流程模擬技術(shù)簡介

流程模擬技術(shù)簡介第一頁，共32頁。第二頁，共32頁。流程模擬技術(shù)流程模擬技術(shù)是綜合應(yīng)用過程工程、系統(tǒng)工程、計算數(shù)學(xué)等學(xué)科的理論和方法，開發(fā)專用軟件對流程工業(yè)的單元過程、設(shè)備及整個流程系統(tǒng)在計算機上進(jìn)行描述的技術(shù)。這種描述：可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的；可以對過程進(jìn)行物料平衡、熱量平衡、化學(xué)平衡、相平衡的計算，也可以預(yù)測變量變化對過程的工藝及工程技術(shù)的影響。第三頁，共32頁。流程模擬技術(shù)隨計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，為過程系統(tǒng)的綜合分析和優(yōu)化提供了快速高效的方法，已經(jīng)成為過程系統(tǒng)工程的重要技術(shù)。流程模擬技術(shù)是在計算機上“再現(xiàn)”實際生產(chǎn)過程的技術(shù)，不需要在實際裝置上進(jìn)行任何變動，可以對裝置的操作參數(shù)進(jìn)行任意的改變，以了解該變動可能造成的后果。節(jié)省時間、設(shè)備投資、操作費用。第四頁，共32頁。流程模擬的作用過程工業(yè)的生命周期第五頁，共32頁。研究開發(fā)過程模擬能夠指導(dǎo)實驗研究，雖不能省略實驗但可以將實驗工作量最小化。實際上，模擬模型還需要精準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗。各種具有可持續(xù)性的創(chuàng)新過程的研究往往從試驗室規(guī)模開始，過程設(shè)計中借助模擬尋求可行的方案，可以節(jié)省大量的實驗工作。我們可稱之為計算機輔助實驗研究。模擬方式可以探索一些實驗方法難以研究的新穎問題，例如，過程模擬結(jié)合計算流體力學(xué)可以替代費用不菲的樣機。若干年內(nèi)，虛擬工廠的流程模擬很可能會包含各種單元的準(zhǔn)確水力模型。第六頁，共32頁。過程設(shè)計全球化和可持續(xù)發(fā)展趨勢使得過程設(shè)計面臨挑戰(zhàn)，需要高效地運用原材料與能源，靈活而負(fù)責(zé)任地應(yīng)對市場變化，安全清潔地進(jìn)行生產(chǎn)。顯然，這些特點應(yīng)在概念設(shè)計階段得以體現(xiàn)，而不應(yīng)之后再花錢去修補。過程模擬可以極大地幫助概念設(shè)計，諸如：開發(fā)新型的可持續(xù)技術(shù)方法，以最小化能源、原材料的需求，直至零排放無污染；早期的概念設(shè)計階段考慮集成可控性，確保操作的絕對安全和操作彈性；對現(xiàn)有技術(shù)的不斷改進(jìn)，修補、式樣翻新、消除薄弱環(huán)節(jié)等。第七頁，共32頁。過程操作上世紀(jì)90年代出現(xiàn)了實時優(yōu)化和計算集成加工技術(shù)，模擬因此有了很大機會直接用于加工過程。除了模型化的過程控制，計算機對裝置運行的系統(tǒng)性監(jiān)控也形成值得提及的預(yù)防性維護(hù)措施。加工過程與供應(yīng)鏈的集成，也只有通過復(fù)雜的計算機系統(tǒng)方可得以實現(xiàn)，模擬于其中承擔(dān)中心角色。第八頁，共32頁。復(fù)雜工廠的模擬目前，可以通過商業(yè)化的流程模擬軟件作為計算機處理工具，用于模擬復(fù)雜的過程工廠，稱之為工廠模擬模型（PSM）。下圖為一個經(jīng)簡化的復(fù)雜工廠的總體結(jié)構(gòu)，此類情況在基本化工或石化工業(yè)中經(jīng)常會遇到。其中存在幾個大的內(nèi)部循環(huán)回路，每個回路都包含大量的物流、能量流或過程控制環(huán)。為簡化研究過程，工廠可以劃分為多個可以獨立進(jìn)行分析子流程，命名為A、B、C，子流程的模擬模型分別調(diào)制至收斂，再并入總體模型。

第九頁，共32頁。第十頁，共32頁。國外化工模擬軟件起步很早，上個世紀(jì)年代中、后期，美國M.W.Kellogg公司就開發(fā)了第一個化工模擬程序—FlexibleFlowsheeting。到80年代，化工過程模擬軟件的研發(fā)已經(jīng)走向?qū)I(yè)化、商品化。模擬計算的準(zhǔn)確性、可靠性也大大增強，應(yīng)用范圍不斷拓展。第十一頁，共32頁。這一時期，美國AspenTech公司的ASPENPLUS，SimulationSciences公司的PRO/II，加拿大HyproTech公司的HYSIM等商業(yè)化軟件正式走向市場。90年代后，化工模擬軟件開始由穩(wěn)態(tài)過程向動態(tài)過程模擬和適時優(yōu)化的方向發(fā)展，如HYSIM、ASPENPLUS、PRO/II等軟件。第十二頁，共32頁。國內(nèi)化工過程模擬研究約起始于上世紀(jì)60年代末。70年代末化工部第五設(shè)計院在國內(nèi)率先推出了大型烴類分離模擬系統(tǒng)，80年代由青島化工學(xué)院韓方煌、丁惠華教授等人開發(fā)的ECSS模擬系統(tǒng)軟件—ECSS化工之星研究成功，并走向商業(yè)化。第十三頁，共32頁。常用化工模擬軟件AspenPlusPROIIHYSYSChemCADECSS第十四頁，共32頁。ASPENPLUS模擬系統(tǒng)的發(fā)展過程ASPENPLUS(AdvancedSystemforProcessEngineering)是大型通用流程模擬系統(tǒng)。是麻省理工學(xué)院于70年代后期研制開發(fā)，由美國Aspen技術(shù)公司80年代初推向市場，它用嚴(yán)格和最新的計算方法,進(jìn)行單元和全過程的計算，可以提供準(zhǔn)確的單元操作模型,還可以評估已有裝置的優(yōu)化操作或新建,改建裝置的優(yōu)化設(shè)計。第十五頁，共32頁。ASPENPLUS是基于流程的過程穩(wěn)態(tài)模擬軟件,由以下墓本模塊組成純組分?jǐn)?shù)據(jù)庫,包括二元參數(shù)、反應(yīng)常數(shù)等。用于物理和傳遞性質(zhì)計算的熱動力學(xué)模型,單元操作模型等。該軟件共包括56種單元操作模型,5000種純組分3314種二元混合物、種固體化合物、40000個二元交互作用參數(shù)的數(shù)據(jù)庫,及兩個通用的數(shù)據(jù)庫：AspenCD--AspenTech公司自己開發(fā)的數(shù)據(jù)庫，DIPPR,—美國化工協(xié)會物性數(shù)據(jù)設(shè)計院設(shè)計的數(shù)據(jù)庫。第十六頁，共32頁。功能、特點：(1)產(chǎn)品具有完備的物性數(shù)據(jù)庫：ASPENPLUS數(shù)據(jù)庫包括將近6000種純組分的物性數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫收集了世界上最完備的氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)，共計25萬多套數(shù)據(jù)。同時用戶也可以把自己的物性數(shù)據(jù)與ASPENPLUS系統(tǒng)連接。第十七頁，共32頁。(2)備有全面、廣泛的化工單元操作模型，能方便地構(gòu)成各種化工生產(chǎn)流程能夠進(jìn)行近10種氣/液平衡系統(tǒng)模擬計算,包含精餾模型、多塔模型等單元操作模塊,可廣泛模擬分析化工、石油化工、生物化工、合成燃料、冶金等工業(yè)過程。第十八頁，共32頁。(3)提供一套功能強大的模型分析工具,最大化工藝模型的效益能夠進(jìn)行收斂分析、靈敏度分析，將工藝模型與真實的裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確保精確、有效的真實裝置模型。第十九頁，共32頁。(4)根據(jù)模型的復(fù)雜程度，支持規(guī)模工作流。在整個工藝生命周期，優(yōu)化工作流；回歸實驗數(shù)據(jù)；用簡單的設(shè)備模型，初步設(shè)計流程;用詳細(xì)的設(shè)備模型，嚴(yán)格地計算物料和能量平衡；確定主要設(shè)備的尺寸；在線優(yōu)化完整的工藝裝置;可以從簡單的、單一的裝置流程到巨大的、多個工程師開發(fā)和維護(hù)的全廠流程。第二十頁，共32頁。第二十一頁，共32頁。PRO/II軟件介紹PRO/II是一個歷史最久的、通用性的化工穩(wěn)態(tài)流程模擬軟件，最早起源于1967年SimSci公司開發(fā)的世界上第一個蒸餾模擬器SP05，1973年SimSci推出基于流程圖模擬器，1979年又推出基于PC機的流程模擬軟件Process（即PRO/II的前身），很快成為該領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)，自此，PRO/II獲得了長足的發(fā)展，客戶遍布全球各地。第二十二頁，共32頁。PRO/II軟件是SIMSCI公司開發(fā)的大型流程模擬軟件，用數(shù)學(xué)模型描述和模擬整個工藝流程及各單元。PRO/II綜合了巨大的化學(xué)組分庫和熱力學(xué)方法。PRO/II在化學(xué)、石油、天然氣，合成燃料工業(yè)等方面可提供復(fù)雜、正確及可靠的模擬功能。PRO/II主要用于化工流程的穩(wěn)態(tài)模擬，穩(wěn)態(tài)熱量和物料平衡模擬。PRO/II不僅可以為化工流程設(shè)計提供數(shù)據(jù)，還可以對于現(xiàn)有流程進(jìn)行優(yōu)化，提高企業(yè)效益。第二十三頁，共32頁。PRO/II軟件的優(yōu)勢目前軟件的版本是ProII9.0提供在線幫助和參考手冊界面友好，軟件使用和學(xué)習(xí)更容易閃蒸熱鍵可以快速決定進(jìn)料物流的狀態(tài)輕松地將物流數(shù)據(jù)到出到Excel或其他表格處理程序中可以將流程圖軟件的數(shù)據(jù)到出到AutoCAD中流程圖多頁打印等等第二十四頁，共32頁。第二十五頁，共32頁。第二十六頁，共32頁。第二十七頁，共32頁。第二十八頁，共32頁。ChemCAD簡介ChemCAD是由Chemstations公司推出的一款極具應(yīng)用和推廣價值的軟件,它主要用于化工生產(chǎn)方面的工藝開發(fā)、優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)改造。由于ChemCAD內(nèi)置的專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫集成了多個方面且非常詳盡的數(shù)據(jù),使得ChemCAD可以應(yīng)用于化工生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域,而且隨著Chemstations公司的深入開發(fā),ChemCAD的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓展。第二十九頁，共32頁。CHEMCAD做的主要工作有以下幾項：A設(shè)計更有效的新工藝和設(shè)備使效益最大化。B通過優(yōu)化/脫瓶頸改造減少費用和資金消耗。C評估新/舊裝