第7章常用流程模拟软件简介ppt课件

1、第七章 常用流程模拟软件简介前言 由于在石油化工实践消费过程中，利用传统的技术很难实现描画单元安装操作的静、动态特征，如工艺过程中反响、流膂力学、传热、传质的特征及工程技术问题，安装的系统缺点诊断，新产品研制开发中的问题等。过程模拟技术越来越广泛地运用于石油、化工、制药、冶金等重要行业中，无论是在工程工程设计中，还是在消费中实施先进过程控制，抑或是更高层次的企业优化消费管理当今比较流行的ERP企业资源方案体系。而一切的运用都必需是建立对企业的消费过程有一个全面准确了解的根底上，经过运用流程模拟软件对消费过程进展流程模拟来到达目的。前言 化工流程模拟是一种高科技手段，它根据化工单元过程和热力学的

2、根本方程，运用现代数学方法，经过计算机模拟实践的化工消费过程。即在计算机上准确地“再现实践消费过程，得到详细、完好的物料平衡和热量平衡数据。什么是化工流程模拟？石油化工消费过程的流程模拟软件普通是经过对消费过程中严厉的质量和能量平衡，寻务虚际消费过程的模拟结果，以便来指点实践消费。由于过程流程模拟技术可以反映传统技术难以实现的单元安装的静、动态特征，因此越来越遭到石化领域设计与开发人员的注重。什么是化工流程模拟？ 流程模拟技术普通都采用序贯模块法，经过严厉的质量和能量平衡，相态和化学平衡，去预测一个工艺过程的表观景象。 主要可以处理以下工程问题： (1) 可为工程设计提供根底数据。经过工艺过程

3、严厉的物流和能流的平衡计算，预测物流的流率，组成和性质，预测操作条件，设备尺寸，从而减少安装的设计时间，也可进展各种安装的设计方案比较。化工过程模拟技术的运用 2可以对消费过程中的缺点进展模拟诊断，当消费过程现有安装系统发生缺点时，主要是设备问题和工艺问题，可以经过流程模拟进展工况模拟诊断，协助尽快找出缺点发生的缘由和位置。 3在新产品开发过程中，经过流程模拟可以为新产品开发研制提供极大的便利，可模拟新产品开发中的工艺参数，协助新工艺的开发，减少大量不用要的实验投资。化工过程模拟技术的运用 4在消费过程中，流程模拟可以对现有安装进展消费才干的标定，来协助寻觅系统的“瓶颈部位。使我们能充分利用原

4、有的设备，制定合理的改造方案，去除安装的瓶颈，使整个安装才干匹配，最大限制地发扬效益。 5石油化工消费过程中，优化操作是石油化工研讨开发和运用的热点领域，运用流程模拟可以优化工艺操作条件，使消费安装的运转处于最优操作，以节能降耗，较少的投入获得较大的经济效益和提高消费技术程度。化工过程模拟技术的运用 6可进展消费过程的经济评价，进展多种工艺方案的经济比较，进展最优评价。 7可以支持实现研讨和开发阶段的数学模拟放大，概念设计，工艺设计及工程设计，工厂开工指点及操作工仿真培训，工艺流程改良及优化，工厂消除瓶颈及技术改造等。 8可在消费中实施先进过程控制和企业的优化消费管理。化工过程模拟技术的运用化

5、工流程模拟软件引见与比较一、概要 目前，国内主要的化工流程模拟软件美国SimSci-Esscor公司的PRO/II，美国AspenTech公司的Aspen Plus，Hysys，英国PSE公司的gPROMS，美国Chemstations公司ChemCAD和美国WinSim Inc. 公司的Design II，加拿大Virtual Materials Group的VMGSim。现将这几种软件简介归纳如下，供参考学习之用。 1. 普通以为，PRO/II在炼油工业运用更为准确些，因其数据库中有不少阅历数据；而ASPEN在化工领域表现更好，Aspen Plus与之比较有其它软件不可比较的优点它根本上覆

6、盖了以上各软件的一切优点。有人比喻：PROII是阅历派，ASPEN是学院派。2. 学习aspen plus必备： 1化工原理；讲化工过程得单元操作。 2热力学方法；讲述物性计算方法。 3化工系统工程；讲述如何对化工系统进展建模，分析、求解。二、CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较 二、CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较 3. HYSYS主要用于炼油。动态模拟是它的优势。ASPEN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，开放式的。它和HYSYS如今是一家。 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，运用不

7、方便，相对较差，网上四处都可以下载，设计院不太运用，高校中有一定市场。4. aspen plus的计算是最准确的，数据库的建立也是最完善的。ChemCAD的界面操作让人觉得非常简单，运用起来比较随手。但是数据库不是太大，5.0版本只需2000中常用物质的物性数据。PRO/II在这两方面都在中间。二、CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较 5. 从易收敛性上看，ChemCAD HYSYS PRO/II。6. 从贴近工业实践看，PRO/II HYSYS ChemCAD。这些工程模拟仿真软件中，Aspen、PRO/II、HYSYS为国内绝大多数设计院所运用。觉得Aspen顺应范围最广，电解

8、质、固体、熄灭等模块是其它软件难以比较的；PRO/II在石化上运用较多，积累了丰富的阅历；HYSYS那么在油气工程领域就有着极高的精度和准确性。二、CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较 7. 版本引见： 1aspen好用的版本是10.2和11.1。 2Pro/II好用的版本是5.6、6.0、7.1。 3Hysys好用的是2.4、3.0、3.2。三、各软件简介Aspen plus Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，美国AspenTech公司的产品。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。官方网站：AspenTech/ Asp

9、en 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。该工程称为“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多年来不断地改良、扩展和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的规范大型流程模拟软件，运用案例数以百万计。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。Aspen plus具有最完

10、备的物性系统a. 一套完好的基于形状方程和活度系数方法的物性模型有20多种形状方程模型有15种活度系数模型有10多种摩尔体积模型2种蒸发潜热模型13种焓，自在能，熵模型4种蒸汽压模型3种气夜平衡比模型具有纯组分的物性数据常数模型两种复合固体密度模型5种复合固体焓模型6种热导率模型4种外表张力模型10种粘度模型3种分散系数模型Aspen plus具有最完备的物性系统Aspen Plus数据库包括5000多种纯组分的物性数据及以下数据库纯组分数据库包括5000种化合物参数；电解质水溶液数据库，包括900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数；固体数据库，包括水溶液种61中化合物的henry常数参

11、数；二元交互作用数据库，包括Ridlch-Kwong Soave, Peng Rinson, Lee Kesler Plocker, BWR Lee Starling以及Hayden OConnell形状方程的二元交互作用参数约4000多个，涉及5000种双元混合物；PURE10数据库，包括1727种化合物的物性数据，这是基于美国化工协会开发的DIPPR物性数据库的比较完好的数据库；无机物数据库包括2450种组分的热化学参数；烧数据库，包括熄灭产物中常见的59种组分和自在基的参数；固体数据库，包括3314种组分主要用于固体和电解质的组分；水溶液数据库，包括900种离子，主要用于电解质的运用。A

12、spen plus(1) 具有最完备的物性系统与DECHEMA DETHERMA等物性数据接口Aspen是独一获准与DECHEMA的数据库接口软件，该数据库搜集了世界上最完备的气液平衡及液液平衡数据，合计二十五万多套数据。用户也可以把本人的物性数据与Aspen Plus系统衔接。高度灵敏的数据回归系统性质常数估算系统可以经过输入分子构造和易测性质来估算短缺的物性参数。Redlinch-Kwong-UNIFAC形状方程可用于非极性，极性和缔合组分体系Aspen Plus混合固体系统在煤的净化和液化，流化床熄灭，高温冶金，以及固体废物，聚合物，生物和食品工业中都有固体运用的问题。Aspen Plu

13、s中固体的性质数据有两个来源：一是Soild数据库，它广泛搜集了3314纯无机物和有机物的热化学数据；二是和CSIRO数据库接口。Aspen plus(1) 具有最完备的物性系统Aspen Plus模拟电解质系统许多公司曾经用Aspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提，苛性盐水结晶与蒸硝酸消费，湿法冶金，胺净化气体和盐酸回收等。Aspen Plus提供pitzer活度系数模型和陈氏模型计算物质的活度系数，包括弱电解质，盐类和含有机化合物的电解质系统。这些模型已在工业中广泛的运用，证明是准确，可靠的。电解质系统有三个物性参数数据库：水数据库包括物质的各种离子和分子溶质的性质；一些特殊的电解质

14、系统的运用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司运用部门和用户一同开发的。Aspen plus(1) 具有最完备的物性系统Aspen Plus具有完好的单元操作模型库Aspen plus有一套完好的单元操作模型，可以模拟各种操作过程，由单个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。由于采用了先进的PLEX数据构造，对于组分数，进出口物流数，塔的实际摸板数以及反响数目均无限制，这是它的一项独特优点，非其它的模拟软件所能比较。此外，一切模型都可以处置固体和电解质。单元操作模型库约有50种单元操作模型构成，用户可将本身的单元用户模型以用户模型加到Aspen Plus系统之中，这为用户提了极大的方便性和灵敏

15、性。Aspen plus(1) 具有最完备的物性系统Aspen plus的分馏和反响模型是最常用的两类单元操作模型。 1分馏模型Aspen plus的多级严厉分别模型是基于内外两层构造，结合最新的联立方程和求解法编制而成。 2反响器模型Aspen plus的反响器模型可用于很广的范围。简单的化学计量模型(RSTOIC)，只需求规定化学计量和反响中一个关键组分的转化率即可运用。在知反响动力学的情况下，可以用更准确的模型，如延续搅拌釜式RCSTR反响模型或活塞反响模型RPLUG。Aspen plus(1) 具有最完备的物性系统Aspen plus的分馏和反响模型是最常用的两类单元操作模型。Aspe

16、n plus的单元操作模型及主要功能： 混合器和分流器 分别器 加热器和热交换器 多级分别 反响器 泵和紧缩机 固体处置 流控制器 管线与阀门 用户模型 压力释放Aspen plus(2) Aspen Plus具有快速可靠的流程模拟功能 Aspen plus提供流程模拟所需的各种功能，可以协助用户方便的编写各种输入文件，快速而可靠的收敛模型，以及进展流程优化计算。这些功能包括： a. 可以用Aspen plus的插入模块(Insert)功能，反复运用流程模拟的某一部分。例如一酸性气体的净化模型，一组物性输入数据，也可以建立本人的Insert，并存入用户插入模块库Librury来运用。 b. 可

17、以利用设计规定(Design Specification)来到达对任何模块计算的参数所规定的目的值。Aspen plus(3) Aspen Plus具有先进的流程收敛方法 Aspen plus具有最先进的数值计算方法，能使笔直环物流和设计规定迅速而准确收敛。这些方法包括迭代法Wegstein，正割法Secant，拟牛顿法，Broyden法等。(4) Aspen Plus可以进展优化计算 运用Aspen plus的优化功能，可寻觅工厂条件下的最优值，以到达任何目的函数的最大值。对约束条件和可变参数的数目没有限制，可以将恣意工程和技术经济变量作为目的函数，如利润和消费率。Aspen plus(5)

18、 新的Wondows规范化用户界面 Aspen plus第十版的重要改良就是：整个用户界面进展工程再造，变为32位95/环境，根据Microsoft Windows设计规范采用了工具包及系统，使得对用户来说，外观及觉得和用户熟习其它程序非常类似，输入系统采用了NEXT EXPERT专家系统。经过Windows交互操作功能，第十版的最大益处可使和其他程序的交互作用：运用着可以迅速而容易的在Aspen plus和其它运用程序之间传送模拟数据，它在三个不同的层次上支持这种交互操作： a. 模拟数据的拷贝/粘贴/链接 b. 对模拟对象和数据的目的衔接嵌入OLE自动界面 c. OLE目的的嵌入Aspen

19、 plus(6) 新的模拟引擎构造 第十版的模拟引擎改为共享库构造，这种构造大大改动了组态性能：组元可选择，很容易装入或移出;内部改良，可与Aspen plus系统程序隔分开;立的模型部分可以由网上存取;层次产品可以添加上去并更新; Aspen plus10.2添加的新功能： 支持分层的流程图运用; 全面支持流程摸板技术; 流程对象的激活和失活; 参与新的单元操作模型。Aspen plus(7) 系统开放性：计算器-允许电子表格或在线Fortran对流程变量进展存取；支持CAPE-OPEN规范，允许VB, C+, VJ+, Fortran 用定制用户模型；支持热力学CAPE-OPEN接口；CO

20、M对原油的虚拟组分和原油混合方法进展改良；OLE自动接口方法和技术的加强。Aspen plus(8) 与工程套件中其它产品的集成：Custom Modeler:支持Custom Modeler所建立的单元操作模型；Aspen pinch:替代Aspen pinch完成当有多个物流进入一个单元时混合物流 物性的计算；可从Aspen plus直接用分馏序列的设计；套件中其它产品：与等其它产品的接口也得到加强。Aspen plus(9) Aspen plus工程才干的加强：Heatx中参与了LMTD修正要素参与了新的气相关联模型，支持二聚，三聚和六聚物的计算用户界面的更改和加强物性-对原物性进展了完

21、善PRO/II PRO/II是美国SimSci-Esscor公司开发的化工流程模拟软件，已广泛运用于油/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。官方网站 simsci-esscor/PRO/II(1) RRO/II功能及特征 PRO/II软件自80年代进入中国后，已得到宽广用户的好评，发扬出良好的效益。特别是一些大的石化和化工设计院的运用，更能阐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(2) 国内

22、运用情况2001年5月新发行的PROIIV55 在功能上有很大提高，可以提供在线模拟。在适用性上，PROII要比其它同类软件更具优势，主要是该软件的开发思绪就是针对炼油化工行业， SIMSCI的计算模型已成为国际规范，公司拥有一批技术专家从事售后支持，可以解答用户所遇到的疑问问题，这方面要优于其它软件公司；阐明书中有大量的适用例子；运用户更加容易运用软件。这已被大院所认可。PROII有规范的ODBC通道，可同换热器计算软件或其它大型计算软件相连，另外还可与WORD、EXCEL、数据库相连，计算结果可在多种方式下输出。原运用ASPEN软件的单位如：BPEC、BDI、化工化一院天辰、环球公司等，以

23、为PROII更具有工程适用性。一些化工院和石化院正预备购买PROII软件。PRO/II (3) 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;模拟运用：设计新工艺、评价改动的安装配置、改良现有安装、根据环境规那么进展评价和证明、消除安装工艺瓶颈、优化和改良安装产量和效益;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、固体处置;聚合物：自在基聚合、普通目的的聚合苯乙烯、低密度聚合乙烯、聚合甲基丙烯酸甲脂、聚合乙烯基乙酸脂、链增长聚合、聚酯、酰胺-尼龙6，尼龙6/6，尼龙6/12 、共聚、聚

24、合苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂、聚合乙烯-乙烯基乙酸脂;PRO/II (3) 软件功能特点炼油：原油预热 、常压蒸馏、减压塔、FCC 主分馏塔、焦碳塔、气体安装、汽油稳定、石脑油分别和气提、反响精馏、变换和甲烷化反响器、酸水分别器、硫和HF酸烷基化、脱异丁烷塔；化工：乙烯分别塔、C3 分别塔、芳烃分别塔、环己烷安装、MTBE 分别制造厂、萘转化、烯烃消费、氧化消费、丙烯氯化；气体加工：胺脱硫、多级冷冻、紧缩机组、脱乙烷塔和脱甲烷塔、膨胀安装、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；制药：间歇精馏、间歇反响；普通化的闪蒸模型：闪蒸、阀、紧缩机/膨胀机、泵、管线、混合器/分

25、别器；PRO/II(3) 软件功能特点精馏模型：Inside/out, SURE, CHEMDIST 算法、两/三相精馏、四个处值估算器、电解质、反响精馏和间歇精馏、简捷模型、液-液抽提、填料塔的设计和核算、塔板的设计和核算、热虹吸再沸器；换热器模型：管壳式、简单式和LNG换热器、区域分析、加热/冷却曲线；反响器模型：转化和平衡反响、活塞流反响器、延续搅拌罐式反响器、在线 FORTRAN 反响动力学 、吉布斯自在能最小、变换和甲烷化反响器、沸腾釜式反响器、Profimatics 重整和加氢器模型界面、 间歇反响器；聚合物模型：延续搅拌釜反响器、活塞流反响器、擦膜蒸发器；PRO/II(3) 软件

26、功能特点固体模型：结晶器/溶解器、逆流倾析器、离心分别器、旋转过滤器、枯燥器、固体分别器、 旋风分别器；组分数据库：2000多纯组分库、以DIPPR为根底的库、固体性质、1900多组分/种类电解质库、非库组分、虚拟组分和性质化验描画、用户库、根据构造确定性质、多个化验混合、用于聚合物的Van Krevelen 方法；混合物数据：用于3000多VLE二元作用在线二元参数、用于300多LLE二元作用在线二元参数、2200在线共沸混合物用于参数估算、公用数据包、酒精脱水、天然气脱水、带有三乙烯乙二醇、来自GPA (GPSWAT)的酸水包、气体和液体氨处置、硫醇。PRO/II(4) PROII软件除根

27、本包以外，还提供应用户有如下模块：界面模块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。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应HTRI的严厉换热器设计程序。这减少在两个程序之间输入数据的反复。Linnhoff March，来自PRO/II的严厉质量和能量平衡结果能传送给 SuperTarget(tm) 塔模

28、块，以分析整个分别过程的能量效率。所建议的改良方案然后就能在随后的PRO/II运转中求出值来。PRO/II (4) PROII软件除根本包以外，还提供应用户有如下模块：运用模块Batch，搅拌釜反响器和间歇蒸馏模型可以独立运转或作为常规 PRO/II流程的一部分运转。操作可经过一系列的操作方案来阐明，具有无比的灵敏性。 Electrolytes，该模块严密结合了由OLI Systems, Inc开发的严厉电解质热力学算法。电解质运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。Polymers，能模拟和分析从单体提纯和聚合反响到分别和后处置范围内的工

29、业聚合工艺。对于 PRO/II的独到之处是经过一系列平均分子分量分率来描画聚合物组成，可以准确模拟聚合物的混合和分馏。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，由这些反响修正的根底组分和热力学性质数据被自动录入。ChemCAD ChemCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件。运用它，可以在计算机上建立与现场安装吻合的数据模型，并经过运算模拟安装的稳态或动态运转，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供实际指点。官方网站： ChemCAD是一个用于对化学和石油工业、

30、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进展计算机模拟的运用软件， 是工程技术人员用来对延续操作单元进展物料平衡和能量平衡核算的有力工具。运用它，可以在计算机上建立与现场安装吻合的数据模型，并经过运算模拟安装的稳态或动态运转，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供实际指点。 ChemCAD(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展改造，ChemCAD都可以用来选择方案，研讨非设计工况的操作及工厂处置原料范围的灵敏性。工艺设计模拟研讨不仅可以防止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，同时经过进展一系列的工况研讨，来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运转。即使是

31、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安装性能的影响。ChemCAD(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良工厂操作、提高产量的产率以及减少能量耗费的有力工具。可用模拟的方法来确定操作条件的变化以顺应原料、产品要求和环境条件的变化。 该模型可指点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 拟软件运用较好的化工安装可以举出很多。(3) 技术改造 ChemCAD也可用模拟研讨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情况的可行性，如采用改良的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。ChemCAD(4) ChemCA

32、D单元操作 ChemCAD提供了大量的操作单元供用户选择，运用这些操作单元，根本可以满足普通化工厂的需求。 对反响器和分别塔，提供了多种计算方法。 a. ChemCAD可以模拟以下单元操作： 蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反响蒸馏、反响器、热交换器、紧缩机、泵、加热炉、控制器、透平、膨胀机、结晶罐、离心机、旋风分别器、湿式旋风分别器、文氏洗气器、袋式过滤机、真空过滤机、压碎机、研磨机、静电搜集器、洗涤机、沉淀分别器、间歇蒸馏、间歇反响器、PID控制模块、流量控制阀、记录器模块(选项) 以上共50多个单元操作，当然ChemCAD可将每个单元操作组织起来，

33、构成整个车间或全厂的流程图，进而完成整个模拟计算。ChemCADChemCAD热力学ChemCAD的热力学和传送性质包对过程系统提供了计算K值、焓、熵、密度、粘度、导热系数和外表张力的多种选择。热力学选项：ChemCAD提供了大量的最新的热平衡和相平衡的计算方法，包含39种K值计算方法、 13 种焓计算方法。这些计算方法可以运用于天然气加工厂、炼油厂以及石油化工厂，可以处置直链烃以及电解质、 盐、胺、酸水等特殊系统。ChemCAD热力学数据库收录有 8000多对二元交互作用参数供NRTL、UNIQUAC、MARGULES、WILSON和VAN LAAR活度系数方法来运用。也可以采用ChemCAD提供的回归功能回归二元交互作用参数。ChemCAD提供了热力学专家系统协助用户选择适宜的K值和焓值计算方法。ChemCAD可以处置多相系统，也可以思索汽相缔合的影响。ChemCAD有处置固体功能。对含氢系统， ChemCAD采用一种特殊方法进展处置，可以可靠预测含氢混合物的反常泡点景象。ChemCAD对于不同单元或不同塔板可以运用不同的热力学