孫立娟，王佳，齊鵬（.中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島26600；2.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，山東青島26607；.山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東臨沂27607）

·技術(shù)進(jìn)步·

某化工系統(tǒng)流程的Aspen Plus軟件模擬分析

孫立娟1，2，王佳1，齊鵬3
（1.中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島266100；2.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，山東青島266071；3.山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東臨沂276017）

摘要：利用Aspen Plus軟件對(duì)某化工系統(tǒng)流程模擬，并查看各物流結(jié)果。應(yīng)用實(shí)例表明，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用Aspen Plus軟件可以優(yōu)化生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備和整套生產(chǎn)裝置的操作參數(shù)進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：Aspen Plus軟件；化工系統(tǒng)流程模擬；設(shè)計(jì)優(yōu)化

1　前言

Aspen Plus化工模擬系統(tǒng)是美國(guó)麻省理工學(xué)院于二十世紀(jì)70年代后期研制開發(fā)的大型化工模擬軟件?；は到y(tǒng)工程主要包括模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和系統(tǒng)綜合等，其中模擬是基礎(chǔ)，也是最重要的環(huán)節(jié)。Aspen Plus因?yàn)榫哂泄I(yè)上最適用且完備的物性系統(tǒng)，作為計(jì)算機(jī)輔助性軟件能精確模擬出實(shí)際化工過(guò)程而得到廣泛應(yīng)用。它用嚴(yán)格和最新的計(jì)算方法進(jìn)行單元和全過(guò)程的計(jì)算，為企業(yè)提供準(zhǔn)確的單元操作模型，還可以評(píng)價(jià)已有裝置的優(yōu)化操作或新建、改建裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，此外，用戶還能夠在工藝計(jì)算的同時(shí)估算基建費(fèi)用和操作費(fèi)用，進(jìn)行過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。目前這套系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于化工、煉油、石油化工、煤炭、冶金、環(huán)保、動(dòng)力、節(jié)能、醫(yī)藥、食品等許多工業(yè)領(lǐng)域[1，2]。

在煤化工中的應(yīng)用：徐越等[3]基于Aspen Plus平臺(tái)，提出了加壓氣流床氣化爐的性能模擬方法。張斌等[4]利用Aspen建立了噴流床煤氣化爐模型，并建立了自定義汽化爐模型，預(yù)測(cè)和模擬噴流床氣化爐的性能。孫志翱等[5]利用大型化工流程軟件Aspen Plus對(duì)火電廠煙氣濕法脫硫工藝進(jìn)行了模擬，建立的模型對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

在石油化工中的應(yīng)用：堵祖蔭[6]利用Aspen Plus軟件對(duì)汽油分餾系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的模擬，它可以作為進(jìn)行該系統(tǒng)優(yōu)化、指導(dǎo)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)。趙曉軍等[7]用Aspen Plus軟件對(duì)中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司加工卡賓達(dá)原油的常壓蒸餾部分進(jìn)行流程模擬計(jì)算，提出操作優(yōu)化方案。候會(huì)峰等[8]依靠Aspen Plus軟件平臺(tái)建立了某廠原油常減壓蒸餾裝置的穩(wěn)態(tài)模擬流程。

在優(yōu)化設(shè)計(jì)上的應(yīng)用：孫巍等[9]借助Aspen Plus軟件為工具，對(duì)某化工廠苯乙烯車間的苯乙烯精餾過(guò)程的多種工況進(jìn)行了模擬，從而為設(shè)備改進(jìn)與參數(shù)調(diào)整提供了理論依據(jù)，同時(shí)運(yùn)用模擬結(jié)果指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)操作的參數(shù)優(yōu)化。夏和青[10]采用Aspen plus模擬軟件對(duì)丙烯精餾塔進(jìn)行模擬了計(jì)算，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高了產(chǎn)品產(chǎn)量，降低了能耗。袁東艷[11]在燕化公司煉油廠第一套催化裂化裝置摻煉重油技術(shù)改造中，應(yīng)用Aspen Plus軟件對(duì)吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行了全流程模擬，在此基礎(chǔ)上完成了吸收穩(wěn)定系統(tǒng)技術(shù)改造的工藝設(shè)計(jì)。

Aspen Plus模擬軟件在化工生產(chǎn)過(guò)程中的精餾、蒸餾、吸收等常規(guī)單元操作裝置設(shè)計(jì)開發(fā)和應(yīng)用上已經(jīng)取得顯著成果，并取得了運(yùn)用模擬解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題及為節(jié)能降耗進(jìn)行的工藝設(shè)備改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)[12]。本文主要對(duì)利用Aspen Plus軟件對(duì)某化工系統(tǒng)流程模擬，并查看各物流結(jié)果，從而優(yōu)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2　物系組成與流程

2．1物系組成

本文所模擬的物系，所包含的物質(zhì)共有3種，分別是氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（CH3CH3）。這3種物質(zhì)在Aspen純物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中都可以找到，故不需要計(jì)算純物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)。

2．2流程簡(jiǎn)介

某化工系統(tǒng)流程如圖1所示，物流經(jīng)冷凝器COOLER進(jìn)入兩相閃蒸汽FLASH1，底部液相經(jīng)節(jié)流閥VALVE節(jié)流至0.6MPa后再進(jìn)入兩相閃蒸器FLASH2。

2.3工藝參數(shù)

進(jìn)料溫度為- 100℃，壓力為1.2MPa，流率為100kmol/h，摩爾成分為氫氣0.01、甲烷0.68、乙烷0.31。兩相閃蒸器FLASH1操作溫度為- 110℃，壓降為0；閃蒸器FLASH2操作溫度為- 125℃，壓降為0；冷凝器COOLER熱負(fù)荷為- 14KW，壓降為0.02 MPa。

3　模擬計(jì)算

Aspen Plus過(guò)程模擬計(jì)算主要包含物性計(jì)算，選擇單元操作模塊以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略。物性計(jì)算可以自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用基礎(chǔ)物性進(jìn)行傳遞性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算；選擇單元操作模塊，模擬所需的流程；實(shí)現(xiàn)過(guò)程優(yōu)化計(jì)算。

3.1輸入組分

按照工藝參數(shù)要求，錄入組分氫氣、甲烷、乙烷，如圖2所示。

3.2選擇物性方法

選擇的數(shù)學(xué)模型是否適當(dāng)，將直接影響所計(jì)算的物性的準(zhǔn)確程度，從而影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。物性方法是一系列方法和模型的集合、熱力學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)計(jì)算。本文計(jì)算物系為氫氣、甲烷、乙烷體系，物性方法選擇RK- SOAVE，如圖3所示。

3.3輸入物流參數(shù)

按照工藝參數(shù)要求，輸入進(jìn)料溫度為- 100℃，壓力為1.2MPa，流率為100kmol/h，摩爾成分為氫氣0.01、甲烷0.68、乙烷0.31，如圖4所示。

3.4輸入模塊參數(shù)

按照工藝參數(shù)要求，輸入兩相閃蒸器FLASH1操作溫度為- 110℃，壓降為0；閃蒸器FLASH2操作溫度為- 125℃，壓降為0；冷凝器COOLER熱負(fù)荷為- 14KW，壓降為0.02 MPa。如圖5～圖8所示。

3.5運(yùn)行模擬

模擬所必須的數(shù)據(jù)輸入完成，運(yùn)行模擬。

4　計(jì)算結(jié)果與討論

通過(guò)模擬計(jì)算與優(yōu)化處理，我們得到了各物流結(jié)果，如圖9所示。由圖可以看出各個(gè)物流的流量、溫度、壓力等詳細(xì)信息。

綜上所述，本文通過(guò)化工系統(tǒng)流程模擬——Aspen Plus軟件的應(yīng)用，可以得出：利用Aspen Plus軟件，只需將此流程的已知條件輸入到計(jì)算機(jī)中，利用Aspen Plus軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，很快就可以得到計(jì)算結(jié)果。化工生產(chǎn)中應(yīng)用Aspen Plus軟件可以優(yōu)化生產(chǎn)；對(duì)設(shè)備和整套生產(chǎn)裝置的操作參數(shù)進(jìn)行模擬；還可以實(shí)現(xiàn)裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]ASPENTechnology Inc. ASPENPLUSUSER GUIDE. 1994.

[2]謝安俊，劉世軍，張華巖，等.大型化工流程模擬軟件- Aspen Plus[J].石油與天然氣化工，1995，24（4）：247- 251．

[3]徐越，吳一寧，危師讓.基于Aspen Plus平臺(tái)的干煤粉加壓氣流床氣化性能模擬[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，37（7）：692- 694.

[4]張斌，李政，江寧，等.基于Aspen Plus建立噴流床煤氣化爐模型[J].化工學(xué)報(bào)，2003，54（8）：1179- 1182.

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[6]堵祖蔭.用Aspen Plus模擬汽油分餾塔系統(tǒng)[J].乙烯工業(yè)，2002，14（4）：13- 17.

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[10]夏和青.利用Aspen Plus模擬軟件挖潛丙烯精餾塔[J].煉油技術(shù)與工程，2003，33（7）：44- 46．

[11]袁東艷. Aspen Plus軟件在吸收穩(wěn)定系統(tǒng)技術(shù)改造中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)計(jì)，2004，21（1）：56- 61．

[12]張治山，楊超龍. Aspen Plus在化工中的應(yīng)用[J].廣東化工，2012，39（3）：77- 78.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.017

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 553X（2015）02- 0048- 04

收稿日期：2014- 10- 29

作者簡(jiǎn)介：孫立娟（1973-），女，畢業(yè)于東北大學(xué)，助理研究員，在讀研究生，研究方向：海洋腐蝕與防護(hù)，13953246065，sunleejuan@qdio.ac.cn。

Simulation Analysis with Aspen Plus for a Chemical System Process

SUN Li-juan1，2，WANG Jia1，QI Peng3
（1.College of Chemistryand Chemical Engineering，Ocean Universityof China，Qingdao266100，China；2.Institute of Oceanology，Chinese Academyof Sciences，Qingdao266071，China；3. Shandong Energy Linyi Mining Group Co.，Ltd.，Linyi 276017，China）

Abstract:The chemical software Aspen Plus was used to simulate a chemical system process，and check the logistics results. Application examples show application of Aspen Plus software can optimize production in chemical production; simulate operatingparameters ofthe equipment and the whole production device; realize the optimization design ofdevice.

Key words:Aspen Plus software；chemical systemprocess simulation；design optimization