Aspen Plus在化工设计教学中的应用
摘要：随着计算机技术的发展，ApsenPlus作为高水平的仿真软件在高校教学中备受青睐，本文在传统教学的基础上，将ApsenPlus 流程模拟软件有步骤地应用于化工设计课程的教学中，通过ApsenPlus软件对一精馏塔进行模拟设计，使学生逐步掌握AspenPlus 软件的使用和加深对化工设计这门课的理解。
关键词：ApsenPlus化工设计模拟设计
化工设计课程是化工类专业的必修课程之一，是一门融合化工工艺学、化工原理、化工设备、化工热力学、化学反应工程等专业基础课知识并最能体现学生专业综合能力的学科。
陈显彰在其《化工设计概论》中讲“故凡修习化学工程者，皆以化工设计为最高攻读目标”[1]。
由此可见该课程的重要性。
这门课是将一个系统(如一个工厂、一个车间或一套装置等)全部用工程制图的方法，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。
它是通过设计人员运用各种手段，通过大脑的创造性劳动，将人们的要求变为现实生产的第一步。
它属于科学技术，是生产力的一部分[2]。
在21世纪的今天，世界各国之间的竞争主要是科技、人才和综合国力之间的竞争，人才竞争是竞争的实质。
中国高等工程教育的出发点和归宿是培养现代职场需要的、具有创造性及开拓性、能够参与
国际竞争、具备良好的应变能力的高级专门人才。
化工设计课是一门实践性较强的学科，需要把理论和实践紧密结合；并且化工生产技术难度大，工艺流程复杂，操作技术求较高。
由于化工实验成本高，工艺设备庞大，耗时较长等特点使得实验室仅设了一些小型的、简单的验证性实验，这对于培养生的创新能力以及解决工程实际问题能力帮助不大。
鉴于上述特点，在授课及实验教学中仅采传统的教学模式比较困难。
为了强化对学生设计能力的培养，提高学生的上岗工作能力，适应社会发展需求，许多化工院校都有针对性地开设了课程设计以及创新性实验等教学环节，使学生运用一门或几门课程识解决一个不太复杂但却是综合性的问题，从而初步获得工程技术的基本训练。
计算机仿真技术模软件的应用有效地扩展了创新性实验的选题范围，节约了实验成本，成为高校实验教学改革和科研创新发展的最佳选择。
现在较为成功的模拟系统软件有AspenPlus、PRO／II、HYSYS等，其中AspenPlus在我国设计院所和企业部门应用较为广泛。
AspenPlus称为“过程工程的先进系统”(AdvancedSys temforProcessEngineering，简称ASPEN)，该软件经过近30年来不断地改进、扩充和提高，成为举世公认的标准大型流程模拟软件。
AspenPlus特点如下：AspenPlus包含完整的化工单元模块，易于组建化工流程；AspenPlus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；从分析工具上看，AspenPlus提供了一些重要的模拟分析工具，如：流程优化、灵敏度分析、设计规定及工况研究等[3-5]。
精馏是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作。
在精馏塔的实际运行过程中，由于操作条件的波动，其分离效果和生产能力经常发生变化，因此精馏塔操作性能的分析是化工生产过程中的重要操作条件。
鉴于精馏在化工生产过程中的重要性，本文选取精馏塔的设计为例来说明AspenPlus在化工设计中的应用，其设计过程如下所示：含苯、甲苯、二甲苯和部分碳九的混合物（F=8155kg/hr、P=2MPa、T=50℃），组成如图所示。
用精馏塔（塔顶0.15MPa，塔底0.2MPa）分离，要求99.9%的苯从塔顶排出，99.98%的甲苯从塔底排出，采用全凝器。
求：
Rmin，NTmin，R=1.2Rmin时的R、NT和NF。
首先，指导学生对ASPENplus软件进行一个基本功能的了解，并在此基础上输入相关设计基础数据：
图1：化学组分输入数据图
图2：精馏塔操作参数输入数据图
针对输入的设计基础数据进行ASPENplus仿真模拟设计计算，通过设计软件自带的Profiles选项调取设计结果汇总，查看结果如下：图3：仿真模拟设计计算结果汇总
通过ASPENPLUS软件可以方便的将软件模拟出来的数据绘制
成图，便于学生理解掌握，因为对于一个塔设备而言，不同操作参数有可能对塔设备的运行影响较大，进而影响到产品纯度、塔的热负荷等重要的塔设备运行操作条件，ASPENPLUS软件提供了灵敏度分析工具，有助于特定工艺过程设备的设计，本文以冷却器冷却温度对产品纯度的关系为例进行了灵敏度分析，结果如下：
图4：冷却器温度对产品纯度灵敏度影像图
从以上设计可以看出，Aspenplus具有完备的物性数据库数据，完备的化工单元操作模型，能方便地构成各种化工生产流程。
将Aspenplus软件引人到化工设计课程教学之中，可以大大提高学生解决复杂工程方面的能力，对提高学生设计水平大有益处。
（1）在化工设计教学中，学习使用Aspenplus软件是化工设计的一个有力补充；
(2)通过精馏塔设计，可以使学生在实践中了解掌握此常用的设计软件；
（3）通过相关设计参数的选择与确定，以及设计完成后的数据处理，可以使学生更好的了解化工设计工作的步骤、过程与设计思路。
参考文献
[1]陈显彰.化工设计概论[M].台北:新学识文教出版中心，1978:l-2.
[2]陈蔚萍.“化工设计”课程的教学改革实践[J].广东化工,2009,36(7):284-285.
[3]王华,张国涛.化工设计课程教学改革建议[J].广州化工,2010,38(6):277-278.
[4]顾雄毅,朱开宏.改革化工设计教学,培养开放思维能力[J].化工高等教育,2010(3):53-54.
[5]隋国哲,李金龙,贾丽华,等.化工设计教学改革的探讨[J].高师理科学刊,2010,30(1):115-116.。