华南理工大学发酵工厂设计模拟软件简介(考试不要求)资料

流程模拟2022/12/911、前言由于在实际生产过程中，利用传统的技术很难实现描述单元装置操作的静、动态特征，如工艺过程中反响的，流体力学的，传热的，传质的特征及工程技术问题，装置的系统故障诊断，新产品研制开发中的问题等。2022/12/921、前言过程模拟技术越来越广泛地应用于石油、化工、制药、冶金等重要行业中，无论是在工程工程设计中，还是在生产中实施先进过程控制，抑或是更高层次的企业优化生产管理〔当今比较流行的ERP企业资源方案体系〕。而所有的应用都必须是建立对企业的生产过程有一个全面准确了解的根底上，通过运用流程模拟软件对生产过程进行流程模拟来到达目的。2022/12/93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根本方程，应用现代数学方法，通过计算机模拟实际的化工生产过程。即在计算机上准确地“再现〞实际生产过程，得到详细、完整的物料平衡和热量平衡数据。

2、什么是化工流程模拟？2022/12/942、什么是化工流程模拟？化工生产过程的流程模拟软件一般是通过对生产过程中严格的质量和能量平衡，寻求实际生产过程的模拟结果，以便来指导实际生产。由于过程流程模拟技术能够反映传统技术难以实现的单元装置的静、动态特征，因此越来越受到石化领域设计与开发人员的重视。2022/12/953、化工过程模拟技术的应用流程模拟技术一般都采用序贯模块法，通过严格的质量和能量平衡，相态和化学平衡，去预测一个工艺过程的表观现象。主要可以解决以下工程问题：(1)可为工程设计提供根底数据。通过工艺过程严格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，从而减少装置的设计时间，也可进行各种装置的设计方案比较。2022/12/963、化工过程模拟技术的应用〔2〕可以对生产过程中的故障进行模拟诊断,当生产过程现有装置系统发生故障时，主要是设备问题和工艺问题，可以通过流程模拟进行工况模拟诊断，帮助尽快找出故障发生的原因和位置。〔3〕在新产品开发过程中，通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，减少大量不必要的实验投资。2022/12/973、化工过程模拟技术的应用〔4〕在生产过程中，流程模拟可以对现有装置进行生产能力的标定，来帮助寻找系统的“瓶颈〞部位。使我们能充分利用原有的设备，制定合理的改造方案，去除装置的瓶颈，使整个装置能力匹配，最大限度地发挥效益。〔5〕生产过程中，优化操作是研究开发和应用的热点领域，应用流程模拟可以优化工艺操作条件，使生产装置的运行处于最优操作，以节能降耗，较少的投入取得较大的经济效益和提高生产技术水平。2022/12/983、化工过程模拟技术的应用(6)可进行生产过程的经济评价，进行多种工艺方案的经济比较，进行最优评估。(7)能够支持实现研究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，工厂开工指导及操作工仿真培训，工艺流程改进及优化，工厂消除瓶颈及技术改造等。(8)可在生产中实施先进过程控制和企业的优化生产管理。2022/12/994、过程模拟技术开展情况1、国外进展FlexibleFlowsheet美国公司(1958年)PROCESS/PROⅡ美国SimulationSciences公司(60年末)AspenPlus美国AspenTech.公司(80年代末)Hysim/Hysis加拿大Hyprotech公司(80年代初)2022/12/9104、过程模拟技术开展情况2、国内情况HSSSP原化工部第五设计院(中石化兰州院)(70年代中)ECSS青岛化工学院(80年代末)2022/12/9115、化工流程模拟分类稳态模拟(离线模拟、静态模拟〕SteadyStateSimulation静态模拟软件：Aspenplus—AspenTech.公司Pro-Ⅱ—SimSci公司动态模拟DynamicSimulation动态模拟软件：Aspendynamics—AspenTech.公司Hysis—Hyprotech公司Dynsim—SimSci公司2022/12/9125、化工流程模拟分类实时优化RealTimeOptimization

实时优化软件:AspenDMOPlus—AspenTech.公司ROMEO(RigorousOn-lineModelingwithEquation-basedOptimization)—SimSci公司2022/12/9136、Aspen工程软件介绍AspenPlus是世界过程工业最大的软件商AspenTech.公司开发的大型通用流程模拟系统，称为“先进过程工程系统〞〔AdvancedSystemforProcessEngineering〕简称Aspen。经过20年多来不断地改进、扩充和提高，成为举世公认的标准大型流程模拟软件。AspenPlus在全球各大石油化工企业中占有较大的份额，全世界最大的50家化学公司中有46家使用该软件。2022/12/9146、Aspen工程软件介绍〔1〕AspenPlus－AspenTech公司开发的稳态模拟软件。科研开发可模拟诊断生产装置不正常运行工况；优化操作参数，节能降耗，可以标定生产流程各部位的能力，找出“瓶颈〞位置及增产方案。可以快速筛选各种替代流程方案迅速确定物料及能量衡算工程设计生产制造可以减少中试层次减少试验量，加速产品上市过程PRO/II软件介绍PRO/II软件是SIMSCI公司开发的大型流程模拟软件，用数学模型描述和模拟整个工艺流程及各单元。PRO/II综合了巨大的化学组分库和热力学方法。PRO/II在化学、石油、天然气，合成燃料工业等方面可提供复杂、正确及可靠的模拟功能。PRO/II主要用于化工流程的稳态模拟，稳态热量和物料平衡模拟。PRO/II不仅可以为化工流程设计提供数据，还可以对于现有流程进行优化，提高企业效益。PRO/II软件界面PRO/II软件模块传热模块简单换热器严格换热器空气换热器、火焰加热器、液化天然气换热器压力变化模块压缩机膨胀机泵阀门管道PRO/II软件模块反响器模块生产能力类反响器(1种)热力学平衡类反响器(2种)化学动力学类反响器(3种)别离模块闪蒸精馏吸收萃取其中精馏塔是炼油行业中最重要也是最难的掌握的模块第四章过程模拟的根本步骤化工过程模拟的七个根本步骤1建立流程图2设置单位制定义组分3选择热力学方法4输入物流数据5输入过程单元数据6运行并查看结果7实例：深冷车间模拟-Part1建立流程图以下图是深冷车间的流程图流程共4个模块应用界面右边的导航条建立流程图添加模块时左键点击导航条相应的模块，光标变成在操作窗口空白处，左键点击放置的位置添加物流时左键点击 ，光标变成在适宜位置点左键不放，拖动至适宜位置再放开可对模块及物流重命名完成图如下设置单位制点击菜单上的 ，弹出对话框Table1定义组分点击菜单栏上的 ，弹出对话框可直接输入化学式添加常用查找添加输入石油组分选择热力学方法点击菜单栏上的 ，弹出对话框对于轻烃系统，可选择PR方程或SRK方程点击

进入修改点击 修改传输性质输入物流数据双击红色标记的物流 ，弹出物流输入对话框温度压力流量组分流量组成详细参数见表1Table2冷端为公用工程：空气输入过程单元数据双击相应的模块进入对话框，输入相应的操作参数运行并查看结果当所有的参数均输入后,，变成，表示可以运行了点击 运行后，如果收敛那么流程图变蓝，否那么变红。这时就需要查找哪个参数输入有误现在图形为蓝色，表示模拟收敛了点击 查看运行结果输出报告分为四个局部：关键字(KEYWORD)，历史记录(CALCULATIONHISTORY)，目录(CONTENTS)，结果(RESULT)TITLEDIMENSIONMETRIC,PRES=KPA,STDTEMP=0,STDPRES=101.325SEQUENCESIMSCICALCULATIONRVPBASIS=APIN,TVP=37.778COMPONENTDATALIBID1,N2/2,CO2/3,METHANE/4,ETHANE/5,PROPANE/6,IBUTANE/7,BUTANE/&8,IPENTANE/9,PENTANEPETRO10,C6PLUS,,691.249,99THERMODYNAMICDATAMETHODSYSTEM=PR,TRANSPORT=PETR,SET=PR01,DEFAULTSTREAMDATAPROPERTYSTREAM=S1,TEMPERATURE=50,PRESSURE=1520,PHASE=M,&RATE(GV)=1E6,COMPOSITION(M)=1,1/2,1.6/3,72.5/4,11.5/5,6.75/&6,1.25/7,3/8,0.55/9,1.1/10,0.75,NORMALIZEUNITOPERATIONSFLASHUID=D-1FEEDS1PRODUCTV=S2,L=S3ISOTEMPERATURE=30,PRESSURE=1500PUMPUID=P-1FEEDS3PRODUCTM=S8OPERATIONEFF=65,PRESSURE=3900COMPRESSORUID=C-1FEEDS2PRODUCTV=S4OPERATIONCALCULATION=ASME,PRES=4250,EFF=72HXUID=HX-1HOTFEED=S4,M=S5,DP=35OPERHTEMP=45FLASHUID=D-2FEEDS5PRODUCTV=S6,L=S7ADIABATICEND如果觉得报告内容太多，也可单独查看某一模块或物流的结果。先选中需要查看的模块，再点击即可查看结果或右键点击需要查看的模块，选择

DataReviewWindow

FlashDrum'D-1'

FeedsS1ProductsS2S3

UserInputCalculated

Temperature,C30.0030.00Pressure,KPA1500.001500.00PressureDrop,KPA20.00Duty,M*KCAL/HR-12.2257第五章深入提高深冷车间模拟-Part2继续完成深冷车间的模拟流程灰色局部表示前面已经建立的流程，在此根底上再完成黑色局部的流程操作参数3冷端为制冷剂：丙烷运行，查看结果

PAGECONTENTS

1COMPONENTDATA2CALCULATIONSEQUENCEANDRECYCLES3FLASHDRUMSUMMARY4VALVESUMMARYCOMPRESSORSUMMARY5UNIT2,'C-1'PUMPSUMMARY6UNIT1,'P-1'HEATEXCHANGERSUMMARY7UNIT5,'HX-1'8UNIT6,'HX-2'9UNIT7,'HX-3'10STREAMMOLARCOMPONENTRATES12STREAMSUMMARY

4深冷车间模拟-Part3继续完成模拟流程假设HX-3的制冷剂不是纯丙烷，而是混合物〔表4〕，为了确保HX-3的出口温度为-26℃，我们需要知道混合物的流量为多少这时不能再用公用工程来计算，而是用一股物流来代替应用反响控制模块来计算混合物流的流量去除HX-3的公用工程，添加控制器模块输入S15的物流数据，流量可随便输入一个数字。但为了收敛容易些，最好给一个合理的初值，可参考先前计算得到的公用工程的流量控制S10的温度为-26℃，改变S15的流量双击控制器，弹出反响控制器的对话框点击Specification下的Parameter，选择需要控制的物流S15，再点下面的Parameter选择控制的参数，这里是Temperature，目标温度为-26℃点击Variable下的Parameter输入改变的变量这里为流量查看运行结果点击菜单栏的Output，在下拉菜单中选择StreamPropertyTable，再在窗口空白处点左键放置结果表可以修改查看的内容，双击表格，弹出的对话框中修改深冷车间模拟-Part4继续完善深冷车间模拟。这次加上一个塔和压缩机，所有气相作为一个产品，所有液相作为另一个产品。塔的参数和压缩机参数PROII塔的计算默认是用理论板进行计算，一块板就是一个理论平衡级但实际塔板的效率不可能到达100%，因此需要将实际板折算成理论板该塔的实际板数为22，效率为55%，折算理论板为12，塔釜再沸器算一块理论板5塔参数的输入双击流程图上的塔模块，弹出对话框压力分布进料和产品收敛参数热力学方法再沸器水力学分析塔板效率冷凝器板间加热/冷却器模拟初值中段回流工艺规定对话框中红色表示必须输入，绿色表示选择输入，蓝色表示已经输入，其它的按需要输入由于塔顶产品流量未知，可假定进料中从N2到CH4都从塔顶走。用Define来定义查看塔模拟结果：温度及气液负荷分布点击Output，在下拉菜单中选择GeneratePlot...第六章塔设计初步深冷车间模拟-Part5假设附近一家化工厂关闭了，有一些塔设备还可用并且价格很廉价，你的工厂与另外一家公司联合对深冷车间进行扩张扩张后的流程图如下进料为你的工厂原有的液相产品和另外一家工厂的气相产品的混合物但是存在一个问题，你不知道别离该混合物需要多少塔板数，因此需要你设计出扩张的塔的参数，如塔板数、进料位置、再沸器及冷凝器负荷等，以便进行改造PROII提供Shortcut模型，该模型并不需要提供塔板数，而是根据进料及别离要求算出所需的最小理论板数和进料位置以Shortcut模型算出的塔板数作为初值，再用严格模型进行核算最正确进料位置可用灵敏度分析(CaseStudy)来计算，使塔负荷在一定别离要求下最小进料的情况如下表。按照流程图建立Shortcut模型的流程图67塔的操作参数及减压阀参数89Shortcut模型参数方法输入同上，只是界面及所需输入的参数不一样T-2S、T3-S、T4-S分别为脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔运行结果计算得到最小理论板，而实际通常取最小值的2倍，选择较为合理的塔板数进行严格模型的核算

UNIT1,'T-2S'SUMMARYOFUNDERWOODCALCULATIONSMINIMUMREFLUXRATIO2.06362FEEDCONDITIONQ1.41927FENSKEMINIMUMTRAYS12.15899

THEORETICALTRAYS2.00*M-MINIMUMTOTALFEEDR/R-MINM/M-MINREFLUXDUTY,M*KCAL/HRTRAYSTRAYRATIOCONDENSERREBOILER

1891.9771.5004.081-1.007E+002.597E+0021111.4681.7503.029-7.472E-012.338E+0024131.2852.0002.651-6.539E-012.244E+00

27141.1632.2502.400-5.921E-012.182E+0030161.0782.5002.224-5.486E-012.139E+00

UNIT3,'T-4S'SUMMARYOFUNDERWOODCALCULATIONSMINIMUMREFLUXRATIO1.23001FEEDCONDITIONQ0.69527FENSKEMINIMUMTRAYS12.92668

THEORETICALTRAYS2.00*M-MINIMUMTOTALFEEDR/R-MINM/M-MINREFLUXDUTY,M*KCAL/HRTRAYSTRAYRATIOCONDENSERREBOILER

19102.1851.5002.688-2.813E+002.439E+0023121.5681.7501.928-2.233E+001.860E+0026141.3442.0001.653-2.024E+001.651E+0029161.1962.2501.471-1.885E+001.512E+0032171.0942.5001.346-1.789E+001.416E+00

UNIT2,'T-3S'SUMMARYOFUNDERWOODCALCULATIONSMINIMUMREFLUXRATIO2.30177FEEDCONDITIONQ0.68238FENSKEMINIMUMTRAYS11.60873

THEORETICALTRAYS2.00*M-MINIMUMTOTALFEEDR/R-MINM/M-MINREFLUXDUTY,M*KCAL/HRTRAYSTRAYRATIOCONDENSERREBOILER

1781.9501.5004.488-3.121E+002.731E+0020101.4541.7503.348-2.472E+002.083E+0023111.2772.0002.939-2.240E+001.851E+0026131.1592.2502.668-2.086E+001.697E+0029141.0752.5002.475-1.976E+001.587E+00严格模型核算应用前面shortcut模型运算的结果作为初值，用严格模型来核算还要进行水力学核算10InitialEstimates水力学核算模拟结果求最正确进料位置，应用CaseStudy，点 进入灵敏度分析的对话框以T-2为例说明要进料位置为变量，输出回流比、塔顶负荷和再沸器负荷查看结果可以查看数字结果，也可以对结果作图从结果可以看出，第10块板为最正确进料位置VALUESOFDECLAREDRESULTS

CYCLEREFLUXHDUTYCDUTYNUMBERMOLEM*KCAL/HRM*KCAL/HR

Base3.62882.4904-0.8937121.54717.3028-5.7041