آموزش نرم افزار اسپن پلاس (ASPEN PLUS)

به عنوان یک مهندس شیمی یا مهندس فرایند، پس از آشنایی با تجهیزات پیشرفته فرایندی، نیاز به یک ابزار کامپیوتری که انجام محاسبات مربوط به این تجهیزات را برعهده بگیرد، احساس می‌شود. به عنوان مثال پس از مدل‌سازی یک برج تقطیر ساده با تعداد سینی‌های کم و 4 یا 5 جزء در خوراک ورودی ممکن است گاهی با صدها معادله از جمله موازنه‌های انتقال جرم و انرژی و سیالات مواجه شویم. پیاده‌سازی و حل این معادلات می‌تواند بسیار زمان‌بر و خسته‌کننده باشد.

لذا باید برای حل این مشکل باید به دنبال راه حل بود؛ چرا که یک مهندس شیمی بدون توانایی مدل‌سازی و شبیه‌سازی فرایند عملا دچار مشکل خواهد شد و از گردونه رقابت‌ها در بازار کار و تحقیقات علمی عقب خواهد ماند. حتی در کارهای آزمایشگاهی هم گاهی به جایی می‌رسیم که به صرفه و منطقی است که ابتدا فرایند را هر چند کوچک، شبیه‌سازی کنیم و بعدا سراغ پیاده‌سازی و ساخت آن برویم.

برای رفع این مشکل، تعداد کثیری بسته نرم‌افزاری از گذشته تا کنون در حال گسترش است و هر ساله نرم‌افزار‌های جدیدتر و کامل‌تری وارد بازار شده و مورد استفاده مهندسین شیمی قرار می‌گیرد. در میان تمامی این بسته‌های نرم‌افزاری یکی از پرکاربردترین، دقیق‌ترین و کامل‌ترین بسته‌ها، نرم افزار aspen plus یکی از نرم‌افزارهای ارائه شده توسط کمپانی ASPEN One است. 

مزایای نرم افزار اسپن پلاس

در مقایسه با دیگر نرم‌افزارها، نرم افزار aspen plus تجهیزات فرایندی و مدل‌های ترمودینامیکی بیشتر و حل‌کننده‌های سریع‌تر و دقیق‌تری دارد و برای شبیه‌سازی یک واحد فرایندی کامل هیچگونه محدودیت یا کمبودی ندارد. 

تجهیزات فرایندی نرم افزار اسپن پلاس

از جمله تجهیزات فرایندی یا Unit Operation که در نرم‌افزار aspen plus  شبیه‌ساز، پوشش داده می‌شود می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پمپ
• کمپرسور
• شیر
• خطوط لوله
• راکتور
• برج تقطیر
• مبدل حرارتی 
• و غیره

لازم به ذکر است که این تجهیزات تحت مدل‌های متفاوتی ارائه شده‌اند که بسته به فرضیاتی که در فرایند در نظر گرفته می‌شود می‌توان از تجهیز مربوطه استفاده کرد. به عنوان مثال در مورد راکتورها می‌توان به راکتورهایCSTR ، PFR و راکتورهای تعادلی اشاره کرد.

آموزش نرم افزار اسپن پلاس

آموزش پیش رو که به طور خاص به آشنایی با نرم‌افزار ASPEN Plus می‌پردازد، برای دانشجویان و همچنین فارغ‌التحصیلان رشته مهندسی شیمی و مهندسی نفت در مقاطع مختلف تحصیل بسیار مفید خواهد بود و راه آن‌ها را چه برای ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر و انجام امور تحقیقاتی و چه برای ورود به بازار کار هموار‌تر خواهد کرد. در آموزش نرم‌افزار aspen plus سعی بر پوشش کامل و جامع تمامی ابزار‌های ارائه شده در این نرم‌افزار است. 

سرفصل‌های آموزش نرم افزار aspen plus
1- در ابتدا و شروع کار با انواع مدل‌های ترمودینامیکی ارائه شده در نرم‌افزار  اسپن پلاس و بانک داده‌های موجود در آن آشنا خواهیم شد و می‌آموزیم چگونه مواد مختلف را به محیط شبیه‌سازی اضافه کنیم.

2- در مرحله دوم از آموزش اسپن پلاس، قدم به قدم با انواع تجهیزات ارائه شده در نرم‌افزار اسپن پلاس آشنا می‌شویم و از آن‌ها در غالب مثال‌های متعدد استفاده می‌کنیم.  به عنوان مثال با جداکننده‌های دو و سه فازی، برج‌های تقطیر و جذب، مخلوط کننده‌ها، مخازن ذخیره‌سازی، تجهیزات انتقال سیال از جمله لوله‌ها و اتصالات مربوطه، پمپ‌ها و کمپرسورها و انواع مختلف Valve‌ها، راکتورهای پلاگ و CSTR، مبدل‌های حرارتی از جمله پوسته لوله و طراحی Geometry آن‌ها و موارد دیگر آشنا خواهیم شد.

3- در فصل سوم این آموزش مباحث نسبتا خاص مرتبط با مهندسی شیمی از جمله کار با الکترولیت‌ها، واکنش‌های پلیمرازیسیون، جابجایی جامدات و تعریف مواد دارویی را مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد.

4- فصل چهارم نیز با  تحلیل نتایج و بررسی‌های بیشتر با پیاده‌سازی آنالیز حساسیت، بهینه‌سازی و تعریف Design Specification طی مثال‌های فراوانی آشنا خواهیم شد.

5- در آخرین بخش از آموزش نرم افزار Aspen plus، با ابزار‌های فراهم شده در نرم‌افزار اسپن پلاس به منظور آنالیزهای ایمنی و اقتصادی آشنا می‌شویم و آموخته‌های خود را در غالب چندین تمرین، مثال و پروژه محک خواهیم زد.

آموزش اسپن پلاس

نرم افزار aspen plus از قدرتمندترین نرم افزارها در شبیه سازی فرآیندهای مربوط به مهندسی شیمی است. این نرم افزار زیر نظر مجموعه Aspen one و توسط شرکت Aspentech توسعه داده می‌شود. یک مهندس شیمی یا مهندس فرآیند، پس از اینکه با تجهیزات پیشرفته فرآیندی آشنا شد، باید محاسبات خود را بر عهده یک ابزار کامپیوتری قرار دهد. نرم افزارهای hysys، هایسیس و اسپن پلاس از این دسته برنامه‌ها هستند‌. از بین ابزارهای پیشرفته کامپیوتری Aspen Plus است که به عنوان یکی از پرکاربردترین، دقیق‌ترین و کامل‌ترین بسته‌ها در این زمینه شناخته می‌شود. شما هم اگر در زمینه فرآیند‌های شیمیایی فعالیت می‌کنید، بهتر است با آموزش اسپن پلاس همراه شوید تا اطلاعات خود را افزایش دهید. 

آشنایی با نرم افزار اسپن پلاس 

اسپن پلاس از جمله نرم افزارهای پیشرو در زمینه شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی، پلیمر و غیره است. از آن جا که فعالیت مهندسان شیمی نیز مانند دیگر فعالیت‌ها با چالش‌های اقتصادی در جهان، شرایط بازار پویا و فشارهای رقابتی رو به رو شده، در جهت بهبودی عملکرد و کیفیت شبیه سازی ها نرم افزاری همانند aspen پلاس طراحی می‌شوند.

شبیه سازی فرآیند در زمینه شیمیایی، واحدهای عملیاتی، انتقال سیالات و بعضا جامدات از جمله قابلیت‌های این نرم افزار پیشرفته به حساب می‌آیند. بنابراين شما به عنوان یک مهندس شیمی می‌توانید با اطمینان خاطر از نرم افزار‌ اسپن پلاس استفاده کنید و با پشتوانه تجربه‌ی زیاد شرکت سازنده اسپن به نتایج قابل قبول خود در شبیه سازی دست پیدا کنید. برای این کار بهتر است توجه‌ای به آموزش اسپن پلاس در ادامه مقاله داشته باشید. 

کاربرد نرم افزار اسپن پلاس چیست؟

همان طور که گفته شد نرم افزار اسپن در زمینه تحقیقات علمی کاربرد و گستردگی زیادی دارد. به همین دلیل است که اهمیت آموزش اسپن پلاس بیش از پیش به چشم می‌آید. با این حال می‌توان از این نرم افزار برای ورود به بازار کار نیز استفاده کرد. در شرکت‌هایی مانند طراحی مهندسی و بخش R&D کارخانه‌ها از نرم افزار اسپن پلاس به وفور استفاده می‌شود و همین امر باعث می‌گردد افرادی که کار با آن را به خوبی آموخته‌اند، فرصت بیشتری برای استخدام داشته باشند. 

مراحل آموزش اسپن پلاس 

دانشجویان و فارغ‌التحصیلان رشته‌های مهندسی شیمی یا نفت یا افرادی که با تجهیزات دوار در این زمینه آشنا هستند، می‌توانند مراحل آموزش اسپن پلاس را دنبال کنند‌. زیرا آن‌ها می‌توانند از این آموزش برای ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر و انجام امور تحقیقاتی بهره ببرند. هم‌چنین در بازار کار مفید و سودمند مشغول به کار شوند. بنابراین شما هم اگر نیاز به گذراندن مراحل آموزشی دارید، سرفصل‌های آموزش اسپن پلاس را دنبال کنید: 

فصل اول: آشنایی با مقدمات اسپن پلاس 

سر فصل نشان می‌دهد که قرار است با مراحل اولیه نرم افزار آشنا شوید. به‌علاوه بعد از کامل شدن لین مقدمات یاد می‌گیرید اجزا را اضافه کنید. در قدم بعد انواع Property Methodها را شناخته و شرایط استفاده از آن‌ها را مرور می‌کنید. با کمک این properties  دقت محاسبات خود را با کمک از بانک داده‌های تجربی که مخصوص این نرم افزار هستند را افزایش می‌دهید. در آخر این فصل نحوه استفاده از Help نرم افزار مرور می‌شود. 

فصل دوم: بررسی ویژگی‌های Flowsheet نرم افزار

در این فصل فرآیند شبیه‌سازی آغاز خواهد شد. آموزش با یک مثال شروع می‌شود تا با محیط شبیه‌سازی آشنا شوید. سپس بخش‌های مختلف و تکنیک‌های افزایش دقت حل و همگرایی شبیه‌سازی به شما گفته می‌شوند. در نهایت هم یاد می‌گیرید چگونه از یک جداکننده فلش سه فازی در شبیه‌سازی استفاده کنید. 

فصل سوم: جدا کننده‌های فلش و برج‌های تقطیر 

در فصل قبل آشنایی با جداکننده فلش سه فازی در شبیه‌سازی داشتید و این بار باید مدل‌های مختلف موجود در نرم افزار برای شبیه‌سازی برج تقطیر را مورد بررسی قرار دهید. بنابراین یک مثال ارائه می‌شود که در آن مدل‌های پرکاربرد شبیه‌سازی برج تقطیر برای شما کاملا مشخص باشند. 

فصل چهارم: یادگیری شبیه‌سازی در استخراج مایع_مایع

برای آشنایی با فرآیند شبیه‌سازی استخراج مایع_مایع یک مثال تعریف می‌شود. در این مثال تعادلات فازی از روش‌های فی-فی یا گاما-فی حل می‌شوند. هم‌چنین این تعاملات به ضریب فوگاسیته یا همان فی نیاز دارد که احتياج به برهمکنش پیدا می‌کنند تا نتایج دقیقی در اختیار قرار دهد. به علاوه برای ضریب فعالیت (گاما) نیاز به پارامتر برهمکنش است. این پارامترهای برهم‌کنش از رگرسیون یا همان بهینه‌سازی داده‌های تعادلی ایزوترمال یا ایزوبار به دست می‌آید. بعد از تمام مراحل ابزار Sensitivity Analysis معرفی شده و بعد از آن نوبت به نمودار تعادل سه‌فازی می‌رسد. با کمک این نمودار مواد درگیر در شبیه‌سازی ترسیم خواهند شد. 

فصل پنجم: شبیه‌سازی راکتورها 

هدف برگزاری این جلسه آشنایی با مدل‌های مختلف در نرم افزار اسپن پلاس برای مدلسازی اکتورها است که برای سینتیک واکنش های ساده به کار می‌روند. بنابراین در تعریف مثال از واکنش ساده، نمونه‌ای از مدل‌های پرکاربرد موجود در شبیه‌سازی استفاده می‌شود. در آخر فصل است که با تعریف یک آنالیز حساسیت، شرایط عملیاتی مطلوب یک راکتور را پیدا خواهید کرد. 

فصل ششم: شبیه‌سازی راکتورها 2

در بخش دوم شبیه سازی راکتورها سینتیک راکتورهای شیمیایی پیچیده مورد بررسی قرار می‌گیرند. هنگامی که سینتیک واکنش فرم ساده و توانی نداشته باشد، پیچیده است و به آن LHHW می‌گویند. هدف شبیه‌سازی راکتورها با سینتیک پیچیده است که با یک مثال دنبال می‌شود. در آخر هم برای بیشینه کردن Selectivity یک آنالیز حساسیت تعریف خواهد شد. 

فصل هفتم: چگونگی اضافه کردن خطوط لوله، پمپ و Valve

در فصل هفتم با Chocking و Cavitation و غیره آشنا می‌شوید که از مفاهیم مربوط به خطوط لوله، پمپ و Valve  هستند. 

فصل هشتم: استفاده از ابزار بهینه‌سازی 

شما کار با ابزار بهینه‌سازی را در آموزش اسپن پلاس یاد می‌گیرید تا بتوانید قطر بهینه یک لوله را از نظر اقتصادی پیدا کنید. 

فصل نهم: شبیه‌سازی و طراحی مبدل‌های حرارتی 

مرور روش‌های مختلف طراحی و شبیه‌سازی مبدل‌های حرارتی در این فصل مد نظر قرار گرفته‌اند. آشنایی با محیط ASPEN EDR  از دیگر اهداف این فصل است. 

فصل دهم: الکترولیت‌ها 

شبیه‌سازی فرآیند‌هایی که با الکترولیت‌ها درگیر هستند، جز آموزش های نرم افزار در این فصل هستند. 

فصل یازدهم: پلیمرها

تئوری‌های حاکم بر واکنش‌های پلیمری اولین قدم از آموزش فصل یازدهم هستند‌. سپس این واکنش‌ها به محیط شبیه‌سازی اضافه شده و شبیه‌سازی آن‌ها و خواص نهایی پلیمر تولیدی مورد بررسی قرار می‌گیرند.

فصل دوازدهم: آشنایی با مولکول‌های دارویی و تخمین خواص آن‌ها 

در این فصل مولکول‌های جدیدی که در بانک نرم افزار اسپن موجود نیستند، اضافه می‌شوند و برای درک مفهوم آن یک مثال در زمینه مواد دارویی آورده شده است. 

فصل سیزدهم: شبیه‌سازی فرآیند‌ها در فاز جامد

جامدات و عملیات واحدهای مربوط به آن‌ها هدف این فصل از آموزش اسپن پلاس هستند‌. شما بعد از شبیه‌سازی فرایند‎‌ها در فاز جامد با دو مثال شبیه‌سازی خرد کن و راکتور بستر سیال را با توجه به این مفاهیم بررسی می‌کنید. 

فصل چهاردهم: جنبه های ایمنی و انرژی فرآیندهای شیمیایی 

برای در نظر گرفتن بحث‌های ایمنی و فرآیند‌ Heat Integration، با دو محیط Safety Analysis و Energy Analysis نرم افزار آشنا می‌شوید. 

فصل پانزدهم: محاسبات اقتصادی 

مثال اول به شما نحوه تعریف جریان‌های Utility و قیمت‌گذاری آن‌ها را نشان می‌دهد. سپس یک به یک روش‌های مختلف قیمت‌گذاری فرایند در نرم افزار اسپن توضیح داده می‌شوند. 

فصل شانزدهم: پروژه نهایی

بعد از گذراندن تمام مراحل یک مرحله شبیه‌سازی استایرن را پشت سر گذاشته و وارد یک پروژه کامل و واقعی می‌شوید. 

جمع بندی 

دوره‌های آموزش اسپن پلاس برای مهندسان شیمی، نفت، پتروشیمی و غیره آماده شده است. این دوره‌ها به آن‌ها فرصت می‌دهند تا محاسبات فرآیندهای مختلف را با کمک برنامه‌های پیشرفته کامپیوتری انجام دهند.