شبیه سازی، مدلسازی و بهینه سازی فرایندهای شیمیایی با ASPEN

مدلسازی و شبیه سازی فرایند، روشـی کـم هزینـه و مؤثـر بـرای شناخت دقیق فرایند و بهبود عملکرد آن و تحلیـل رفتـار دینامیـک سیستم قبل از بروز مسائل فرایندی می‌باشد. امـروزه اســتفاده از کــامپیوتر بــرای مــدلســازی و شبیه سازی فرایندهای شیمیایی، یکی از مهم‌ترین زمینه‌های مهندسی شیمی را تشکیل می‌دهد. مدلسازی به معنی توصیف ماهیت سیستم و انجام موازنه های جرم و انـرژی در قالـب معـادلات ریاضـی، نیازمنـد حـل همزمان تعداد زیادی معادله جبری و دیفرانسـیل و دسترسـی بـه تعداد زیادی ثوابت و ضرایب سینتیکی و ترمودینامیکی است. مقایسه قابلیت‌های هر یک از نرم افـزارهـای موجـود و انتخـاب میزان دقت شبیه سازی انجـام شـده و توانـایی آن در پـیش بینـی هرچه دقیق فرایند، تعیین کننده کاربرد آن در صنعت و تحقیقات علمی خواهد بود. با افزایش دقت مدلها و امکان استفاده از کـامپیوتر بـرای تحلیـل مدل‌های پیچیده‌تر و دقیـق تـر، شبیه سازی جلـوی بسـیاری از اشتباهات پرخرج در طراحی و ساخت واحدهای پیشـتاز را گرفتـه و خود به عنوان روشی جایگزین برای اینگونه واحدها، مطـرح گردیـده است. افزون بر آن، گنجاندن امکان طراحی دقیق تجهیـزات فراینـدی در نرم افزارهای شبیه ساز، گستره وسیعی از کـابردهـای نـرم افـزار در مهندسی فرایند را پیش روی آن قرار داده است. به این ترتیب امکان تحلیل اقتصای بسیار سریع و دقیـق فراینـد، بـدون اشـتباه و صـرف هزینه های گزاف فراهم می‌آید که این به نوبه خـود باعـث کـاهش هزینه های سرمایه گذاریه ای اولیه طرح خواهد شد. از کاربردهای بسیار متداول شبیه سازهـای رایانـه ای، بهینـه سـازی و بهبود فرایند از نظر کاهش میزان مصرف انرژی، افـزایش تولیـد، کـاهش میزان انتشار آلاینـده هـا، و کـاهش هزینـه تجهیـزات فراینـدی مـورد استفاده در طرح می باشد. هرچه نرم افزار مورد اسـتفاده دارای گسـتره وسیع تری از مدلهای فرایندی و مدلهای طراحـی تجهیـزات فراینـدی باشد، اطمینان به نتایج این بهینه سازی افزایش خواهد یافت.

آشنایی با نرم افزار ASPEN

تاریخچه شکل گیری نرم افزار ASPEN به سالها قبل، زمانی که تعدادی از دانشگاههای معتبر آمریکا شـروع بـه تعریـف یـک سـری پایـان نامـه هـای هـدفدار در زمینـه طراحـی تجهیـزات فراینـدی نمودند، باز می‌گردد. این کار گستردهی علمی، به تولیـد کامـلتـرین، گسترده‌ترین و قویترین نرم افزار شبیه سازی، طراحـی و تحلیـل فراینـد و طراحـی تجهیزات فرایندی انجامید. اکثر نرم افزارهای موجود ماننـد ChemCAD، RROII، HYSYS و DESIGN II بــا وجــود دارا بــودن محاســن و معایــب نســبی در شبیه سازی دینامیک فرایندها، برج‌ها، محلول‌های آمـین و … دارای یک محدودیت عمده می‌باشند. این محدودیت ناشی از کار تخصصی آنها و تمرکز آنها بر روی بخـش خـاص از فراینـدهـای شـیمیایی است. برای نمونه اکثر آنها به طـور همزمـان قـادر بـه شبیه سازی فراینــدهــای نفتــی، الکترولیتــی و پلیمــری نمی‌باشند. بــرخلاف نرم افزارهـای فـوق، نـرم افـزار ASPEN دارای قابلیـت شبیه سازی همزمان انواع فرایندهای شیمیایی می‌باشد ) به نظر می‌رسد با ادغـام HYSYS در ASPEN مجموعه نرم افزارهـای ASPEN در قالـب مجموعـه ASPEN Engineering Suit ارائه می‌گردد. ایـن مجموعـه شامل ده ها بسته مستقل نرم افزاری می‌باشد که هرکدام برای کـار خاصی استفاده می‌شود. بسته ASPEN PLUS یکی از مهـمتـرین اعضای این مجموعه بوده و به عنوان پایه بقیه بسته‌های ASPEN استفاده می‌شود. ایـن بسـته نرم افزاری امکـان شبیه سازی و مدلسازی فرایندهای شیمیایی را در حالت پایا فراهم می‌آورد. نرم افزار ASPEN PLUS امکان به کارگیری بقیـه نرم افزارهـای مجموعه ASPEN را در داخل خود فـراهم آورده اسـت. بـه طـور مثال میتوان از ASPEN Split برای شبیه سازی دقیق فرایند تقطیر اسـتفاده کـرده و طراحـی کامـل شـده را بـا RADFRAC داخـل ASPEN PLUS جایگزین نمـود. نرم افزار ASPEN امکـان شبیه سازی واحـدهـای پیشرفته پالایشگاهی نظیر مدلهای توسعه یافته برای راکتورهـای FCC و ریفرمینــگ کاتالیســتی را نیــز دارا می‌باشد. در زمینــهی پلیمرها، ASPEN دارای امکـان مـدلسـازی واحـدهـای عملیـاتی و سیستمهای CO-Polymer می باشد. برنامه ICARUS امکان ارزیابی اقتصادی انواع فرایندها و تجهیـزات فرایندی را فـراهم می‌آورد.

نرم افزار ASPEN در نسخه های مختلف به بازار عرضه گردیده است. نسخه 11.1 این نرم افزار یکی از نسخ سبک و پایـدار ایـن نـرم افـزار می‌باشد. از نسخه 11.1 به بعد این مجموعه با نـام AspenONE بـه بازار ارائه شد. از این نسخه به بعد، نرم افـزارهـای HYSYS و HTFS نیز در قالب ASPEN ارائه شدند. به این ترتیب در هنگام نصب پکیج نرم افزار، تمامی نرم افزارها به صورت یکسان نصب می‌شوند

مدلسازی دقیق فرایندهای جذب در حالت دینامیک ASPEN ADSIM
طراحی حرارتی و ارزیابی تجهیرات بازیافت انرژی و کولرهای هوایی Aerotran
شبیه سازی دقیق فرایندهای کروماتوگرافی در حالت دینامیک Chromatograph
توسعه و ایجاد مدلهای دلخواه ASPEN Custom Modeler
شبیه سازی فرایندها در حالت دینامیک Dynamics
طراحی حرارتی و آنالیز مبدلهای پوسته و لوله Hetran
برآورد اقتصادی و ارزیابی اقتصادی طرحها Icarus
امکان استفاده از بانکهای داده نرم افزار OLI برای طراحی
فرایندهای بر پایه محیط های آبی الکترولیتی OLI
مدل‌های پیش ساخته فرایندهای رایج PEP
نرم افزار جامع انتگراسیون فرایندها Pinch
مدلسازی و شبیه سازی فرایندها در حالت پایا Plus
انجام محاسبات و ارزیابی خواص فیزیکی PROPERIES
طراحی و تحلیل برجهای تقطیر Split
طراحی مکانیکی مبدلهای پوسته لوله و مخازن تحت فشار Teams
شبیه سازی دینامیکی خطوط لوله دو فازی نفت و گاز Traflow
نرم افزار مدلسازی Utilities
شبیه سازی فرایندهای ناپیوسته Batch Plus
مهندسی فرایند یکپارچه Zyqad
ارزیابی فرایند تجاری BPE

—————————————————————————

در حال حاضر نسخه 8.6 این نرم افزار بصورت ماژول کامل و همراه با فیلم آموزشی HYSYS و کتابهای آموزشی aspenONE به همراه تعداد زیادی مثال موجود می باشد. حجم پکیج کامل این مجموعه 17 گیگابایت می باشد.