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化工模拟软件比较


化工流程模拟软件 目前,国内主要的化工流程模拟软件美国 SimSci-Esscor 公司的 PRO/II,美国 AspenTech 公司 的 Aspen Plus,Hysys,英国 PSE 公司的 gPROMS,美国 Chemstations 公司 ChemCAD 和美国 WinSim Inc. 公司的 Design II,加拿大 Virtual Materials Group

的 VMGSim。现将这几种软件简 介归纳如下,供参考学习之用。 2 CHEMCAD, PROII, ASPEN 的比较 简单总结以下七点: 1. 一般认为,PROII 在炼油工业应用更为准确些,因其数据库中有不少经验数据;而 ASPEN 在化工领域表现更好,Aspen Plus 与之比较有其它软件不可比拟的优点它基本上覆盖了以上 各软件的所有优点。有人比喻:PROII 是经验派,ASPEN 是学院派。 2. 学习 aspen plus 必备 1 化工原理;讲化工过程得单元操作 2 热力学方法;讲述物性计算方法; 3 化工系统工程;讲述如何对化工系统进行建模,分析、求解 如果简单掌握,1、2 就可以了,如果想进一步深入,还需看看 3,另外有一个有经验得老师 辅导也是很重要的。 3. HYSYS 主要用于炼油。动态模拟是它的优势。 SPEN 是智能型的,用于化工领域流程模拟,比较大或长的流程,而且数据库比较全,开方 式的。它和 HYSYS 现在是一家。 PRO/II 可以用于设备核算,流程短,或精馏核算。 chemcad 由于物性较少,使用不方面,相对较差,网上到处都可以下载,设计院不太使用, 高校中有一定市场。 4. 我觉得 aspen plus 的计算是最精确的,数据库的建设也是最完善的。不过我对它的操作 不太适 由于它考虑的方面非常全面,所以让我感觉学起来比较费劲。chemcad 的界面操作让人感觉 非常简单,使用起来比较顺手。但是数据库不是太大,我用的 5.0 版本,就只有 2000 中常 用物质的物性数据。PRO/II 在这两方面都在中间。 5. 从易收敛性上看,chemcad>hysys>proii。 6. 从贴近工业实际看, proii>hysys>chemcad 四个都是工程模拟仿真软件, 其中 Aspen、 PRO/II, HYSYS 为国内绝大多数设计院所使用。感觉 Aspen 适应范围最广,电解质、固体、燃烧等模 块是其它软件难以比拟的;PRO/II 在石化上应用较多,积累了丰富的经验;HYSYS 则在油气 工程领域就有着极高的精度和准确性。 青岛科技大学(原青岛化工学院)开发了个 ECSS,对它的评价只能是“国货” ,青岛科 技大学自己也不使用它的。 7. 版本介绍:aspen 好用的版本是 10.2 和 11.1, 其中 10.2 在 winXP 上使用会有一些小问题, 但通过变通方法可以使用,11.1 使用中有一个小问题,很容易解决的。至于其它版本,目前 看来还不能正常地使用。 Pro/II 好用的版本是 5.6、6.0、7.1,前两个版本没得说,追新的可能会喜欢 7.1,但该 版本在 winXP 以上版本安装时有的会装不上。 Hysys 好用的是 2.4、3.0、3.2,其中 3.0 版本必须从光盘安装,3.2 版本有些问题,每 次使用半个小时后有时会无缘无故退出。 3 各软件简介 3.1AspenOne AspenOne 美国 AspenTech 公司在 2004 年底推出, EO(联立方程)方面有较大改进。 官方网站:

http://www.AspenTech.com,下面 Hysys,HTFS,Aspen Plus 是其主要产品: 3.1.1Hysys 关于 Hysys Hysys 原是加拿大 Hyprotech 公司产品, Hyprotech 公司创建于 1976 年, 是世界上最早开拓 石油、化工方面的工业模拟、仿真技术的跨国公司。其技术广泛应用于石油开采、储运、天 然气加工、石油化工、精细化工、制药、炼制等领域。它在世界范围内石油化工模拟、仿真 技术领域占主导地位。 Hyprotech 已有 17000 多家用户,遍布 80 多个国家,其注册用户 数目超过世界上任何一家过程模拟软件公司。目前世界各大主要石油化工公司都在使用 Hyprotech 的产品,包括世界上名列前茅的前 15 家石油和天然气公司,前 15 家石油炼制 公司中的 14 家和前 15 家化学制品公司中的 13 家。 2002 年美国 AspenTech 公司将 Hyprotech 公司收购,Hysys 就该是 AspenTech 公司旗下产品 了,2004 年美国 Honeywell 公司从 AspenTech 公司买下 Hysys 软件的产权。Hysys2004 为 AspenOne 的一部分, Aspen 买了 Hysys 后推出的第一个版本。 是 Aspen One 目录里就有 Aspen Hysys Hysys 的开发背景 由于微机的高速发展及 Microsoft Windows 软件的推出,改变了 DOS 对微机资源及单任务的 限制,使得动态模拟系统在微机上运行成为可能.加拿大 HYPROTECH 公司不负众望,以雄厚 的技术实力,在世界上率先开发出微机版动态模拟系统 HYSYS 1. 0。动态模拟系统 HYSYS 的 推广及应用必将给石油化工设计领域、生产领域、研究领域带来一场深刻的革命,成为石油 化工领域划时代的里程碑。 化工模拟软件基本是沿两个方面发展和提高, 一是在化工模拟理论和技术方面发展, 从而使 软件应用范围更加广泛, 另一方面是在软件及计算机辅助工具发展, 也就是研究更好的办法, 使工程师更易掌握、使用这种软件,在研究方案中更灵活地运用这种软件。 近年来,前一方面发展很快,后一方面则进展很慢。由于前一方面各家公司的水平都较高, 所以后一方面显得尤为重要, 将两者结合起来, 利用新一代编程工具开发新一代的模拟软件, 必将给化工模拟行业带来一场变革。 Hyprotech 公司在软件发展过程中始终坚持一个宗旨:使软件操作简单、 “ 方便, 工程师易学、 易懂” 。达到这个目的方法之一就是工程师在使用过程中能随心所欲地更改变量。软件运行 中的任何时刻都可以暂停以观察数据的变化。这就是所说的“完全交互式软件” ,他就是 Hyprotech 公司的第一代产品 HYSIM。它也是世界上第一个完全交互式的化工模拟软件。该 公司的成功源于两个方面, 其一是该公司不断发展的技术能力, 其二是该公司对计算机技术 发展带来的潜在的新技术的认识, 以及对这种变化作出的快速反应。 从交互模拟到微机上的 交互模拟技术,该公司一直以提供创新的软件而领先于世界。 HYSYS 以具有十几年世界各地石油化工领域的应用历史的 HYSIM 为其坚实的基础。HYSYS 包 含更多、更复杂的物性计算包及单元操作,为了能更快速、准确得到计算结果,增加了强大 的初始化及快速迭代计算工具。同时还增加了系统优化、反应蒸馏、先进的变量计算表、用 于控制研究的控制器和传递函数发生器。 Hysys 的应用厂商 Hyprotech 公司国外用户: 、Chevron 、Dow 、DuPont 、Exxon Mobil 、Fluor Daniel 、 BP Monsanto 、 Glaxo SmithKline 、 Rohm Hass 、 Bayer 、 Shell 、 PraxAir 、 UOP 等 HYSYS 在国内应用非常广泛, 国内用户总数已超过 50 。 所有的油田设计系统全部采用该软 件进行工艺设计。下面是部分国内油田用户名单:大庆油田设计院、辽河油田设计院、华北 油田设计院、大港油田设计院、四川油田设计院、长庆油田设计院、青海油田设计院、中原 油田设计院、 江汉油田设计院、 克拉玛依油田设计院、 克拉玛依油田研究院、 独山子炼油厂、

独山子石化设计院、廊坊管道勘察设计研究院、中国海洋总公司生产研究中心、中国海洋总 公司石油工程公司(天津塘沽) 。中国海洋总公司南海分公司、壳牌中国分公司( Shell ) 、 辽阳化纤公司、辽阳石化设计院、大庆石化设计院、岳阳石化公司、九江石化公司、南京石 化公司、 扬子石化公司、 扬子石化设计院、 抚顺石化设计院、 抚顺石化公司、 金陵石化公司、 茂名石化设计院、镇江炼化工程公司等。 HYSYS 的特点 1 最先进的集成式工程环境。 由于使用了面向目标的新一代编程工具, 使集成式的工程模拟软件成为现实。 在这种集成系 统中,流程、单元操作是互相独立的。流程只是各种单元操作这种目标的集合,单元操作之 间靠流程中的物流发生联系。 在工程设计中稳态和动态使用的是同一个目标, 然后共享目标 的数据, 不须进行数据传递。 因此在这种先进且易于使用的系统中用户能够得到最大的效益, 对复杂的工艺流程往往要分成几个部分模拟。这主要基于:①小流程分析方便,速度快;② 对不同体系采用不同的热力学方法以取得更精确的结果, 以往的软件基本采用的方法是先单 独对小流程模拟, 然后人工或软件通过文件将数据从一个流程传递到另一个流程。 这种数据 的强制性传递必然引起流程内部数据的矛盾, 其结果是流程必须重新计算。 集成式的工程环 境则不同,它使人们能在一个模拟环境中将流程分为若干个子流程,可大可小。这种集成环 境的独到之处是子流程、主流程之间的数据是相互共享的,不须传递。它们之间还可以采用 不同的物性计算包。从一个流程到另一个流程就象翻书一样容易。 2 强大的动态模拟功能。 动态模拟的方法及过程是流程稳态模拟收敛后,首先定义单元操作的动态数据(如分离器的 几何尺寸、液位高度等),安装控制仪表,然后就可以进入动态,开始动态模拟。动态模拟 过程中,可以随时调整温度、压力等各种工艺变量(这就是 Windows 的多任务),观察它们对 产品的影响以及变化规律。还可以随时停下来,转回静态。由于动态和静态是相同对象的共 享, 所以动静之间的转换非常容易。 HYSYS 提供了 PID 控制器、 传递函数发生器、 数控开关、 变量计算表等进行动态模拟的控制单元。PID 控制器可完成对任何变量的控制。②传递函数 发生器可产生任何形式的过程传递函数,如一阶环节、二阶环节、微分和积分环节。用它们 可以模拟任何被控制对象及干扰源。 ③数控开关在动态过程中, 可通过检查某操作条件而控 制另一变量的开或关,进而达到对整体装置的控制。○4 每个变量计算表存储 26 * 50,即 130 个变量。这个表象一台在线挂在实际装置上的控制机,可以引入流程中的任何变量,然 后在表中处理(该表可以进行各种函数及逻辑运算), 将其结果再送回流程, 指定给某些变量, 从而达到控制某些变量的目的。 3 DCS 接口。 HYSYS 通过动态链接库 DLL 与 DCS 控制系统链接。 装置的 DCS 数据可以进入 HYSYS, 而 HYSYS 的工艺参数也可以传回装置。 通过这种技术可以实现;①在线优化控制;②生产指导; ③生产培训;④仪表设计系统的离线调试。 4 工艺参数优化器。软件中增加了功能强大的优化器,它有五种算法供您选择,可解决无约 束、有约束、等式约束及不等式约束的问题。其中序列二次型是比较先进的一种方法,可进 行多变量的线性、非线性优化,配合使用变量计算表,可将更加复杂的经济计算模型加入优 化器中,以得到可获最大经济效益的操作条件。 除了上述的特点外,HYSYS 中还包括了事件驱动加物性计算包、干板开车、内置人工智能、 数据回归包、物性计算包、物性预测系统、事件驱动、窄点分析工具、方案分析工具、各种 塔板的水力学计算、任意塔的计算、非序贯模拟技术等。

Hysys 的应用 HYSYS 软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件。 该软件分动态 和稳态两大部分。 其动态和稳态主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计 算分析。 其动态部分可用于指挥原油生产和储运系统的运行。 对于油田地面建设该软件可以 解决以下问题:

(一) 、在油田地面工程建设中的应用 ?各种集输流程的设计、评估及方案优化 ?站内管网、长输管线及泵站 ?管道停输的温降 ?收发清管球及段塞流的预测 ?油气分离 ?油、气、水三相分离 ?油气分离器的设计计算 ?天然气水化物的预测 ?油气的相图绘制及预测油气的反析点 ?原油脱水?原油稳定装置设计、优化 ?天然气脱水(甘醇或分子筛) 、脱硫装置设计、优化 ?天然气轻烃回收装置设计、优化 ?泵、压缩机的选型和计算 (二) 、在石油石化炼油方面的应用 1 .常减压系统设计、优化; 2 . FCC 主分馏塔设计、优化;

3 . 气体装置设计与优化; 4 . 汽油稳定、石脑油分离和气提、反应精馏、变换和甲烷化反应器、酸水分离器、硫和 HF 酸烷基化、脱异丁烷塔等设计与优化; 5 . 在气体处理方面:可完成:胺脱硫、多级冷冻、压缩机组、脱乙烷塔和脱甲烷塔、膨 胀装置、气体脱氢、水合物生成 / 抑制、多级、平台操作、冷冻回路、透平膨胀机优化。 HYSYS 软件功能 ? HYSYS 软件与同类软件相比具有非常好的操作界面,方便易学,软件智能化程度高。 ?最先进的集成式工程环境由于使用了面向目标的新一代编程工具,使集成式的工程模拟软 件成为现实。在这种集成系统中,流程、单元操作是互相独立的、流程只是各种单元操作这 种目标的集合, 单元操作之间靠流程中的物流进行联系。 在工程设计中稳态和动态使用的是 同一个目标,然后共享目标的数据,不需进行数据传递。因此在这种最先进且易于使用的系 统中用户能够得到最大的效益。 ?内置人工智能:在系统中设有人工智能系统,它在所有过程中都能发挥非常重要的作用。 当输入的数据能满足系统计算要求时, 人工智能系统会驱动系统自动计算。 当数据输入发生 错误时,该系统会告诉你哪里出了问题。 ?数据回归包:数据回归整理包提供了强有力的回归工具。用实验数据或库中的标准数据通 过该工具用户可得到焓、气液平衡常数 K 的数学回归方程 ( 方程的形式可自定 ) 。用回 归公式可以提高运算速度,在特定的条件下还可使计算精度提高。 ?严格物性计算包: HYSYS 提供了一组功能强大的物性计算包, 它的基础数据也是来源于世 界富有盛名的物性数据系统,并经过本公司的严格校验。这些数据包括 16,000 个交互作用 参数和 1,800 多个纯物质数据。 ?功能强大的物性预测系统:对于 HYSYS 标准库没有包括的组分,可通过定义假组分,然后 选择 HYSYS 的物性计算包来自动计算基础数据。 ? DCS 接口: HYSYS 通过其动态链接库 DLL 与 DCS 控制系统链接。装置的 DCS 数据可 以进入 HYSYS ,而 HYSYS 的工艺参数也可以传回装置。通过这种技术可以实现: 1) 在线 优化控制; 2) 生产指导; 3) 生产培训; 4) 仪表设计系统的离线调试。 ?事件驱动:将模拟技术和完全交互的操作方法结合,使 HYSIM 获得成功。而利用面向目 标的技术使 HYSYS 这一交互方式提高到一个更高的层次, 即事件驱动。 当你在研究方案时, 需要将许多工艺参数放在一张表中,当变化一种或几种变量时,另一些也要随之而变,算出 的结果也要在表中自动刷新。 这种几处显示数据随计算结果同时自动变化的技术就叫事件驱 动。通过这种途径能使工程师对所研究的流程有更彻底的了解。

?工艺参数优化器:软件中增加了功能强大的优化器,它有五种算法供您选择,可解决无约 束、有约束、等式约束及不等式约束的问题。其中序列二次型是比较先进的一种方法,可进 行多变量的线性、非线性优化,配合使用变量计算表,你可将更加复杂的经济计算模型加入 优化器中,以得到最大经济效益的操作条件。 ?窄点分析工具:利用 HYSYS 的窄点分析技术 可对流程中的热网进行分析计算,合理设计热网,使能量的损失最小。 ?方案分析工具:某些变量按一定趋势变化时,其它变量的变化趋势如何呢?了解这些对方 案分析非常重要。比如,当研究塔的回流比和产品质量的变化对热负荷、产量、温度的影响 时, HYSYS 的方案分析中选回流比和产品质量作为自变量, 在 给出它们的变化范围和步长, HYSYS 就开始计算,最后会给出一个汇总表。 ?各种塔板的水力学计算: HYSYS 增加了浮阀、填料、筛板等各种塔板的计算,使塔的热力 学和水力学同时解决。 ?任意塔的计算:我们以前接触的软件中所有分馏塔都是软件商提供了一个最全的塔,然后 让用户自己选择保留部分。试问,若用户有一个塔,其上部分为吸收 - 解析塔,下部分为 提馏塔,这种塔该如何计算呢? HYSYS 就可以。由于采用了面向目标的编程工具,塔板、 重沸器、泵、回流罐等等都是相互独立的目标。人们可以任意组合这种目标,而完成各种各 样的任意塔,十分方便。

热力学方法 ? 1800 多个纯组分 ?物性计算方法 Peng Robinson BK10 Chien Null Virial Soave Redlich Kwong Esso Tabular NTRL Redlich Kwong Kabadi Danner Chao Seader UNIQUAC Ideal Gas Zudkevitch Joffee Grayson Streed Margules Steam PRSV Sour PR Van Laar Wilson Modified Antoine Sour SRK ? 16000 多个交互作用参数?假组分?数据回归包?原油的处理:原油管理器可以对用户的任 何实验数据处理、 将原油转换成虚拟组分计算、 原油管理器中提供大量的关联式供用户选择 ? Assay Types —— TBP, D86, D1160, D86-D1160, D2887, EFV, Chromatographic ? Assay Options —— Barometric correction, cracking correction ? Property Curves —— Viscosity, Density, Molecular Weight 单元操作 ?分离器: 2 相分离器, 3 相分离器、固体分离器、旋风分离器、真空过滤器、结晶器 ?蒸馏塔:吸收解吸、有再沸器的吸收塔、有回流的吸收塔,液 - 液萃取塔、常减压塔、精 馏塔、组分分离器、三相精馏塔(所有塔都能在板上加反应单元进行反应精馏) ?反应器: CSTR, PFR, Gibbs, 平衡、 转化率?换热器: 热交换器、 LNG 多相流冷箱、 加热器、 冷却器

?分配单元:管道、混合、分支?压力变化:泵、压缩机、膨胀机、阀 ?逻辑单元:平衡、前置、 PID 调节器、电子计算表、传递函数发生器等等。通过微软 OLE 扩展用户功能 ?通过 OLE 用户可以对 HYSYS 进行以下开发 ?建立用户自己的物性包 ?增加用户自己的反应方程 ?开发自己的专用单元操作 ?可用 VB 或 C++ 开发用户自己的专用模型分析工具 ?流程分析器、数据记录器?窄点分析、换热曲线 ?物性分析器 HYSYS 软件附加模块功能 ACM Model Export Option ACM 导出模块使 ASPEN 系列设计软件创建模型时,可以利用 HYSYS 的稳态或动态模拟数据; Aspen OnLine Option ASPEN 联线模块, 允许 HYSYS 模块连 接实际的工厂数据, 它可以使用户对过程模拟中获得的结果数据和工厂实际操作环境进行比 较。 Aspen WebModels Option ASPEN Web 模块使公司可以通过 Web 发布安全、预设好的 模块。 这可以允许工厂管理人员、 操作工程师和经济分析人员使用更严格的模块去优化操作 参数和作出更好的商业决策。 HYSYS Amines Option HYSYS 胺处理模块模拟和优化气相和液相胺处理过程, 包括单相、 混合 相或活性胺。 模拟了硫化氢和二氧化碳的被工业溶剂高精度吸收反应的过程。 一个更先进的 热力学电解质模块 Li-Mather 可以计算出比原有的模块更准确结果, 尤其是在处理混合胺方 面。这个技术是由合作伙伴 Schlumberger 提供的,是基于 Oilphase-DBR 中的 AMSIM 模 块。 HYSYS Crude Module Option 模拟了原油的组分。由组分石油的虚拟组分表现烃物流的性能, 并预测它们的热力学和传输性质。 HYSYS Data Rec Option 利用 HYSYS 在线性能监控器和优化程序协调实际装置的数据 HYSYS Dynamics Option 提供一个完全基于 HYSYS 环境的动态模拟器,稳态模块和动态模块 比较后可以得出更严格、精确的有关装置性能资料的结果。 HYSYS Neural Net Option 使用那些实际装置的数据模拟那些难以模拟的过程和操作。利用

HYSYS 流程图模型的数据形成一个数据网络以便处理类似的情况, 这可以显著的提高计算速 度。 HYSYS OLGAS Option 综合了多相流管线的工业标准计算压力变化、流体停顿和流动规则。 HYSYS OLI Interface Option 基于 OLI 系统的先进技术,使 HYSYS 能够对复杂的电解液系统 进行分析,扩展了 OLI 数据库和热力学性质,包括了超过 3 , 000 的电解种类。 HYSYS Optimizer Option 优化模块采用最优化的运算法则,基于 SQP (有序二次方程式)技 术。为工厂的设计优化、在线性能监控器和优化程序提供了优化工具。 HYSYS PIPESYS Option PIPESYS 模块使 HYSYS 能够精确的进行单相和多相流体的设计、排除 故障和优化管线。它可以分析管子的垂直分布,入口装置,管子材料的成分和流体的性质 HYSYS Upstream Option 提供了处理石油流体的方法和技术的工业标准。可以在一个方便的 界面中输入产品现场数据来建立所需的资本模型。 HYSYS Tacite Option 为陆地、近海和海底环境提供了多相流的模型。 TACITE 是使用 IFP 中 已证实有效的数据库模拟多相流。它是由稳态模块组成,计算压力变化、流体停顿和流动规 则。 3.1.2HTFS HTFS 原是英国 AEA 工程咨询公司的一个子公司, 1997 年 AEA 公司和加拿 Hyprotech 公 司合并, Hyprotech 成为 AEA 的一个子公司, HTFS 公司由 Hyprotech 接管、 原 合并 2002 年 7 月, Hyprotech 公司与 AspenTech 公司合并, Hyprotech 成为 AspenTech 公司的一 部分。官方网站:http://www.AspenTech.com/ HTFS2001 中共 7 个部分:ACOL 6.20 FRAN 2.01 TASC 5.00 APLE 2.10 MUSE 3.20 FIHR 2.00 PIPE 5.20 HTFS.ACOL HTFS.ACOL 是一个功能非常强大空冷计算程序, 可以模拟光管或翅片管束, 管外界质可以是 空气或其他气体。可以模拟计算以下系统:空冷,烟气余热回收系统、空调系统、空气除湿 系统、制冷系统等。 ?计算模式 设计模式: 交互式的图形设计方法是 HTFS 独家技术。 这样您可以根据所需的热负荷得到最 优的空冷器管束布局。可以确定管排的组数、换热单元、每个单元内的分级数目和空气的流 量。可以给出多种方案供用户选择。 模拟模式: 1 )给定进口状态(管程和管外气体) ( ,计算出口状态, 2 )给定管程出口 ( 和管外气体进口状态,计算管程进口状态, 3 )给定管程进口状态且管外自然对流,计算 (

管程出口状态和管外气体流量, 4 )给定管程进口状态及管外气体进口状态,计算管程流 ( 量。 5 )给定管程进,出口状态及管外气体进口状态,计算管管外气体流量。 6 )计算 ( ( 管内结垢参数。 ?空冷器类型 抽吸式、送风式、自然对流式,可以对管程进行加热或冷却。管程数最多可达 50 。换热器 可以任何数可达 100 层。 HTFS.MUSE ?计算模式 ?设计:根据各流股的工艺条件,用简捷法计算出冷箱的几何尺寸及通道层数 ?核算:给定进出口状态,核算换热器 ?模拟:给定冷箱的几何尺寸、通道层数及进口状态,计算出口状态 ?流道分配模拟: 计算给定冷箱每一流道的操作特性 (最大流道数可达 240 ) 可预测冷箱的横断面翅片温度 。 分布,从而可对各种流道分配方案进行研究。 ?热虹吸式冷箱计算,流股分配方案分析及并流、错流分析 ?冷箱类型 冷箱最大流股数可达 15 股。流股之间换热形式可采取逆流、并流、错流。单一冷箱或多个 单元串、 并组合的复合冷箱, 这些冷箱可以垂直式或水平式。 热虹吸式冷箱可以是内置式 (内 潜在液室中)或外置式(通过管道和塔底的液室连在一起) 。 ?分配器的类型 分配器可以计算进口和出口分配器的扩张压降, 可以检查流量分布是否均匀, 再分配器有合 并型、分支型、也可部分流股抽出。 ?翅片特性数据 可以通过输入界面人工输入翅片的传热及压降特性数据(平直、多孔、波纹 / 人字型、锯 齿、片条) ,若没有厂家数据,可根据软件内部的特性曲线求出翅片特性。由于深入及独特 的研究工作, HTFS 对处理翅片通道的沸腾和冷凝流体流动有独特的方法。 ?程序组成

PFIN——简捷计算:首次计算板翅式换热器时首先用它计算换热器的基本尺寸 MUSE——标准计算:按标流道分布计算换热器 MULE——流道分布校正及手工进行流道分布 MUSC——错流校正 HTFS.FIHR HTFS.FIHR 为加热炉计算程序 ?功能 模拟模型 对于给定炉型及其结构尺寸、燃料消耗量、过剩空气系数、被加热介质等,软件能进行以下 计算: 通过燃烧室和对流室的传热计算及多相流流体计算, 可得到被加热流体和烟气的温度分布和 压力分布。其中烟气的压力分布是沿燃烧室经对流段至烟囱的非常详细的数据。 核算模型 对于给定炉型,指定燃烧段热负荷(通过给定被加热流体在燃烧的出口温度) ,反算出所需 的燃料量(输入方式和模拟模式相同,但需指定被加热流体在燃烧段的出口温度) 。 处理能力 被加热流体可以是: ?单相流体(气相或液相) ?多相流体(气液二相或气液 - 液三相) 被加热介质可分布在加热炉的不同部分。该加热炉可用于模拟计算:各种炼油厂、化工厂圆 筒炉和方箱加热炉及热回收系统。

?技术特点 ?功能强大的在线帮助系统及以图形交互的方式输入燃烧室及对流段的结构尺寸。利用这些 功能,用户可以非常容易地完成建模工作

?被加热介质最多可达 10 股流,它们可以任意分布于炉子的各部位。它们相对于烟气可以 采取逆流或并流 ?被加热介质可以是单相流或多相流。它们可以采用多路及多管程方式 ?可以采用气体燃料或液体燃料 ?圆筒炉或方箱炉。燃烧段可以是单排或双排炉管。炉管可以是垂直或螺旋布置,可置于炉 中央或圆周排列 ?方箱炉可以是单体或双体 ?对流段最多可以分为 9 段。 管子可以是光管或翅片管。 对流管可以考虑来自燃烧室的辐射 传热 ?烟气排放方式有两种方式,即回收烟气能量(用烟气预热燃料) ,或不回收烟气能量。烟筒 可以是同径或变径。烟筒可带档板 ?燃烧室和对流段可分别单独建模 ?可用各种单位,如:国际单位、公制单位及英制单位 ?支持 .PSF 物性文件格式。用户可通过 .PSF 文件和模拟软件进行数据传递 ?物性数据库 在模拟过程中,对于被加热介质需要用到以下物性:密度、比热、导热系数、液体的表面张 力,对于多相流还需热负荷曲线(温度 - 焓 - 汽化率) 。为了取得这些物性, HTFS 提供 了一下方法: ?热力学物性数据包: HYSYS 流程模拟软件中的热力学包引入 HTFS 系统。 将 提供 1000 多 个纯组分, 6 种状态方程及 2 个活度计算模型 ? NEL40 包含 40 个纯组分的物性计算方法 ?可以通过标准的 PSF 物性生成文件,由流程模拟系统提供物性数据 ?模型计算方法 燃烧室可采用两种计算模型: ?均匀混合模型(单区域法) ,将整个燃烧室视为一个完全混合的一个区域

?区域法,将燃烧室沿轴向分成若干段,每个段被认为是一个小的区域 对于每个区域都计算辐射传热、对流传热、及各种热平衡。 最后得出每个区域的详细数据: ?烟气和炉壁的温度分布 ?被加热介质及炉管壁的温度分布 火焰在每个区域的热量分布可由模型自动计算或由用户自己定义。 在对流段,烟气的温度和压力是沿其流动方向逐段炉管计算的。被加热介质的温度、压力和 管壁温度是逐管计算的。 对流段也可考虑辐射传热。 烟气的压力降计算考虑了由鼓风机进口 到烟囱出口的每个部分。

?模拟结果输出 从简洁的总结报告到非常复杂的逐管分析报告, FIHR 软件的输出方式能使您从各个方面研 究加热炉的性能。一些非常重要参数还可以用图形方式表现出来。如:压力分布图和温度挟 点图等。通过各种曲线图您可以更进一步了解炉子的性能。 FIHR 可以输出以下报告: ?简洁汇总报告 ? API 数据报告 ?炉子每部分的热平衡报告 ?炉管的热强度报告 ?烟气温度、压力分布报告 ?被加热介质的温度及炉管表面温度分布报告(逐管分析) ?计算炉管的最高温度 ?被加热介质的逐管压力分布

HTFS.TASC HTFS.TASC 是世界上非常优秀的管壳式换热器软件,早在 80 年代初就已进入中国。原会员

用户遍及化工及石化业。以计算准确性和工程实用性而闻名。新一代的 TASC 功能更强,将 所有管壳式换热器集为一体,将传热和机械强度计算融为一体。可用于多组分,多相流冷凝 器,罐式重沸器、降液膜蒸发器,多台换热器组等。并提供管束排列图。 ?计算模式 ?设计:对于给定工艺条件进行换热面积或成本优化设计。计算换热器的各种参数 ?核算:指定流体的进出口条件,核算换热器是否能提供足够的负荷,并计算换热器的实际 换热面积与所需换热面积的比率 ?模拟:对于给定的换热器,当工艺介质进口给定后模拟其出口状态及计算换热器的操作性 能 ?热虹吸换热器模拟:模拟热虹吸换热器的操作性能,计算循环量和管路压降 ?换热器类型 ?包括所有 TEMA 式的换热器,即前端( A 、 B 、 C 、 D ) ,后端( L 、 M 、 N 、 P 、 S 、 T 、 U 、 W ) ,壳体( E 、 F 、 G 、 H 、 J 、 K 、 I 、 X ) ?单换热器或换热器组(串联最多为 12 台,并联无限制)换热器可以水平或垂直放置 ?管壳可以是光管、低翅片、径向翅片及螺旋带翅片等 ?可以计算非 TEMA 式的换热器。如双管换热器,多管束双壳式换热器等 ?立式和卧式热虹吸换热器 ?振动检查 ?对于通过壳程的汽、液或两相流体, HTFS.TASC 软件用多年研究的先进方法检查由流体流 动引起振动的可能性,该方法可预测流体弹性稳定性、共振、流体冲击等。还可以预测热虹 吸换热器的流动稳定性。 ?排管布置优化 ?可处理光管、低翅片管、轴向翅片管。内含低翅片管数据库 ?折流板形式:单缺口、双缺口、缺口无管折流板、杆式折流板 ?输出结果 输出结果包括以下部分:

?优化设计的详细结果,包括总重、各种方案比较表 ? TEMA 规格的设计报告,可与微软的文字处理软件相连 ?换热器平面尺寸图 ?管、壳程各种详细数据 ?各种可能引起振动的原因及详细描述 ?可以预测可能发生的不稳定流动(热虹吸式换热器) 成本核算、管束排列优化及换热器管束排列图 3.1.3Aspen plus Aspen Plus 是大型通用流程模拟系统,美国 AspenTech 公司的产品。全球各大化工、石化、 炼 油 等 过 程 工 业 制 造 企 业 及 著 名 的 工 程 公 司 都 是 Aspen Plus 的 用 户 。 官 方 网 站 : http://www.AspenTech.com/ Aspen Plus 是大型通用流程模拟系统, 源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院 (MIT) 组织的会战, 开发新型第三代流程模拟软件。 该项目称为 “过程工程的先进系统” (Advanced System for Process Engineering, 简称 ASPEN) 并于 1981 年底完成。 , 1982 年为了将其商品化, 成立了 AspenTech 公司,并称之为 Aspen Plus。该软件经过 20 多年来不断地改进、扩充和提 高,已先后推出了十多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件,应用案例数以百万 计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是 Aspen Plus 的用 户。 具有最完备的物性系统 1. 一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型 有 20 多种状态方程模型 有 15 种活度系数模型 有 10 多种摩尔体积模型 2 种蒸发潜热模型 13 种焓,自由能,熵模型 4 种蒸汽压模型

3 种气夜平衡比模型 具有纯组分的物性数据常数模型 两种复合固体密度模型 5 种复合固体焓模型 6 种热导率模型 4 种表面张力模型 10 种粘度模型 3 种扩散系数模型 2. Aspen Plus 数据库包括 5000 多种纯组分的物性数据及下列数据库 纯组分数据库包括 5000 种化合物参数。 电解质水溶液数据库,包括 900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。 固体数据库,包括水溶液种 61 中化合物的 henry 常数参数 二元交互作用数据库, 包括 Ridlch-Kwong Soave,Peng Rinson,Lee Kesler Plocker,BWR Lee Starling 以及 Hayden O`Connell 状态方程的二元交互作用参数约 4000 多个, 涉及 5000 种双元混合物。 PURE10 数据库,包括 1727 种化合物的物性数据,这是基于美国化工协会开发的 DIPPR 物性 数据库的比较完整的数据库。这比第九版的 1550 组分数据库不仅扩大了许多,而且参数也 更加准确可靠。 无机物数据库包括 2450 种组分的热化学参数。 燃烧数据库,包括燃烧产物中常见的 59 种组分和自由基的参数。 固体数据库,包括 3314 种组分主要用于固体和电解质的组分。 水溶液数据库,包括 900 种离子,主要用于电解质的应用。 3. 与 DECHEMA DETHERMA 等物性数据接口 Spen 是唯一获准与 DECHEMA 的数据库接口软件, 该数据库收集了世界上最完备的气液平衡 及液液平衡数据,共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性数据与 Aspen Plus 系统

连接。 4 高度灵活的数据回归系统 5 性质常数估算系统能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数。 6 Redlinch-Kwong-UNIFAC 状态方程可用于非极性,极性和缔合组分体系 Aspen Plus 混合固体系统 在煤的净化和液化,流化床燃烧,高温冶金,以及固体废物,聚合物,生物和食品 工业中都有固体应用的问题。 Aspen Plus 中固体的性质数据有两个来源:一是 Soild 数据库,它广泛收集了 3314 纯无机物和有几=机物的热化学数据;二是和 CSIRO 数据库接口。 Aspen Plus 模拟电解质系统 许多公司已经用 Aspen Plus 模拟电解质过程,如酸水汽提,苛性盐水结晶与蒸 硝酸生产,湿法冶金,胺净化气体和盐酸回收等。 Aspen Plus 提供 pitzer 活度系数模型和陈氏模型计算物质的活度系数,包括弱电解质,盐类 和含有机化合物的电解质系统。这些模型已在工业中广泛的应用,证明是准确,可靠的。 电解质系统有三个物性参数数据库: 水数据库包括物质的各种离子和分子溶质的性质; 一些 特殊的电解质系统的应用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司应用部门和用户一起开 发的。 Aspen Plus 具有完整的单元操作模型库 Aspen plus 有一套完整的单元操作模型,可以模拟各种操作过程,由单个原油蒸馏塔的计算 到整个合成氨厂的模拟。由于采用了先进的 PLEX 数据结构,对于组分数,进出口物流数, 塔的理论摸板数以及反应数目均无限制, 这是它的一项独特优点, 非其它的模拟软件所能比 拟。此外,所有模型都可以处理固体和电解质。单元操作模型库约有 50 种单元操作模型构 成,用户可将自身的单元用户模型以用户模型加到 Aspen Plus 系统之中,这为用户提了极大 的方便性和灵活性。 Aspen plus 的分馏和反应模型是最常用的两类单元操作模型。 分馏模型

Aspen plus 的多级严格分离模型是基于内外两层结构,结合最新的联立方程和求解法编制而 成。 反应器模型 Aspen plus 的反应器模型可用于很广的范围。简单的化学计量模型(RSTOIC),只需要规定化 学计量和反应中一个关键组分的转化率即可应用。 在已知反应动力学的情况下, 可以用更精 确的模型,如连续搅拌釜式(RCSTR)反应模型或活塞反应模型(RPLUG). Aspen plus 的单元操作模型及主要功能 混合器和分流器 分离器 加热器和热交换器 多级分离 反应器 泵和压缩机 固体处理 流控制器 管线与阀门 用户模型 压力释放 Aspen Plus 具有快速可靠的流程模拟功能 Aspen plus 提供流程模拟所需的各种功能,可以帮助用户方便的编写各种输入文件,快速而 可靠的收敛模型,以及进行流程优化计算。这些功能包括: 可按流程模拟需要使用在线语句的子程序。 1.可以用 Aspen plus 的插入模块(Insert)功能,重复使用流程模拟的某一部分。例如一酸性气 体的净化模型, 一组物性输入数据, 也可以建立自己的 Insert, 并存入用户插入模块库 (Librury) 来应用。

2.可以利用设计规定(Design Specification)来达到对任何模块计算的参数所规定的目标值。 Aspen Plus 具有先进的流程收敛方法 Aspen plus 具有最先进的数值计算方法,能使笔直环物流和设计规定迅速而准确收敛。这些 方法包括迭代法(Wegstein) ,正割法(Secant) ,拟牛顿法,Broyden 法等。 Aspen Plus 可以进行优化计算 应用 Aspen plus 的优化功能,可寻找工厂条件下的最优值,以达到任何目标函数的最大值。 对约束条件和可变参数的数目没有限制, 可以将任意工程和技术经济变量作为目标函数, 如 利润和生产率。 新的 Wondous 标准化用户界面 Aspen plus 第十版的重要改进就是:整个用户界面进行工程再造,变为 32 位 95/环境,根据 Microsoft Windous 设计标准采用了工具包及系统, 使得对用户来说, 外观及感觉和用户熟悉 其它程序十分相似,输入系统采用了 NEXT EXPERT 专家系统。 通过 Windows 交互操作功能,第十版的最大好处可使和其他程序的交互作用:使用着可以 迅速而容易的在 Aspen plus 和其它应用程序之间传送模拟数据, ,它在三个不同的层次上支 持这种交互操作: 模拟数据的拷贝/粘贴/链接 对模拟对象和数据的目标连接嵌入 OLE 自动界面 OLE 目标的嵌入 新的模拟引擎结构 第十版的模拟引擎改为共享库结构,这种结构大大改变了组态性能: 组元可选择,很容易装入或移出, 内部改进,可与 Aspen plus 系统程序隔离开 独立的模型局部可以由网上存取 层次产品可以增加上去并更新 10.2 版本增加许多新功能 Aspen plus10.2 增加的新功能:

对工程工作流支持的增强 1. 支持分层的流程图应用 2. 全面支持流程摸板技术 3. 流程对象的激活和失活 4. 加入新的单元操作模型 系统开放性: 1. 计算器-----允许电子表格或在线 Fortron 对流程变量进行存取 2. 支持 CAPE-OPEN 标准,允许 VB,C++,VJ++,Fortran 用定制用户模型 3. 支持热力学 CAPE-OPEN 接口 4. COM 对原油的虚拟组分和原油混合方法进行改进 5. OLE 自动接口方法和技术的增强 与工程套件中其它产品的集成: 1. Custom Modeler:支持 Custom Modeler 所建立的单元操作模型 2. Aspen pinch:替代 Aspen pinch 完成当有多个物流进入一个单元时混合物流物性的计算 3. 可从 Aspen plus 直接用分馏序列的设计 4. 套件中其它产品:与等其它产品的接口也得到加强 Aspen plus 工程能力的增强: 1. Heatx 中加入了 LMTD 修正因素 2. 加入了新的气相关联模型,支持二聚,三聚和六聚物的计算 3. 用户界面的更改和增强 4. 物性-------对原物性进行了完善 3.2-gPROMS(r) gPROMS?流程模拟软件是英国 PSE 公司开发的的通用工艺过程模拟系统, 为当今世界上先进

的 工 艺 过 程 建 模 、 模 拟 和 优 化 软 件 包 。 官 方 网 站 : http://www.psenterprise.com/ 或 http://www.gPROMS.com/ -gPROMS(r) 简介 PSE 公司(Process System Enterprise Ltd.)是立足于英国帝国大学(Empire College)的高科技公司。 PSE 的目标是成为世界上领先的向加工业提供基于模型技术的公司。由于 PSE 多年处在这一 技术开发的前沿,而且有同加工行业用户多年合作的经验,PSE 有能力给用户提供全面的优 质的解决方案。 gPROMS(r)流程模拟软件是 PSE 公司开发的的通用工艺过程模拟系统,为当今世界上先进的 工艺过程建模、模拟和优化软件包。gPROMS(r)适用于加工业,用来建立连续或间歇工艺过程 的模型,进而对工艺过程进行模拟和优化。 gPROMS(r)已广泛用于化学工业、石油化工、石油和天然气加工、造纸、精细化工、食品工 业、制药及生物制品技术等加工行业。 gPROMS(r)的核心模块是 ModelBuilder,其特点是:结构化的模型开发;具有丰富的加工过 程单元*作模型库;具有实验参数设计功能;强大的编辑功能;丰富的实用工具库;错误诊 断和结果输出管理;增强的物性计算;有 Run Time 版本 gO:RUN;以及增强的求解程序。 gPROMS(r)的 go:Simulink 和 go:MATLAB 模块可以把用 gPROMS(r) 的 ModelBuilder 建立起来 的工艺模型及过程控制模型作为一个块(Block),嵌套入 Simulink(r) 和 MATLAB(r)的流程,进 行模拟计算。 gPROMS(r)的 go:CFD 使化学反应工程师可以将 gPROMS(r) 同计算流体力学(CFD)结合起来, 将流动性、传热传质、反应动力学等等一并考虑,以便建立更准确的复杂反应体系的模型。 PROMS(r)的 go:CAPE-OPEN 使采用 gPROMS(r) 建立的模型也可以在任何与 CAPE-OPEN(计算 机辅助加工工程开放标准)兼容的模拟软件中运行,例如 AspenPlus, Hysys,PRO/II 等等。

**Honeywellg 公司已采用 gPROMS(r)作为 Experion Process Knowledge System 的核心模块. 3.3PRO/II PRO/II 是美国 SimSci-Esscor 公司开发的化工流程模拟软件, 已广泛应用于油/气加工、 炼油、 化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工/制药等行业。官方网站: http://www.simsci-esscor.com/ RO/II 功能及特征 P PROII 软件自 80 年代进入中国后,已得到广大用户的好评,发挥出良好的效益。特别是一些 大的石化和化工设计院的应用,更能说明它的独具功能和特点。这些单位有:北京炼油设计 院 BDI、石化北京工程公司 BPEC、寰球院、天辰院(2000 年购买) 、吉化院(2000 年购买) 、 抚顺院、乌石化院、大庆油田院、大庆天然气公司等数十家单位(近年购买) 。

国内应用情况 1. 2001 年 5 月新发行的 PROIIV5.5 在功能上有很大进步,可以提供在线模拟。 2.在实用性上,PROII 要比其它同类软件更具优势,主要是该软件的开发思路就是针对炼油 化工行业, SIMSCI 的计算模型已成为国际标准,公司拥有一批技术专家从事售后支持,可 以解答用户所遇到的疑难问题,这方面要优于其它软件公司;说明书中有大量的实用例子; 使用户更加容易使用软件。这已被大院所认可。 3. PROII 有标准的 ODBC 通道,可同换热器计算软件或其它大型计算软件相连,另外还可 与 WORD、EXCEL、数据库相连,计算结果可在多种方式下输出。 4.原使用 ASPEN 软件的单位如:BPEC、BDI、化工化一院(天辰) 、环球公司等,认为 PROII 更具有工程实用性。一些化工院和石化院正准备购买 PROII 软件。 软件功能特点 适用的行业:油/气加工、炼油、化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工/制药 模拟应用:设计新工艺、评估改变的装置配置、改进现有装置、依据环境规则进行评估和证 明、消除装置工艺瓶颈、优化和改进装置产量和效益 PRO/II 典型的化学工艺模型:合成氨、共沸精馏和萃取精馏、结晶、脱水工艺、无机工艺、 液-液抽提、苯酚精馏、固体处理 聚合物:自由基聚合、一般目的的聚合(苯乙烯) 、低密度聚合(乙烯) 、聚合(甲基丙烯酸 甲脂) 、聚合(乙烯基乙酸脂) 、链增长聚合、聚酯、酰胺-尼龙 6,尼龙 6/6,尼龙 6/12 、 共聚、聚合(苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂) 、聚合(乙烯-乙烯基乙酸脂) 炼油:原油预热、常压蒸馏、减压塔、FCC 主分馏塔、焦碳塔、气体装置、汽油稳定、石脑 油分离和气提、反应精馏、变换和甲烷化反应器、酸水分离器、硫和 HF 酸烷基化、脱异丁 烷塔 化工:乙烯分离塔、C3 分离塔、芳烃分离塔、环己烷装置、MTBE 分离制造厂、萘转化、 烯烃生产、氧化生产、丙烯氯化 气体加工:胺脱硫、多级冷冻、压缩机组、脱乙烷塔和脱甲烷塔、膨胀装置、气体脱氢、水 合物生成/抑制、多级、平台操作、冷冻回路、透平膨胀机优化 制药:间歇精馏、间歇反应 一般化的闪蒸模型:闪蒸、阀、压缩机/膨胀机、泵、管线、混合器/分离器

精馏模型:Inside/out, SURE, CHEMDIST 算法、两/三相精馏、四个处值估算器、电解质、反 应精馏和间歇精馏、简捷模型、液-液抽提、填料塔的设计和核算、塔板的设计和核算、热 虹吸再沸器 换热器模型:管壳式、简单式和 LNG 换热器、区域分析、加热/冷却曲线 反应器模型:转化和平衡反应、活塞流反应器、连续搅拌罐式反应器、在线 FORTRAN 反应 动力学、吉布斯自由能最小、变换和甲烷化反应器、沸腾釜式反应器、Profimatics 重整和 加氢器模型界面、间歇反应器 聚合物模型:连续搅拌釜反应器、活塞流反应器、擦膜蒸发器 固体模型:结晶器/溶解器、逆流倾析器、离心分离器、旋转过滤器、干燥器、固体分离器、 旋风分离器 组分数据库:2000 多纯组分库、以 DIPPR 为基础的库、固体性质、1900 多组分/种类电解质 库、非库组分、虚拟组分和性质化验描述、用户库、根据结构确定性质、多个化验混合、用 于聚合物的 Van Krevelen 方法 混合物数据:用于 3000 多 VLE 二元作用在线二元参数、用于 300 多 LLE 二元作用在线二元 参数、2200 在线共沸混合物用于参数估算、专用数据包、酒精脱水、天然气脱水、带有三 乙烯乙二醇、来自 GPA (GPSWAT)的酸水包、气体和液体氨处理、硫醇 PROII 软件除基本包以外,还提供给用户有如下模块: 界面模块 * HTFS、PRO/II-HTFS Interface 自动从 PRO/II 数据库检索物流物性数据,并用该数据创建一个 HTFS 输入文件。 HTFS 然后能输出该文件,以访问各种物流物性数据。 * HTRI、PRO/II-HTRI Interface 从 PRO/II 数据库检索数据,并创建一个用于各种 HTRI 程序的 HTRI 输入文件。来自 PRO/II 热物理性质计算的物流性质分配表提供给 HTRI 的严格换热器设 计程序。这减少在两个程序之间输入数据的重复。 * Linnhoff March, 来自 PRO/II 的严格质量和能量平衡结果能传送给 SuperTarget(tm) 塔模块, 以分析整个分离过程的能量效率。所建议的改进方案然后就能在随后的 PRO/II 运行中求出 值来。 应用模块 * Batch, 搅拌釜反应器和间歇蒸馏模型能够独立运行或作为常规 PRO/II 流程的一部分运行。 操作可通过一系列的操作方案来说明,具有无比的灵活性。 * Electrolytes,该模块严密结合了由 OLI Systems, Inc 开发的严格电解质热力学算法。电解质

应用包作为该模块的一部分,进一步扩展了一些功能,如生成用户电解质模型和创建、维护 私有类数据库。 * Polymers,能模拟和分析从单体提纯和聚合反应到分离和后处理范围内的工业聚合工艺。 对于 PRO/II 的独到之处是通过一系列平均分子重量分率来描述聚合物组成,可以准确模拟 聚合物的混合和分馏。 * Profimatics, KBC Profimatics 重整器和加氢器模型被添加到 PRO/II 单元操作。对于 PRO/II 的独到之处是,由这些反应修改的基础组分和热力学性质数据被自动录 3.4ChemCAD ChemCAD 系列软件是美国 Chemstations 公司开发的化工流程模拟软件。使用它,可以在计 算机上建立与现场装置吻合的数据模型, 并通过运算模拟装置的稳态或动态运行, 为工艺开 发、 工程设计、 优化操作和技术改造提供理论指导。 官方网站: http://www.chemstations.net/ ChemCAD 是一个用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机 模拟的应用软件, 是工程技术人员用来对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力 工具。使用它,可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型,并通过运算模拟装置的稳 态或动态运行,为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。 工程设计 在工程设计中, 无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造, ChemCAD 都可以用来选择方案, 研究非设计工况的操作及工厂处理原料范围的灵活性。 工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂 设备交付前的费用估算错误, 还可用模拟模型来优化工艺设计, 同时通过进行一系列的工况 研究,来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。即使是在工程设计的最初阶段,也 可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。 优化操作 对于老厂,由 ChemCAD 建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、提高产量的产 率以及减少能量消耗的有力工具。 可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、 产品 要求和环境条件的变化。该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。这样的例子在一 些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。 技术改造 ChemCAD 也可用模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题,或采用先进技术改善工厂 状况的可行性,如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。

ChemCAD 单元操作

ChemCAD 提供了大量的操作单元供用户选择,使用这些操作单元,基本能够满足一般化工 厂的需要。对反应器和分离塔,提供了多种计算方法。ChemCAD 可以模拟以下单元操作: 单元操作 蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏 反应器、热交换器、压缩机、泵、加热炉、控制器、透平、膨胀机 结晶罐、离心机、旋风分离器、湿式旋风分离器、文氏洗气器、袋式过滤机、真空过滤机、 压碎机、研磨机、静电收集器、洗涤机、沉淀分离器 间歇蒸馏、间歇反应器、PID 控制模块、流量控制阀、记录器模块(选项) 以上共 50 多个单元操作,当然 ChemCAD 可将每个单元操作组织起来,形成整个车间或全 厂的流程图,进而完成整个模拟计算。 ChemCAD 热力学 ChemCAD 的热力学和传递性质包对过程系统提供了计算 K 值、焓、熵、密度、粘度、导热 系数和表面张力的多种选择。 热力学选项 ChemCAD 提供了大量的最新的热平衡和相平衡的计算方法, 包含 39 种 K 值计算方法、13 种 焓计算方法。这些计算方法可以应用于天然气加工厂、炼油厂以及石油化工厂,可以处理直 链烃以及电解质、盐、胺、酸水等特殊系统。 ChemCAD 热力学数据库收录有 8000 多对二元交互作用参数供 NRTL、 UNIQUAC、 MARGULES、 WILSON 和 VAN LAAR 活度系数方法来使用。 也可以采用 ChemCAD 提供的回归功能回归二元 交互作用参数。 ChemCAD 提供了热力学专家系统帮助用户选择合适的 K 值和焓值计算方法。 ChemCAD 可以处理多相系统,也可以考虑汽相缔合的影响。ChemCAD 有处理固体功能。对 含氢系统, ChemCAD 采用一种特殊方法进行处理,可以可靠预测含氢混合物的反常泡点现 象。 ChemCAD 对于不同单元或不同塔板可以应用不同的热力学方法或不同的二元交互作用参数。 ChemCAD 物性库 ChemCAD 提供了标准、共享、用户三种组分数据库。

标准物性数据库 标准数据库以 AIChE 的 DIPPR 数据库为基础,加上电解质共约 2000 多种纯物质。 用户数据库 ChemCAD 允许用户添加多达 2000 个组分到数据库中, 可以定义烃类虚拟组分用于炼油计算, 也可以通过中立文件嵌入物性数据。 原油评价数据库 从 5.3 版开始,ChemCAD 提供了 200 多种原油的评价数据库。 ChemCAD 设备设计 ChemCAD 提供了对多种设备进行设计和核算的功能模块。 设备设计和核算 ChemCAD 可以对板式塔(包含筛板、泡罩、浮阀) 、填料塔、管线、换热器、压力容器、孔 板、调节阀和安全阀(DIERS)进行设计和核算。这些模块共享流程模拟中的数据,使得用户完 成工艺计算后,可以方便地进行各种主要设备的核算和设计。 ChemCAD 还提供了设备价格估算功能,用户可以对设备的价格进行初步估算。

ChemCAD 其他特点 ChemCAD 还具有容易使用、高度集成、界面友好等特点。ChemCAD 拥有最短的学习曲线。 安装简单 ChemCAD 可以在 Windows95、98 和 NT 下运行,安装时不需要进行特别的配置,只要正确 安置了加密锁(或密钥),一般都能正常运行。一个计算机的初学者也可独立完成整个系统的 安装。 支持各种输出设备 ChemCAD 支持各种输出设备,用以生成流程、单元操作图表、符号、工艺流程图和绘图的 硬拷贝。可以输出到点阵打印机、激光打印机、支持 Adobe Postscript 语言的任何设备以及 绘图机等, 也可以直接输出到文件, 还可以将输出转换为 AutoCAD 的 DXF 格式。 如果 AutoCAD 和 ChemCAD 都安装在同一个计算机上, 用户可以规定包含 AutoCAD 的位置, 所有由 ChemCAD 产生的 DXF 文件都会自动存到 AutoCAD 目录中。

界面友好 ChemCAD 一直以操作简单、 界面友好而著称, 目前的 ChemCAD5.3 版运行于 Window 95 / NT、 Windows2000 环境。 根据 Microsoft Window 设计标准采用了 Microsoft 工具包及 Window Help 系统,使得 ChemCAD 对用户来说,外观及感觉和用户熟悉的其它 Window 程序十分相似。 ChemCAD 把屏幕分成 4 个区,顶行是状态区,显示作业目录、版本号等;第二行显示顶层 菜单,这些菜单项经过精心安排,从左至右正是使用 ChemCAD 进行模拟计算的逐个主要步 骤。每个顶层菜单下是一套弹出式菜单,这些菜单包括了 ChemCAD 内嵌的各个功能,使用 这些菜单可以完成模拟计算中所需进行的绝大部分工作。 主屏幕由流程窗口占据; 屏幕最下 面一行被称为 One Line Help, 为当前操作提供简单描述。 屏幕布置简洁, 以菜单系统为基础, 输入简明扼要,如此友好的图形人机对话界面使初学者很容易上手。 通过 Window 交互操作功能, 5 版最大的好处是可使 ChemCAD 和其它应用程序交互作用: 第 使用者可以迅速而容易地在 ChemCAD 和其它应用程序之间传送模拟数据。第 5 版在三个不 同层次上支持这种交互操作性, 这些新的功能可以把过程模拟的效益大大扩展到工程工作的 其它阶段中去。 ①模拟数据的拷贝/粘贴/联接 例如, 通过拷贝 / 粘贴 / 联接功能可以把一个塔的剖面和进出口流股模拟结果粘贴到一个 Excel 报表中去,以便进一步分析。这就免去了手工抄写产生错误。 ②对模拟对象和数据的目标联接嵌入 OLE 自动界面 例如, 通过 OLE 自动界面可以用 Visual Basic 程序去控制你的模拟。 可以用 Visual Basic 或 Visual Basic for Applications ( VBA)程序编一个文档化的界面来存取和控制过程模型。 ③OLE 目标的嵌入 例如,用 Visual Basic for Applications ( VBA)宏语言编一个工厂操作工用的界面来联接 ChemCAD 的模型,使模型的某些计算结果直接显示在屏幕界面上来指导操作工操作。 详尽的帮助系统 ChemCAD 的 Hand-Holding 可以象一个真正的老师一样, “手把手地”指导用户如何开始和完 成一个模拟计算的过程, 指导用户完成流程生成步骤, 提示组分输入, 调用热力学专家系统, 一直到运算开始。完成问题的每一步时,ChemCAD 都会查对那一步完成的情况。上文提到 的“One line help”也是 ChemCAD 的一个特点。另外,随时随地的“F1”帮助可以解答用户 的大部分疑问。 输入系统采用了专家检测系统,使用户不必费心检查输入是否有遗漏或语句错误。专家系统 会自动指引你下一步应当输入什么数据,并显示每一步骤是否已正确地完成。

热力学方法的选择是模拟计算的一个难点,不正确的热力学方法将使得计算结果毫无意义, ChemCAD 提供了一套热力学专家系统,输入温度和压力范围,ChemCAD 根据组分及输入数 据推荐一个合适的热力学方法,极大地方便了用户。 作业和工况管理方便 作业和工况管理功能使用户可以方便地恢复、拷贝或删除流程;对每个项目,可以输入帐号 和一些描述性语言,使得用户在开始项目时可以明确选择所需要的流程;ChemCAD 甚至还 可以记录每个项目所花费的时间。 在 ChemCAD 系统中,每一个作业只对应于一个文件,不象其他流程模拟软件系统一个作业 一大堆文件。 使用灵活 使用 ChemCAD 用户可以定义新增组分、图标和符号,用户也可以利用简单的计算机语言建 立自己的设备模型和计算程序。ChemCAD 还考虑到多个用户使用同一台计算机时的情况, 不同的用户可以在不同的目录中定义自己的组分、图标和符号,互不干扰。 强大的计算和分析功能 ChemCAD 可以求解几乎所有的单元操作,对非常复杂的循环回路也可以轻松处理。在 ChemCAD 中,用户可以指定断裂流股,可以通过 RUN 指令方便地控制计算顺序,这对全流 程模拟的收敛非常有利,可以加速循环的收敛。ChemCAD 的自动计算功能具备先进的交互 特性,允许用户不定义物流的流率来确定物流的组成。ChemCAD 还具有先进的优化和分析 功能。灵敏度分析模块可以定义 2 个自变量和多至 12 个因变量,优化模块可以求解有 10 个自变量的函数的最大最小值。 即时生成 PFD 图 ChemCAD 为用户形成工艺流程图(PFD)提供了集成工具。使用它,可以迅速有效地建立 PFD。对指定流程,可以建立多个 PFD。如果以某种方式改变了流程,此改变情况会自动影 响到所有相关的 PFD, 如果重新进行了计算, 新结果也会自动传送到所有相关的 PFD。 PFD 在 中,可以方便地加入数据框(热量和物料平衡数据) 、单元数据框(单元操作规定和结果) 、 标题、文字注释、公司代号等等。 报告格式可选 ChemCAD 允许用户按照要求输出报告。在报告中,可以选择输出的流股、单元操作,对流 股中包含的数据也可以进行定义。对蒸馏塔,可以输出包括回流比、温度、压力、每块板上 的汽液相流率等详细数据;对换热器,可以输出加热曲线。报告的格式也可以进行定义,可 以由用户决定小数点后的位数等。

集成了设备标定模块及工具模块 ChemCAD 集成了对蒸馏塔、管线、换热器、压力容器、孔板和调节阀进行设计和核算的功 能模块,包括专门进行空气冷却器和管壳式换热器设计和核算的 CC-Therm 模块。这些模块 共享流程模拟中的数据, 使得用户完成工艺计算后, 可以方便地进行各种主要设备的核算和 设计。ChemCAD 还提供了设备价格估算功能,用户可以对设备的价格进行初步估算。 ChemCAD 在工具菜单中含有 CO2 固体预测、水合预测、减压阀和数据回归多个功能模块。 其中 CO2 固体预测模块计算 CO2 固体形成的逸度和初始温度;水合预测模块估算有关烃和 气体形成水合物的条件, 同时也计算以游离水为基准的水合相组成; 减压阀模块计算紧急和 正常情况下泄压阀的性能,包括燃烧模型和泄压模型; 支持动态模拟 Chemstations 公司开发了大量的动态操作单元, 包括动态蒸馏模拟 CC-DCOLUMN, 动态反应 器模拟 CC-ReACS,间歇蒸馏模拟 CC-Batch,聚合反应器动态模拟 CC-Polymer,这些模块都完 全集成到 ChemCAD 中, 共享 ChemCAD 的数据库、 热力学模型、 公用工程和设备核算模块。 在动态模拟过程中,用户可以随时调整温度、压力等各种工艺变量,观察它们对产品的影响 和变化规律。还可以随时停下来,转回静态。ChemCAD 提供了 PID 控制器、传递函数发生 器、数控开关、变量计算表等进行动态模拟的控制单元,利用它们可以完成对流程中任何指 定变量的控制。利用动态模拟,用户可以: ①确定开停工方案 使装置安全、平稳地开车启动或停工是生产中的关键技术。用 ChemCAD 可以模拟开停工过 程,看到开停工过程中的各种工艺参数的变化,从而研究各种开停工方案。 ②计算特殊的非稳态过程 当系统内部压力、温度不稳时,用稳态软件不能计算系统紧急放空,只能靠 ChemCAD Dynamical 的过程传递函数,利用微分逼近的原理来完成。利用这一新型工具,工程师可以 解决许多前人无法解决的工程难题。 ③生产指导和调优 由于 ChemCAD 的动态计算完全采用严格的热力学模型,所以能准确完全地模拟装置的动态 操作过程, 还可将装置的工艺参数调到各种极限状态, 以确定装置的优化状态或分析装置出 现生产问题的原因。 经济评价功能 运用 CHEMCAD 可以在作工艺计算的同时进行经济评价, 用户能够估算基建费用和操作费用, 并进行过程的技术经济评价。 ChemCAD 的技术经济评价方法与工业界应用的方法密切结合。

经济评价可以使用于工作的任何阶段,从工艺过程的研究开发、设计、工厂建设以至工厂操 作等过程。 在使用全部经济评价系统功能时,CHEMCAD 自模拟结果取出计算设备尺寸所需数据,然后 进行全面的经济核算。 用户还可将自身的价格指标和计算关系式存入系统, 作为计算的依据。 数据回归系统 ChemCAD 拥有高度灵活的数据回归系统,此系统可使用实验数据求取物性参数,可以用于 纯组分性质回归、二元交换作用参数回归、电解质回归、反应速率常数回归等。数据回归系 统能够通过输入易测性质(例如沸点)来估算缺少的物性参数,可估算活度系数模型中的二 元参数。当模拟流程中含有缺少实验数据的新化学品时,这种特性特别有用。 热力学物性计算方法: CHEMCAD 提供了大量的最新的热平衡和相平衡的计算方法,包含 39 种 K 值计算方法,和 13 种焓计算方法。 值方法主要分为活度系数法和状态方程法等四类, K 其中活度系数法包含 有 UNIFAC 、 UPLM (UNIFAC for Polymers)、 Wilson 、 K. Wilson 、 T. HRNM Modified Wilson 、 Van Laar 、 Non-Random Two Liquid (NRTL) 、 Margules 、 GMAC (Chien-Null) 、 Scatchard-Hildebrand (Regular Solution) 等 。 焓 计 算 方 法 包 括 Redlich-Kwong 、 Soave-Redlich-Kwong 、 Peng-Robinson 、 API Soave-Redlich-Kwong 、 Lee-Kesler 、 Benedict-Webb-Rubin-Starling 、Latent Heat 、Electrolyte 、Heat of Mixing by Gamma 等。 CHEMCAD 的其它特点 ChemCAD 还具有容易使用、高度集成、界面友好等特点。它安装简便,支持各种输入设备 并具有详尽的帮助系统和强大的计算和分析功能。 3.5Design II 美国 WinSim Inc. 公司开发的流程模拟软件。经过二十九年的开发和改进,Design II 已经成 为流程模拟变革的先驱;许多 Design II 的革新,如在线 Fortran 和严格塔计算,均已确立了 流程模拟的标准。官方网站:http://www.WinSim.com/ WinSim Inc.过程模拟软件是在 windows 环境下开发的第一款过程模拟软件。 可以为碳化氢及 学石化产品及天然气制程。天然气的管道注入,氨水.甲醇.氢气设备提供了严格的制程模拟! DESIGN II 工艺流程模拟软件 经过二十九年的开发和改进,DESIGN II 已经成为流程模拟变革的先驱。许多 DESIGN II 的革 新,如在线 FORTRAN 和严格塔计算,均已确立了流程模拟的标准。由此,DESIGN II 就成了 DESIGN II for windows 的基础。DESIGN II 是强大的流程模拟计算工程,它可以为大量的管 线和单元操作做热量平衡和物料平衡。DESIGN II 的简便而精确的模块,使工艺工程师把注 意力集中在工程上而不是计算机操作上。DESIGN II for windows 提供自由格式文字窗口, 只需要很少量的输入数据和 DESIGN II 命令。DESIGN II 提供了一些先进的特性如:热交换器

和分离器的核算及设计计算。DESIGN II for windows 包括了 879 种纯组分的数据库以及直 到 C20 的绝大部分碳氢化。也包括了 38 种已知特性的世界原油数据。 应用 物性 乙二醇装置 严格油品塔模型 两相管线模型 胺吸收装置 膨胀机和解吸油装置 采油和运输

热交换器的设计与核算 分离器的设计与核算

气液相和液液相的数据回归 不论是对一个简单的压力降问题能做出很快的回答,还是完成一个大型装置的流程模拟, DESIGN II for Windows 都是最好的。流程中的单元操作,物流以及组分的规模和复杂性,都 是由计算机构成流程的能力所限制的。流程的建立可根据用户的需要,通过 Windows 的 窗口输入,通过关键词输入,或两者结合输入来完成。 DESIGN II for Windows 主要提供了一流的基于流率的胺吸收气体加工模型。 ChemTran 可以提供所有流程模拟所需的物性并与 DESIGN II for Windows 进行整和。对于 非理想性的化工系统和轻烃系统中一些必须计算的不常用的性质来说,这是最好的方法。 纯组分 ChemTran 包含一个最大的工业用的纯组分数据库。 包括 879 种纯组分的全部的热力学性质。 分子结构的输入简化了官能团技术对物性的估算。 混合物 支持大部分的回归方法。ChemTran 回归方法包括二元,三元,四元系统的回归。回归方法 可由常用的各种平衡数据估算出热力学性质。这些方法可以处理气-液平衡,液-液平衡,气 -液-液平衡,气-液-液-液平衡。 适用性 ChemTran 的特征很容易理解,关键词输入,容易读,很好的输出格式。数据是用十一种通 用的公式回归的, 因此确保了您的要求总能得到满足。 每种性能的资料都在很容易找到的标 题下进行了很好的编排。每种特性的特殊指导都很完全和容易理解。 CHEMTRAN 纯组分物性

输入数据 正常沸点,临界温度,偶极矩,缔和参数,等张比容,分子量,偏心因子,临界温度,临界 体积,溶解度参数,分子结构 回归 理想气体热容,气相压力,密度,导热系数,K 值,潜热,表面张力,粘度,气液相焓估算 正常沸点, 临界压力, 溶解度参数, 理想气体热容, 气相压力, 密度, 导热系数, 临界温度, 偏心因子,表面张力,粘度,焓 混合物数据方法 回归经验数据,二元交互作用参数,UNIFAC 官能团方法,正规溶液理论 关联式 Peng-Robinson, Modified Peng-Robinson, Soave, API Soave, Renon(NRTL), Wilson, UNIQUAC, Edwards(Electrolytes), BWR/BWRS, Soave Kabadi Danner, Vapor Phase Association 先进的特性 在线 FORTRAN--在线 FORTRAN 能够将 FORTRAN 66 的命令直接连到 DESIGN II 的输入文件中。 通常一些有精细需求的特定的流程模拟则需要这种技术。 流程优化—流程优化是 DESIGNII 的一项强大的功能,它可以化简繁重的设计工作及节省时 间。 只需几个简单的关键词就可以规定设计变量从最小到最大的变化区间, 以使目标达到流 程的限定值。 工况研究--工况研究模块可使工程师同时运行几种相近的工况,从而进行流程的灵敏度分析。 工况研究允许您生成结果数据表以及将影响因素打成图。 这一功能也提高了设计效率。 每个 流程中只允许有一个工况研究模块,每个工况研究模块最多只允许有 25 个工况。所有的参 数均被改变,然后将新的参数送入流程,对流程进行重新模拟。 管线模型 DESIGN II for Windows 提供了完善的管线模型和设计应用。不仅是简单地计算压降。例如单 相流,双相流及管网 均可以计算以下内容:压降 流速 流速与声速比 公称直径

DESIGN II for Windows 也能严格计算所有的传热及与管网相连的标高。材质可选用从铝到不 锈钢的所有材质。 您也能得到管线系统中有关凝液移动的活塞流分析。 这在轻烃系统中是非 常重要的,如油田中的天然气采集.


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