Aspen Plus软件在化工原理课程设计中的应用

，，，， ，，

(新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830091)

1 概述

化工原理最重要的一个特点就是工程应用性很强[1]，是化学工程与工艺专业(以下简称化工专业)的一门最主要的工程基础课，在基础课和专业课之间起着承前启后的作用，是工程化学习和应用的基础[2]。但在化工原理学习的过程中，很多学生不能很好的理解、掌握课程的核心内容，不能很好地把所学知识相关联，造成学生失去学习兴趣。Aspen Plus是化工类工程模拟软件，具有模拟简单、应用范围广、计算精度高等特点[3]。充分利用现代教育手段，以学生为中心，指导学生的学习探索活动[4-5]。不仅是为了锻炼学生的学习能力和操作能力，更是要积极引导学生设计的创新，开拓学生的眼界，增强学生的学习兴趣。

2 实例分析

分离乙苯-苯乙烯混合物，对于混合物的分离，可以采用连续精馏塔。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔顶，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。

(1) 生产能力：年处理乙苯-苯乙烯混合物11.0万t(开工率330天/年，F=131.8 kmol/h)；

(2) 原料：乙苯的含量60%(质量分数，下同)；

(3) 分离要求：塔顶流出液中乙苯含量不低于0.95，塔底釜液中含量不高于0.25，泡点进料。

3 解决问题的方法

3.1 逐板计算法计算理论塔板

原料液流率为F，塔顶产品流率为D，塔底产品流率为W，塔顶流出液中乙苯含量不低于0.95，塔底釜液中含量不高于0.25，对精馏塔做全塔物料衡算。有：FXf=DXd+WXw

F=D+W物料衡算，求得

表2 安托因方程中相关参数[6]

注：乙苯 苯乙烯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算。

可得提馏段操作线方程为：y=1.2x-0.05

第一块塔板的上升的蒸汽组成为y1=xD=0.95

通过逐板计算法可得：x14=0.60≤xF=0.60所以第14块板为进料板；x22=0.228

3.2 Aspen Plus软件模拟

图1 乙苯-苯乙烯模拟流程图

图2 乙苯-苯乙烯模拟条件及结果

通过设计内容以及逐板计算法所得参数，对精馏体系进行模拟研究，流程见图1。模拟结果表明(图2)，模拟的实际塔板数为34块，其中精馏段为12块塔板，提馏段为21块塔板，其中第13块塔板为进料板。

4 结果探讨

逐板计算法在衡算范围内，轮换使用操作线方程和相平衡方程，对溶质作物料衡算，在计算过程中，逐板计算法是较为繁琐的，但是方法较为直观，使人一目了然。使用Aspen Plus软件进行模拟只需各物料参数以及温度和压力，所以其计算是最为简便的，所得数据是最快。设计结果表明，两种方法在精馏段差异较小，进料位置也较为接近，但在提馏段计算差别较大，也造成了理论塔板数相差较大的现象。通过设计结果，学生可以讨论误差较大的原因。(1)安托因公式为经验公式，造成计算结果有一定的偏差；(2)逐板计算法的前提是恒摩尔流假设，而实际操作不可能实现，这也是造成结果误差的原因；(3)设计中选择的回流比与模拟软件中选择的回流比不一致，对结果造成较大的影响。

5 结束语

将Aspen软件引入到化工原理蒸馏中典型的设计型问题中，培养学生的发散思维、逻辑思维，加深学生对基本概念、基本理论的理解；通过设计结果的差异，学生可以分析误差造成的原因，培养了学生独立思考的能力，调动了学生学习的积极性和主动性，提高学生分析及解决实际工程问题的能力。