幾種模擬軟件的介紹(化工)

1、幾種模擬軟件介紹一、Aspenplus 背景介紹AspenPlus 是一種廣泛應(yīng)用于化工過(guò)程的研究開(kāi)發(fā)， 設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過(guò)程的控制， 優(yōu) 化及技術(shù)改造等方面的性能優(yōu)良的軟件。 該模擬系統(tǒng)是麻省理工學(xué)院于 70 年代后期 研制開(kāi)發(fā)的。由美國(guó)Aspen技術(shù)公司80年代初推向市場(chǎng)，它用嚴(yán)格和最新的計(jì)算方 法，進(jìn)行單元和全過(guò)程的計(jì)算，為企業(yè)提供準(zhǔn)確的單元操作模型，還可以評(píng)估已有 裝置的優(yōu)化操作或新建，改建裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這套系統(tǒng)功能齊全，規(guī)模龐大，可 應(yīng)用于化工，煉油，石油化工，氣體加工，煤炭，醫(yī)藥，冶金，環(huán)境保護(hù)，動(dòng)力， 節(jié)能，食品等許多工業(yè)領(lǐng)域。AspenPlus 是基于流程圖的過(guò)程穩(wěn)態(tài)模擬軟件，包括

2、 56 種單元操作模型， 含 5000種純組分、5000對(duì)二元混合物、 3314種固體化合物、 40000個(gè)二元交互作用 參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于一個(gè)模擬過(guò)程來(lái)說(shuō)，正確的選擇準(zhǔn)確無(wú)誤的物性參數(shù)是模擬結(jié)果好壞 的關(guān)鍵。 AspenPlus 為單元操作計(jì)算提供了熱力學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)參數(shù)，在典型的 AspenPlus 模擬中常用的物理性質(zhì)參數(shù)有逸度系數(shù)， 焓，密度，熵和自由能。 AspenPlus 自身?yè)鞧有兩個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫(kù)：Aspen CDASPEN TEC公司自己開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)， DIPP美國(guó)化工協(xié)會(huì)物性數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)。另外還有多個(gè)專用的數(shù)據(jù)庫(kù)，如電解質(zhì)，固體，燃料產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合擁有的一些

3、專用狀態(tài)方程和專用 單元操作模塊使得 AspenPlus 軟件可使用于固體加工電解質(zhì)等特需的領(lǐng)域，極大地 拓寬了 AspenPlus 的應(yīng)用范圍。二、化工流程模擬 PRO/II流程模擬技術(shù)是與實(shí)驗(yàn)研究同樣可靠和更為有效的一種研究手段，其應(yīng)用極大 地促進(jìn)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展?；ち鞒棠M能使設(shè)計(jì)最優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)效率，結(jié)果得到 效率較高的工廠；對(duì)尋找故障，消除“瓶頸”，優(yōu)化生產(chǎn)條件和操作參數(shù)而進(jìn)行舊 廠改進(jìn)。另外，模擬仿真在教學(xué)培訓(xùn)工作中也具有獨(dú)特的優(yōu)越性。 PRO/II 是一個(gè)在 世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛的流程模擬軟件。其功能強(qiáng)大，能很容易地建立和模擬包括精 餾塔、壓縮機(jī)、反應(yīng)器、換 A熱器等工藝裝置在內(nèi)的

4、工藝流程。適用于油/氣加工、 化學(xué)化工、煉油、聚合物、精細(xì)化工、制藥等行業(yè)。三、HYSYS軟件HYSYS軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司開(kāi)發(fā)的大型專家系統(tǒng)軟件。 該軟件分動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩大部分。其動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)主要用于油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)和石 油石化煉油工程設(shè)計(jì)計(jì)算分析。其動(dòng)態(tài)部分可用于指揮原油生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行? HYSYS 軟件與同類(lèi)軟件相比具有非常好的操作界面，方便易學(xué)，軟件智能化 程度高。? 最先進(jìn)的集成式工程環(huán)境由于使用了面向目標(biāo)的新一代編程工具，使集成式 的工程模擬軟件成為現(xiàn)實(shí)。在這種集成系統(tǒng)中，流程、單元操作是互相獨(dú)立的、流 程只是各種單元操作這種目標(biāo)的集合，單元操作之間靠流程中

5、的物流進(jìn)行聯(lián)系。在 工程設(shè)計(jì)中穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)使用的是同一個(gè)目標(biāo)，然后共享目標(biāo)的數(shù)據(jù)，不需進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳遞。因此在這種最先進(jìn)且易于使用的系統(tǒng)中用戶能夠得到最大的效益。? 內(nèi)置人工智能：在系統(tǒng)中設(shè)有人工智能系統(tǒng)，它在所有過(guò)程中都能發(fā)揮非常 重要的作用。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)能滿足系統(tǒng)計(jì)算要求時(shí)，人工智能系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng) 計(jì)算。當(dāng)數(shù)據(jù)輸入發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)告訴你哪里出了問(wèn)題。? 數(shù)據(jù)回歸包： 數(shù)據(jù)回歸整理包提供了強(qiáng)有力的回歸工具。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或庫(kù) 中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過(guò)該工具用戶可得到焓、氣液平衡常數(shù) K 的數(shù)學(xué)回歸方程 ( 方程 的形式可自定 ) 。用回歸公式可以提高運(yùn)算速度，在特定的條件下還可使計(jì)算精度? 嚴(yán)格物性

6、計(jì)算包： HYSYS 提供了一組功能強(qiáng)大的物性計(jì)算包，它的基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)也是來(lái)源于世界富有盛名的物性數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)本公司的嚴(yán)格校驗(yàn)。這些數(shù)據(jù) 包括 16,000 個(gè)交互作用參數(shù)和 1,800 多個(gè)純物質(zhì)數(shù)據(jù)。? 功能強(qiáng)大的物性預(yù)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)于 HYSYS 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)沒(méi)有包括的組分，可通過(guò)定 義假組分，然后選擇HYSYS的物性計(jì)算包來(lái)自動(dòng)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。? DCS 接口： HYSYS 通過(guò)其動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) DLL 與 DCS 控制系統(tǒng)鏈接。裝置的 DCS數(shù)據(jù)可以進(jìn)入HYSYS，而HYSYS的工藝參數(shù)也可以傳回裝置。通過(guò)這種技術(shù) 可以實(shí)現(xiàn)： 1) 在線優(yōu)化控制； 2) 生產(chǎn)指導(dǎo)； 3) 生產(chǎn)培訓(xùn)； 4) 儀表設(shè)

7、計(jì)系統(tǒng) 的離線調(diào)試。? 事件驅(qū)動(dòng)：將模擬技術(shù)和完全交互的操作方法結(jié)合，使 HYSIM 獲得成功 而利用面向目標(biāo)的技術(shù)使 HYSYS 這一交互方式提高到一個(gè)更高的層次，即事件驅(qū) 動(dòng)。當(dāng)你在研究方案時(shí)，需要將許多工藝參數(shù)放在一張表中，當(dāng)變化一種或幾種變 量時(shí)，另一些也要隨之而變，算出的結(jié)果也要在表中自動(dòng)刷新。這種幾處顯示數(shù)據(jù) 隨計(jì)算結(jié)果同時(shí)自動(dòng)變化的技術(shù)就叫事件驅(qū)動(dòng)。通過(guò)這種途徑能使工程師對(duì)所研究 的流程有更徹底的了解。? 工藝參數(shù)優(yōu)化器： 軟件中增加了功能強(qiáng)大的優(yōu)化器， 它有五種算法供您選擇， 可解決無(wú)約束、有約束、等式約束及不等式約束的問(wèn)題。其中序列二次型是比較先 進(jìn)的一種方法，可進(jìn)行多變量的

8、線性、非線性優(yōu)化，配合使用變量計(jì)算表，你可將 更加復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型加入優(yōu)化器中，以得到最大經(jīng)濟(jì)效益的操作條件。? 窄點(diǎn)分析工具：利用 HYSYS 的窄點(diǎn)分析技術(shù)可對(duì)流程中的熱網(wǎng)進(jìn)行分析計(jì)算，合理設(shè) 計(jì)熱網(wǎng)，使能量的損失最小。? 方案分析工具：某些變量按一定趨勢(shì)變化時(shí)，其它變量的變化趨勢(shì)如何呢了 解這些對(duì)方案分析非常重要。比如，當(dāng)研究塔的回流比和產(chǎn)品質(zhì)量的變化對(duì)熱負(fù)荷、 產(chǎn)量、溫度的影響時(shí)，在 HYSYS 的方案分析中選回流比和產(chǎn)品質(zhì)量作為自變量，給 出它們的變化范圍和步長(zhǎng)，HYSYS就開(kāi)始計(jì)算，最后會(huì)給出一個(gè)匯總表。? 各種塔板的水力學(xué)計(jì)算： HYSYS 增加了浮閥、填料、篩板等各種塔板的計(jì)

9、 算，使塔的熱力學(xué)和水力學(xué)同時(shí)解決。? 任意塔的計(jì)算：我們以前接觸的軟件中所有分餾塔都是軟件商提供了一個(gè)最 全的塔， 然后讓用戶自己選擇保留部分。 試問(wèn)，若用戶有一個(gè)塔， 其上部分為吸收 - 解析塔，下部分為提餾塔，這種塔該如何計(jì)算呢 HYSYS 就可以。由于采用了面向目 標(biāo)的編程工具，塔板、重沸器、泵、回流罐等等都是相互獨(dú)立的目標(biāo)。人們可以任 意組合這種目標(biāo)，而完成各種各樣的任意塔，十分方便。四、gPROMSgPROM?S流程模擬軟件是PSE公司開(kāi)發(fā)的的通用工藝過(guò)程模擬系統(tǒng)，為當(dāng)今世 界上先進(jìn)的工藝過(guò)程建模、模擬和優(yōu)化軟件包。gPROMS適用于加工業(yè),用來(lái)建立連續(xù)或間歇工藝過(guò)程的模型，進(jìn)而對(duì)

10、工藝過(guò)程進(jìn)行模擬和優(yōu)化。gPROM?S已廣泛用于化學(xué)工業(yè)、石油化工、石油和天然氣加工、造紙、精細(xì)化 工、食品工業(yè)、制藥及生物制品技術(shù)等加工行業(yè)。gPROM?S的核心模塊是ModelBuilder，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)化的模型開(kāi)發(fā)；具有豐 富的加工過(guò)程單元操作模型庫(kù)；具有實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)功能；強(qiáng)大的編輯功能；豐富的 實(shí)用工具庫(kù)；錯(cuò)誤診斷和結(jié)果輸出管理；增強(qiáng)的物性計(jì)算；有Run Time版本gO:RUN 以及增強(qiáng)的求解程序。gPROMS的 go:Simulink 和 go:MATLAB模塊可以把用 gPROMS 的ModelBuilder 建立起來(lái)的工藝模型及過(guò)程控制模型作為一個(gè)塊 (Block) ，嵌套入

11、 Simulink ? 和 MATLA?B 的流程，進(jìn)行模擬計(jì)算。gPROMS的go:CFD使化學(xué)反應(yīng)工程師可以將 gPROMS同計(jì)算流體力學(xué)(CFD) 結(jié)合起來(lái)，將流動(dòng)性、傳熱傳質(zhì)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等等一并考慮，以便建立更準(zhǔn)確的復(fù) 雜反應(yīng)體系的模型。gPROMS的go:CAPE-OPE使采用gPROMS建立的模型也可以在任何與 CAPE-OPEN+算機(jī)輔助加工工程開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn))兼容的模擬軟件中運(yùn)行，例如AspenPlus, Hysys， PRO/II 等等。gPROM(Sgeneral PROcess Modelling System )是當(dāng)今世界上先進(jìn)的工藝過(guò)程 建模、模擬和優(yōu)化軟件包帝國(guó)理工學(xué)院

12、(Imperial College London) PSE 研究中心在 多年建模和仿真實(shí) 踐中的研究成果 。前身 SPEEDUP現(xiàn)歸入 Aspen 的 ACM(Aspen CustomModeler)模塊。gPROM的研 發(fā)始于1988年，1992年開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)評(píng)估1997年成為商業(yè)軟件，并成立PSE公司 (Process SystemEnterprise Limited)，2006 年推出 gPROMS 完善圖形界面操作功能gPROM用途多樣建立、驗(yàn)證過(guò)程模型，輔助設(shè)計(jì)、改善實(shí)驗(yàn)穩(wěn)態(tài)模擬、動(dòng)態(tài) 模擬、穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。gPROM的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，例如：基于速率(計(jì)算傳熱傳質(zhì))的分離過(guò)程模

13、型 、反應(yīng)體系模擬 、催化反應(yīng)器模擬 、單管及多管反應(yīng)器模 擬、溶液結(jié)晶過(guò)程模擬、燃料電池模型、生物處理過(guò)程模擬、運(yùn)行以前用FORTRA或 Delphi 建立的模型 、用于控制工程 。五、CHEMCAD適用于穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。CHEMCA可以做什么進(jìn)行日常的化學(xué)工程計(jì)算， 提高 生產(chǎn)率。設(shè)計(jì)效率更高的工藝和設(shè)備，以取得最大的收益。消除現(xiàn)有工藝和設(shè)備中 的瓶頸問(wèn)題或?qū)χ畠?yōu)化，以降低成本費(fèi)用。就新工藝和現(xiàn)有工藝對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行 評(píng)估，以達(dá)到有關(guān)法規(guī)的要求。對(duì)裝有專利和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，管 理公司的信息。CHEMCA系統(tǒng)由多個(gè)單獨(dú)授權(quán)的模塊組成。當(dāng)前，該框架下包含以下 模塊：CHEMCA

14、用于流程模擬、物理性質(zhì)計(jì)算、設(shè)備尺寸計(jì)算、成本計(jì)算、其它化 學(xué)工程計(jì)算。CC-BATCH用于模擬間歇蒸餾塔。CC-ReACS用于模擬間歇反應(yīng)器系統(tǒng)。CC-DCOLUM一般動(dòng)態(tài)蒸餾塔的模擬。CC-THERM寸管殼式換熱器進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)、 核算和模擬。CC-PROPS!于計(jì)算混合物的物理和熱力學(xué)性質(zhì)。六、ProSim在 19 世紀(jì) 70 年代的 10 年里， Bernard Koehret 和 Xavier Joulia 教授帶領(lǐng) 他們的科研隊(duì)伍在著名的INPT-ENSIGC化工研究院開(kāi)發(fā)了一種基于新方法的流程圖 軟件。 1989 年，應(yīng)一些工業(yè)公司的要求，他們決定創(chuàng)建 ProSim 公司，將流程

15、建模 和優(yōu)化推向市場(chǎng)以提高其使用價(jià)值。 今天， ProSim 仍舊是一個(gè)獨(dú)立的工程咨詢公司， 總部位于法國(guó)的Labe。公司提供模擬和優(yōu)化軟件，以提高工業(yè)的生產(chǎn)效率和投資 回報(bào)。并且針寸不同的行業(yè)，例如化工、石油煉制、氣體處理和特殊化工行業(yè)，以 及制藥、食品、能源等行業(yè)，ProSim推出了不同的解決方案。另外，ProSim也提供 工程咨詢和客戶軟件開(kāi)發(fā)服務(wù)。 ProSim 的解決方案被用來(lái)改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)、提高工廠 效率、減少環(huán)境污染。由于一直堅(jiān)持同各大研究院所合作，并得到政府的研發(fā)投資 支持， ProSim 不斷開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新的模擬軟件，并得到國(guó)際市場(chǎng)的認(rèn)可。公司的成功不 僅來(lái)自于高效性和可靠性的解決

16、方案，以及無(wú)與倫比的計(jì)算軟件包，同樣也離不開(kāi) 其完善的售后服務(wù)。ProSim員工的專業(yè)知識(shí)和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)覆蓋了熱力學(xué)、物理化學(xué)現(xiàn) 象建模、流程模擬、能量集成、技術(shù)優(yōu)化、數(shù)值計(jì)算方法、軟件框架，以及GUI開(kāi)發(fā)。總共有 5中軟件供選擇 :穩(wěn)態(tài)模擬和過(guò)程優(yōu)化HNO3 硝酸廠和合成氨吸收塔過(guò)程模擬間歇反應(yīng)器和動(dòng)力參數(shù)匹配的模擬間歇蒸餾塔的過(guò)程模擬電廠工藝過(guò)程的模擬、優(yōu)化和管理Thermodynamics 混合組分的熱力學(xué)性能和流體相平衡計(jì)算七、Matlab 背景介紹MATLAB勺名稱源自Matrix Laboratory，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視

17、化集成在一起，并提供 了大量勺內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域勺 分析、仿真和設(shè)計(jì)工作，而且利用 MATLAB產(chǎn)品的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對(duì) MATLAB的功能進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)同時(shí)，不斷完善MATLAB產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)能力。目前MATLAB產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行：數(shù)值分析、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與方針、 數(shù)字圖像處理 、數(shù)字信號(hào)處理、 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 、 財(cái)務(wù)與金融工程。Simuli nk是基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行 建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能夠用數(shù)學(xué)來(lái)描

18、述的系統(tǒng)進(jìn) 行建模，例如航空航天動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車(chē)等 等，其中了包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動(dòng)，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等 等。 Simulink 提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且 Simulink 還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合， 利用 Simulink 幾乎可 以做到不書(shū)寫(xiě)一行代碼完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作。Stateflow 是一個(gè)交互式的設(shè)計(jì)工具，它基于有限狀態(tài)機(jī)的理論，可以用來(lái)對(duì)復(fù)雜的事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。 Stateflow 與Simuli nk 和MATLAB緊密集 成，可以將 Stateflow 創(chuàng)建

19、的復(fù)雜控制邏輯有效地結(jié)合到 Simulink 的模型中。主 要的典型應(yīng)用包括：控制系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)快速控制原型與硬件在回路仿真的統(tǒng)一平臺(tái)dSPAC信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)一一全系統(tǒng)仿真與快速原型驗(yàn)證，TI DSP、Lyrtech 等信號(hào)處理產(chǎn)品軟硬件平臺(tái)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)結(jié)合 RadioLab 3G 和 Candence 等產(chǎn)品機(jī)電一體化設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)全系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，結(jié)合 Easy 5 、 Adams 等八、SimPowerSystem電力電子系統(tǒng)的建模和仿真工具 tSimPowerSystem 是在 Simulink 環(huán)境下進(jìn)行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進(jìn)工 具。它為發(fā)電輸變電系統(tǒng)和電力分配計(jì)算

20、方面提供了強(qiáng)有力的解決方法，尤其是當(dāng) 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)勢(shì)更為突出。對(duì)于具有復(fù)雜自給型供電裝置， 如汽車(chē)上、 飛機(jī)上、制造設(shè)備上的電氣系統(tǒng)和普通用電裝置， 用 SimPowerSystem 進(jìn) 行分析和設(shè)計(jì)非常理想。 SimPowerSystem 是 Simulink 下面的一個(gè)專用模塊集，由 電氣仿真專家 TEQSIM International 最初開(kāi)發(fā)。該模塊集包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見(jiàn)的 元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行模型描述。模型可與其它 Simulink 模塊的相連接，進(jìn)行一體化的 系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)分析。九、GateCycle 介紹GateCycle 是世界上最大的電力設(shè)備和工業(yè)產(chǎn)品制造商通用電力公司 (General Electric) 和 EnterSoftware 共