計(jì)算機(jī)模擬在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

單自龍(山東潤昌工程設(shè)計(jì)有限公司新疆分公司， 新疆 烏魯木齊 830000)

計(jì)算機(jī)模擬在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

單自龍(山東潤昌工程設(shè)計(jì)有限公司新疆分公司， 新疆 烏魯木齊 830000)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)也逐漸在各個領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，化工領(lǐng)域也涵蓋其中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠使化工流程的整體成本大大節(jié)約，從而提升化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文以化工流程模擬軟件的國內(nèi)外發(fā)展為研究基點(diǎn)，分析化工流程模擬軟件的主要類型，并進(jìn)一步展望化工流程模擬系統(tǒng)的未來發(fā)展。

計(jì)算機(jī)模擬；化工設(shè)計(jì)；應(yīng)用

前言

所謂的流程模擬，事實(shí)上是計(jì)算機(jī)軟件的一種，這類軟件普遍具有很強(qiáng)的綜合性，主要應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，其主要流程大體上包括整個系統(tǒng)軟件的開發(fā)、系統(tǒng)的模擬放大、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案上的具體分析以及整個軟件的設(shè)計(jì)流程等。將流程模擬應(yīng)用于化工領(lǐng)域中，能夠發(fā)揮其計(jì)算嚴(yán)謹(jǐn)、操作精確等優(yōu)勢，還能夠?qū)⑾到y(tǒng)完整的流程做出準(zhǔn)確科學(xué)的分析與計(jì)算，對化工領(lǐng)域的發(fā)展來說，有著重大的積極意義。

1 化工流程模擬軟件的國內(nèi)外發(fā)展

早在半個世紀(jì)以前，化工流程模擬軟件便已經(jīng)在化工領(lǐng)域內(nèi)有所發(fā)展，大體上講，主要由物性數(shù)據(jù)庫等五個大部分組成。如今該軟件已經(jīng)由傳統(tǒng)的輔助應(yīng)用發(fā)展為當(dāng)前的綜合性應(yīng)用，并逐漸成為化工行業(yè)中比較核心的關(guān)鍵技術(shù)。國外的化工流程模擬系統(tǒng)最早誕生于上個世紀(jì)五十年代的美國，最早一代名為Flexible Flow-Sheet，歷經(jīng)三代的發(fā)展與改善，其性能與功能都得到了很大發(fā)展，如今已經(jīng)成為化工行業(yè)必不可少的重要系統(tǒng)[1]。相比來講，我國的化工流程模擬系統(tǒng)發(fā)展相對較晚，上個世紀(jì)八十年代中葉，才開發(fā)出我國的第一代化工模擬系統(tǒng)，名為ECSS，在此之后，新型軟件CCSOS誕生，為我國化工業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

2 化工流程模擬軟件的主要類型

(1)Aspen Plus是美國在上個世紀(jì)七十年代中葉開發(fā)出來的第三代模擬軟件，發(fā)展至今，已經(jīng)衍生出十幾種不同的版本，在化工領(lǐng)域內(nèi)，該軟件是迄今為止世界上規(guī)模最大的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有相當(dāng)大的熱力學(xué)函數(shù)以及物性數(shù)據(jù)庫，能夠掌控全世界最健全的氣液與液液之間的平衡數(shù)據(jù)，并能夠模擬任意組分系統(tǒng)，精確分析其所涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)前，相關(guān)領(lǐng)域?qū)spen Plus的研究也越來越多，其優(yōu)勢也日益顯現(xiàn)出來，在化工模擬中的地位也越發(fā)重要，甚至能夠標(biāo)志整個化工模擬在未來的發(fā)展方向。

(2)Chem CAD是一套系列軟件，最早誕生于美國，研發(fā)該軟件的主要目的是針對石油工業(yè)、石油化工、制藥工程等相關(guān)領(lǐng)域，對其進(jìn)行工藝過程方面的模擬計(jì)算，對于相關(guān)的技術(shù)操作人員來說，該軟件能夠幫助其進(jìn)行物料以及能量等方面的平衡核算。Chem CAD軟件具有為化工企業(yè)提供完整的物性數(shù)據(jù)庫以及熱力學(xué)的整體計(jì)算參數(shù)和相應(yīng)方法，還能夠?yàn)榛ば袠I(yè)提供所需的單元操作，在當(dāng)前條件下，基本可以滿足普通化工企業(yè)的生產(chǎn)需求。當(dāng)前國際上使用該軟件的高校大約有三百余所，而使用該軟件的企業(yè)則多達(dá)八百余家[2]。

(3)PRO/Ⅱ軟件同樣最早誕生于美國，是一種具有通用性的大型軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)也同樣擁有健全的物性數(shù)據(jù)庫以及熱力學(xué)計(jì)算配備，在化工流程應(yīng)用中，能夠完成物性計(jì)算、資金評估、經(jīng)濟(jì)衡量、穩(wěn)態(tài)模擬以及相關(guān)的其他形式計(jì)算，與此同時，該軟件還能夠?qū)て髽I(yè)的整個生產(chǎn)過程，包括化工生產(chǎn)的閥門管道以及相對復(fù)雜的分離反映裝置進(jìn)行模擬。當(dāng)前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于世界范圍內(nèi)的化學(xué)工業(yè)、煉油工業(yè)、油氣加工工業(yè)以及制藥等行業(yè)中，能夠起到降低成本、節(jié)省能源、提升生產(chǎn)效益的作用。

(4) HYSYS是一種大型專家系統(tǒng)軟件，其主要作用是將工程軟件的應(yīng)用廣度大幅度開拓，具體來講，HYSYS軟件能夠大體上分為兩大部分，分別為動態(tài)部分與穩(wěn)態(tài)部分，基本上主要應(yīng)用于地面石油油田的相關(guān)建設(shè)以及石油煉化過程的設(shè)計(jì)與分析。其中，該軟件的動態(tài)模擬部分與其他軟件相比具備一定的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)于能夠準(zhǔn)確科學(xué)的對石油原油進(jìn)行開采及運(yùn)輸，保障系統(tǒng)能夠保持正常良好的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠做到在線及時發(fā)現(xiàn)問題與對問題及時進(jìn)行處理[3]。該軟件還可以與化工系統(tǒng)內(nèi)部的DCS控制系統(tǒng)相互連接，以實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的最佳狀態(tài)。

(5)DESIGNⅡ軟件的最大特征表現(xiàn)于該軟件是在Windows條件下進(jìn)行開發(fā)的，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)量相對較大的單元與管理方面的相關(guān)操作，還能夠進(jìn)行物料和熱量等方面的平衡計(jì)算。相較于傳統(tǒng)化工流程模擬軟件，該軟件的組成模塊更加簡單，也更加精確，操作界面也更加系統(tǒng)化。經(jīng)過近三十年的完善與革新，DESIGNⅡ軟件當(dāng)前已經(jīng)是化工流程模擬軟件實(shí)現(xiàn)變革的領(lǐng)航者，在化工領(lǐng)域內(nèi)有著重要作用。

3 化工流程模擬系統(tǒng)的未來發(fā)展

在未來，化工流程模擬系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)與穩(wěn)態(tài)模擬的科學(xué)結(jié)合，完成化工領(lǐng)域內(nèi)在線優(yōu)化配置與離線裝置狀態(tài)分析，還能夠?qū)崿F(xiàn)專門服務(wù)于化學(xué)工程的流程模擬系統(tǒng)開發(fā)，使相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果更加精確化與專業(yè)化，與此同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)流程模擬系統(tǒng)的智能化發(fā)展，做到將整個化學(xué)模擬過程中從設(shè)計(jì)分析、到整合優(yōu)化、再到控制管理更加系統(tǒng)科學(xué)化，使化工流程模擬系統(tǒng)能夠更好的為化學(xué)工業(yè)服務(wù)。

（文章題目：計(jì)算機(jī)模擬在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究）

3 結(jié)語

模擬軟件的開發(fā)需要以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，化工流程模擬系統(tǒng)想要在未來更好發(fā)展，就必須要充分運(yùn)用與之相關(guān)的高科技技術(shù)，在能源問題得到廣泛關(guān)注的今天，使用化工流程模擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整個流程的優(yōu)化，能夠提升化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳偉軍，楊敬一，徐心茹.用ASPEN PLUS軟件模擬優(yōu)化卡賓達(dá)原油常壓蒸餾的研究[J].煉油技術(shù)與工程，2011，07(15)：203-204.

[2]顏清，彭小平.基于VBA的化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2014，06(22)：187-188.

[3]熊勤鋼，葛蔚.基于宏觀粒子方法直接數(shù)值模擬的氣固系統(tǒng)大規(guī)模并行計(jì)算[J].科研信息化技術(shù)與應(yīng)用，2013，08(15)：218-219.

單自龍(1987- )，男，壯族，甘肅人，2011年畢業(yè)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。2011年11月就職于山東潤昌工程設(shè)計(jì)有限公司新疆分公司，化工助理工程師。研究方向：化學(xué)工程與工藝。