Aspen Plus -simulointiohjelmiston käyttöönotto Biotuotetekniikan tutkinto-ohjelmassa

Abstract

Tampereen ammattikorkeakoulun biotuotetekniikan opintoihin kuuluu tehdassuunnittelun ja prosessien mallintamisen kurssi. Opinnäyteyön tavoitteena oli selvittää, onko ennen Chemcad-simulointiohjelmistolla tehty simulaatiotyö mahdollista tehdä Aspen Plus -simulointiohjelmistolla. Aspen Plus- simulointiohjelmisto vaatii opiskelijalta jonkin verran enemmän osaamista prosessitekniikan alalta, mutta neljännen vuoden opiskelijalta voidaan silti olettaa tämän tasoista osaamista.

Aspen Plus -simulointiohjelmistoon vaihto aloitettiin luomalla kumeeniprosessin vuokaavio Aspen Plus -ohjelmaan. Kun vuokaavio oli valmis, materiaalivirrat määritettiin ja prosessilaiteet parametroitiin. Suurin eroavaisuus ohjelmien välillä on, että Aspen Plus -ohjelmistossa ei ole Chemcadista löytyvää yhden lähtövirran Flash-säiliötä

Prosessisimulaatio pyrkii vastaamaan kysymykseen, kuinka jokin tietty prosessi toimii tietyissä olosuhteissa. Prosessien mallintaminen tehdään yleensä matemaattisilla malleilla, jotka kuvaavat kemiallisia yksikköprosesseja. Yleisimmät simulaatiotekniikat ovat EO ja SM. SM-malli on yleisempi, koska sitä on yksinkertaisempi käyttää. Lähes kaikki modernit kaupalliset ohjelmistot käyttävät SM-mallia, mutta jotkin ovat alkaneet hyödyntää EO-mallia ohjelmistojensa tukena.

Tehdassuunnittelun kurssilla tehdään projektityö, jonka keskiössä on prosessisimulaattorilla tehty kumeeniprosessin kuvaus. Simulaatiossa suunnitellaan monimutkainen kumeenin valmistusprosessi. Opiskelijat mitoittavat lämmönvaihtimia, reaktoreita, pumppuja, säiliöitä ja kolonnin. Lisäksi opiskelijat voivat halutessaan optimoida prosessia muuttamalla prosessin parametrejä saadakseen paremman saannon.

Simulaation siirto onnistui ilman suurempia ongelmia, ja TAMKissa voidaan siirtyä syksyllä 2025 Aspen Plus -ohjelmiston käyttöön tehdassuunnittelun kurssilla. Aspen Plussaan siirtyminen antaa opiskelijoille paremmat edellytykset työelämään, sillä Aspenin ohjelmistopaketti on Suomessa Chemcadia käytetympi. Luottamuksellinen liite on poistettu työn julkisesta versiosta.

At Tampere University of Applied Sciences (TAMK), the curriculum of the Bioproduct Engineering degree programme includes a course on process planning and process modelling. This thesis aimed to study the possibility of switching the process simulation software used during the course from Chemcad to Aspen Plus. Aspen demands a higher understanding of chemical engineering compared to Chemcad, but that is expected from a fourth-year student.

The process of changing simulation software was started by creating the cumene process flowchart. After the flowsheet was ready material flows and device parameters were set. The biggest difference between Chemcad and Aspen Plus is the fact that Aspen doesn’t have one outlet flash container.

Process simulations aim to explain how certain chemical processes work in specific conditions. These processes are usually represented with mathematical models. The most common simulation techniques are EO (equation oriented) and SM (sequential modular). The SM model is more popular due to its simplicity. Almost all modern simulation software utilizes the SM model, but some developers have started adding EO models for supporting purposes.

The process planning course includes a group project. The key part of the project is a simulation of a cumene process. In the simulation the students have to size many process engineering components such as heat exchangers and vaporizers. They are also given the opportunity to improve the outcome of the process by fine-tuning the process parameters.

The transition to Aspen Plus went smoothly and TAMK can adopt the software into the process planning course starting in the fall of 2025. The switch should prepare the students to professional life as Aspen is more commonly used in Finnish companies compared to Chemcad. A confidential appendix has been removed from the public version of the report.