計(jì)算機(jī)模擬軟件在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

代恩東

摘 要：在化工領(lǐng)域中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬軟件，不僅能夠促進(jìn)化工設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性和系統(tǒng)操作精準(zhǔn)程度的提升，還有利于科學(xué)合理地進(jìn)行系統(tǒng)流程的計(jì)算與分析，可在一定程度上推動(dòng)化工行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。本文對(duì)計(jì)算機(jī)模擬軟件在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)模擬;化工設(shè)計(jì);信息技術(shù)

1 化工流程模擬軟件的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在50年以前，化工流程模擬軟件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域，且不斷發(fā)展進(jìn)步。當(dāng)前，這一軟件已經(jīng)逐漸由傳統(tǒng)輔助向綜合性應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展， 已經(jīng)成為促進(jìn)化工行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和核心技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。國(guó)外化工流程模擬系統(tǒng)最早產(chǎn)生于 1950 年，最早起源于美國(guó)，已經(jīng)成為最早一代的Flexible Flow-Sheel，并經(jīng)過(guò)三代歷程不斷進(jìn)步，性能獲得了質(zhì)的飛躍。當(dāng)前，化工行業(yè)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬軟件已經(jīng)成為重要的內(nèi)容。與之相比較， 我國(guó)化工流程模擬系統(tǒng)的起步相對(duì)比較晚，自 1980 年中期以后，我國(guó)第一代化工模擬系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)，并將其命名為 ECSS，此后，新型的模擬系統(tǒng)也不斷出現(xiàn)，其主要命名為 CCSOS，在一定程度上推動(dòng)了我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步[1]。

2 化工項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中的主體性質(zhì)及其設(shè)計(jì)特征

2.1 主要內(nèi)容

2.1.1 工藝設(shè)計(jì)

相關(guān)的設(shè)計(jì)師和技術(shù)人員在研究和分析了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，要從理論的角度針對(duì)實(shí)際情況做出分析。例如，在研究和設(shè)計(jì)采用煤制乙醇的工藝時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)當(dāng)?shù)氐拿禾抠Y源類(lèi)型、組成，當(dāng)?shù)氐臍夂蚝蜅l件，以及當(dāng)?shù)氐拿禾恳苯鸷蜔捴棋仩t等各種影響因素都進(jìn)行合理的評(píng)定，同時(shí)，要有效解決設(shè)計(jì)中可能存在的各種影響因素，并且，設(shè)計(jì)中我們還要嚴(yán)格遵循現(xiàn)代化學(xué)原則，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程的需要對(duì)其所使用的設(shè)備、環(huán)境、條件等因素進(jìn)行了確定，完成針對(duì)性整個(gè)工藝流程科學(xué)性的設(shè)計(jì)。

2.1.2 工程設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)化工技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行考核之后，開(kāi)展了相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)，該項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有：工藝管道、自動(dòng)化裝置系統(tǒng)、土建施工等。

2.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

化工工程的設(shè)計(jì)是一切化工技術(shù)和設(shè)備的核心內(nèi)容，其重要性直接影響著整個(gè)設(shè)計(jì)的總體情況，并且它們還可以發(fā)揮出一個(gè)有效地組織與協(xié)調(diào)不同工程的設(shè)計(jì)。而在進(jìn)行化工工程的設(shè)計(jì)之前，就應(yīng)該切實(shí)地做好施工質(zhì)量的計(jì)算?；すこ痰挠?jì)算主要是依照既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，完成對(duì)于能量、物料等各種計(jì)算內(nèi)容的衡量。

3 化工模擬流程軟件類(lèi)型

3.1 Aspen Plus

該軟件屬于 1970 年中期開(kāi)發(fā)出的軟件，屬于第三代模擬軟件的一種，最早被美國(guó)研發(fā)，并沿用至今，隨著流程模擬技術(shù)的發(fā)展，該軟件技術(shù)不斷擴(kuò)充、研發(fā)完善，當(dāng)前，已經(jīng)出現(xiàn)了十余種不同版本的軟件類(lèi)型， 這一系統(tǒng)屬于當(dāng)前化工領(lǐng)域中應(yīng)用規(guī)模最大的模擬軟件系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)比較強(qiáng)大，且具備物性數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)θ澜缃∪囊阂杭皻庖浩胶鈹?shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定，有利于對(duì)任意組分系統(tǒng)產(chǎn)生模擬作用，有利于對(duì)其所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確分析。當(dāng)前，化學(xué)領(lǐng)域中不斷對(duì) AspenPlus 系統(tǒng)進(jìn)行研究，其在生活中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也不斷發(fā)展，在化工模擬中所發(fā)揮的地位也愈發(fā)重要，對(duì)整個(gè)化工模擬未來(lái)發(fā)展的方向產(chǎn)生了指引作用[2]。Aspen Plus 軟件的用戶(hù)界面可以依據(jù) Windows 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行系統(tǒng)和工具包的設(shè)計(jì)，采用了NEXT EXPERT專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行了干預(yù)，并依靠用戶(hù)，借助 Windows 交互操作功能，對(duì) Aspen Plus軟件及其他應(yīng)用程序之間的傳輸模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。Aspen Plus軟件的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)常壓蒸餾部分的流程模擬計(jì)算，可依靠靈敏度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響和氣液相負(fù)荷產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行分析，以此對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的操作優(yōu)化方案內(nèi)容進(jìn)行了明確。

3.2 ChemCAD

該軟件屬于系列軟件的一種，最早在美國(guó)誕生，進(jìn)行這一軟件研發(fā)過(guò)程中，主要在制藥企業(yè)、石油化工企業(yè)及石油工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)行工藝過(guò)程的模擬計(jì)算方式，其相對(duì)于技術(shù)操作人員來(lái)說(shuō)， 這一軟件有利于有效進(jìn)行能量及物料平衡的計(jì)算。Chem CAD 軟件可為化工企業(yè)提供整體全面的物性數(shù)據(jù)庫(kù)，可提供熱力學(xué)整體計(jì)算參數(shù)的設(shè)計(jì)， 還有利于為化工企業(yè)的生產(chǎn)提供對(duì)應(yīng)的單元操作。分析當(dāng)前情況，Chem CAD 的應(yīng)用符合普通化工長(zhǎng)周期的生產(chǎn)需求，當(dāng)前，國(guó)際上應(yīng)用 Chem CAD 的高?？筛哌_(dá)300多所，企業(yè)可高達(dá)800多家[3]。Chem CAD 軟件可對(duì)DIPPR 及 AICHE 純物質(zhì)物性數(shù)據(jù)、參數(shù)、完整熱力學(xué)計(jì)算形式、在線相關(guān)工具功能及格式設(shè)備選型等主要功能。依據(jù)單元操作特性，進(jìn)行化工動(dòng)態(tài)過(guò)程的模擬，其模塊主要涵蓋六部分內(nèi) 容， 包 括 CC-SAFE-TY-NET- 緊 急 排放 系 統(tǒng)、CC-RECON- 現(xiàn)場(chǎng)資料擬合、CC-BATCH- 間歇蒸餾、CC-THERM- 換熱器型號(hào)及設(shè)計(jì)、CC-DYNAMICS- 化工動(dòng)態(tài)過(guò)程放射、CC-STEADY STATE- 化工穩(wěn)態(tài)過(guò)程仿真及管網(wǎng)設(shè)計(jì)。Chem CAD 軟件可以實(shí)現(xiàn)與其他應(yīng)用程序的交互作用，能夠方便應(yīng)用這快速進(jìn)行傳輸模擬數(shù)據(jù)的傳送，可以將過(guò)程模擬的效益向工程工作多個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)二氧化硫的優(yōu)化目的，必須將其轉(zhuǎn)化為硫酸生產(chǎn)過(guò)程中的催化劑——釩觸媒，依靠 VBA 編程，復(fù)雜動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)用的反應(yīng)器開(kāi)展工藝設(shè)計(jì)，對(duì)不同的二氧化硫轉(zhuǎn)化工藝條件進(jìn)行改變，以獲得對(duì)應(yīng)的反應(yīng)器體積，以此實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化、瓶頸突破、生產(chǎn)擴(kuò)大和改造技術(shù)的目的。依靠 Chem CAD 軟件，可以對(duì)精餾過(guò)程進(jìn)行反應(yīng)，且應(yīng)用可靠性較高，可有效進(jìn)行回流比、再沸器、冷凝器、塔板數(shù)及進(jìn)料含水量的模擬。

3.3 PRO/Ⅱ

PRO/Ⅱ軟件最早在美國(guó)誕生，通用性能比較強(qiáng)，擁有健全的物性數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，可有效進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算配備。在化工流程中應(yīng)用PRO/Ⅱ軟件， 可實(shí)現(xiàn)物性計(jì)算完成、評(píng)估資金、衡量經(jīng)濟(jì)和模擬穩(wěn)態(tài)的目的，也可依靠PRO/Ⅱ開(kāi)展多種形式的計(jì)算。在此過(guò)程中，PRO/Ⅱ軟件的應(yīng)用，有利于實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)閥門(mén)管道、分離反應(yīng)裝置模擬的化工生產(chǎn)流程的干預(yù)。當(dāng)前， PRO/Ⅱ軟件已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，在制藥企業(yè)、石油化工行業(yè)、煉油企業(yè)等多個(gè)行業(yè)中均由應(yīng)用，可有效縮減生產(chǎn)成本，節(jié)約能源，促進(jìn)生產(chǎn)效益的增長(zhǎng)。最初，PRO/Ⅱ軟件僅在煉油化工行業(yè)中應(yīng)用，其具備40多種單元操作模塊，分析油氣分離及蒸餾情況，PRO/Ⅱ軟件可進(jìn)行全面化、有效化及簡(jiǎn)便化的模擬[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)模擬軟件的開(kāi)展，需要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展，化工流程模擬系統(tǒng)的應(yīng)用，可促進(jìn)化工企業(yè)生產(chǎn)效益的增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可為模擬軟件的開(kāi)發(fā)提供平臺(tái)，將高新技術(shù)與化工流程模擬系統(tǒng)聯(lián)合，可彰顯彼此優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化流程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 康俊霞，鄒潔.計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在化工設(shè)計(jì)中的運(yùn)用——評(píng)《化工設(shè)計(jì)》[J].分析化學(xué)，2019，47（12）：163-163.

[2] 王靜.關(guān)于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在化工工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，000（036）：934.

[3] 任彥彥.過(guò)程模擬優(yōu)化在化工工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)化工貿(mào)易， 2018，10（006）：111.

[4] 雷巧娟.化工工程設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的實(shí)踐思考[J].粘接， 2019， v.40;No.308（10）：184-186.

2872501186271