某化工系統(tǒng)流程的Aspen Plus軟件模擬分析

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

·技術(shù)進步·

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

摘要：利用Aspen Plus軟件對某化工系統(tǒng)流程模擬，并查看各物流結(jié)果。應(yīng)用實例表明，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用Aspen Plus軟件可以優(yōu)化生產(chǎn)，對設(shè)備和整套生產(chǎn)裝置的操作參數(shù)進行模擬，從而實現(xiàn)裝置設(shè)計優(yōu)化。

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

1　前言

Aspen Plus化工模擬系統(tǒng)是美國麻省理工學(xué)院于二十世紀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因為具有工業(yè)上最適用且完備的物性系統(tǒng)，作為計算機輔助性軟件能精確模擬出實際化工過程而得到廣泛應(yīng)用。它用嚴格和最新的計算方法進行單元和全過程的計算，為企業(yè)提供準確的單元操作模型，還可以評價已有裝置的優(yōu)化操作或新建、改建裝置的優(yōu)化設(shè)計，此外，用戶還能夠在工藝計算的同時估算基建費用和操作費用，進行過程的技術(shù)經(jīng)濟評價。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，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對火電廠煙氣濕法脫硫工藝進行了模擬，建立的模型對優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

在石油化工中的應(yīng)用：堵祖蔭[6]利用Aspen Plus軟件對汽油分餾系統(tǒng)進行嚴格的模擬，它可以作為進行該系統(tǒng)優(yōu)化、指導(dǎo)設(shè)計和生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)。趙曉軍等[7]用Aspen Plus軟件對中國石化鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司加工卡賓達原油的常壓蒸餾部分進行流程模擬計算，提出操作優(yōu)化方案。候會峰等[8]依靠Aspen Plus軟件平臺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)計上的應(yīng)用：孫巍等[9]借助Aspen Plus軟件為工具，對某化工廠苯乙烯車間的苯乙烯精餾過程的多種工況進行了模擬，從而為設(shè)備改進與參數(shù)調(diào)整提供了理論依據(jù)，同時運用模擬結(jié)果指導(dǎo)實際生產(chǎn)操作的參數(shù)優(yōu)化。夏和青[10]采用Aspen plus模擬軟件對丙烯精餾塔進行模擬了計算，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軟件對吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進行了全流程模擬，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。

Aspen Plus模擬軟件在化工生產(chǎn)過程中的精餾、蒸餾、吸收等常規(guī)單元操作裝置設(shè)計開發(fā)和應(yīng)用上已經(jīng)取得顯著成果，并取得了運用模擬解決實際生產(chǎn)中遇到的問題及為節(jié)能降耗進行的工藝設(shè)備改進的經(jīng)驗[12]。本文主要對利用Aspen Plus軟件對某化工系統(tǒng)流程模擬，并查看各物流結(jié)果，從而優(yōu)化生產(chǎn)，實現(xiàn)裝置設(shè)計優(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)庫中都可以找到，故不需要計算純物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)。

2．2流程簡介

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

2.3工藝參數(shù)

進料溫度為- 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熱負荷為- 14KW，壓降為0.02 MPa。

3　模擬計算

Aspen Plus過程模擬計算主要包含物性計算，選擇單元操作模塊以及系統(tǒng)實現(xiàn)策略。物性計算可以自動從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用基礎(chǔ)物性進行傳遞性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的計算；選擇單元操作模塊，模擬所需的流程；實現(xiàn)過程優(yōu)化計算。

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)，將直接影響所計算的物性的準確程度，從而影響到計算結(jié)果的準確度。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)計算。本文計算物系為氫氣、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熱負荷為- 14KW，壓降為0.02 MPa。如圖5～圖8所示。

3.5運行模擬

模擬所必須的數(shù)據(jù)輸入完成，運行模擬。

4　計算結(jié)果與討論

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

綜上所述，本文通過化工系統(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算機中，利用Aspen Plus軟件進行模擬計算，很快就可以得到計算結(jié)果?；どa(chǎn)中應(yīng)用Aspen Plus軟件可以優(yōu)化生產(chǎn)；對設(shè)備和整套生產(chǎn)裝置的操作參數(shù)進行模擬；還可以實現(xiàn)裝置設(shè)計優(yōu)化。

參考文獻

[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，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，2003，54（8）：1179- 1182.

[5]孫志翱，金保升，李勇，等.基于Aspen Plus軟件的濕法煙氣脫硫模型[J].潔凈煤技術(shù)，2006，12（3）：82- 85．

[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.

[7]趙曉軍，陳偉軍，楊敬一，等.用Aspen Plus軟件模擬優(yōu)化卡賓達原油常壓蒸餾的研究[J].煉油技術(shù)與工程，2005，35（11）：43- 48.

[8]候會峰，葉楓，葉紹寧，等.基于Aspen Plus的原油常減壓蒸餾裝置的模擬[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2010，31（5）：8- 11.

[9]孫巍，李琳，陳曉春. Aspen Plus在工業(yè)精餾塔故障診斷與參數(shù)尋優(yōu)中的應(yīng)用[J].化工進展，2005，24（8）：935- 937.

[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，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：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：1008- 553X（2015）02- 0048- 04

收稿日期：2014- 10- 29

作者簡介：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，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