AspenPlus模拟软件在化工领域的应用分析

在国家科技水平稳步提升的支持下,我国化工行业取得了长足发展,目前化工产业已经成为社会经济支柱产业,化工产品更是在社会方方面面随处可见,同时社会各界也对化工产品品质提出更高要求,因此化工领域各相关方面很有必要通过对AspenPlus模拟软件的合理应用不断发展进步,以便实现整个化工领域的健康良性发展,基于此,本文在针对Aspen进行简要说明的基础上,详细分析AspenPlus模拟软件在化工设计与化工课程教学两个方面的具体应用。

基于ASPENPLUS模拟的污泥自热干燥焚烧发电工艺

基于ASPEN PLUS模拟平台,对机械脱水后含水率为70%的污泥经热干燥后再进入循环流化床焚烧的模拟计算,与其他焚烧过程计算方法相比,可以快速实现污泥焚烧过程的模拟,并可方便对焚烧工艺及物流参数进行优化调整。结果显示:完全可用污泥焚烧后的烟气对污泥进行干燥;用污泥焚烧后的烟气(300～400℃)对污泥进行干燥,可将污泥含水率由70%降至60%左右,而不需要额外的热源;随着污泥含水率由70%降低到60%,污泥的发电效率不断增加。

用AspenPlus模拟木薯制无水乙醇四塔精馏工艺过程

用Aspen Plus对木薯制取无水乙醇的工艺流程进行了模拟计算。利用Aspen Plus中的灵敏度分析来优化萃取塔和回收塔的最优塔板数、回流比和进料位置。经过对醪塔、精馏塔、萃取精馏塔、回收塔的模拟,基于NRTL活度系数模型,以乙二醇、醋酸钾为萃取剂,可连续模拟出纯度高达99.9%(质量分数)的无水乙醇,展现了萃取精馏技术在工业生产无水乙醇上的应用前景。

基于流化床的煤部分气化ASPENPLUS模拟

运用Aspen Plus,基于Gibbs自由能最小化原理对流化床煤部分气化过程进行建模分析。通过设定非均相反应的趋近平衡温度修正了气化热力学模型。结果表明所建模型可以较好地描述煤部分气化的产物分布特征。

用ASPENPLUS模拟分析石油化工流程

依靠现有生产设备进一步挖潜增效，走依靠内涵发展生产的道路是中国石化总公司战略目标之一，石油化工流程模拟技术是实现这一目标的有力工具，ＡＳＰＥＮＰＬＵＳ是当今最先进的石油化工流程模拟软件代表。本文通过用ＡＳＰＥＮＰＬＵＳ对氯乙烯（ＶＣＭ）生产过程的模拟分析，介绍ＡＳＰＥＮＰＬＵＳ的功能和特点和用ＡＰＳＥＮＰＬＵＳ模拟分析石油化工流程的一般步骤和方法，最后论述了对ＡＳＰＥＮＰＬＵＳ进行二次开发应用的一些技术关键及其对策。

用AspenPlus模拟分析和优化多晶硅合成工段洗涤塔

利用AspenPlus模拟分析了三氯氢硅合成洗涤塔,利用灵敏度工具分析了摩尔回流比对洗涤塔操作的影响,还利用优化分析工具对进料温度进行了分析。经对洗涤塔的模拟分析,建议实际运行采用适宜的较小回流比操作,可提高氯硅烷的回收率,还可降低再沸器的供热,甚至可取消它,有效避免硅粉和金属氯化物对其的严重磨蚀和腐蚀,同时还可减少冷凝器所需的冷量,降低多晶硅生产中的操作成本。

Aspenplus模拟环丁砜萃取精馏苯乙烯工艺过程

使用Aspenplus模拟软件对裂解汽油C8馏分萃取精馏苯乙烯工艺进行模拟计算,得出萃取精馏塔的塔板数、进料位置,同时给出主要操作参数及工况条件。为该工艺流程的开发建立基础。

基于AspenPlus的污泥干化-热解耦合工艺模拟及放大实验

针对污泥干化能耗高的问题,提出了污泥干化-热解耦合新工艺。通过采用Aspen Plus软件进行模拟,分析了可燃气传热量的影响因素(热解温度和杨木屑添加率)以及升温速率对热解产物和系统能耗的影响。结果表明:当采用杨木屑和污泥进行共热解时,杨木屑添加率须达43.5%,才能维持系统正常稳定地运行。当热解温度为550℃时,作为可燃气主要成分的热解油得率达到最大,为51.7%,此时系统有最大的供热量12.619 MJ/h。此外,发现随着升温速率的增加,固体残渣的得率下降,而热解油和可燃气的总得率上升;当升温速率降低时,热解油和可燃气的得率也降低。中试放大实验研究表明,当污泥进料量为3 kg/h时,停留时间必须≥45 min、通气流量40 L/min,才能达到预期的干化目标。

基于AspenPlus的煤干燥过程模拟计算

运用Aspen Plus软件进行了煤干燥过程的模拟计算,研究了煤干燥的主要操作参数(干燥介质种类、温度、流量和湿度)与干煤出口温度之间的关系.结果表明,干煤出口温度与干燥介质种类并无显著关系,干煤出口温度随着干燥介质的温度、流量的增大先缓慢增加后迅速增加.当干燥介质流量较小时,干煤出口温度随着干燥介质含水量的增加略有增加;而当干燥介质流量较大时干煤出口温度随着干燥介质含水量基本不变.

工业系统流程模拟利器——ASPENPLUS

流程模拟软件的功效在于依托精确的模型、科学的计算方法对单元和系统进行计算和高效的优化设计。在已经开发成功的模拟软件中,ASPEN PLUS是比较先进的,在大型化工和热工系统模拟中更展现了它的优势。概括介绍了这款软件的功能和使用方法。

Aspen Adsorption在气体吸附过程模拟方面的应用

Aspen Adsorption是一款吸附模拟软件,常用于气体吸附分离过程的模拟计算,对操作条件优化、设计优化、吸附材料性能评价等方面具有一定的指导作用。简要介绍了Aspen Adsorption软件的应用、模型参数和各种衡算方程,总结了其在穿透曲线计算方面的模拟计算和应用,归纳了利用循环控制器Cycle Organizer针对各种类型的变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)和变温吸附TSA(Temperature Swing Adsorption)过程进行模拟的情况。此外,针对Aspen Adsorption与其他软件结合使用的案例也进行了简要介绍。最后对Aspen Adsorption的未来发展进行了展望。

SSP-RCP耦合情景的城市局地气候分区模拟--以南京市为例

基于情景的土地利用变化模拟能够展现未来城市的多种可能性,是当前土地覆被变化领域的热点。现有研究地表分类体系中的建设用地无法精确刻画城市内部空间形态,且土地模拟研究中不统一的模拟情景将影响土地模拟结果的可比性,因此,本文采用了国际耦合模式比较计划(CoupledModelIntercomparisonProject,CMIP)最新提出的三种典型SSP-RCP耦合情景,以南京市为研究区,开展了未来近期(2030年)、中期(2060年)和远期(2090年)的局地气候分区(local climate zones,LCZ)时空模拟。结合马尔可夫模型和多目标规划预测未来耦合情景下各LCZ类型的数量需求,并通过未来土地利用变化模拟模型实现LCZ的空间分布模拟。结果表明:①SSP126情景下生态用地(LCZA/B/D/G)得到了有效保护,且建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)在主城区的扩张得到有效控制。②SSP245情景中,经济发展的同时也顾及了生态环境保护,尽管建筑用地扩张明显,但生态用地(LCZA/B/D/G)的面积仅出现了轻微下降。③SSP585情景建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)和耕地(LCZ D)扩张态势十分显著;21世纪中、后期的林地(LCZ A、LCZ B)和水体(LCZ G)将遭到严重破坏。本文首次开展了自然与人文双重驱动下的城市LCZ时空模拟,研究成果能够直接应用于城市气候与规划领域。

UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。

情景模拟教学法在临床基本技能培训中的应用研究

目的基于PDCA循环理论探索情景模拟教学法在临床基本技能培训中的应用模式。方法选取哈尔滨医科大学附属第一医院2019级临床医学专业96名学生作为研究对象,分别设置实验组和对照组,每组48名学生,于2022年3—12月开展技能培训。对照组采用传统方式培训,实验组采用基于PDCA循环的情景模拟教学法培训。比较分析对照组和实验组的培训效果及培训满意度。结果在实验组学生的培训效果调查中,临床基本技能操作中多方面评价结果均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。在适当且安全的操作方式方面,两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。在培训满意度调查中,实验组学生对培训满意度明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)。结论在临床基本技能培训中应用基于PDCA循环的情景模拟教学法,有助于提升临床基本技能培训质量和学生满意度。

翻转课堂联合SimMan 模拟人在住院医师ACLS非技术能力培训中的应用

目的 本研究探讨翻转课堂教学法联合SimMan模拟人在住院医师高级心脏生命支持(advanced cardiac life support, ACLS)非技术能力培训中的应用效果。方法 选取西安交通大学第一附属医院80名三年级住院医师作为研究对象,将其随机分为翻转课堂组和传统课堂组,并应用SimMan模拟人进行ACLS的模拟培训。最后采用实践测试、非技术能力测试和问卷调查评估两种教学方法的培训效果。结果 翻转课堂组学员正确使用除颤仪得分、正确使用肾上腺素得分、团队合作得分及测试总得分高于传统课堂组学员,组间差异具有统计学意义(P<0.05)。较传统课堂组,翻转课堂组经过ACLS模拟培训后在情景意识、任务管理、团队合作及判断决策等非技术能力方面的合格率均明显升高(P<0.05)。问卷调查结果显示,翻转课堂组学员在良好的课堂互动、激发学习兴趣和积极性、加强团队合作和总体满意度方面优于传统课堂组,其差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论 翻转课堂教学法联合SimMan模拟人可提高高年资住院医师的ACLS实践测试成绩和非技术能力,并增加学生满意度,在ACLS培训中具有重要的应用价值。

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(1)——地下水-膨润土体系演化的地球化学模拟

在某区含Pu高放废物处置系统的性能评价中,需要分析水-岩相互作用下蒙脱石、孔隙度、pH值等演化过程对膨润土材料性能及Pu反应性迁移的影响,为此,本文以工程屏障系统中厚度为1 m的柯尔碱膨润土回填材料为研究对象,基于地下水入渗景象,采用TOUGHREACT模拟了地下水-膨润土体系的地球化学演化。结果表明:膨润土完全饱和约需20年;膨润土中蒙脱石的伊利石化作用很弱,而去白云石化过程(白云石溶解、方解石形成)相对明显,这使得水中Ca^(2+)浓度减小、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度增大、pH值呈弱碱性且维持在8.1~10.3范围内;膨润土的孔隙度和渗透率变化不明显(变化量不到2%)。这些演化过程将有利于维持膨润土的膨胀性,阻滞核素向外迁移。

情景模拟结合CBL对提升产科住院医师医患沟通能力的效果分析

目的探讨在产科住院医师规范化培训(简称住培)中进行情景模拟结合以案例为基础的教学对医患沟通技能培训的效果。方法选取50名在产科规范化培训的住院医师为研究对象。培训前进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。基于产科住培大纲选择5个典型病例情景,由教师录制5个典型病例病情医患沟通的示范视频,并梳理相关背景知识,在产科住院医师中依次开展培训课程,即视频示范、小组讨论、病例背景知识梳理讲解、分角色演练、演练后反馈和评价以及临床实践。培训后再次进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。使用配对样本的非参数检验方法评价培训效果。结果情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训后,学员医患沟通能力SEGUE测评总分提高[13.00(11.00~16.00)vs.22.00(20.00~24.00)],差异具有统计学意义(Z=-6.159,P<0.001);医患沟通能力SEGUE测评总体合格率提高[36.0%(18/50)vs.98.0%(49/50)],差异具有统计学意义(χ^(2)=43.464,P<0.001)。结论情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训可有效提高学员医患沟通能力,调动学员的学习主动性,激发学员内在学习动力,建议在产科住培中纳入此类课程。

情景模拟联合PBL教学法在脊柱侧弯住培教学中的应用研究

目的 探究情景模拟联合以问题为导向的教学法(problem-based learning,PBL)在脊柱侧弯住培教学中的应用效果。方法 将2020年1月—2021年12月在南通大学附属医院骨科参加住培的40名学员作为研究对象,并随机分为对照组(n=20,给予PBL教学法),观察组(n=20,给予情景模拟联合PBL教学法)。比较分析2组学员考核成绩、满意度及综合能力评价情况。结果在考核成绩方面,住培前2组学员考核成绩差异无统计学意义(P> 0.05),住培后观察组学员理论与实践的成绩分别是(91.04±3.14)分、(92.33±3.57)分,均高于对照组学员的(81.75±2.97)分、(82.64±2.69)分,且观察组综合得分(91.47±3.26)分高于对照组学员的(82.01±2.54)分,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组与对照组对住培教学的满意度(95.00%vs. 70.00%)的差异有统计学意义(P <0.05)。在综合能力评价方面,观察组学员综合评价总分(89.46±1.17)分,高于对照组学员的(70.27±1.22)分,差异有统计学意义(P <0.05)。结论 在脊柱侧弯住培教学中实施情景模拟联合PBL教学法可以有效提高学员的理论知识水平以及实践操作能力,并且学员的综合能力显著提高。