2020年整理化工系统过程模拟与优化.doc
学号：20095053007
《化工系统工程》课程论文
学院化学化工学院
专业化学工程与工艺
年级2009级
姓名
论文题目化工系统过程模拟与优化
指导教师职称讲师
成绩
2012年6月15日
目录
化工系统过程模拟与优化
摘要：化工系统过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术之一。本文从分子模拟、单元过程模拟及流程模拟三个模拟层次综述其发展现状及发展趋势。并对过程的优化和当前流行的国际国内商业化化工过程模拟软件及其主要功能、应用领域作了系统的总结。
关键词：过程优化；分子模拟；过程模拟；流程模拟
Abstract：Chemical process simulation system is the most basic computer chemical application, development of one of the most mature technology. This article from molecular simulation, unit process simulation and process simulation three simulation in its development level situation and the development tendency. And the process optimization and the current popular international and domestic commercial chemical process simulation software and its main function and application field is the summary of the system.
Keywords：Process optimization; Molecular simulation; Process simulation; Process simulation
前言
利用计算机高超的能力解算化工过程的数学模型[1]，以模拟化工过程系统的性能，这种技术早在50 年代已开始在化学工业中应用。经过40年的发展，现已成为一种普遍采用的常规手段，广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产操作的控制与优化，操作工的培训和老厂技术改造。而且随着计算机硬件的性能价格比的迅速提高、软件环境的改善与丰富，过程模拟技术发展的势头有增无减。
1 发展迅猛的成因
这种发展的成因可以归结为以下几个方面：
首先，化工行业市场竞争剧烈，要求化工新产品、新工艺开发周期短，用数学模拟可以大大加快筛选进度、减少实验工作、提高工程放大倍数、降低研究开发成本,
从而提高竞争能力。
其次，老厂面临愈来愈严酷的竞争，环境保护规定愈来愈严，安全规定及质量要求愈来愈高，而过程模拟正是计算机辅助操作运营的基础对老厂改进操作优化控制及挖潜技术改造具有重要作用。
再次，过程模拟也是计算机辅助工艺设计的基础是每个化工工程设计单位不缺少的手段。从系统工程角度来看，一个大型化工厂由一些不同层次的子系统组成。因此，就化过程模拟而言[2] ,也就有不同层次的过程模拟。
2 化工过程模拟的进展
一个化工厂流程模拟的象在十儿米至上百米的规模范围，而其单元程子系统则为几厘米至几米大小。进一步深模拟每个单元过程设备的内部传递过程和反过程，则模拟对象小到毫米至亚微米级，而在计算分子物性或研制新的药品时，要模拟分子的性能，这时模拟对象可小到纳米级。下面分3个层次来介绍化工过程模拟的进展，重点介绍化工流程模拟和优化。
2.1 分子模拟
分子模拟又可分为两个不同的层次：一种是对大量分子在运动中产生的宏观性质的模拟；另一种则是研究单个分子的内部结构与其药物活性之间关系，即所谓“分子设计”。
根据统计力学法则，从分子位置及运动的统计来计算所要求的宏观性质，不仅可以大大节省试验工作量，而且有时成为实验所不可能完成的唯一手段，在以下几个方面十分有用：
(1)复杂系统的相行为预测极端压力及温度条件下的流体相图，电离系统的相图，熔融盐类及胶体悬浮体系，生物流体中的双元及高元缔合液的相行为这在生物工程发展中十分重要。
(2)微孔介质和相介面性质在分子数量很少的系统中，如液滴、气泡、孔穴中的流体及凝胶粒子等，用经典热力学来解释表面现象平衡是不适用的。用分子模拟[3]可以预测催化剂颗粒、吸附剂、膜分离等微孔介质中的流体特性；预测直径小于20￡时，液滴表面曲率强烈影响下的液滴性质；模拟分子性质与表面活性之间关系以便为三次采油回收及其他工业过程设计找出更好的表面活性剂。
(3)研究蛋白质在溶液中的稳定性由蛋白质的化学结构来预测其空间折叠结
构，从而预测小团蛋白质在溶液中的稳定极限。这在生物工程中很有用处，这类分子模拟的数值计算方法有两大类蒙特卡洛方法和分子动力学法。这些方法假定的群体分子数目N=100~1000,数目愈大准确度愈高，但计算工作量也相应加大。
规定其周期性边界条件及分子间势能，然后进行统计计算。不言而喻，这种计算工作量极大，要求速度高及内存大的巨型机(如Cray机)才能完成。
近年来由于计算机硬件的长足进展[4]，在小型机或工作站上也可以进行了。国内北京化工大学在蒙特卡洛法估算热力学性质方面做了有益工作。
所谓“分子设计”意在化学合成某种分子之前，按照人们指定性能在计算机上设计出分子结构，在计算机上筛选结构可以省去大规模的实验筛选工作，这在药品研制中具有重大意义。不仅可以节省上亿元投资，而且可以大大加快开发速度，在竞争中保持优。当“指定性能”是生物活性(如杀虫活性、杀菌活性、除草活性、对某种酶的抑制活性)时，这种方法称为“定量结构一活性关系”QSAR方法，这也是计算化学中最活跃的领域。
此外在高分子新型材料的研究开发中也常用分子设计[5]。我国在承认化合物知识产权之后，医药、农药和精细化工行业均面临严峻的挑战，必须迅速建立起我国自己的研究、创制，开发、放大体系。在这方面，中国科学院化工冶金研究所计算化学开放实验室领先一步做了几年工作，取得可喜的进展。国际上已有一些专门的公司销售商品化的通用分子模拟软件，例如：美国的TRIPOS公司、Molecular Simulation公司和BIOSIM公司等。
2.2 单元过程的模拟
单元过程的数学模型的详细程度或严格程度应视其应用目的不同而异，至少应区别以下几种不同的情况。
(1)工程放大及设计用数学模型这是要工程放大及设计用数学模型[6]，这是要求最严格的模型，不仅基于机理推导，而且往往要积累相当多中试及工程实践数据加以校验及修正。一旦证明这种模型可靠实用，就可以用它替代试验，直接进行放大设计，因而这种模型价值也最高。
(2)工艺流程筛选用数学模型这是在概念设计阶段为了比较各种候选工艺流程合理性时做粗略计算用的。这个阶段并不需要深入详细的计算，其结果只要相对正确就够了，因此是一种近似模型。
(3)操作或控制优化用数学模型这种模型往往是针对性强的专用数学模型。因
其专用性强，因而准确度可以很高。如果用于实时控制，则往往要求解算时间要快。
近15年来单元操作的模拟主要在以下几个方面有了较大进步：
首先，传统的相平衡级分离模型在使用了近100年之后已被基于速率方程[7]的级分离模型所逐步取代。相平衡级模型的基本假定是：①液体在塔板上全混合；②蒸汽穿过液体为活塞流流动。这当然与实际差别很大，这种差异就靠塔板效率来纠正。这使将分离塔模拟计算长期不够准确，而且也无法对现场操作塔进行棋拟。基于传递速率的棋型则认为相平衡只在汽液相界面上才成立，而分离程度取决于两相接触中的质及能盈传递。这样就使准确度大为提高，而且便于处理含化学反应的分离过程。
其次，与环境保护有关的单元过程模拟有了很大发展，例如：膜分离过程；离子交换，反渗透，吸附与化学吸附等。
第三，单元过程模拟中的多解间题可用同伦拓展(Homotopy)方法解决。因为描述单元操作的物料及热量衡算往往涉及代数及超越方程组，这种非线性代数方程组在以下情况下用常规迭代求解法往往失败：①初始迭代值不好时；②没有唯一解时。这时用同伦拓展法往往可顺利算出所有的解。
第四，化学反应器的模型[8]化正沿着两条路径发展：一条是提供基本模型组块，对一个具体反应器而言，用户可以自己用组块搭建复杂反应器模型。一条是建立可调节的通用反应器模型，用户针对自己的反应器可以改变部分参数。
2.3 化工流程模拟
2.3.1 模型化的方法
将一个由许多单元过程组成的化工流程用数学模型[9]表现，并在计算机上解算其物料及能量衡算，并进一步计算各单元设备尺寸及成本的模拟称之为流程模拟。就其数学模型的表述及解算方法而言，已发展了两类模型化方法序贯模块法和联立方程法。
从50年代就开始发展的序贯模块法至今仍然是当前使用的主要方法，而60年代由英国帝国理工学院Sargent教授首先创始的联立方程法虽然有很多的优越性，但至今尚未很好地商品化模型化发展的方向是把序贯模块法的通用性和联立方程法的适应灵活性结合到一个面向对象的模型化环境中去，使之既可供非专家使用，也可供模拟专家使用。
面向对象就意味着以一批常用基本模块为对象，因此必然是模块化的，但其解算
方法又具有联立方程法的优越性。终用户可以把一些基本模型对象用图形建模器搭接起来，形成用户单元模型[10]。每个模块对象应当提供有关自身的所有的重要信息给联立方程解算器，例如：方程结构、残差、导数等。此外，这些模块对象还包括着定性工程知识以协助用户来给定规定或进行诊断。这种思路已被DOT Products的NOV A 系统和美国Carnegie-Mellon大学的ASCEND系统部分采用，前者已商品化。
既然今后的面向对象模型化采用模块[11]，当然就不难想到如何使之标准化以便重复利用，甚至可以嵌入其他程序之中应用。现在不同的化工软件供应商提供的模块完全没有互换性的状，已使广大用户愈来愈难以容忍。
美国化工学会成立了一个过程数据交换委员会(PDXI)，正在起草过程工程应用程序茹数据库及各种组织之间数据共享的标准数据交换规范。这里涉及到过程工程涉及到哪些活动？每种活生成和要求提供哪些数据？这些数据应如何识别、构造和组织等，这是一项系统工程。
2.3.2 动态流程模拟
动态流程模拟的发展[12]比稳态模拟晚10~15年，因为有以下一些难点，所以要开发出通用性强而解算又可靠、使用方便的软件十分不容易：(1)高维数的微分与代数混合方程组，常常大于1000个程；(2)稀疏性强(只有1%的雅可比矩阵元素非零)；
(3)非线性方程常常碰到病态方程(刚性问题)；(4)可能碰到对时间不连续间题。
90年代以来，动态模拟的技术发展和应用呈迅速上升趋势，这是由于一方面计算机性能价格比提高极快，过去需要消耗过多计算机时的障碍不存在了；另一方面CAPO发展也要求使用动态模拟的工具。动态模拟实际上沿着两个方向发展；设计用的模拟系统和操作实时模拟系统。Marquard 对一些有名的学院的和商品化的动态摸拟软件做了出色的综述，稳态模拟与动态模拟有合并的趋势，有一多半软件既是动态模拟软件又可以做稳态模拟设计用。预计随着平行计算及分布式计算环境的推广，90年代动态模拟技术的应用会有迅速的增长。而工业部门则把动态过程模拟工具看成是一种在不同技术工作组(从设计组、生产准备组及至生产管理组)之间动态信息交流的手段，实际上从概念设计，基础设计、施工详细设计到生产准备，正常生产各阶段均需要用到动态模拟。如果在一个项目中能在早期就建立更多的明确的信息资料，则有助于对设计早期进行实际的分析。
3 化工过程的优化
3.1 化工数据的校正
化工过程模拟分析的重要目标之一就是工厂操作或控制的优化[13]。说到“优化”，首先就要弄清当前操作的真实现状，也就是由工艺现场采集到的各种工艺数据必须准确可靠。如果得到的数据有较大随机误差，甚至个别是错误的(过失误差)，那么在这种基础信息上谈“优化”就无异自欺欺人，导致危险的后果。因此，化工装置优化的前提是：所有采集的原始数据必须经过数据的筛选及校正处理，筛除过失误差数据，校正随机误差，使之符合物料、能量及化学3大平衡为约束条件，按最小二乘法原则，使各个数据的调整量之和为最小。当前数据校正软件往往只有物料流量的校正。高级的可以校正流量温度及化学反应后的组分，有些只能离线校正，有的可以在线应用。现在一些著名优化控制公司均有自己的数据校正软件，例如，Aspen Tech公司，ABB Simcon公司，Simulation Science公司有DATACOM。国内中国化工信息中心进行了这方面研究，但尚未形成商品化软件。
3.2 化工过程优化的层次结构
当前的过程优化[14]实际上是将下层的动态控制与上层的稳态优化问题分开解决，也就是用DCS集散控制系统或和先进控制手段使工艺变量控制在合理指定值上，而将采集得的工艺数据首先送进数据校正软件进行处理，得到精炼后的数据放入实时数据库进行管理。上层的基本模型及优化模型均是稳态模型，它认为在计算出新的优化步骤之前，工艺过程处于上一次稳定状态之下。
在线环境平台至少包括数据校正及实时数据库，它可以从各种不同牌号的DCS 上直接采集数据，也可以由先进控制器上采集数据，经过校正后的数据送入基本模型,以标定这些稳态模型中的可调整参数值、如换热器传热系数、压缩机效率、反应器催化剂失活系数等。这样得到的标定好的模型就是工况研究和优化的起点。这种基本模型多半是序贯模块法的通用稳态流程模拟器程序，如ASPEN PLUS及某些专门应用程序(如乙烯裂解炉模型)，但也有可能直接用联立方程法写的(如美国Chem Share公司的Pro CAM)。如果用序贯模块法的基本模型，则往往需要将其变换成联立方程模型，这种平台在Aspen Tech公司称为RTOPT。
优化模型[15]是在基本模型基础上要求用户选定一组独立变量作为决策变量，给出约束条件及目标函数。约束条件包括设备约束和产品质量要求等，目标函数可以是每
吨原料得到的产品产量最大、每吨产品能耗最小或每吨原料产生的利润最大等。
优化计算就是不断改变各个决策变量以求满足约束条件下，目标函数达到最大或最小。这是要不断多次解算基本模型的搜索过程，因此，十分消耗机时决策变量愈多则机时消耗也愈大，所以通常决策变量只有10~20个，而计算时间间隔为2~8h。间隔再缩短受到两个方面限制：一方面化计算时间不够用；一方面调节过于频繁使工艺过程难于达到稳态。
解算器的任务是在尽快的时间内按数学规划法进行寻优计算。值得指出的是：Aspen Tech及ABB Simcon公司均采用NOV A系统作为解算器。解算器解得的一组决策变量优化值如果自动下载到DCS上去作为其给定值，则称之为“闭环在线优化”，如果经由操作工酌情下载，则称为“开环在线优化”。
如上所述，目前这种将稳态优化与动态控制人为分割开的方法是不尽人意，也就是说，给定值计算和优化控制动作同步确定，从而消除了优化与控制的界限。这种动态优化不再是找寻一组决策变量的优化值，而是要找寻一个优化轨迹，或是一组变量变化的优化曲线。这就使基本模型变成动态模型，是微分一代数方程组系统的优化间题。
4 主要的化工模拟软件及其应用
现在化工过程模拟软件已经广泛地被应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[16]。化工模拟软件的应用一般包括以下几步：绘制流程图，定义组件，选择热动力学计算方法，定义进料物流，运行模拟器，结果查看与输出。目前常用的化工过程模拟软件除上文提及的以外，还有ChemCAD、DesignⅡ等(见表1)。
表1 主要的化工模拟软件及其应用
软件名称功能与特点应用范围最新版本
AspenPlus[17]用严格和最新的计算方法，进行单元
和全过程的计算，提供准确的单元操
作模型，还可以评估已有装置的优化
操作或新建、改建装置的优化设计。
功能齐全、规模庞大。
可用于石油化工、气体加工、
煤炭、医药、冶金、环境保
护、动力、节能、食品加工
等许多工业领域，目前已在
全世界范围内广泛使用。
AspenPlus12.1
Pro/Ⅱ适宜用于化工复杂过程的模拟。能够
完成新工艺设计，不同装置配里评
估，优化和改进现有装置，依据环境
评估，消除工艺装置瓶颈，优化产能、
增进收益。
综合工艺流程模拟，在制气、
炼油、石油化工、化学工程、
制药、工程建设与施工中进
行过程设计、过程操作分析、
设计和操作过程优化。
Pro/Ⅱ7.1
Hysys 最先进的集成式工程环境。具有强大
的动态模拟功能。提供了一组功能强
大的物性计算包和数据回归包。具有
物性预测系统和内置人工智能。
控制方案的研究；分析装置
的瓶颈间题；确定开工方案；
计算间歇生产过程；计算特
殊的非稳态过程；在线优化
及先进控制。
4.0
ChemCAD 大型化工流程模拟软件，具有强大的
模型计算和分析功能，可以求解几乎
所有的单元操作；集成了设备标定模
块及工具模块，支持动态模拟，可以
在作工艺计算的同时进行经济评价，
有高度灵活的数据回归系统。
化工过程的工艺开发；热力
学－物性计算；汽/ 液/液平
衡计算；换热器网络；环境
影响计算；安全性能分析等。
ChemCAD 5.3
DesignⅡ内置了Fortran语言，Visual Basic，
Visual C++ 和Excel VBA 界面。是高
价值的稳态过程模拟软件。
原油处理；换热器设计；混
合胶体系模拟管线建棋；合
成氛工厂模拟；化工传递模
拟等。
DesignⅡ9.20
ECSS 我国自行开发的模拟系统软件，功能
十分丰富，可以用来进行物性推算，
单级过程模拟、反应过程模拟、工艺
流程系统模拟、塔及换热器设计、经
济评价等。
天然气加工、石油炼制、石
油化工、化学工业及轻工等
工业的新过程设计、流程筛
选、流程改造、过程最优化、
环境影响评价等。
ECSS-STAR
化工之星4.1
5 结束语
化工过程模拟技术[18]发展至今已有50 余年的历史，这项高新技术已为化工界所认识，已经广泛地应用于炼油、石油化工、精细化工等化工领城，产生了明显的经济效益和环境效益。随着计算机技术，数值计算方法与优化理论的发展，更复杂，更精确的计算模型将不断推出，化工过程模拟技术将成为企业增强创新能力和综合竞争力的主要技术途径之一。但同时由于化工系统工程也在不断地深入发展，所以化工流程模拟的过程综合及过程优化等功能也有待于进一步完善与强化。
参考文献：
[1] 杨友麒.化工过程模拟[J].化工进展,2009,03(3):28-30.
[2] 曹斌,高金森,徐春明.分子模拟技术在石油相关领域的应用[J].化学进
展,2009,02(2):43-44.
[3] 蔡松林,陈宗海,沈廉.基于稳态数据的化工过程动态模型的建立[J].计算机仿
真,2008,02(4):56-60.
[4] 郭姝媛.化工过程模拟辅助设计专家数据库系统的研究[J].大连理工大学学
报,2007,04(2):33-36.
[5] 汪海,田文德,孙素莉.化工原理流体流动过程的计算机辅助计算[J].计算机与应用化
学,2008,08(4):28-32.
[6] 秦华,田文德,刘继泉.化工过程的计算机辅助计算[J].计算机与应用化
学,2008,10(3):30-33.
[7] 田文德,孙素莉,于子平.化工过程计算机辅助计算的网络CAI系统的研究 [J].计算机与应用
化学,2007,04(5):35-38.
[8] 陆恩锡,张慧娟,尹清华.化工过程模拟及相关高新技术(Ⅰ)化工过程稳态模拟[J].化工进
展,2008,04(2):45-47.
[9] 陆恩锡,张慧娟.化工过程模拟及相关高新技术(Ⅳ)化工过程实时优化[J].化工进
展,2008,03(5):56-58.
[10]王健,陈丙珍,何小荣.并行计算在化工系统模拟与优化中的应用[J].化工学
报,2007,05(4):68-70.
[11]刘新彦,袁一.面向对象的化工模拟系统工具的组织[J].大连理工大学学
报,2010,02(4):23-25.
[12] 李玉刚,胡仰栋,韩方煜.化工过程模拟类库的设计标准计与方法[J].计算机与应用化
学,2009,06(3):12-19.
[13] 张余岳.化工过程模拟与在线优化[J].化工进展,2008,06(4):33-40.
[14] 余黎黎,基于实时运行数据的稳态在线优化系统研究[J].浙江大学学报,2010,02(4):
22-25.
[15] 杨连利,郭乃妮.对化工系统模拟与优化的探讨[J].大学化工,2007,03(4):11-14.
[16] 周文水.化工模拟系统探析[J].科技信息, Science & Technology Information, 2009,18:
452-453.
[17] 张治山,杨超龙.Aspen Plus在化工中的应用[J].广东化工,2012,39(3):77-78.
[18] 何英华,李洪涛,路明.浅谈化工过程模拟技术[J].现代化工,2010,30:325-327.
简述各种化工流程模拟软件的特点及优缺点
简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点 化学工艺09级1班 摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本 文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus 2.1 Aspen Plus简述 “如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争 力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过
(完整word版)化工过程分析与合成
名词解释 1.夹点的意义 （夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），系统用能瓶颈位置。夹点处热流量为 0 ，夹点将系统分为热端和冷端两个子系统，热端在夹点温度以上，只需要公用工程加热（热阱），冷端在夹点温度以下，只需要公用工程冷却（热源）；） 2.过程系统能量集成 （以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合） 3.过程系统的结构优化和参数优化 （改变过程系统中的设备类型或相互间的联结关系，以优化过程系统；参数优化指在确定的系统结构中，改变操作参数，是过程某些指标达到优化。） 4、化工过程系统模拟 （对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律） 5、过程系统优化 （实现过程系统最优运行，包括结构优化和参数优化） 6、过程系统合成 （化工过程系统合成包括：反应路径合成；换热网络合成；分离序列合成；过程控制系统合成；特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务） 7、过程系统自由度 （过程系统有m个独立方程数，其中含有n个变量，则过程系统的自由度为： d=n-m，通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。） 填空题 1.稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中( 不含 )时间参数 2.( 集中参数模型)认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述. 3. ( 统计模型 )又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。 (确定性模型 )又称为机理模型 4.( 结构 )优化和( 参数 )优化是过程系统的两大类优化问题，它们贯穿于化工过程设计和化工过程操作。 5.换热网络的消耗代价来自三个方面： (换热单元（设备）数) ( 传热面积) (公用工程消耗) 6.过程系统模拟方法有、和。 7.试判断图a中换热匹配可行性 1 , 2 , 3 , 4 。
简述各种化工流程模拟软件的特点及优缺点
简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus Aspen Plus简述
“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech 公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及着名的工程公司都是Aspen Plus的用户。 Aspen Plus特点 （1）产品具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus 数据库包括将近6000种纯组分的物性数据：①纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。 ②电解质水溶液数据库，包括约900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。③固体数据库，包括约3314种固体的固体模型参数。④ Henry 常数库，包括水溶液中61种化合物的Henry 常数参数。⑤二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交互作用参数
化工过程优化与集成
《化工过程优化与集成》课程教学大纲 一、课程性质 《化工过程优化与集成》是化学工程与工艺专业的核心专业基础课程之一，它是应用化工过程优化和系统集成的理论和方法来研究化工过程系统的开发、设计、最优操作一门课程。本门课程的任务是使学生能运用优化和系统集成的观点和方法分析化工过程，使化工过程系统在开发、设计、操作、管理等各个层面上达到最优化，使整体能耗最小，费用最小，环境污染最少。 二、教学目的 培养高年级学生综合运用学过的《化工原理》、《化工热力学》、《化学反应工程》等课程，以及技术经济、环境保护方面的基础知识，并结合本课程的优化和系统集成的观点和方法，加强学生处理化学工业实际问题的能力，培养学生抽象思维和演绎分析的能力及优化和集成观念。 三、教材教参 （二）主要参考书 1. 杨友麟编，《实用化工系统工程》，化学工业出版社，1989 2. 邓亚龙编，《化工中的优化方法》，化学工业出版社，1992 3. 马国喻编，《化工最优化基础》，化学工业出版社，1982 四、教学方式 本课程将以启发互动式教学为主要方式，板书与多媒体结合，配以CAI课件。 五、教学内容及时数 1 绪论（2学时） 1.1 过程系统工程 1.2 过程系统工程研究的基本问题 1.3 过程系统工程的研究方法 1.4 学习过程系统工程课程的方法建议 第一篇过程系统模拟 2 过程系统稳态模拟（3学时） 2.1 过程系统稳态模拟的基本概念 2.2 过程系统模拟的序贯模块法 2.3 过程系统模拟的联立方程法 2.4 过程系统模拟的联立模块法 2.5 过程模拟的应用 2.6 过程稳态模拟发展趋势 3 过程系统动态模拟（3学时） 3.1 过程系统动态模拟基础 3.2 过程系统动态模拟方法 3.3 精馏过程动态模拟 3.4 过程系统动态模拟实例
石油化工流程模拟、先进控制与过程优化技术的现状与展望
石油化工流程模拟、先进控制与过程优化技术的现状与展望 摘要：流程模拟、先进控制和过程优化技术的研究与应用是石油化工过程的一个重要方面。本文论述了该技术的发展现状和趋势，分析了我国在该研究中存在的主要问题、面临的机遇与挑战，指出了关键的技术问题。此外，对流程模拟、先进控制和过程优化技术的经济效益与应用前景也做了分析。最后，对于如何在我国开展石油化工流程模拟、先进控制与过程优化技术的研究与应用提出了几点建议和对策。 关键词：石油化工，流程模拟，先进过程控制，优化技术，过程建模Abstract: The development and applications of flow simulations, advanced process control, and process optimization technology are very important for petrochemical industry. In this paper, the status quo and prospects for flow simulations, advanced process control, and process optimization technology are discussed. The main problems existing in our research, the opportunities, and challenges are detailedly analyzed. At the same time, the key technical problems are also pointed out. In addition, the economy benefits and application prospects on flow simulations, advanced process control, and process optimization technology are investigated. Finally, some suggestions and countermeasures on how to work on the development and applications of flow simulations, advanced process control, and process optimization technology in our country are brought forward. Keywords:Petrochemical Industry, Flow Simulations, Advanced Process Control, Optimization Technology, Process Modeling 引言 石油化工是我国国民经济的支柱产业之一，其所实现的利润约占全国国有及国有控股企业总利润的1/4左右。但是，面临国际市场激烈的竞争和国内需求的不稳定，我国各石油化工企业均面临严重的挑战，与国际上发达国家的石化企业相比，我国的石化企业在质量、成本、规模、效益等方面尚存在较大的差距。以中国石化集团公司为例，综合商品率1996年为91.4%，1997年为91.12，1998年为91.67％，而同期美国为93.0%，英国为92.3%，法国为92.5%，国外平均水平大于92%。中石化的平均加工损失率1996年为1.29%，而1994~1995年美国、英国和法国分别为0.2%，0.3%和1.04%，世界平均水平为1%。中石化轻油收率1996年为65.11%，1997年为67.14%，1998年为67.95%，世界平均水平>70%[1]。每加工1吨原油的燃料动力费用中石化总公司1996年为63元，亚太地区平均水平为47元。 随着国内外市场竞争日趋激烈，要求石油化工企业对市场和生产环境的变化做出快速而有效的响应，以获得最大的经济效益。随着我国加入WTO的日益临近，深化改革企业的运行机制和管理体制，运用信息技术改造和提升传统产业，使其保持可持续发展，对于增强企业在国内、外市场的竞争能力具有十分重要的意义。世界各国的经验表明，流程模拟、先进控制与过程优化技术是提高企业的经济效益、降低生产成本、提高其在国际市场中的创新力、应变力、适应力和综
化工分析过程与模拟
宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸2011～～ 2012 学年度第二学期 姓名学号 院（所、部）化学化工学院年级 11 级专业化学工程研究方向 课程化工分析过程与模拟考试方式论文主考教师评语成绩 主考教师签名： 200 年月日
浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟稳态装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。 国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国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德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus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[4]。下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。 1、化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。
《 化工系统工程》
中国石油大学（北京）远程教育学院 期末考试 《化工系统工程》 学习中心：______姓名：__ ____学号：____ 关于课程考试违规作弊的说明 1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。 2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。 3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。 一、填空题（每空2分，共30分） 1.在一个绝热封闭体系中，投入了9种已知质量的化合物，这些物质在其中发生了4个化学反应，产生了3种新化合物。当系统稳定下来后，生成了2个液相层、1个气相，要确定系统的状态需要（2）个变量？ 2.一股已知条件的工艺物流（组分数为20），进入带进料阀和换热盘管的气液分离器进行气液分离，有哪些手段能够影响分离器的操作效果（调节阀开度），（调整换热判盘管温度）。 3.某设计院进行一个常规精馏塔的设计，设计师需要考虑的设计变量有（2）个。 4.过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征是：（列有多个非零元素）。 5.某节点相邻矩阵A经过运算得到A?A、A?A?A两个新的矩阵，将A、A?A、A?A?A三个矩阵布尔相加后得到可及矩阵A*，其中元素值a25=a52=1、a27=a72=1、a57=1、a75=1，则说明：（节点3与5组成一个简单回路、节点3与7组成一个简单回路，且这两个回路构成复合回路）。 6.采用序贯模块模拟法进行流程计算时，最佳断裂流股要保证相关子系统中所有回路（被切断）。 7.由描述过程系统结构的原始索引矩阵I运用乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵J=I2，其中，出现了4个相同的节点对{3-3}、{5-5}、{8-8}、{9-9}，则说明：（这4个节点构成两个简单回路，但目前的信息还无法判断具体组合信息）。
化工分析过程与模拟
宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸 2011～～ 2012 学年度第二学期 姓名学号 院（所、部）化学化工学院年级 11 级 专业化学工程研究方向 课程化工分析过程与模拟考试方式论文 浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟稳态装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进
行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。 国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国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德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus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[4]。下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。 1、化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。 当前化工过程稳态模拟主要应用于炼油，石油化工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氛等装置。在医药、农药、造纸和环保等行业也有一定应用。随着科学技术的进步，目前对于石油馏分和烃类物质的计算已经相当准确、可靠，达到了无需小试、中试，模拟结果可直接用于工业装置设计的程度。 2、化工稳态模拟系统的构成 稳态模拟系统的构成下图所示。 现代的模拟系统既可以用流程图，也可采用数据文件的方式输入。且这两种方式之间可以相互转换。输人之后便进行流程拓扑分析和数据检查[7]。调度系统相当于指挥中心，程序根据输人信息，进行物流、热力学方法、单元过程及其他过程模块的匹配和调度，动态地组织流程，进行计算，直至收敛。模拟系统的组
浅谈化工流程模拟
浅谈化工流程模拟技术 20420132201107 陈秀萍 前言 化工流程模拟是近几十年发展起来的一门新技术，是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物。这一技术对于探索最佳工艺工况条件起着重要作用，已成为化学工程设计、原有工程改造优化的强有力工具，备受关注。 化工流程模拟技术简介 1、化工流程模拟技术的发展 化工流程模拟技术从20世纪50年代开始开发，至今已经经历了四代。1985年美国Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序并在当时的化学工程界产生了重大影响。上世纪70年代之后出现了一系列稳态流程模拟软件；80年代中后期，化工流程模拟软件在技术上日益成熟；90年代开始，稳态模拟技术进一步推广，动态模拟技术问世并得到长足发展。 目前化工流程模拟技术的发展趋势呈现出以下特点：在发展和应用通用化工流程模拟系统的基础上，注重开发专用化工流程模拟系统；稳态模拟与动态模拟技术有合并趋势；向计算机集成化过程系统；引入人工智能。 2、化工模拟软件的构成 （1）物性数据库：在模拟计算中，频繁进行各种热力学性质及传递性质计算，物性数据的准确直接影响到模拟结果的可靠性。 （2）单元模块库：依照结构化和面向对象编程思想，将各个过程操作单元编织成可独立运行的子程序或对象模块，存放到单元模块库，通过系统管理程序调用。 （3）输入和输出：必不可少的组成部分。有些模拟软件采用实时信号输出，以利于实现系统实施仿真。 （4）解算和管理系统：根据用户输入定义完成系统的模拟计算、优化计算等功能。 （5）网络通讯 主要的化工模拟软件有：Aspen Plus、H ysys、Pro/II、ChemCAD等。 3、化工流程模拟技术的应用 （1）科研开发：以过程模拟代替中间试验，进而构建工艺过程流程方案，提高工作效率和质量，节省大量资金、时间和人力。 （2）工艺设计：方便的在不同的过程方案中筛选出最优方案。 （3）操作优化：通过流程模拟消除“瓶颈”，为装置的技术改造提供依据，实现传统产业高新化。 （4）优化控制：进行数据拟合分析，送入过程模拟软件中运行，进行工况研究和优化。（5）仿真技术的基础：动态仿真系统用来模拟装置的实际生产，不仅能得到稳态的操作情况，而且能够借助动态仿真技术随意改变某些可调量，系统地考察干扰存在时系统行为的变化。 4、化工流程模拟技术的优点 应用化工流程模拟技术可以节省过去由试验探索最佳工艺工况条件所消耗的大量资金、时间和人力，使我们从整个系统的角度来认识、分析、预测生产中深层次的问题，进行装置
2020年整理化工系统过程模拟与优化.doc
学号：20095053007 《化工系统工程》课程论文 学院化学化工学院 专业化学工程与工艺 年级2009级 姓名 论文题目化工系统过程模拟与优化 指导教师职称讲师 成绩 2012年6月15日
目录
化工系统过程模拟与优化 摘要：化工系统过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术之一。本文从分子模拟、单元过程模拟及流程模拟三个模拟层次综述其发展现状及发展趋势。并对过程的优化和当前流行的国际国内商业化化工过程模拟软件及其主要功能、应用领域作了系统的总结。 关键词：过程优化；分子模拟；过程模拟；流程模拟 Abstract：Chemical process simulation system is the most basic computer chemical application, development of one of the most mature technology. This article from molecular simulation, unit process simulation and process simulation three simulation in its development level situation and the development tendency. And the process optimization and the current popular international and domestic commercial chemical process simulation software and its main function and application field is the summary of the system. Keywords：Process optimization; Molecular simulation; Process simulation; Process simulation 前言 利用计算机高超的能力解算化工过程的数学模型[1]，以模拟化工过程系统的性能，这种技术早在50 年代已开始在化学工业中应用。经过40年的发展，现已成为一种普遍采用的常规手段，广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产操作的控制与优化，操作工的培训和老厂技术改造。而且随着计算机硬件的性能价格比的迅速提高、软件环境的改善与丰富，过程模拟技术发展的势头有增无减。 1 发展迅猛的成因 这种发展的成因可以归结为以下几个方面： 首先，化工行业市场竞争剧烈，要求化工新产品、新工艺开发周期短，用数学模拟可以大大加快筛选进度、减少实验工作、提高工程放大倍数、降低研究开发成本,
化工过程模拟分析与优化综合作业
化工过程模拟分析与优化综合作业 一、概念题 （1）过程系统由一些特定功能的过程单元按照一定的方式相互联结而组成，单元间通过、能量流和信息流相连而构成一定的关系。（2）过程系统的含义已不局限于生产工艺过程，而逐步延伸到经营管理业务和决策过程，即。 （3）如下图所示的示意图，为。 （A、过程系统分析；B、过程系统综合；C、过程系统优化） 给定的过程系统待求的输出 指定的 输入 （4）过程系统综合研究的主要课题有：反应路径综合、反应器网络综合、换热器网络综合、、、控制系统综合、全流程系统综合及过程系统能量、质量集成。 （5）过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和。对于化工过程工艺方案设计，常采用。 （6）过程系统优化可分为和结构优化。 （7）过程系统分析与综合课程研究的主要方法和策略是建立过程系统的，描述出系统中每一单元及总体性能，并给以评价。（8）建立单元过程的数学模型，一般选择和“黑箱”实验法。（9）复杂蒸馏塔的数学模型M、E、S、 H方程组是指、 、液相及气相摩尔分数加 和归一方程、能量衡算方程。 （10）如右图所示的混合器，进料组分 数为C，则其自由度d 为。 （11）说出一种常用的化工过程稳态模拟软件。（12）处热、冷物流间传热温差最小，它限制了进一步回收过程系统的能量，构成了系统用能的“瓶颈”；可通过
方法，以“解瓶颈”。 （13）一热回收换热网络，如选用的热、冷物流间匹配换热的最小允许传热温 差min T 增大，则该过程系统所需的最小公用工程加热负荷 min H ,Q ，过程系统所能达到的最大热回收max R,Q 。 （增大、减小、不变、不确定） （14）如下图所示的a 、b 、c 三种不同的热机放置方式， 为有效的放置。 (a) (b) (c) （15）如图，在T-H 图中有三条热流股，试画出其组合曲线。 T O H （16）如图采用中间再沸器与过程系统进行有效能量进行能量集成，图（a ）为流程图，图（b ）为系统总组合曲线（不含中间再沸器）。试在图（b ）中画出中间再沸器示意图，确定其位置在夹点上方还是夹点下方。
石油化工工艺过程模拟
P RO/II 与石油化工工艺过程模拟计算 P RO/II简介 1.1、概述 PRO/II软件是美国SIMSCI公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件，该软件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程，对 多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工艺装置的工艺流程模拟软件，同时作为装置标定计算、设备核算的软件。 PRO/II软件在我国的应用十分广泛，其中DOS系统的V3.3、V4.02版本和WINDOWS 操作系统的V4.13 WIT HP ROVISION/2.O以上版本是比较常用的。P RO/II软件是很多炼油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一，同时也是炼油、化工等生产单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。 在实际工作中，有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题，而塔设备往往是需要进行标定或核算的重要设备之一，这时应用PRO/II软件提供的精馏、吸收、萃取等单 元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。 1.2、主要计算模块或计算单元简介
、PRO/II 热力学方法的初步分析 PRO/II 提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传 递性能参数 等热力学计算方法，由于每种热力学方法有一定的适用范围， 解决具体问题时，选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。 以下分类讨论PRO/II 提供的主要的热力学方法。 2.1、普遍化方法 普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的 SRK 方程、PR 方程、BWR 方程、GS 方程、 IGS 方程、BK10方程等，各方程的适用范围如下： 在应用PRO/II
化工过程模拟分析与优化综合作业
化工过程模拟分析与优化综合作业一、概念题 ）过程系统由一些特定功能的过程单元按照一定的方式相互联结而组成，单元间通过、能量流和信息流相连而构成一定的关系。 ）过程系统的含义已不局限于生产工艺过程，而逐步延伸到经营管理业务和决策过程，即。 ）如下图所示的示意图，为。 （A、过程系统分析；B、过程系统综合；C、过程系统优化） ）过程系统综合研究的主要课题有：反应路径综合、反应器网络综合、换热器网络综合、、、控制系统综合、全流程系统综合及过程系统能量、质量集成。 ）过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和。对于化工过程工艺方案设计，常采用。 ）过程系统优化可分为和结构优化。 ）过程系统分析与综合课程研究的主要方法和策略是建立过程系统的，描述出系统中每一单元及总体性能，并给以评价。 ）建立单元过程的数学模型，一般选择和“黑箱”实验法。 ）复杂蒸馏塔的数学模型M、E、S、H方程组是指、、液相及气相摩尔分数加和归一方程、能量衡算方程。 （10）如右图所示的混合器，进料组分数为C，则其自由度d为。 ）说出一种常用的化工过程稳态模拟软件。 ）处热、冷物流间传热温差最小，它限制了进一步回收过程系统的能量，构成了系统用能的“瓶颈”；可通过 方法，以“解瓶颈”。 ）一热回收换热网络，如选用的热、冷物流间匹配换热的最小允许传热温差增大，则该过程系统所需的最小公用工程加热负荷，过程系统所能达到的最大热回收。（增大、减小、不变、不确定）
）如下图所示的a、b、c三种不同的热机放置方式，为有效的放置。
（15）如图，在T-H图中有三条热流股，试画出其组合曲线。 （16）如图采用中间再沸器与过程系统进行有效能量进行能量集成，图（a）为流程图，图（b）为系统总组合曲线（不含中间再沸器）。试在图（b）中画出中间再沸器示意图，确定其位置在夹点上方还是夹点下方。 二、换热网络综合 某一换热系统包含的工艺流股为两个热物流和两个冷物流，数据如下所示： 物流标号初始温度 T in/℃ 终了温度 T out/℃ 热容流率 CP/(kW/℃) H1180706 H2160403 C1201354 C2801408 计算： （1）若系统最小允许传热温差ΔT min=20℃，试用问题表格法确定过程的夹点温度，最小公用工程冷却负荷和最小公用工程加热负 荷，最大热回收量； （2）当ΔT min=20℃时，利用夹点设计法设计该换热过程的初始网络，使其具有最大热回收； （3）若ΔT min=15℃，试用T-H图定性分析最小公用工程冷、热负荷的变化情况。
化工过程系统工程
浅窥化工过程系统工程 化工过程是指用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。而过程系统工程是一门综合性的边缘学科，它以处理物料-能量-资金-信息流的过程为研究对象，核心功能是过程系统的组织、计划、协调、控制、设计和管理。过程系统共成广泛地应用于化学、冶金、制药、建材、食品等过程工业之中，目的是在总体上达成技术上和经济上的最优化，以符合可持续发展的要求。 20世纪60年代初，在化学工程、系统工程、运筹学、数值计算方法、过程控制论及计算机技术等学科的基础上，产生和发展起来的一门新兴的技术学科，过程系统工程。 化工过程的基本内容是：从过程系统的整体目标出发，根据系统内部各个组成部分的特性及其相互关系，确定过程系统在规划、设计、控制和管理等方面最优策略。化工过程系统工程的研究主要分为三个部分：一是过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和动态过程系统模拟；二是过程系统综合；三是过程系统的操作和控制，包括数据的筛选和校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断和操作模拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术的应用等。 过程系统是对原料进行物理的或化学的加工处理的系统，它由一些特定功能的过程单元按照一定的方式相互联结而成，它的功能在于实验工业生产中的物质和能量的转换；过程单元用于进行物质和能量的交换、输送和储存；单元间通过物料流、能量流和信息流。相连而构成的一定的关系。“过程系统”的含义已不局限于生产工艺过程，而逐步延伸到经营管理业务和决策过程，即为供应链的优化过程。 过程系统分析是指对于系统结构及其中各个单元或子系统均已给定的现有过程系统进行分析，即建立个单元或子系统的数学模型，按照给定的系统结构进行整个系统的数学模拟，预测系统在不同条件下的特性和行为，借以发现其薄弱环节并给以改进。过程系统分析的概念是对于一致的过程系统，给定的输入参数，求解其输入参数。具体些说，大致包括过程系统的物料、热量衡算，确定设备负荷、费用，以及对过程系统进行技术、经济和环境影响多目标评价。化工过程模拟系统是过程系统分析的主要工具。 过程系统综合是过程系统工程学的核心内容，是指：按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构及其各子系统的性能，并使系统按照规定的目标进行最优组合。过程系统综合即当给定过程系统的输入参数及规定其输出参数后，确定出满足性能的过程系统，包括选择所采用的特定设备及其间的联络关系，并提供某些变量的初值。在设计新建装置时，过程综合用于从众多备选方案中选择最优流程。 过程系统优化或系统优化可以分为参数优化和结构优化。参数优化是指：在一已确定的系统流程中，对其中操作参数进行优选，以使某些指标达到最优； 化学化工学院 王劭鹏 21180331131
化工过程模拟教学大纲
《化工过程模拟》课程教学大纲 课程编码： 课程类别：必修 适用专业及层次：化学、应用化学等化工相关专业；本科 学分：3分 总学时数：48学时（其中理论学时24，实验学时24） 先修课程：化工原理，物理化学，一种高级计算机语言 一、课程的性质、目的和任务 《化工过程模拟》是化学工程与工艺专业的一门专业选修课程。其目的是给本专业大三的学生，在完成《化工原理》、《物理化学》等专业基础课程之后，为造就过程工程概念，及早了解并逐步适应当代化学工业的数字化和信息化的趋势，打下初步的基础。学生通过本课程的学习之后，能够掌握化工流程和单元设备模拟与优化的基本原理、方法步骤，掌握用常用计算机软件解决化工过程开发、设备设计和实际工程模拟优化等问题的初步技能。 二、课程教学的基本要求 1、使学生理解并初步掌握化工过程和单元操作的数学建模的基本要领，并对典型过程和典型单元操作的模拟问题做上机练习。 2、掌握化工流程和单元设备模拟与优化的基本原理、方法步骤 3、掌握用常用计算机软件解决化工过程开发、设备设计和实际工程模拟优化等问题的初步技能。
4、在后续的毕业设计过程中，学生可以利用本课程所学到的知识技能，最大限度地利用计算机软件技术进行工艺和设备计算，以及工艺和设备的优化。 三、课程教学内容 第一章绪论 【授课学时】（1学时） 【教学内容】 1.1过程模拟的一般方法：物理模拟与数学模拟的联系与区别；化工系统模拟的层次；数学模型的类型。 1.2数学模拟的用途及限制：化工开发放大试验和数学模拟的关系；化工设计中的数学模拟方法；化工厂生产操作的数学模拟方法；数学模拟方法的限制。 1.3过程模拟与优化：两个不同层次的概念（过程系统结构优化，过程参数优化），过程模拟和优化间关系。 【教学要求】 了解过程模拟的用处以及数学模拟和优化的关系、掌握过程模拟的概念和一般方法，熟练掌握化工过程模拟与优化的基础核心地位。【教学重难点】 1、数学模拟的用途及限制 2、数学模型化的步骤 第二章单元过程的稳态模拟 【授课学时】（5个理论学时+6个实验学时） 【教学内容】 2.1基本概念：流程系统的工况特性；稳态过程和稳态过程模拟；
化工过程分析与合成期末复习
化工过程分析与合成期 末复习 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
P14 过程系统模拟的三种基本方法：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。P16 序贯模块法的基本思想 (简答) 从系统入口物流开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，作为下一个相邻单元的输入物流变量。 依此逐个的计算过程系统中的各个单元，最终计算出系统的输出物流。计算得出过程系统中所有的物流变量值，也即状态变量值。 P16 什么叫结构单元图 利用结点和边的结合对系统结构进行数学描述，构成结构单元图或简称“图”。图可以分成无向图和有向图。 结构单元图由结构单元与流股构成。结构单元也称为结点，可以是一个单元设备，也可以是一个虚拟单元。 在有向图中，射入一个结点的边的数目称为该结点的入度，由一个结点射出的边数称为该结点的出度，而结点的入度与出度之和为该结点的度数。 重要的子图有以下几种: （1）路：路是图中任意两个结点之间，由其他结点和相互顺序连接的边构成的交替序列。 （2）通路：图中两个结点之间按有向边方向与其他结点连接的点、边交替序列。（3）回路：起始结点和终止结点为同一结点时的通路，即封闭的通路。 （4）环路：除起始点外其余结点均仅通过一次的回路称为环路。环路是网络的一个特征，这种环路的存在与过程系统中再循环反馈直接有关。 （5）相互连接的图：当图中任意一对结点均可通过路来连接时，称该图为相互连接的图。
（6）整体：是子图的一种特别重要的概念——不可再分块(整体)，通常是由多个相互关联的环路组成，这些环路具有至少一个公共结点。 （7）树：由根、枝组成，往下生长，构成数学上的“树”。 P29 EOM（面向方程法）的基本思想： 描述整个过程系统的数学方程式联立求解，从而得出模拟计算结果。 把描述过程系统的所有数学模型汇集到一起，形成一个非线性方程组进行求解 P30 面向方程法的核心问题是求解超大型非线性方程组，求解方法大致分为两类为：①将为求解法；②联立求解法 P31 方程组的分解方法有回路搜索法和矩阵法两大类。 P54 化工过程系统 通过一系列物理化学分离和化学反应（包括催化、电化与生化）改变原料状态、微观结构和/或化学组成的加工技术。 动态特性是化工过程系统最基本的特性之一。 模型化是现代化学工程方法论的重要组成部分，尤其是过程动态学的核心。 集中参数模型 根据过程系统中状态变量分布特性的不同，一般把数学模型分为分布参数模型 多级集中参数模型 统计模型（经验模型）（黑箱模型） 根据建立模型的不同方法，一般可将数学模型分为确定性模型（又称机理模型） 介于两者之间的半经验模型 P55 确定性动态模型的数学处理
化工系统模拟与优化
化工系统模拟与优化 丁二烯和二氧化硫合成丁二烯砜的案例研究 徐国想 指导教师：钱宇教授 华南理工大学化工研究所 一九九九年八月
目录 序言 0．输入信息 1．间歇对连续 2．流程图的输入－输出结构 2．1．流程图的输入－输出结构 2．2．设计变量和物料衡算的步骤 3．流程图的循环结构 3．1．过程循环结构的决策 3．2．流程的物料衡算 4．分离系统 4．1．分离序列的综合 4．2．分离系统的总体结构 5．丁二烯制备丁二烯砜过程的全流程模拟5．1．丁二烯制备丁二烯砜过程的全流程图5．2．丁二烯制备丁二烯砜过程的全流程经济衡算参考文献 附录 PRO/ⅡKEYWORD输入文件
序言 概念设计是依据开发性基础研究的结果、文献的数据、现有类似装置的操作数据和工程经验，按照所开发的新技术工业化规模而做出的预想设计。概念设计的目标就是寻找最佳工艺流程和估算最佳设计条件，用以指导过程研究及提出对开发性基础研究进一步的试验要求，所以，它是基础研究与过程研究的指南，是整个开发研究过程中十分关键的一个步骤。经验指出，如果要考虑所有的可能性，则对任何过程的流程图一般都可以提出许多方案（经常是104~109个），采用分层次决策的方法，就可以在很大程度上避免了漏掉某些重要方案选择的情况。概念设计的目标就是寻找最佳“方案”，所以，需要尽快降低要予以考虑的方案数目，而基于数量级分析法的简捷算法常常精确得足以消去90％左右无效益的方案。采用简捷算法和分层次决策方法也可以尽快地把信息反馈给正致力于开发该过程的化学家手中，将有助于化学家去收集那些有可能获取最大效益操作范围内的数据，并且终止掉那些在有效益操作范围之外的实验。分层次决策方法就是把设计问题简化为分层次的决策，其步骤如下： 1. 间歇对连续； 2. 流程图的输入 输出结构； 3. 流程图的循环结构； 4. 分离系统的总体结构； 5. 热交换器网络。