Aspen Plus在化工設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，Apsen Plus作為高水平的仿真軟件在高校教學(xué)中備受青睞，本文在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，將 Apsen Plus流程模擬軟件有步驟地應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，通過Apsen Plus軟件對一精餾塔進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，使學(xué)生逐步掌握Aspen Plus軟件的使用和加深對化工設(shè)計(jì)這門課的理解。

關(guān)鍵詞：Apsen Plus 化工設(shè)計(jì) 模擬設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0208-02

化工設(shè)計(jì)課程是化工類專業(yè)的必修課程之一，是一門融合化工工藝學(xué)、化工原理、化工設(shè)備、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程等專業(yè)基礎(chǔ)課知識并最能體現(xiàn)學(xué)生專業(yè)綜合能力的學(xué)科。陳顯彰在其《化工設(shè)計(jì)概論》中講“故凡修習(xí)化學(xué)工程者，皆以化工設(shè)計(jì)為最高攻讀目標(biāo)”[1]。由此可見該課程的重要性。這門課是將一個(gè)系統(tǒng)（如一個(gè)工廠、一個(gè)車間或一套裝置等）全部用工程制圖的方法，描繪成圖紙、表格及必要的文字說明，也就是把工藝流程、技術(shù)裝備轉(zhuǎn)化為工程語言的過程。它是通過設(shè)計(jì)人員運(yùn)用各種手段，通過大腦的創(chuàng)造性勞動(dòng)，將人們的要求變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的第一步。它屬于科學(xué)技術(shù)，是生產(chǎn)力的一部分[2]。

在21世紀(jì)的今天，世界各國之間的競爭主要是科技、人才和綜合國力之間的競爭，人才競爭是競爭的實(shí)質(zhì)。中國高等工程教育的出發(fā)點(diǎn)和歸宿是培養(yǎng)現(xiàn)代職場需要的、具有創(chuàng)造性及開拓性、能夠參與國際競爭、具備良好的應(yīng)變能力的高級專門人才?；ぴO(shè)計(jì)課是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，需要把理論和實(shí)踐緊密結(jié)合；并且化工生產(chǎn)技術(shù)難度大，工藝流程復(fù)雜，操作技術(shù)求較高。由于化工實(shí)驗(yàn)成本高，工藝設(shè)備龐大，耗時(shí)較長等特點(diǎn)使得實(shí)驗(yàn)室僅設(shè)了一些小型的、簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這對于培養(yǎng)生的創(chuàng)新能力以及解決工程實(shí)際問題能力幫助不大。鑒于上述特點(diǎn)，在授課及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中僅采傳統(tǒng)的教學(xué)模式比較困難。為了強(qiáng)化對學(xué)生設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的上崗工作能力，適應(yīng)社會發(fā)展需求，許多化工院校都有針對性地開設(shè)了課程設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生運(yùn)用一門或幾門課程識解決一個(gè)不太復(fù)雜但卻是綜合性的問題，從而初步獲得工程技術(shù)的基本訓(xùn)練。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模軟件的應(yīng)用有效地?cái)U(kuò)展了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的選題范圍，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和科研創(chuàng)新發(fā)展的最佳選擇。現(xiàn)在較為成功的模擬系統(tǒng)軟件有Aspen Plus、PRO/II、HYSYS等，其中Aspen Plus在我國設(shè)計(jì)院所和企業(yè)部門應(yīng)用較為廣泛。

Aspen Plus稱為“過程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”（Advanced System for Process Engineering，簡稱ASPEN），該軟件經(jīng)過近30年來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件。Aspen Plus特點(diǎn)如下：Aspen Plus包含完整的化工單元模塊，易于組建化工流程；Aspen Plus具有完備的物性數(shù)據(jù)庫，物性模型和數(shù)據(jù)是得到精確可靠的模擬結(jié)果的關(guān)鍵；從分析工具上看，Aspen Plus提供了一些重要的模擬分析工具，如：流程優(yōu)化、靈敏度分析、設(shè)計(jì)規(guī)定及工況研究等[3～5]。

精餾是化工生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛的一種單元操作。在精餾塔的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于操作條件的波動(dòng)，其分離效果和生產(chǎn)能力經(jīng)常發(fā)生變化，因此精餾塔操作性能的分析是化工生產(chǎn)過程中的重要操作條件。鑒于精餾在化工生產(chǎn)過程中的重要性，本文選取精餾塔的設(shè)計(jì)為例來說明Aspen Plus在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，其設(shè)計(jì)過程如下所示：

Rmin，NTmin，R=1.2 Rmin時(shí)的R、NT和NF。

從以上設(shè)計(jì)可以看出，Aspen plus具有完備的物性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，完備的化工單元操作模型，能方便地構(gòu)成各種化工生產(chǎn)流程。將Aspen plus軟件引人到化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)之中，可以大大提高學(xué)生解決復(fù)雜工程方面的能力，對提高學(xué)生設(shè)計(jì)水平大有益處。

（1）在化工設(shè)計(jì)教學(xué)中，學(xué)習(xí)使用Aspen plus軟件是化工設(shè)計(jì)的一個(gè)有力補(bǔ)充。

（2）通過精餾塔設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生在實(shí)踐中了解掌握此常用的設(shè)計(jì)軟件。

（3）通過相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與確定，以及設(shè)計(jì)完成后的數(shù)據(jù)處理，可以使學(xué)生更好的了解化工設(shè)計(jì)工作的步驟、過程與設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

[1]陳顯彰.化工設(shè)計(jì)概論[M].臺北：新學(xué)識文教出版中心，1978：l-2.

[2]陳蔚萍.“化工設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革實(shí)踐[J].廣東化工，2009，36（7）：284-285.

[3]王華，張國濤.化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革建議[J].廣州化工，2010，38（6）：277-278.

[4]顧雄毅，朱開宏.改革化工設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)開放思維能力[J].化工高等教育，2010（3）：53-54.

[5]隋國哲，李金龍，賈麗華，等.化工設(shè)計(jì)教學(xué)改革的探討[J].高師理科學(xué)刊，2010，30（1）：115-116.