏塔进行模拟计算, 进而能够找出丙烯塔高负荷运行状态下存在的瓶颈问题。并且要能够通过改造设备和优化的操作条件, 使丙烯塔在高负荷运行状态下能够适应扩能的现实要求。从而实现在保证产品质量和产量的前提下, 有效降低能耗。

化工设计中Aspen Plus流程模拟软件的使用, 可以在某种程度上极大提升结构上的合理性, 将会在化学工业领域发挥着极其重要的作用。因此, 设计机构应在设计初期就加强对设计合理性的分析, 更好地推动Aspen Plus软件在化工设计领域中的全面运用。

3 结语

在当前的化学工业领域当中, 我们要能熟悉Aspen Plus软件的操作流程, 并对其优势特点进行掌握, 这样才能更好地将其应用于化学工业设计。Aspen Plus软件的使用能在常规的单元操作装置设计开发和应用上取得显著的成果, 并能够用其解决化学领域中的诸多问题, 同时能够为优化设计提供便利。Aspen Plus软件将装置设计、工艺操作和基础建设成本投资等方面有机结合在一起, 从而使得Aspen Plus软件在工程应用中更能发挥其优势特色。

摘要：化工设计流程模拟软件是一款集化工设计、动态模拟以及各类计算于一体的极其强大的功能性软件。Aspen Plus在化工设计过程中得到普遍的应用, 极大提升了我国化工领域工艺流程等方面的设计效率和水平。为此, 本文就以Aspen Plus软件的特点和优势进行介绍, 并详细说明Aspen Plus在化工设计领域中突出的表现和运用的具体方法。

关键词：ASPEN,化工设计,流程模拟,运用方法