AspenONE在分离工程教学中的应用.doc

Aspen one v7在分离工程教学中的应用路华清（荆楚理工学院，荆门，448000）摘 要 分离工程是化工类专业重要专业课，是一门实践性非常强的课程。各种平衡分离过程的计算既是教学的重点，又是教学的难点。随着电脑在学生中普及率的提高，为使用模拟软件进行辅助教学提供了条件。使用aspen one v7的aspen properties模块和aspen plus模块辅助教学，学生在aspen properties中完成物性参数计算、逸度系数、活度系数、平衡常数计算、泡露点计算等分离工程基础数据计算，同时熟悉aspen one软件的使用，为后续在aspen plus中完成单级平衡分离计算、精馏吸收严格计算打下基础。同时，在分离工程教学过程中引入aspen one的应用，为后续课程“化工过程模拟”的教学打下基础，收到较好的教学效果。关键词：Aspen one；分离工程；教学；应用中国分类号：TQ028.3+1 文献标识码： A 文章编号：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: 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 in 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 calculation 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 application 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概述分离工程是化工类学生在学习物理化学、化工原理及化工热力学等的基础上开设的重要专业课程 ,主要针对分离过程开发和设计中遇到的工程问题 ,提出包括各种分离方法选择和操作条件的确定、分离实验研究方法和设计计算等。在分离工程教学工作中，复杂的平衡常数计算、泡露点计算、单级平衡分离计算、精馏吸收等过程的严格计算，一直是广大师生头疼的问题。虽然可以通过自编程序来完成计算，但由于教师通常适用Fortran语言编程，而学生往往学习的是通用语言，如VB、CV之类，教师只能从算法方面进行指导，教学双方不能互动，又回到了“老师讲得很透，学生仍然不会”的怪圈。使用aspen one的aspen properties模块和aspen plus模块辅助教学，学生在aspen properties中完成物性参数计算、逸度系数、活度系数、平衡常数计算、泡露点计算等分离工程基础数据计算，同时熟悉aspen one软件的使用，为后续在aspen plus中完成单级平衡分离计算、精馏吸收严格计算打下基础。同时，在分离工程教学过程中引入aspen one的应用，为后续课程“化工过程模拟”的教学打下基础，收到较好的教学效果。1、Aspen one软件简介ASPEN(Advanced System for Process Engineering,简称 ASPEN)是大型通用流程模拟系统 ,是美国 ASPEN TECH公司于上世纪 80年代推向市场的适用型流程模拟软件 ,它用严格和最新的计算方法 ,进行化工单元和全流程的模拟运算。在最新版的aspen one v7中集成了以前单独发售的aspen plus、aspen HYSYS等软件，还将原来aspen plus中的物性计算部分独立出来（aspen plus中仍然具备这部分的功能）成为单独的aspen properties模块，并对它的工作流程进行了重新定义，使得aspen properties即具备aspen plus相似的操作界面，又摒弃了aspen plus中“一切从流程出发”的操作思路，使得它的应用更加符合物性计算的思路和过程。同时由于aspen one软件的特性，软件操作者必须具备相当的专业理论基础，在教学中引入aspen one软件的使用，不仅不会导致学生忽视基础理论，反而会激发学生深入学习基础理论的热情。2、软件的学习Aspen one是一个功能强大的通用过程软件，尽管它具有友好的用户界面和丰富的帮助系统，学习使用该软件仍旧有相当难度。为了使学生能在给定时间内掌握软件基本用法并利用它完成设计任务 ,我们采取了以下三条措施：2.1理清思路，准确输入主要数据。在aspen properties教学中，要求学生将“计算*物系在*组成*状态（温度压力状态）下的*性质参数”的常规思维习惯问题，分解成物系、物性方法、计算目标、计算的状态和组成条件几部分，分别对应于aspen properties的components、properties、propsets、analysis项，在对应各项中准确输入参数。在aspen plus教学中也使用“*原料经过*工艺设备（过程）生成*产物”的思路，将问题分解成原料、设备（流程）、产物，分别对应与软件的进料物流、模型（model）、产品物流项，在用aspen properties的思路将各各项进行细化。要求学生在使用软件前一定要目标明确、思路清晰、物性方法选择恰当，在使用软件过程中要输入准确，选择适当，避免盲目的、亦步亦趋的按照教程使用软件。2.2充分利用软件的 Next 导航按钮检查输入的数据。Aspen properties 和Aspen Plus 都有Next 导航按钮，通过内置的专家系统判断用户输入的参数是否完整有效，计算过程中还有翔实的错误提示。在教学过程中，要求学生尽量不使用导航按钮，只允许出现小错误，不允许出现大错误，特别是物性方法的选择绝对不允许出现错误；出现错误提示，必须立即停止操作，分析错误原因，准确找到错误点并一次性修改通过；凡是出现错误提示的计算（模拟）过程，必须重新计算（模拟）一遍。把导航按钮当作提高学生分析问题、理论联系实际能力的工具，而不是作为通过计算（模拟）的捷径。2.3端正使用软件的态度。Aspen one软件功能强大，计算能力强，但软件绝不是万能的，不能因此而弱化理论学习，反而更应该强化理论学习。在教学过程中引导学生对同一命题采用不同的（甚至错误的）物性方法进行计算（模拟），对不同的结果进行分析，使学生明白软件不是万能的，它不能识别物性方法，而物性方法的正确是建立在基础理论的学习基础上的，以此激发学生学习基础理论的积极性。3、软件的应用3.1在物性参数计算中的应用在分离工程计算过程中，物性参数的来源是一个重要问题，囿于条件的限制，基本物性参数学生往往较难得到。使用aspen properties tool菜单下的retrieve parameter results（检索参数结果）工具，可以方便的得到物料的各种标况参数及临界参数、偏心因子、耦极距等参数；在aspen properties中确定物性方法后，使用tool菜单下的analysispure工具，可以方便的得到物料的焓、熵、饱和蒸气压、逸度系数、体积等的计算值及相应的物性温度（压力）曲线。3.2在多组分物系物性参数计算中的应用对于多组分物系，分离工程中主要关注的是混合物的热力学参数、相图、平衡常数、逸度系数、活度系数、泡点、露点等参数的计算，而绝大多数严格计算是不可能手工完成计算的。在aspen properties中，输入二元混合物组分、确定物性方法后，使用tool菜单下的analysisbinary工具，可以绘制物系的T-XY(或者P-XY、Gibbs自由焓)曲线，同时得到二元物系的组分平衡常数、活度系数、汽液平衡的两相组成的参数计算表；在确定物性方法后，通过propsets设定所需计算的参数集，并在analysis中确定状态参数、组成参数、调用参数集，就可以计算出指定温度压力状态、组成的混合物系中，组分逸度系数、活度系数、以及混合物的焓、熵等物性参数。3.3在单级平衡分离的计算中的应用单级平衡分离计算是分离工程计算的核心模块，除了使用K图、汽液两相均为理想物系的情况外，其他情况下几乎都无法通过手工计算完成试差过程。在aspen plus中专门设定了separator flash2和flash3模型，使用flash2模型，确定输入输出物流的参数条件以及计算的物性方法就能很快完成闪蒸计算，绘制相关参数曲线。3.4精馏计算中的应用在多组分精馏教学中，一般只能采用winnunderwoodgilliland关系完成精馏塔的简捷计算，严格计算中哪怕是个位数的塔板数，也无法采用手工计算，更不用说多点进料、侧线采出等复杂塔的计算了。在aspen plus中，对于精馏计算分别针对不同的情况设置了多各模型：DSTWU（简捷法精馏设计）、DISTL（简捷法精馏核算）、SCFrac（简捷法多塔蒸馏）、RadFrac（严格法精馏）、MultFrac（严格法多塔精馏）、PetroFrac（严格分馏塔）和RateFrac(基于流率的蒸馏)等模型，非常契合分离工程中精馏部分的教学内容，可以将广大师生从繁杂重复的计算中解脱出来，重点去讨论精馏原理、算法等基础理论问题。3.5在其他分离过程计算中的应用其他平衡分离过程也可以用aspen one进行模拟计算，如用RadFrac模型模拟吸收过程、用Extract模块模拟萃取过程等。4、结 论4.1、aspen one 应用于分离工程课堂教学，减轻了计算工作量，提高了课堂效率。4.2、在aspen one辅助教学工作中，对同一问题设定不同的物性方法，通过对不同计算结果的对比分析，强化学生重视基础理论学习的意识。4.3、在闪蒸、精馏、吸收计算过程中，充分利用软件的plot（绘制曲线）功能，通过曲线分析参数变化对过程影响，巩固相关过程的理论知识。4.4、要求学生对简单计算（如使用K线图的泡露点计算、闪蒸计算，简捷法精馏计算等）必须手工完成，复杂算法通过自编程序完成一种工况的计算，以保证学生的计算能力。把软件当作验算器，并分析计算结果的差异，以提高学生分析问题的能力。4.5、由于软件的模块安排非常契合分离工程的教学内容，随着分离工程教学的进行，开展aspen one的教学，既能促进理论教学，又能激发学生学习软件的热情，掌握软件的基本模块操作。为后续的“化工过程模拟”课程教学打下基础，使“化工过程模拟”的教学能够将重点放在流程模拟和动态分析、成本分析上，提高教学效果，从而实现了真正意义上的工