化工工藝設(shè)計中過程模擬優(yōu)化的應(yīng)用

劉成江

摘 要：文章主要對化工工藝設(shè)計中過程模擬優(yōu)化的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：化工過程模擬；在線優(yōu)化；化工工藝應(yīng)用

化工模擬優(yōu)化技術(shù)在實際應(yīng)用中了不斷優(yōu)化有效的促進(jìn)了化工工藝設(shè)計的發(fā)展。

1 過程模擬的概述

化工生產(chǎn)中，在對單獨化工工藝變量的穩(wěn)定性進(jìn)行控制時，第一步應(yīng)該及時設(shè)定相應(yīng)的順序；第二，在對單元進(jìn)行控制；第三，對整個車間進(jìn)行控制。在整個過程中，工作人員需要對各個環(huán)節(jié)的特定操作進(jìn)行組合，并且還要及時將其反應(yīng)過程進(jìn)行聯(lián)合。在整個系統(tǒng)開始運行前，應(yīng)該及時對化工工藝的整個過程進(jìn)行模擬，就可以及時幫助工作人員發(fā)現(xiàn)其中存在問題，并且及時解決，確保實際生產(chǎn)過不會出現(xiàn)問題，避免造成較大損失。經(jīng)過對化工工藝生產(chǎn)的模擬，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)以及物理結(jié)構(gòu)都發(fā)生了不同程度的變化，最后形成產(chǎn)品。需要注意的是，模擬過程中，還應(yīng)該加強(qiáng)對不可控因素的控制，例如：材料、外部條件等，所以，在產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前，工作人員應(yīng)該及時對整個化工工藝過程進(jìn)行模擬[1]。經(jīng)過模擬以后，企業(yè)可以及時掌握產(chǎn)品生產(chǎn)中的各項數(shù)據(jù)，從而更好的對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 過程模擬

2.1 過程模擬技術(shù)

化工生產(chǎn)中，對材料進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)以后就可以形成新物質(zhì)，然后在對所形成的新物質(zhì)進(jìn)行處理，就可以得到新產(chǎn)品，此種方式是最為常見的?；すに囉嬎阒饕抢媚柋冗\算，計算的目的主要是為了掌握材料對化學(xué)反應(yīng)的影響，壓力平衡、相平衡等都會對計算造成影響。相對于化工工藝來說，化工模擬可以及時對其流程進(jìn)行計算，并且還能再次基礎(chǔ)上對整體的操作難度進(jìn)行分析，幫助企業(yè)選擇合適的生產(chǎn)工藝，確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益實現(xiàn)最大化。

2.2 過程模擬優(yōu)化

生產(chǎn)過程的模擬能夠?qū)ふ页龉に嚵鞒讨兴霈F(xiàn)的問題，以此來改進(jìn)和提升化工工藝設(shè)計效果，此過程在提升企業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計效率中有著重要意義，需提升對工藝模擬的重視程度。而過程模擬在軟件模擬中也有一定的現(xiàn)實價值，尤其是數(shù)學(xué)模擬和物性模擬，這兩者構(gòu)建得 準(zhǔn)確性直接影響化工過程模擬的效果，如果過程中出現(xiàn)失誤，將會增加工藝設(shè)計成本。經(jīng)過以模塊化為基礎(chǔ)的過程模擬，能夠利用其中得到的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)整個流程的優(yōu)化[2]。

2.3 過程模擬軟件

上述方法在很早以前就已經(jīng)應(yīng)用到化工生產(chǎn)中，經(jīng)過完善并成熟，其中穩(wěn)態(tài)過程模擬是最初的方法，但是整體效果達(dá)到預(yù)期。常用的化工過程模擬軟件主要組成部分為模塊庫、物性資料、通信系統(tǒng)和輸入系統(tǒng)。CaPES和ASPEN/PLUS是較為常用的過程模擬軟件，主要是通過對序貫?zāi)K法的利用實現(xiàn)了對穩(wěn)態(tài)模擬的優(yōu)化。利用方程聯(lián)立法OPTSIM以及FLOWSIM也可以實現(xiàn)對軟件的優(yōu)化。過程模擬軟件是現(xiàn)階段國際上認(rèn)可的一種模擬軟件技術(shù)。

3 過程模擬在化工工藝中的應(yīng)用

工作人員經(jīng)過不斷研究分析，過程模擬技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于化工工藝設(shè)計生產(chǎn)中。利用相關(guān)工藝來解答模擬系統(tǒng)中所產(chǎn)生的非線性規(guī)劃問題，以此來實現(xiàn)模型的穩(wěn)態(tài)改進(jìn)，主要包括：流股聯(lián)接方程、優(yōu)化不等式約束等。穩(wěn)態(tài)模擬來實現(xiàn)對優(yōu)化約束方程的解答。經(jīng)過改進(jìn)的模擬系統(tǒng)對數(shù)據(jù)和工藝等因素進(jìn)行解決之后，呈現(xiàn)出在穩(wěn)態(tài)流程模擬技術(shù)、非線性優(yōu)化技術(shù)等方面的價值及預(yù)期成效。就目前來說，在線優(yōu)化在實際應(yīng)用中表現(xiàn)較為突出，并且還能有效提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，確保企業(yè)在激烈競爭中脫穎而出。

4 實例建模

4.1 假設(shè)

在對乙醇連續(xù)發(fā)酵過程信息資料的相關(guān)性及發(fā)生規(guī)律開展分析的基礎(chǔ)上，有條理的提出假設(shè)內(nèi)容，根據(jù)提上條件對整個過程進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化過程包括各種化工工藝的計量算法，例如：利用摩爾比運算，主要作用是對化學(xué)反應(yīng)的材料以及影響化學(xué)反應(yīng)的條件進(jìn)行計算，包括反映因素的平衡條件等，例如：壓力和熱量；模擬介質(zhì)開展計算。乙醇連續(xù)發(fā)酵的主要過程為：依據(jù)等價性原則，可以及時得到連續(xù)性操作狀態(tài)下的全過程；不對一些特殊狀態(tài)進(jìn)行考慮；物料傳輸過程中壓力降低到零，就可以對整個輸送過程進(jìn)行忽略；固體組分在液氣平衡計算時，在不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的情況下，計算則不參與；如不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則不參與相關(guān)的計算；獨立換熱器能夠反映出物料的溫度差異產(chǎn)生規(guī)律。

4.2 模擬結(jié)果分析以及優(yōu)化

預(yù)發(fā)酵、反應(yīng)壓力等在化學(xué)反應(yīng)中都會因為葡萄糖進(jìn)料受到影響，所以，在研究過程中應(yīng)該及時對其進(jìn)行考慮。依據(jù)相關(guān)條件及時對熱量系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行驗證。其中蒸餾過程會受到較多因素的影響，包括進(jìn)料成分、生產(chǎn)負(fù)荷和操作條件等，化工工藝模擬只能在原料加工中得以實踐，也能在相對較為獨立的環(huán)境中開展，但是不能在裝置指中實現(xiàn)在線模擬。通過過程模擬，企業(yè)可以獲得生產(chǎn)過程顯示生產(chǎn)狀態(tài)的資料，并在此基礎(chǔ)上確定質(zhì)量掌控所需要的數(shù)據(jù)信息。在對數(shù)據(jù)發(fā)生規(guī)律進(jìn)行分析總結(jié)處理的情況下，了解生產(chǎn)過程中參數(shù)的相關(guān)性，對難以測量的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行預(yù)估模型的建立，有效地將數(shù)據(jù)資源進(jìn)行效益的轉(zhuǎn)化。

5 總結(jié)

綜上，在現(xiàn)代化工發(fā)展中，對于工藝要求越來越高，并且化工應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)該應(yīng)用到各個行業(yè)。在應(yīng)用中及時對化工工藝設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，可以節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)成本，而且還要可以降低對環(huán)境的危害，具有良好的環(huán)保作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李騰飛.過程模擬優(yōu)化在化工工藝設(shè)計中的應(yīng)用[J].化工管理，2018，504（33）：100-101.

[2]高懷.化工過程模擬在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].煤炭與化工，2017，40（3）：138-140.