常用化工流程模拟软件浅析.doc

常用化工流程模拟软件浅析2010年第3期甘肃石油和化工2010年9月常用化工流程模拟软件浅析棼憨茗(甘肃省化工研究院,甘肃兰州730020)摘要:ChemCAD,PRO/II,AspenPlus和Hysys为目前在化学和石油工业,炼油,油气加工等领域中广泛应用的化工流程模拟软件.这四款软件各具特色,侧重于不同的应用领域.通过对这四款软件的特点,功能,应用方法及实例的介绍,系统总结了化工模拟软件的使用,并从图形界面,应用范围,设计计算,模拟类型,易收敛性及工业化等不同方面进行较为细致的对比.以期为_32艺开发,工程设计,优化操作和技术改造提供理论指导.关键词:化工流程模拟;软件;特点;对比1概述随着计算机技术的不断更新,计算机辅助的化工过程设计已经成为化工设计的基本手段,有效地利用大型化工模拟软件进行化工设计可以极大地提高工作效率.基于计算机辅助设计的化工设计软件如雨后春笋般推入市场.其中化工流程模拟软件占主导地位.化工流程模拟软件是由化学工程,化工热力学,系统工程,计算方法及计算机技术等多学科理论在计算机上实现的综合性模拟系统,将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述,并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.这一方法是计算机技术在化工方面的最重要的应用之一.美国Chemstations公司的ChemCAD,美国SimSciEsscor公司的PRO/II以及美国AspenTech公司的AspenPlus和Hysys是目前在化学和石油工业,炼油,油气加工等领域中广泛应用的化工流程模拟软件.这几种软件各具特色,侧重于不同的应用领域.本文系统介绍了这四款软件的特点,功能及应用方法,并从不同的方面对其进行较为细致的对比,为工艺开发,工程设计,优化操作和技术改造提供理论指导.2软件介绍2.1ChemCAD的特点及应用ChemCAD是美国Chemstations公司开发的的全流程化工流程模拟软件.主要应用于化工过程的工艺开发,工程设计,优化操作和技术改造中.它可以进行单元或者全过程的计算与模拟.它高度集成,界面友好,操作简单,可以满足一般的设计和模拟需要,比较适合初学者使用.ChemCAD主要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.内置功能强大的标准物性数据库,提供大量的热平衡和相平衡计算方法,包含39种值计算方法和l3种焓计算方法险;提供了5O多个操作单元供用户选择,可以满足不同设计方面的需要.是用于物料平衡和能量平衡核算的有力工具;为工艺开发,工程设计以及优化操作提供理论指导,设计更有效的新工艺.让效益最大化.贾蓉.应用ChemCAD软件模拟反应精馏过程,比较方便地模拟反应精馏过程,并且进行了灵敏收稿日期:20100607作者简介:李惠茗(1975一),女,河北辛集人,工程师,主要从事化工工艺设计及管理工作.45实用技术甘肃石油和化工2010年第3期度分析.通过对反应精馏过程的模拟以及对精馏的部分参数进行调整,可得到适合的操作条件.对实际设计或生产具有一定的指导意义.2.2PR0/的特点及应用PRO/11是美国SimSciEsscor公司开发的化工流程模拟软件,主要应用于化工复杂过程的模拟.该软件包括以下典型的过程模型化学品(包括合成氮,共沸蒸馏和萃取蒸馏,结晶,脱氢,无机过程,液液萃取,苯酚蒸馏,固体处理等),聚合物(包括自由基聚合,逐步聚合,异分子聚合等).药物(间歇蒸馏,间歇反应器等)53.PRO/II应用范围广泛,既可以进行综合工艺流程模拟,又可以应用于各种石油化工过程的质量和能量平衡计算,还可以用于流程的稳态模拟,物性计算,设备设计,费用估算/经济评价,环保评测以及其它计算.PRO/II可以模拟整个生产厂,从管道,阀门到复杂的反应与分离过程,几乎所有装置和流程都可以进行模拟,而且PRO/1/图形界面所见即所得,用户可以很方便地建立并修改某个装置甚至是整个工厂的模型,而且允许以多种形式浏览数据和生成报表.PRO/II内置丰富的组分库,热力学方法及单元操作模型,可对化工过程进行严格模拟计算.刘保柱曾利用PRO/1I和Excel求解精馏塔的最优回流比获得成功,其求解速度快,结果可靠.而且不依赖于具体的物系,便于推广.其次,它还可作为开发平台进行二次开发.曲晓廉,运用PRO/I1软件进行在硫磺中的二次开发应用获得成功,改变了硫磺回收装置设备选型采用手工计算的局面.大大提高了工作准确度和速度.2.3AspenPlus的特点及应用AspenPlus是美国AspenTech公司产品,它是一款功能强大的化工设计,动态模拟及各类计算的软件.它拥用最严格和最新的计算方法,不但能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.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.AspenPlus在实际运用中可以建立流程,模拟模型,设计规定,灵敏度分析,物性分析,物性估计以及物性数据回归等.在AspenPlus的运行环境中,只要具备合理的热力学数据,实际的操作条件和严格的AspenPlus平衡模型,就能够模拟实际装置,并帮助设计和优化现有的装置和流程8.杜彬剐曾利用AspenPlus软件模拟扬子石化炼油厂LPG和二甲基二硫体系的筛板塔精馏过程.通过建立模型,初步分析了利用该厂低品质蒸汽通过精馏脱除LPG(液化石油气)中二甲基二硫的可行性.为实际工业化打下了良好的基础.2.4ttysys的特点及应用Hysys原是加拿大Hyprotech公司推出的产品,2002年7月Hyprotech公司成为AspenTeeh公司的一部分.Hysys可用于研究控制方案,分析瓶颈问题,确定开工方案,计算间歇生产过程,计算特殊的非稳态过程等,在石油开采,储运,天然气加工,石油化工,精细化工,制药,石油炼制等领域得到广泛应用.在化工流程模拟领域占主导地位.Hysys是目前三大着名模拟软件供应商中唯一采用新一代面向对象的编程工具C+在Windows环境下开发的软件.因此,与其它模拟软件相比,它具有最先进的集成式工程环境,强大的动态模拟功能,可提供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等.与同类软件相比Hysys具有良好的操作界面,软件智能化程度高,方便易学.Hysys不但可以进行稳态模拟,更重要的是还可进行动态模拟.郭广智等10利用Hysys软件对九江石化总厂的二甲苯塔的生产过程进行了动态模拟和调整,得到了新的操作条件,解决了原操作过程中操作不稳.操作压力波动等问题.462010年第3期李惠茗:常用化工流程模拟软件浅析实用技术3使用对比以上软件虽然都是化工流程模拟软件.但在实际使用过程中还是略有不同,各有侧重.3.1图形界面ChamCAD界面操作简单,友好的图形人机对话界面让初学者更易上手;PRO/lI图形用户界面是基于Windows操作环境下完全交互的,无论简单还是复杂的模型都是简便易得;AspenPlus的用户界面不但可以建立显示模拟流程以及PFDstyle绘图,还可以从主窗口打开其他窗口1】,极大地方便用户操作;而Hysys则有良好的PFD界面,方便准确的设定方式,图形化的结果分析.3.2应用范围PRO/II因为其数据库中有不少经验数据,在炼油工业中应用更为广泛;Aspen和Hysys大多应用于石油化工领域.相关资料表明: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,并且国内Hysys用户已超过50家,所有油田设计系统均采用其进行设计12;ChamCAD因界面操作简单,价格低廉,重要的是可以提供网络版(多至25人同时使用),所以在各大高校化工原理过程设计中使用较多,现已被北美,欧洲,东南亚等多家公司,大学,研究单位采用13.3.3设计计算Aspenplus中数据库的建设是最完善的,因而计算是最精确的,而Hysys带有强大的物性计算包和数据回归包,强大的初始化及快速迭代工具,使计算结果快速准确;ChemCAD的数据库不是太大,计算上有一定误差;PRO/介于二者之间.3.4模拟类型化工模拟系统分为稳态和动态两大类.ChemCAD,AspenPlus,PRO/II均是稳态模拟软件.即以所有工艺参数不随时间变化为前提,如果进行动态模拟,需要与其它相关软件进行连接.而Hysys集稳态和动态模拟为一体,将时间变量引入系统,即系统内部性质随时间而变.将稳态系统,控制理论,动态化工及热力学模型,动态数据处理有机地结合起来,通过求解巨型常微分方程组进行动态模拟.稳态模拟和动态模拟可以使用同一个目标,共享目标数据,不需进行数据传递,引,这也是Hysys优于其他软件的一个重要标志.3.5易收敛性收敛性是指自适应控制系统能否最终达到所期望的运行状态.易收敛性在仿真模拟中是评价模拟软件算法及建模过程的一个非常重要的指标.根据各种使用实例对比,在易收敛性上,Ch.mCAD最好,Hysys(Aspen)次之,而最后是PRO/(12j.3.6工业化以上各软件均为过程模拟仿真软件,但在实际工业化应用中,PRO/lI优于Hysys(Aspen),而Hysys(Aspen)3L优于ChemCAD.Aspen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;Hysys在油气工程领域就有着极高的精度和准确性;而PRO/则在石化上应用较多,积累了丰富的经验.4结论与展望化工过程模拟技术发展至今已有50余年的历史,被广泛地应用于炼油,石油化工,精细化工等化工领域,利用成熟的过程软件进行计算和设计,可大大提高工作效率和准确率,更是提高设计成功率的重要保障,因此熟练使用和操作过程模拟软件就成为化工设计人员的首要任务.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15,化工过程模拟技47实用技术甘肃石油和化工2010年第3期术日益完善,工程过程模拟技术必将为化学工业带来更大的进步.参考文献:1JOZEFHB,HOEBINKJ,VENDERBOSCHHM,eta1.Economicsoftheoxidativecouphngofmethaneasalladdonunitfornaphthscracking,ChemicalEngineering&Technology,1995,18(1):1216.罗辉.化工流程模拟软件Chemead的应用.浙江化工,2005,36(10):4041.贾蓉,罗金生,张立杰.应用ChemCAD软件模拟反应精馏过程.化工生产与技术,2003.10(5):4446.PRO/IIComprehensiveProcessSimulation.ProcessEngineeringSuite.InvensysSimsciesscorInc.2005.孙红先,赵听友,蔡冠梁.化工模拟软件的应用与开发.计算机与应用化学,2007,24(9):12851288.刘保柱.利用PRO/和Excel求解精馏塔最优回流比.计算机与应用化学,2006,23(11):11501152.曲晓廉,邹德东.PRO/II软件在硫磺回收中的二次开发应用.硫磷设计与粉体工程,2004,(1):2830.杜彬,张伟.AspenPlus软件模拟脱除液化气中二硫化物精馏操作.内江科技,2009,(9):36.郭广智.石油化工动态模拟软件HYSYS.石油化工设计,1997,14(3):2933.郭广智,何中德,黄磊.用动态模拟软件HYSYS指导装置生产.石油化工设计,1997,14(4):5357.屈一新.化工过程数值模拟及软件.于卉,朱磊,郑捷,等.北京:化学工业出版社,高等教育教材出版中心.2006.李士富,韩志杰.基本负荷型天然气液化HYSYS软件计算(一).石油与天然气化工,2009,38(4):271274.葛明兰,李翠清,任绍梅.Chem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