化工教学设计.docx

1、化工教学设计化工专业教学实习设计报告姓名 神丹学号 200701110723班级 工艺07-1指导老师 张治山 日期 2010年 12 月 5 日一、Aspen Plus 介绍Aspen Plus:生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。一）、概述 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了Aspen Tec

2、h公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。二）、产品特点1）产品具有完备的物性数据库 物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。1. 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。2. 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。3. 固体数据库，包括约3314 种固体的固体模型

3、参数。4. Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。5. 二元交互作用参数库，包括RdlichKwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden OConnell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。6. PURE10 数据库，包括1727 种纯化物的物性数据，这是基于美国化工学会开发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数据库。7. 无机物数据库，包括2450 种组分（大部分是无机化合物）的热化学参数。8. 燃烧数据库，包括燃烧产物中常

4、见的59 种组分和自由基的参数。9. 固体数据库，包括3314 种组分，主要用于固体和电解质的应用。10. 水溶液数据库，包括900 种离子，主要用于电解质的应用。2）产品线比较长，集成能力很强。Aspen Plus 是Aspen 工程套件（AES）的一个组份。AES 是集成的工程产品套件，有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的Aspen Tech 家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。如：Polymers Plus：在Aspen Plus 基础上专门为模拟高分子聚合过程而开发的层次产品，已成功地用于聚烯烃、聚酯等过程。Aspen D

5、ynamics： 在使用Aspen Plus 计算稳态过程的基础上，转入此软件可接着计算动态过程。Petro Frac：专门用于炼油厂的模拟软件。Aspen HX-NET：Aspen Plus 可以为夹点技术软件直接提供其所需要的各流段的热焓、温度和压力等参数。B-JAC/ HTFS：换热器详细设计（包括机械计算）的软件包，Aspen Plus 可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成，转入设备设计计算。Aspen Zyqad：这是一个工程设计工作流集成平台，可以供多种用户环境下将概念设计、初步设计、工程设计直到设备采购、工厂操作全过程生命周期的各项工作数据、报表及知识集成共享。Aspen Pl

6、us 有接口可与之自动集成。Aspen Online：在线工具，将Aspen Plus 离线模型与DCS 或装置数据库管理系统联结，用实际装置的数据，自动校核模型，并利用模型的计算结果指导生产。3）唯一将序贯（SM）模块和联立方程（EO）两种算法同时包含在一个模拟工具中。 序贯算法提供了流程收敛计算的初值，采用联立方程算法，大大提高了大型流程计算的收敛速度，同时，让以往收敛困难的流程计算成为可能。节省了工程师计算的时间。4）结构完整，除组分、物性、状态方程之外，还包含以下单元操作模块： 1.对于气/液系统， Aspen Plus包含： 通用混合、物流分流、子物流分流和组分分割模块。 2.闪蒸模

7、块：两相、三相和四相 3. 通用加热器、单一的换热器、严格的管壳式换热器、多股物流的热交换器 4.液液单级倾析器, 基于收率的、化学计量系数和平衡反应器。 5.连续搅拌釜、柱塞流、间歇及排放间歇反应器。 6.单级和多级压缩和透平7.物流放大、拷贝、选择和传递模块8.压力释放计算9.精馏模型、简捷精馏、严格多级精馏10.多塔模型、石油炼制分馏塔、板式塔、散堆和规整填料塔的设计和校核。11.对于固体系统， Aspen Plus包含：文丘里涤气器、静电除尘器、纤维过滤器、筛选器、旋风分离器、水力旋风分离器、离心过滤器、转鼓过滤器、固体洗涤器、逆流倾析器、连续结晶器等。5）模型/流程分析功能： Asp

8、en Plus提供一套功能强大的模型分析工具，最大化工艺模型的效益：收敛分析：自动分析和建议优化的撕裂物流、流程收敛方法和计算顺序，即使是巨大的具有多个物流和信息循环的流程，收敛分析非常方便。 calculator models计算模式： 包含在线FORTRAN 和Excel 模型界面。灵敏度分析：非常方便地用表格和图形表示工艺参数随设备规定和操作条件的变化而变化。案例研究： 用不同的输入进行多个计算，比较和分析。设计规定能力:自动计算操作条件或设备参数，满足规定的性能目标。数据拟合：将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确的和有效的真实装置模型。优化功能：确定装置操作条件，最大化任何规定

9、的目标，如收率、能耗、物流纯度和工艺经济条件。三）、产品功能 1.回归实验数据 2.用简单的设备模型，初步设计流程 3.用详细的设备模型，严格地计算物料和能量平衡； 4. 确定主要设备的大小5.在线优化完整的工艺装置 Aspen Plus根据模型的复杂程度，支持规模工作流。可以从简单的、单一的装置流程到巨大的、多个工程师开发和维护的整厂流程。分级模块和模板功能是模型的开发和维护非常简单。工程能力Aspen Plus 提供了单元操作模型到装置流程模拟。这些模型的可靠性和增强功能已经经过20多年经验的验证和数以百万计例子的证实。Aspen Plus 在整个工艺装置的从研发、工程到生产生命周期中，提

10、供了经过验证的巨大的经济效益。它将稳态模型的功能带到工程桌面，传递着无与伦比的模型功能和方便使用的组合。利用Aspen Plus，公司可以设计、模拟、瓶颈诊断和管理有效益的生产装置。二、课程介绍本课程全面介绍了化工过程分析及化工过程合成的各个领域的基本内容、方法和技巧。 化工系统工程是系统工程理论在化工、冶金、矿物加工、制药等过程工业中的应用，化工过程分析与合成是化工系统工程的主要组成部分。本课程的目的是使学生在完成高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学、分离工程等课程学习的基础上，能够应用系统工程的观点和方法来研究化工过程的开发、设计、最优化操作和最有化控制，应用化学过程模拟和优化的基本概

11、念和原理；建立化工单元操作与过程系统数学模型的方法和流程模拟的基本技能；过程系统综合和能量集成的基础知识和策略。本课程的特色是注重基本概念、原理、方法和策略的论述，结合工程实际和研究项目，管穿系统、整体观点和全局优化的思想进行过程系统操作分析和设计，以便使学生掌握系统的知识和综合能力去应对变化的环境的挑战。采用系统的方法论，把研究的对象系统看做一个整体，同时把研究过程看做一个整体，并贯穿着优化的思想，调节系统可调的部分以获得可能的最优性能。 希望通过本课程使学生学会使用过程模拟软件Aspen PLUS 进行化工过程模拟、分析、优化；培养学生工程概念，提高其分析问题和解决问题的能力，以适应可持续

12、发展的要求。 本课程适于化学工程与工艺、应用化学、制药工程、冶金、矿物加工等专业的学生学习。三、学习目的1、用ASOEN PLUS 模拟甲醇水的精馏装置分离操作；2、建立简单的设备模型，进行严格地计算物料和能量平衡。3、模拟管式反应器反应过程和动力学分析。4、进行灵敏度分析。四、ASPEN PLUS 模拟应用实例一）、ASOEN PLUS 精馏模拟示例设计条件：Flowsheet组分输入：Result灵敏度分析回流比对塔板数的影响ResultGraphN-REFLUX用RADFRAC模型分离设计参数常压操作连续筛板精馏塔德设计，设计参数如下：进料组分：水0.632、甲醇0.368（质量分率）处

13、理量：水甲醇混合液55000KG/H进料热状态：饱和液相进料进料压力：125KAP操作压力：110KPA（塔顶全凝器）单板压降：=0.7KPA回流比：1.3塔板数：38进料位置：23全塔效率：默弗里效率0.65控制指标：塔顶馏出液：甲醇大于0.9995塔底釜液：水量大于0.999调节参数：蒸出率：11000-25000KG/H回流比：0.8-2.0FlowsheetResult二）、水，C2H402和C4H6O2的闪蒸分离实例FLOWSHEET组分输入灵敏度分析Result用RADFRAC分离上述物系FLOWSHEETRESULT三)、ASPEN动力学反应器实例Kinetic Reactor列管式反应器进行乙苯裂解成苯乙烯和氢气组分输入Case1Result灵敏度分析Result输入物流温度对输出物流温度的影响GraphCase2灵敏度分析指定温度对反应转化率的影响ResultGraph五、总结通过认真的进行本次设计，不仅掌握了化工系统工程与合成的基本概念和基本内容掌握了化工系统工程与合成的基本方法，学会了使用ASPEN PLUS 软件进行化工过程的模拟、分析和优化，培养了工程概念和分析问题能力，对以后的学习和工作有很大的帮助。