计算机在化工领域的运用.docx

化工计算机运用计算机在化工领域的运用随着计算机技术的发展，实验手段也发生了巨大的变化，人们将计算机技术引入化工领域以达到缩短开发时间、节省开发费用、方便控制与管理、加快问题解决步伐、确保工程可行性等目的，这使得计算机技术与化工领域的关系日益密切、相辅相成、共同发展。从宏观的数据处理、过程模拟到微观层次的结构计算，从仪器的实时控制到信息检索，计算机都发挥着极其重要的作用。但就目前看，我国的化学工业水平与发达国家相比仍存在较大的差距。究其原因，除了化工基础、起步时间和开发资金等客观因素外，制约化学工业发展的一个瓶颈主要在于化工过程计算、 模型、 控制和优化的技术水平。 尤其在近几十年来，计算机在化学化工领域中的应用、发展突飞猛进，其效率、成果取得了令人瞩目的成绩。本文主要从以下几个方面进行了阐述：化工流程模拟、过程规划与控制、工艺绘图、独立式换热器设计、数据处理等。简单介绍在该化学领域中，一些计算机软件的运用情况，为初学者提供一些参考。1. 计算机在化工流程模拟方面的运用化工流程模拟(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。本节主要介绍Aspen Plus、PRO /II、HYSYS和ChemCAD在化工模拟方面的运用。1.1 Aspen PlusAspen 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Aspen Tech公司，并称之为Aspen Plus。Aspen Plus拥有严格和最新的计算方法、最完备的物性系统、完整的单元操作模型库、电解质模拟系统、快速可靠的流程模拟功能、先进的流程收敛方法，可以进行优化计算等。Aspen Plus进行单元和全过程的计算，为企业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应用于化工、炼油、石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品等许多工业领域。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著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。1.2 PRO/IIPRO/II是美国SimSci-Esscor公司开发的化工流程模拟软件，已广泛应用于油/气加工、炼油、化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工/制药等行业。 PROII软件自80年代进入中国后，已得到广大用户的好评，发挥出良好的效益。特别是一些大的石化和化工设计院的应用，更能说明它的独具功能和特点。这些单位有：北京炼油设计院BDI、石化北京工程公司BPEC、寰球院、天辰院（2000年购买）、吉化院（2000年购买）、抚顺院、乌石化院、大庆油田院、大庆天然气公司等数十家单位（近年购买）。PRO/II软件功能特点：适用的行业：油/气加工、炼油、化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工/制药；模拟应用：设计新工艺、评估改变的装置配置、改进现有装置、依据环境规则进行评估和证明、消除装置工艺瓶颈、优化和改进装置产量和效益；PRO/II 典型的化学工艺模型：合成氨、共沸精馏和萃取精馏、结晶、脱水工艺、无机工艺、液-液抽提、苯酚精馏、固体处理。 PROII软件除基本包以外，还提供给用户有如下模块：界面模块(1) HTFS、PRO/II-HTFS Interface自动从PRO/II数据库检索物流物性数据，并用该数据创建一个HTFS 输入文件。 HTFS 然后能输出该文件，以访问各种物流物性数据。 (2) HTRI、PRO/II-HTRI Interface 从 PRO/II数据库检索数据，并创建一个用于各种HTRI程序的 HTRI输入文件。来自PRO/II热物理性质计算的物流性质分配表提供给HTRI的严格换热器设计程序。这减少在两个程序之间输入数据的重复。 (3) Linnhoff March，来自PRO/II的严格质量和能量平衡结果能传送给 SuperTarget(tm) 塔模块，以分析整个分离过程的能量效率。所建议的改进方案然后就能在随后的PRO/II运行中求出值来。应用模块(1) Batch，搅拌釜反应器和间歇蒸馏模型能够独立运行或作为常规 PRO/II流程的一部分运行。操作可通过一系列的操作方案来说明，具有无比的灵活性。 (2) Electrolytes，该模块严密结合了由OLI Systems， Inc开发的严格电解质热力学算法。电解质应用包作为该模块的一部分，进一步扩展了一些功能，如生成用户电解质模型和创建、维护私有类数据库。 (3) Polymers，能模拟和分析从单体提纯和聚合反应到分离和后处理范围内的工业聚合工艺。对于 PRO/II的独到之处是通过一系列平均分子重量分率来描述聚合物组成，可以准确模拟聚合物的混合和分馏。 (4) Profimatics， KBC Profimatics重整器和加氢器模型被添加到PRO/II 单元操作。对于 PRO/II的独到之处是，由这些反应修改的基础组分和热力学性质数据被自动录。1.3 HYSYSHYSYS原是加拿大Hyprotech公司产品，Hyprotech 公司创建于 1976 年，是世界上最早开拓石油、化工方面的工业模拟、仿真技术的跨国公司。其技术广泛应用于石油开采、储运、天然气加工、石油化工、精细化工、制药、炼制等领域。它在世界范围内石油化工模拟、仿真技术领域占主导地位。 Hyprotech 已有 17000 多家用户，遍布 80 多个国家，其注册用户数目超过世界上任何一家过程模拟软件公司。目前世界各大主要石油化工公司都在使用 Hyprotech 的产品，包括世界上名列前茅的前 15 家石油和天然气公司，前 15 家石油炼制公司中的 14 家和前 15 家化学制品公司中的 13 家。 2002年美国AspenTech公司将Hyprotech公司收购，HYSYS就该是AspenTech公司旗下产品了，2004年美国Honeywell公司从AspenTech公司买下HYSYS软件的产权。HYSYS2004为AspenOne的一部分，是Aspen买了HYSYS后推出的第一个版本。 HYSYS以具有十几年世界各地石油化工领域的应用历史的HYSIM为其坚实的基础。HYSYS包含更多、更复杂的物性计算包及单元操作，为了能更快速、准确得到计算结果，增加了强大的初始化及快速迭代计算工具。同时还增加了系统优化、反应蒸馏、先进的变量计算表、用于控制研究的控制器和传递函数发生器。 HYSYS主要有以下特点：(1) 最先进的集成式工程环境。由于使用了面向目标的新一代编程工具，使集成式的工程模拟软件成为现实。在这种集成系统中，流程、单元操作是互相独立的。流程只是各种单元操作这种目标的集合，单元操作之间靠流程中的物流发生联系。在工程设计中稳态和动态使用的是同一个目标，然后共享目标的数据，不须进行数据传递。因此在这种先进且易于使用的系统中用户能够得到最大的效益，对复杂的工艺流程往往要分成几个部分模拟。这主要基于：小流程分析方便，速度快；对不同体系采用不同的热力学方法以取得更精确的结果，以往的软件基本采用的方法是先单独对小流程模拟，然后人工或软件通过文件将数据从一个流程传递到另一个流程。这种数据的强制性传递必然引起流程内部数据的矛盾，其结果是流程必须重新计算。集成式的工程环境则不同，它使人们能在一个模拟环境中将流程分为若干个子流程，可大可小。这种集成环境的独到之处是子流程、主流程之间的数据是相互共享的，不须传递。它们之间还可以采用不同的物性计算包。从一个流程到另一个流程就象翻书一样容易。 (2) 强大的动态模拟功能。动态模拟的方法及过程是流程稳态模拟收敛后，首先定义单元操作的动态数据(如分离器的几何尺寸、液位高度等)，安装控制仪表，然后就可以进入动态，开始动态模拟。动态模拟过程中，可以随时调整温度、压力等各种工艺变量(这就是Windows的多任务)，观察它们对产品的影响以及变化规律。还可以随时停下来，转回静态。由于动态和静态是相同对象的共享，所以动静之间的转换非常容易。HYSYS提供了PID控制器、传递函数发生器、数控开关、变量计算表等进行动态模拟的控制单元。PID控制器可完成对任何变量的控制。传递函数发生器可产生任何形式的过程传递函数，如一阶环节、二阶环节、微分和积分环节。用它们可以模拟任何被控制对象及干扰源。数控开关在动态过程中，可通过检查某操作条件而控制另一变量的开或关，进而达到对整体装置的控制。4每个变量计算表存储26 * 50，即130个变量。这个表象一台在线挂在实际装置上的控制机，可以引入流程中的任何变量，然后在表中处理(该表可以进行各种函数及逻辑运算)，将其结果再送回流程，指定给某些变量，从而达到控制某些变量的目的。 (3) DCS接口。HYSYS通过动态链接库DLL与DCS控制系统链接。装置的DCS数据可以进入HYSYS，而HYSYS的工艺参数也可以传回装置。通过这种技术可以实现;在线优化控制;生产指导;生产培训;仪表设计系统的离线调试。 (4) 工艺参数优化器。软件中增加了功能强大的优化器，它有五种算法供您选择，可解决无约束、有约束、等式约束及不等式约束的问题。其中序列二次型是比较先进的一种方法，可进行多变量的线性、非线性优化，配合使用变量计算表，可将更加复杂的经济计算模型加入优化器中，以得到可获最大经济效益的操作条件。 除了上述的特点外，HYSYS中还包括了事件驱动加物性计算包、干板开车、内置人工智能、数据回归包、物性计算包、物性预测系统、事件驱动、窄点分析工具、方案分析工具、各种塔板的水力学计算、任意塔的计算、非序贯模拟技术等。 HYSYS 软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件。该软件分动态和稳态两大部分。其动态和稳态主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析。其动态部分可用于指挥原油生产和储运系统的运行。对于油田地面建设该软件可以解决以下问题： (1) 在油田地面工程建设中的应用 各种集输流程的设计、评估及方案优化 站内管网、长输管线及泵站 管道停输的温降 收发清管球及段塞流的预测 油气分离 油、气、水三相分离 油气分离器的设计计算 天然气水化物的预测 油气的相图绘制及预测油气的反析点 原油脱水 原油稳定装置设计、优化 天然气脱水（甘醇或分子筛）、脱硫装置设计、优化 天然气轻烃回收装置设计、优化 泵、压缩机的选型和计算 (2) 在石油石化炼油方面的应用 常减压系统设计、优化； FCC 主分馏塔设计、优化； 气体装置设计与优化； 汽油稳定、石脑油分离和气提、反应精馏、变换和甲烷化反应器、 酸 水分离器、硫和 HF 酸烷基化、脱异丁烷塔等设计与优化； 在气体处理方面：可完成：胺脱硫、多级冷冻、压缩机组、脱乙烷 塔和脱甲烷 塔、膨胀装置、气体脱氢、水合物生成 / 抑制、多级、平台操作、冷冻回路、透平膨胀机优化。1.4 ChemCADChemCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件。使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。ChemCAD是一个用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件， 是工程技术人员用来对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。ChemCAD主要有以下功能特点：(1) 工程设计：在工程设计中，无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造，ChemCAD都可以用来选择方案， 研究非设计工况的操作及工厂处理原料范围的灵活性。工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误，还可用模拟模型来优化工艺设计， 同时通过进行一系列的工况研究，来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。即使是在工程设计的最初阶段， 也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。 (2) 优化操作：对于老厂，由ChemCAD建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、 提高产量的产率以及减少能量消耗的有力工具。可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化。该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。这样的例子在一些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。 (3) 技术改造： ChemCAD也可用模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题，或采用先进技术改善工厂状况的可行性， 如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。 ChemCAD还具有容易使用、高度集成、界面友好等特点。ChemCAD拥有最短的学习曲线。1.5 四款软件的比较简单总结以下几点：(1) 一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而Aspen Plus在化工领域表现更好，Aspen Plus与之比较有其它软件不可比拟的优点它基本上覆盖了以上各软件的所有优点。有人比喻：PROII是经验派，Aspen Plus是学院派；(2) HYSYS主要用于炼油，动态模拟是它的优势，SPEN是智能型的，用于化工领域流程模拟，比较大或长的流程，而且数据库比较全，开方式的，它和HYSYS同属一家公司；PRO/II可以用于设备核算，流程短，或精馏核算；ChemCAD由于物性较少，使用不方面，相对较差，网上到处都可以下载，设计院不太使用，高校中有一定市场； (3) 我觉得Aspen Plus的计算是最精确的，数据库的建设也是最完善的。由于它考虑的方面非常全面，所以学起来比较费劲。ChemCAD的界面操作让人感觉非常简 单，使用起来比较顺手。但是数据库不是太大，我用的5.0版本，就只有2000中常用物质的物性数据。PRO/II在这两方面都在中间。 (4) 从易收敛性上看，ChemCAD HYSYS PRO/II (5) 从贴近工业实际看，PRO/II HYSYS ChemCAD四个都是工程模拟仿真软件，其中Aspen Plus、PRO/II、HYSYS为国内绝大多数设计院所使用。感觉Aspen Plus适应范围最广，电解质、固体、燃烧等模块是其它软件难以比拟的；PRO/II在石化上应用较多，积累了丰富的经验；HYSYS则在油气工程领域就有着极高的精度和准确性。2. 计算机在化工规划和控制方面的应用过程工业模型化系统 ( PIMS，即 Processes Industry Modeling System)是美 国 Aspen Tech公司的产品，广泛使用于美洲 6 0的炼油厂、全世界 170多个炼油厂。Aspen PIMS通过提供一个能运行于个人电脑且功能强大易于使用的线性规划软件工具，在世界范围内引起了一场炼油厂计划安排的革命。简单控制系统和常用复杂控制系统都以经典控制理论为理论基础，是在广泛采用常规仪表的年代发展起来的。随着现代控制理论与计算机控制技术等学科的发展，为了满足工业生产过程自动化的迫切要求，特别是对于特性复杂的过程，如具有不确定性（如环境结构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、非线性、变量间的关联性、信息的不完全性和大纯滞后性等的过程，采用PID控制往往达不到满意的控制效果，需要有新的控制系统结构与控制算法，因此，自20世纪70年代以来，国内外大力致力于先进过程控制系统的研究和开发。2.1 Aspen PIMSPIMS是一个功能强大且易于使用的流程工业经济计划的线性规划模型系统，既可用来优化石油化工以及其他流程工业的运行和设计，又广泛应用于原油采购、生产计划制定、成品油出厂质量调合、技改技措项目的投资评估、短期计划或长期战略的规划。PIMS扩展的综合诊断信息告诉用户模型中什么地方可能或已存在错误。运行结果被报告成一个可供装置和工厂工程师阅读的文档。也就是说， 用户花很少的时间就能完成大量的工作，进而作出快速准确的经济决策，特别是全面复杂的优化。 ASPEN PIMS是软件1是基于线性优化等算法实现的炼油和化工企业的工厂计划优化软件，目前被全球炼化企业广泛采用，在长期实践中得到行业认可。操作系统采用Windows或 Windows NT。它具有功能强大、菜单操作、 技术先进的特点。 利用ASPEN PIMS软件建立数学模型是一个系统工程，该模型能贯穿采购、 生产、 销售等企业生产经营全过程，并根据企业需要灵活地建立相应的数学模型，与其他流程优化软件相比，ASPEN PIMS模型具有以下特点 ：(1) ASPEN PIMS系列软件功能强大，能根据企业实际需要灵活地建立数学模型，在一定程度上，它能促进企业生产管理水平的提高；(2) 实现物流性质自动传递；(3) 能将非线性问题进行线性化处理，更加贴近实际；(4) 利用-Base技术，可使装置进料性质与产品收率及性质关联起来；(5) 将装置的辅助材料及公用工程放入模型中，完善装置生产的优化；(6) 能提供库存管理指导； (7) 具有案例分析手段，包括多案例分析，可减轻应用人员的劳动强度。ASPEN PIMS软件在石化行业的应用有以下几方面：构建原油优化的集总模型；编制年度计划和季度计划选择优化的供应、生产和销售方案；编制月度计划和调度计划；建立多周期模型，确定工厂合理的库存；根据需要编制专门模型，比如分析该厂效益瓶颈、对增建和扩建装置进行经济预估和比较、对原油的选择、对油品市场的开拓进行经济预估和比较、给出原油和成品的保本点等。ASPEN PIMS可以用来提高生产计划水平，优化原油采购，确定经济生产规模，选择合理的生产操作条件，寻找瓶颈制约因素， 提高投资效益，利用影子价格， 适应市场变化。2.2 APC先进过程控制系统(Advanced Process Control，简称APC)是指具有比常规控制（PID）更好控制效果的控制策略的统称，是提高过程控制质量、解决复杂过程控制问题的理论和技术。 将现代控制理论移植到过程控制领域，充分发挥计算机的功能，世界各国在加强建模理论、辩识技术、优化控制、最优控制、高级过程控制等方面研究。推出了从实际工业过程特点出发，寻求对模型要求不高、在线计算方便、对过程和环境的不确定性有一定适应能力的控制策略和方法。例如预测控制系统、推断控制、解耦控制、自适应控制系统、鲁棒控制系统、智能控制系统（专家系统、模糊控制）等先进控制系统。先进控制系统是指对工业过程本身的非线性、时变性、耦合性和不确定性的特点，而采用的预测控制、推理控制、软测量技术、解耦控制、自适应控制、模糊控制、专家控制和人工神经网络控制等系统。 概括起来，先进控制系统产生的原因主要有：计算机技术的迅猛发展、现代控制理论的诞生、过程工业向大型化和精细化方向发展。随着人工智能理论的突破性发展和控制理论和其它学科的交叉渗透，先进控制技术将会得到更深层次的发展，为企业带来更显著的经济效益。APC的主要运行特点有：稳定操作过程，卡边操作，动态实测模型， APC运行周期-分钟，产生显著经济效益(3%-5%)等。表1列举了国外部分先进控制商业化软件。美国的Setpoint公司的SMCA（Setpoint Multivariable Control Architecture） 软件包在石油化工等领域得到了广泛应用。美国的DMC公司推出了DMC软件包，它以动态矩阵控制理论为基础， 性能优越、品质高。美国的Continental Controls公司研制的MVC软件包采用多变量模型预测控制算法，在乙苯等生产过程中得到了良好的应用。美国的DOT Products公司开发了非线性预测控制软件包Polymers NLC，已在20多家企业得到成功应用，取得了提高企业生产能力10、压缩开车时间50的成绩。美国的Pavillion Technologies公司推出了Process Perfecter软件包，以非线性预测控制算法为基础，在水泥、化工和石油等行业得到良好应用。美国著名的Aspen Tech公司研发了DMC Plus先进控制包，该软件包包含了工业过程建模、仿真、控制器组态和自动配置优化等功能，运用了多变量预测控制理论，已经在一千多个工程项目中得到成功应用。美国的Honeywell公司推出了综合先进控制和实时优化理论的TPS软件包，它包含多变量控制和最优控制等算法，具有面向整个工厂的历史数据存储和信息管理的强大功能。另外Honeywell公司还研发了多变量约束过程控制软件包RMPCT，在造纸、冶金和石化等领域得到了应用。法国的Adersa公司开发了先控软件包IDCOM-HIECON， 它面向连续过程的多变量模型预测控制。英国的 Predictive Control公司的软件包CONNOISSEUR具有过程建模、控制器设计和数据分析等功能，包含自适应控制和基于约束的最优控制等算法，在水泥、化工、采矿、食品、冶金和石化等方面广泛应用。表1 国外先进控制软件公司 软件包名称 简介 SetPoint Inc. SMCA 多变量模型预测控制 DMC Corp. DMC 动态矩阵控制 Continental Controls MVC 多变量模型预测控制 DOT Products Polymers NLC 非线性模型预测控制 Aspen Tech DMC Plus 动态矩阵控制 Honeywell TPS 工厂一体化先进控制 Adersa RMPCTIDCOM-HIECON 多变量约束过程控制 多变量模型预测控制 Predictive Control Ltd. CONNOISSEUR 自适应控制、最优控制 Pavillion Technologies Process Perfecter 非线性模型预测控制 DMC Plus是美国AspenTech公司的新一代控制器。它集成了原DMC公司DMC控制器的内核技术。DMC Plus的内核引擎包括三个重要部分，预测模块、线性优化模块与动态控制器模块。DMC Plus主要有工业过程建模、仿真、控制器组态和自动配置优化等功能，运用了多变量预测控制理论，已经在一千多个工程项目中得到成功应用。3计算机在化工工艺绘图方面的运用计算机在化工中一个重要的应用就是绘制各种化学、化工的专业图形。在此主要介绍两种绘图软件，PDMS和AutoCAD。PDMS主要用于化工配管设计，AutoCAD主要用于绘制实验流程图、零件图、设备装配图、工厂管线配置图，带控制点流程图等各种图形。 3.1 PDMSPDMS ( Plant Design Management System，工厂三维布置设计管理系统 )是英国CAD Centre（现名AVEVA）公司的旗舰产品，自从1977年第一个PDMS商业版本发布以来，PDMS就成为大型、复杂工厂设计项目的首选设计软件系统。PDMS 为一体化多专业集成布置设计数据库平台，在以解决工厂设计最难点管道详细设计为核心的同时，解决设备、结构土建、暖通、电缆桥架、支吊架各专业详细设计，各专业间充分关联联动。PDMS 三维模型可直接生成自动标注之分专业或多专业布置图、单管图、配管图 (下料图)、结构详图、支吊架安装图等，并抽取材料等报表。PDMS 以数据库平台为核心进行多专业任意组合，可满足用户在设计各阶段按工程需要投入不同专业人员的要求。据用户反馈数据，同传统设计手段相比， PDMS 可提高设计效率50%以上，并使无差错设计和无碰撞施工成为可能实现的事实。PDMS的主要内容：结构：以数据库为核心，不会发生数据和图形不统一的设计故障；修改三维模型后，相应的图纸标注自动更新；设计、碰撞检查及易用性：易用易学，培训五天即可建模设计；在高效三维实体环境下进行布置设计，用户可任意控制模型显示、直观判断物体间距、发现碰撞及安装合理性，可极大地提高设计质量和速度；各专业模型间充分联动；具有自动配管功能；支持实时碰撞检查；同一项目，同一空间的任何专业模型均参与碰撞分析，可生成图形或文字碰撞报告；导入 AVEVA PDMS 之模型 (如以AutoCAD或Microstation 为平台的软件生成的三维模型) 可命名并直接参与碰撞检查 (碰撞检查报告中可显示模型名称)；平面图生成：自动生成配管平/立面布置图，自动标注；对模型表达及标注规则可自由定义：管道表达可为全部双线带中心线，也可小管径为单线、大管径管为双线带中心线，管道中心线可由用选择自动生成或消隐，不需手工添加；隐藏线处理功能强大，可对模型进行任意剖切生成平面及轴测图，剖切面自动生成阴影线；并双向集成AutoCAD ；单管图生成：AVEVA Engineering IT 拥有ISOGEN 核心技术，高效生成唯一经大量实际工程验证之国际通用单管图，抽取时极少失败；可以通过界面全面控制所有ISOGEN 单管图选项；可以生成配管图 (下料图)，对焊点、连接点、管段号和管件号历史可以有效维护；在图形抽取和生成方面，AVEVA掌握了最核心的技术，所生成的图形为同类产品的最优。特别是消隐，隐藏线处理方面不需手工，全部自动，同类产品无法做到。标准库：可以在可视化条件下，任意定义复杂元件，并在单管图中正确表达；标准库同三维模型为参考关系，始终完全统一。 PDMS 以数据库为核心的图形数据一体化技术代表了全球三维工厂设计的主流和发展方向，主要功能特点：(1) 全比例三维实体建模，而且以所见即所得方式建模；(2) 通过网络实现多专业实时协同设计、真实的现场环境，多个专业组可以协同设计以建立一个详细的3D数字工厂模型，每个设计者在设计过程中都可以随时查看其它设计者正在干什么； (3) 交互设计过程中，实时三维碰撞检查，PDMS能自动地在元件和各专业设计之间进行碰撞检查，在整体上保证设计结果的准确性；(4) 拥有独立的数据库结构，元件和设备信息全部可以存储在参数化的元件库和设备库中，不依赖第三方数据库；(5) 开放的开发环境，利用Programmable Macro Language可编程宏语言，可与通用数据库连接，其包含的AutoDraft程序将PDMS与AutoCAD接口连接，可方便地将二者的图纸互相转换，PDMS输出的图形符合传统的工业标准。PDMS三维软件主要模块有设计模块、ISO出图模块、平面（draft）出图模块、元件库模块、等级库模块、管理模块。在传统的工厂设计中，工程师们依据工艺流程图，利用自己的三维空间想像力来进行工厂配管设计研究，并通过绘制二维配管平面图和管线图来表达三维配管设计。由于人的三维想像力有限，因此这种设计模式限制了设计质量的提高。PDMS软件，不仅打破了传统的设计方法，而且提高了设计的质量，加快了设计的进度，具有良好的经济和社会效益，具体表现在以下几个方面：(1) 利用计算机三维造型功能进行配管设计，可以使配管设计紧凑、布局合理。由于大量而繁重的单线图和材料表的制作工作可以由计算机设计程序来完成，因而工程师们可有更多的精力来进行三维设计工作，从而提高了方案的科学性和可靠性;(2) 图纸质量高、错误少、数据准确，由于设计的正确性，减少了施工返工现象，节约了施工投资;(3) 材料统计准确、快速，自动生成各种材料报表，代替了人工统计材料、填写材料表的工序，精确性提高。从而既节省了材料，同时为材料采购和现场材料的科学管理提供了完整、准确的信息;(4) 除了能从设计模型中提取二维图纸外，还能生成三维轴侧图。由于三维图给人一种直观、真实的空间概念，对施工带来了很大的方便。PDMS软件的应用，使配管设计甩掉绘图板，绘图更趋规范化、标准化，解决了配管设计复杂、繁琐的问题，避免了配管布置过程碰中撞现象的发生以及手工绘图中的错误，减少大量的工程重复。总的来说，PDMS具有完善的数据库结构，多层次多功能的设计模块， 因此作为配管设计软件必将会得到更加广泛的应用。3.2 AutoCADAutoCAD（AutoComputerAidedDesign）是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享设计图形。 AutoCAD是目前世界上应用最广的 CAD软件，市场占有率位居世界第一。 AutoCAD软件具有如下特点： (1) 具有完善的图形绘制功能。 (2) 有强大的图形编辑功能。 (3) 可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。 (4) 可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。 (5) 支持多种硬件设备。 (6) 支持多种操作平台。 (7) 具有通用性、易用性，适用于各类用户。 此外，从AutoCAD 2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。 虽然 AutoCAD本身的功能集已经足以协助用户完成各种设计工作，但用户还可以通过 Autodesk以及数千家软件开发商开发的五千多种应用软件把 AutoCAD改造成为满足各专业领域的专用设计工具。这些领域中包括建筑、机械、测绘、电子以及航空航天等。对于化工而言，AutoCAD主要用于绘制实验流程图、零件图、设备装配图、工厂管线配置图，带控制点流程图等各种图形。具体而言，主要有以下功能可以利用： (1) 可以绘制各种直线可以绘制各种大小的弧线、椭圆、长方形、正多边形等各种图形；(2) 可以对目标对象进行多种编辑处理（如放大、缩小、移动、复制等）； (3) 可以方便地标注尺寸及文本；(4) 可利用Auto Lisp进行二次开发； (5) 可进行面积及体积的计算。化工设计中，虽有各种专业的三维设计软件出现，如PDS、PDMS等，但到目前为止，在各大化工设计院中，AutoCAD仍是主流的设计软件。因此学会如何使用AutoCAD，并使之更好地与化工设计相结合，也是化工专业学生应掌握的专业技能之一。4. 计算机在换热器设计方面的运用换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备，在生产中占有重要地位。 最具代表性的换热器设计软件是HTFS和HTRI软件。这两者都是独立式换热器设计软件，不能设计如发动机附属的换热装置等附属换热设备。换热器设计主要包括以下四个模块。换热器设计：对于给定工艺条件进行换热面积或成本优化设计，设计换热器的各种参数；换热器核算：指定流体的进出口条件，核算换热器是否能够满足换热要求，并计算换热器的实际换热面积与所需换热面积的比率；换热器模拟：对于给定的换热器，当工艺介质进口给定后，模拟其出 换模拟 对给定换 介质 给定后 模拟其口状态以及模拟换热器的操作性能；热虹吸式换热器计算：模拟热虹吸换热器的操作性能，计算循环量和管路压降。4.1 HTRIHTRI由美国的传热研究学会(HeatTransfer Research Institute，组建于1962年，简称HTRI)研发HTRI Xchanger Suite，采用了在全球处于领导地位的工艺热传递及换热器技术，包含了换热器及燃烧式加热炉的热传递计算及其他相关的计算软件。 HTRI软件包采用了标准的 Windows用户界面，其计算方法是基于40多年来HTRI广泛收集的工业级热传递设备的试验数据而研发的。 Xchanger Suite 中所有软件均是非常灵活的，可严格地规定换热器的几何结构，因此可充分利用HTRI所专有的热传递计算和压降计算的各种经验公式，从而十分精确地进行所有换热器的性能的预测。 HTRI换热器的特点： (1) 计算模型采用的是完全增量法：使用设备各局部位置的物性进行该位置的热传递和压降计算；(2) 详尽的输出报告：提供了包括所有重要参数的各个局部剖面的详细计算结果；(3) 全面的在线帮助：给出了背景信息、图表、输入面板和输出报告的解释，用户提示等；(4) 曲线图和所见即所得功能：提供了彻底的可视化的计算结果；(5) 快速计算工具：使用户能够非常容易地完成单位换算和换热器类型的选择。HTRI主要模块如下： VMGThermo：一个广泛和严格的流体物理性质计算软件，由Virtual Materials Group， Inc. 所开发，可进行任意类型的管壳式换热器的设计，核算和模拟计算，包括釜式、发夹式、热虹吸式、 管侧回流冷凝器以及降液膜蒸发器。Xist：支持包括所有标准TEMA类型的计算，且集成了流动导致的震动计算、管子排布工具等。进行空冷器和经济器的设计、核算和模拟计算，包括自然通风（风机停运）和强制通风条件下的计算。Xace：包含了风扇的选择计算，并能计算由于流动及温度分布不均对空冷器性能的所产生的影响。能够对圆筒炉和方箱炉的性能进行模拟计算。Xfh：使用Hottel的区域法来计算加热炉各部位的热辐射和工艺侧的性能。与内含的燃烧室和对流室模型一起对燃烧式加热炉进行全面的性能评价。能对板框 式换热器进行设计、核算和模拟计算，可使用自定义板型或者内置的制造厂数据库内的板型。Xphe：包含一个端口流道分布不均计算模型，可进行通过每个板片流道的物流计算。用HTRI验证的热传递和压降经验公式采用完全增量法来进行单相螺旋板换热器的核算和模拟计算。Xspe：可进行并流和逆流的螺旋流计算，采用严格的有限元方法进行管壳式换热器管子由于流动造成的震动计算。Xvib：考虑了光管和U型管的流体激振和涡旋脱落机理。4.2 HTFSHTFS原是英国AEA工程咨询公司的一个子公司，1997年AEA公司和加拿Hyprotech公司合并，Hyprotech成AEA的一个子公司，原HTFS公司由Hyprotech接管、合并2002年7月，Hyprotech公司与Aspen Tech公司合并，Hyprotech成为Aspen Tech公司的一部分。HTFS 系列软件创始于1967 年，在世界同行业中始终处于领先地位，具有 30 多年的发展史。 AEA 技术工程软件公司一直致力于提高工艺生产过程的生产效率及经济效益，这一过程始终贯穿于设计、生产操作、工艺改造等各个环节。在传热系统领域，世界著名的产品 HTFS ，它的发展历史、世界各国的公认度、基础理论的研究和专家们的能力都是世界一流的。 HTFS软件主要包括以下模块：TASC管壳式换热器计算ACOL空冷器计算MUSE冷箱计算 FIHR 加热炉计算APLE板式换热器计算FRAN电厂给水加热器计算PIPE管件计算HTFS.TASC 是世界上非常优秀的管壳式换热器软件，早在 80 年代初就已进入中国。原会员用户遍及化工及石化业。以计算准确性和工程实用性而闻名。新一代的 TASC 功能更强，将所有管壳式换热器集为一体，将传热和机械强度计算融为一体。可用于多组分，多相流冷凝器，罐式重沸器、降液膜蒸发器，多台换热器组等。并提供管束排列图。HTFS.ACOL 是一个功能非常强大空冷计算程序，可以模拟光管或翅片 管束，管外界质可以是空气或其他气体。可以模拟计算以下系统：空冷，烟气余热回收系统、空调系统、空气除湿系统、制冷系统等。HTFS.MUSE可以计算给定冷箱每一流道的操作特性(最大流道数可达 240)。可预测冷箱的横断面翅片温度分布，从而可对各种流道分配方案进行研究。 HTFS.FIHR对于给定炉型及其结构尺寸、燃料消耗量、过剩空气系数、被加热介质等，软件能进行以下计算：通过燃烧室和对流室的传热计算及多相流流体计算，可得到被加热流体和烟气的温度分布和压力分布。其中烟气的压力分布是沿燃烧室经对流段至烟囱的非常详细的数据。 5. 计算机在化工数据处理方面的运用处理收集的化学数据是使用计算机的主要优势之一。这需要操作者具有一定的计算机应用能力，还应具有一定的数学知识背景。常用的数据处理方法及数学模型包括：最小二乘拟合、线性回归分析、方差分析、插值、数据平滑、实验设计等。目前两款通用的软件为： Origin和SPSS、SigmaPlot等。它们可根据需要对实验数据进行数值计算、统计、傅里叶变换、曲线拟合以及制图等等。另外，MATLAB由于其强大的数学处理能力也正日益受到化工分析领域的重视。本文主要介绍Origin和SPSS。5.1 SPSSSPSS是英文Statistical Package for the Social Science（社会科学统计软件包）的缩写。20世纪60年代末，美国斯坦福大学的三位研究生研制开发了最早的统计分析软件SPSS，同时成立了SPSS公司，并于1975年在芝加哥组建了SPSS总部。20世纪80年代以前，SPSS统计软件主要应用于企事业单位。SPSS名为社会科学统计软件包， 这是为了强调其在社会科学应用的一面（因为社会科学研究中的许多现象都是随机的，要使用统计学来进行研究），而实际上广泛应用于经济学、社会学、生物学、教育学、心理学、医学以及体育、工业、农业、林业、商业和金融等各个领域。SPSS现已推广到多种各种操作系统的计算机上，它和SAS、BMDP并称为国际上最有影响的三大统计软件。SPSS是社会科学统计软件包，界面友好、操作简单，具有完整的数据输入、编辑、统计分析、报表、图形制作等功能。它用对话框方式实现各种管理和分析数据的功能，诸如线性回归、T检验、方差分析等基础统计，判别分析、因子分析、聚类分析等专业统计，多元方差分析、对数线形模型等分析。同时能在屏幕上显示如正态分布图、直方图、散点图等各种统计图表，并以多种格式输出。基于以上优点SPSS软件已广泛应用于生产生活各个方面，服务于广大人民。SPSS的基本功能包括数据管理、统计分析、图表分析、输出管理等等。SPSS统计分析过程包括描述性统计、均值比较、一般线性模型、相关分析、回归分析、对数线性模型、聚类分析、数据简化、生存分析、时间序列分析、多重响应等几大类，每类中又分好几个统计过程，比如回归分析中又分线性回归分析、曲线估计、 Logistic回归、加权估计、非线性回归等多个统计过程，而且每个过程中又允许用户选择不同的方法及参数。SPSS也有专门的绘图系统，可以根据数据绘制各种图形。由于在SPSS公司的产品线中，SPSS软件属于中、低档（SPSS公司共有二十余个产品），因此从战略的观点来看，SPSS显然是把相当的精力放在了用户界面的开发上。该软件只吸收较为成熟的统计方法，而对于最新的统计方法，SPSS公司的做法是为之发展一些专门软件，如针对树结构模型的Answer Tree，针对神经网络技术的Neural Connection、专门用于数据挖掘的Clementine等，而不是直接纳入SPSS，因此他们在SPSS中均难觅芳踪。另外，其输出结果虽然漂亮，但不能为WORD等常用文字处理软件直接打开，只能采用拷贝、粘贴的方式加以交互。这些都可以说是SPSS软件的致命伤。 SPSS广泛的应用于统计、应用数学、经济、市场营销、心理、卫生统计、生物、企业管理、气象、社会学等领域。其分析过程包括：调查设计、数据收集、数据存取和管理、数据分析、数据检验、数据挖掘、数据展示等。还有一系列附加模块和独立模块产品以加强它的分析功能。它的图形窗口界面使其非常简单易用但却具有满足各种分析要求的数据管理、统计分析功能及各种报表方法。5.2 OriginMicrocal Origin是美国Microcal公司推出的，用于数据分析、科学绘图的软件。它的功能强大，使用方便，是数十万各国科技工作者的常用软件。 Origin采用直观的窗口菜单和操作工具栏，所见所得的绘图方式，全面支持鼠标右键操作，支持拖放式图形转换，最主要的数据处理和绘图操作无需用户编写 任何程序代码。在众多的数据处理和科学绘图软件中，Origin是最为常用的软件工具之一。 Origin是一个多文档界面（multiple document interface，MDI）应用程序。它将用户所有工作都保存在后缀为OPJ的项目文件（project）中，这点与Visual Basic等软件很类似。保存项目文件时，各子窗口也随之存盘。Origin主要有数据分析和科学绘图两大功能。其中，数据分析包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令就可。 Origin的绘图是基于模板的，Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板,而且允许用户自己定制模板。绘图时，只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接；可以用C等高级语言编写数据分析程序，还可以用内置的Lab Talk语言编程等。 Origin可以导入包括ASCII、Excel、pClamp在内的多种数据。另外，它可以把Origin图形输出到多种格式的图像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。Origin里面也支持编程，以方便拓展Origin的功能和执行批处理任务。