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1、第一章流程模拟技术简介,化工计算软件种类简介 流程模拟技术 常用流程模拟软件简介 Aspen Plus PRO II HYSYS ChemCAD ECSS,流程模拟技术,流程模拟技术是综合应用过程工程、系统工程、计算数学等学科的理论和方法，开发专用软件对流程工业的单元过程、设备及整个流程系统在计算机上进行描述的技术。 这种描述： 可以是静态的，也可以是动态的； 可以对过程进行物料平衡、热量平衡、化学平衡、相平衡的计算，也可以预测变量变化对过程的工艺及工程技术的影响。,流程模拟技术随计算机技术的发展而不断发展，为过程系统的综合分析和优化提供了快速高效的方法，已经成为过程系统工程的重要技术。 流程
2、模拟技术是在计算机上“再现”实际生产过程的技术，不需要在实际装置上进行任何变动，可以对装置的操作参数进行任意的改变，以了解该变动可能造成的后果。 节省时间、设备投资、操作费用。,流程模拟的作用,过程工业的生命周期,研究开发,过程模拟能够指导实验研究，虽不能省略实验但可以将实验工作量最小化。实际上，模拟模型还需要精准的实验数据进行校验。 各种具有可持续性的创新过程的研究往往从试验室规模开始，过程设计中借助模拟寻求可行的方案，可以节省大量的实验工作。我们可称之为计算机辅助实验研究。 模拟方式可以探索一些实验方法难以研究的新颖问题，例如，过程模拟结合计算流体力学可以替代费用不菲的样机。若干年内，虚拟
3、工厂的流程模拟很可能会包含各种单元的准确水力模型。,过程设计,全球化和可持续发展趋势使得过程设计面临挑战，需要高效地运用原材料与能源，灵活而负责任地应对市场变化，安全清洁地进行生产。显然，这些特点应在概念设计阶段得以体现，而不应之后再花钱去修补。过程模拟可以极大地帮助概念设计，诸如：开发新型的可持续技术方法，以最小化能源、原材料的需求，直至零排放无污染；早期的概念设计阶段考虑集成可控性，确保操作的绝对安全和操作弹性；对现有技术的不断改进，修补、式样翻新、消除薄弱环节等。,过程操作,上世纪90年代出现了实时优化和计算集成加工技术，模拟因此有了很大机会直接用于加工过程。除了模型化的过程控制，计算机
4、对装置运行的系统性监控也形成值得提及的预防性维护措施。加工过程与供应链的集成，也只有通过复杂的计算机系统方可得以实现，模拟于其中承担中心角色。,复杂工厂的模拟,目前，可以通过商业化的流程模拟软件作为计算机处理工具，用于模拟复杂的过程工厂，称之为工厂模拟模型（PSM）。下图为一个经简化的复杂工厂的总体结构，此类情况在基本化工或石化工业中经常会遇到。其中存在几个大的内部循环回路，每个回路都包含大量的物流、能量流或过程控制环。为简化研究过程，工厂可以划分为多个可以独立进行分析子流程，命名为A、B、C，子流程的模拟模型分别调制至收敛，再并入总体模型。,国外化工模拟软件起步很早，上个世纪年代中、后期，美
5、国M. W. Kellogg公司就开发了第一个化工模拟程序Flexible Flowsheeting。到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。模拟计算的准确性、可靠性也大大增强，应用范围不断拓展。,这一时期，美国Aspen Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Sciences公司的PRO/II，加拿大Hypro Tech公司的HYSIM等商业化软件正式走向市场。90年代后，化工模拟软件开始由稳态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如HYSIM、ASPEN PLUS、PRO/II等软件。,国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。70年代末化工部第
6、五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的ECSS模拟系统软件ECSS化工之星研究成功，并走向商业化。,常用化工模拟软件,Aspen Plus PROII HYSYS ChemCAD ECSS,ASPEN PLUS模拟系统的发展过程,ASPEN PLUS (Advanced System for Process Engineering)是大型通用流程模拟系统。 是麻省理工学院于70年代后期研制开发，由美国Aspen技术公司80年代初推向市场，它用严格和最新的计算方法, 进行单元和全过程的计算，可以提供准确的单元操作模型,还可以评估已有装置的
7、优化操作或新建, 改建装置的优化设计。,ASPEN PLUS是基于流程的过程稳态模拟软件,由以下墓本模块组成纯组分数据库,包括二元参数、反应常数等。用于物理和传递性质计算的热动力学模型, 单元操作模型等。该软件共包括56种单元操作模型, 5000种纯组分3314种二元混合物、种固体化合物、40000个二元交互作用参数的数据库,及两个通用的数据库：Aspen CD-Aspen Tech公司自己开发的数据库，DIPPR,美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。,功能、特点：,(1)产品具有完备的物性数据库：ASPEN PLUS数据库包括将近6 000种纯组分的物性数据。该数据库收集了世界上最完备的
8、气液平衡和液液平衡数据，共计25万多套数据。同时用户也可以把自己的物性数据与ASPEN PLUS系统连接。,(2)备有全面、广泛的化工单元操作模型，能方便地构成各种化工生产流程能够进行近10种气/液平衡系统模拟计算,包含精馏模型、多塔模型等单元操作模块,可广泛模拟分析化工、石油化工、生物化工、合成燃料、冶金等工业过程。,(3)提供一套功能强大的模型分析工具,最大化工艺模型的效益能够进行收敛分析、灵敏度分析，将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确、有效的真实装置模型。,(4)根据模型的复杂程度，支持规模工作流。在整个工艺生命周期，优化工作流；回归实验数据；用简单的设备模型，初步设计流程;用
9、详细的设备模型，严格地计算物料和能量平衡；确定主要设备的尺寸；在线优化完整的工艺装置;可以从简单的、单一的装置流程到巨大的、多个工程师开发和维护的全厂流程。,PRO/II软件介绍,PRO/II是一个历史最久的、通用性的化工稳态流程模拟软件，最早起源于1967年SimSci公司开发的世界上第一个蒸馏模拟器SP05，1973年SimSci推出基于流程图模拟器，1979年又推出基于PC机的流程模拟软件Process（即PRO/II的前身），很快成为该领域的国际标准，自此，PRO/II获得了长足的发展，客户遍布全球各地。,PRO/ II 软件是SIMSCI 公司开发的大型流程模拟软件，用数学模型描述和
10、模拟整个工艺流程及各单元。 PRO/II综合了巨大的化学组分库和热力学方法。 PRO/II在化学、石油、天然气，合成燃料工业等方面可提供复杂、正确及可靠的模拟功能。 PRO/II主要用于化工流程的稳态模拟，稳态热量和物料平衡模拟。 PRO/II不仅可以为化工流程设计提供数据，还可以对于现有流程进行优化，提高企业效益。,PRO/II软件的优势,目前软件的版本是Pro II 9.0 提供在线帮助和参考手册 界面友好，软件使用和学习更容易 闪蒸热键可以快速决定进料物流的状态 轻松地将物流数据到出到Excel或其他表格处理程序中 可以将流程图软件的数据到出到AutoCAD中 流程图多页打印等等,Che
11、mCAD简介,ChemCAD是由Chemstations公司推出的一款极具应用和推广价值的软件 ,它主要用于化工生产方面的工艺开发、优化设计和技术改造。由于ChemCAD内置的专家系统数据库集成了多个方面且非常详尽的数据,使得ChemCAD可以应用于化工生产的诸多领域,而且随着Chemstations公司的深入开发, ChemCAD的应用领域还将不断拓展。,CHEMCAD 做的主要工作有以下几项： A 设计更有效的新工艺和设备使效益最大化。 B 通过优化/脱瓶颈改造减少费用和资金消耗。 C 评估新/旧装置对环境的影响。 D 通过维护物性和实验室数据的中心数据库支持公司信息系统。,ChemCAD的应用范围包含了化学工业细分出来的多个方面,如炼油、石化、气体、气电共生、工业安全、特化、制药、生化、污染防治、清洁生产等。它可以对这些领域中的工艺过程进行计算机模拟并为实际生产提供参考和指导。,
