計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王金蘋(píng)，左美蘭，閔 鑫

（山東凱泰科技股份有限公司，山東青島 266000）

隨著計(jì)算機(jī)軟件的熟練運(yùn)用，使化工行業(yè)在技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝上不斷提高，計(jì)算機(jī)軟件可以對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，綜合控制化工生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)環(huán)境、儀器設(shè)備等因素，保證化工生產(chǎn)的設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性與有效性，促進(jìn)化工行業(yè)快速發(fā)展。

1 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的功能和化工設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1.1 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的功能

在化工工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)能夠增強(qiáng)化工生產(chǎn)的便利性，化工工程的設(shè)計(jì)人員根據(jù)化工工藝制作拓?fù)鋱D，可以利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)完成，并對(duì)設(shè)備和工藝方案進(jìn)行記錄，保證化工設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。而計(jì)算機(jī)制圖軟件的種類(lèi)較多，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)工作的實(shí)際需要選擇軟件，對(duì)種類(lèi)進(jìn)行詳細(xì)劃分，例如，自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的輔助性軟件、車(chē)間管道設(shè)計(jì)中的輔助性軟件、施工設(shè)計(jì)中的CAD繪圖軟件。另外，現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)中的三維立體空間技術(shù)經(jīng)常被廣泛使用，因此，在化工設(shè)計(jì)中，使用3D技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)平面建模，對(duì)每個(gè)模塊在空間內(nèi)可以進(jìn)行物理交叉控制，保證比例尺寸的準(zhǔn)確度和設(shè)計(jì)流程的合理性。并且利用3D技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)中的所有細(xì)節(jié)進(jìn)行展示，有利于發(fā)現(xiàn)化工工藝中的問(wèn)題，及時(shí)制定解決措施。

1.2 化工設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

隨著現(xiàn)代化工企業(yè)的快速發(fā)展，化工工程設(shè)計(jì)和企業(yè)發(fā)展是密不可分的，化工工程設(shè)計(jì)可以模擬化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)工藝流程。化工設(shè)計(jì)主要包括工藝設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容。在工藝設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要從理論角度出發(fā)，仔細(xì)分析工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。例如，在對(duì)煤制乙醇工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、煤炭資源種類(lèi)、煤炭煉制爐等因素，及時(shí)解決設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并且設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格遵循化學(xué)原理，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)條件設(shè)計(jì)工藝流程；在化工工藝設(shè)計(jì)考核后要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，主要包含工藝線(xiàn)路、土建工程、儀器儀表控制系統(tǒng)、自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)等生產(chǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

2 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在化工設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

現(xiàn)階段，在化工工程設(shè)計(jì)中主要使用辦公軟件、繪圖軟件、建筑工程制圖軟件、3D功能軟件等四種計(jì)算機(jī)軟件類(lèi)型。其中，辦公軟件可以分析備選設(shè)備和記錄方案；繪圖軟件可以表現(xiàn)出化工工藝的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；建筑工程制圖軟件包括自動(dòng)化設(shè)計(jì)輔助軟件、車(chē)間管道輔助設(shè)計(jì)軟件、CAD施工繪圖軟件；3D技術(shù)可以通過(guò)CAD軟件進(jìn)行平面建模，保證化工設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

2.1 文檔處理

在化工設(shè)計(jì)中使用辦公軟件可以對(duì)文檔和表格進(jìn)行處理，除此之外，還有化工自控計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件、熱工專(zhuān)業(yè)和化工機(jī)械化運(yùn)輸、石化自控計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件等，都要與辦公軟件進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。例如，在設(shè)置大型化工裝置管道時(shí)，因?yàn)樵O(shè)備、管道、管件材料的數(shù)量較多，因此設(shè)計(jì)人員對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)要加大辦公軟件的使用力度，可以減少工作量[1]。

2.2 輔助繪圖

隨著化工生產(chǎn)水平的不斷提高，化工設(shè)計(jì)的方案主要通過(guò)設(shè)計(jì)圖的方式展現(xiàn)出來(lái)，而化工設(shè)計(jì)圖不只針對(duì)化工生產(chǎn)流程工藝這一方面，還包括生產(chǎn)車(chē)間管道設(shè)計(jì)圖、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等，不僅要保證化工設(shè)計(jì)的完整性，還對(duì)化工設(shè)計(jì)繪圖方法有著較高的要求。目前，傳統(tǒng)的手工繪圖方法不符合化工生產(chǎn)需要，對(duì)于距離測(cè)量來(lái)說(shuō)，易出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差，并且不能有效控制此種誤差，導(dǎo)致控制難度大，影響化工設(shè)計(jì)的有效性。

在化工生產(chǎn)過(guò)程中需要利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件促進(jìn)化工生產(chǎn)，而計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)水平隨著時(shí)代的發(fā)展逐漸提高，而CAD是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中最常見(jiàn)的一種技術(shù)，在化工設(shè)計(jì)中可以使用CAD軟件輔助繪圖，根據(jù)軟件具有的比例尺功能及等比放大功能對(duì)整個(gè)化工設(shè)計(jì)效果進(jìn)行控制，通過(guò)三維立體的方式展現(xiàn)出來(lái)，帶給人們更加清晰直觀的視覺(jué)體驗(yàn)，并且在不影響全局的基礎(chǔ)上調(diào)整設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，促進(jìn)化工設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速編輯和修改。

而CAD繪圖軟件利用計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域最受歡迎的CAD軟件包，可以使用交互菜單、命令行等手段在操作系統(tǒng)支持的計(jì)算機(jī)及工作站上進(jìn)行操作，使其符合化工設(shè)計(jì)的要求，減少設(shè)計(jì)人員的工作量，降低人工誤差，提升化工設(shè)計(jì)的綜合質(zhì)量，并且在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中具有功能性、便利性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性等。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以對(duì)設(shè)備、管道布置圖進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)，在對(duì)CAD設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)設(shè)備布置圖的比例確定圖紙的大小，將化工工程建筑的軸線(xiàn)、設(shè)備中心線(xiàn)、主體結(jié)構(gòu)畫(huà)出，能夠?qū)⒗L制設(shè)備標(biāo)注出來(lái)。在管道布置圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)管道支架、吊架進(jìn)行建模，并且仔細(xì)檢查模型的設(shè)計(jì)，生成平立面圖和ISO圖等，減少安全隱患[2]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理也是影響化工設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素之一，主要由于化學(xué)原料具有不穩(wěn)定性，不論是在模擬化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)，還是在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會(huì)受不同因素影響，使每次的化學(xué)生產(chǎn)分析和模擬數(shù)據(jù)不能保持一致，并且原料成分、催化劑、壓力、環(huán)境溫度等因素會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)結(jié)果，使設(shè)計(jì)人員在化工設(shè)計(jì)中只能獲取數(shù)據(jù)的大概范圍。使用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)可以在模擬化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)流程、化學(xué)技術(shù)等過(guò)程中獲得準(zhǔn)確的參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化工原料、反應(yīng)環(huán)境、容器、反應(yīng)溫度、壓力等，將化工生產(chǎn)過(guò)程中涉及的因素控制在合理的范圍內(nèi)，根據(jù)模擬數(shù)據(jù)確定準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，能夠有效減少設(shè)計(jì)誤差，并且使當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到有效利用，提升化工設(shè)計(jì)的綜合質(zhì)量。

由于化工設(shè)計(jì)過(guò)程具有復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在較多的細(xì)節(jié)性問(wèn)題，若這些細(xì)節(jié)問(wèn)題處理不到位，則會(huì)影響化工設(shè)計(jì)的效果。因此，設(shè)計(jì)人員要提高細(xì)節(jié)處理的重視程度。例如，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理會(huì)影響化工設(shè)計(jì)水平，而在原料的成分、環(huán)境溫度、運(yùn)行壓力等方面獲得的數(shù)據(jù)只能保持在一定的范圍，使用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)可以對(duì)化學(xué)過(guò)程進(jìn)行模擬，減少誤差，保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，提高化工設(shè)計(jì)的效果[3]。

2.4 反應(yīng)預(yù)測(cè)

在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的化學(xué)反應(yīng)程度進(jìn)行控制，提高化工設(shè)備的轉(zhuǎn)化率，增強(qiáng)化工實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性及有效性。實(shí)際上，化工實(shí)驗(yàn)是一種預(yù)測(cè)性行為，除投資需要外，還可以利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)，依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果修改實(shí)驗(yàn)方案，為化工生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，保證實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的可操作性，使化工設(shè)計(jì)的作用和價(jià)值得到充分發(fā)揮。

模擬實(shí)驗(yàn)在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中是極為重要的，可模擬化工生產(chǎn)仿真環(huán)境，有效控制生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。在過(guò)去的化工模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要在模擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，耗費(fèi)了大量的人力物力，而利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行模擬，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的具體參數(shù)與化工生產(chǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行調(diào)整，可以減少化工生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性與真實(shí)性，促進(jìn)化工生產(chǎn)順利進(jìn)行。

總而言之，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)應(yīng)用在化工設(shè)計(jì)中，可以提高化工設(shè)計(jì)的水平。但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要與實(shí)際情況相結(jié)合，加大計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的使用力度，保證化工工程的質(zhì)量不受影響。

3 結(jié)語(yǔ)

在化工工程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，可以促進(jìn)化工生產(chǎn)。利用計(jì)算機(jī)軟件可以模擬化工工程設(shè)計(jì)中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問(wèn)題，解決化工工藝和化工流程中存在的問(wèn)題，提高化工工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。