新一代动态模拟软件gPROMS及应用实例[1]
新一代动态模拟软件gPROMS及应用实例
新一代动态模拟软件gPROMS及应用实例
胡鸣
【期刊名称】《化学世界》
【年(卷),期】1998(39)5
【摘要】新一代动态模拟软件ｇＰＲＯＭＳ及应用实例动态模拟（Ｄｙｎａｍｉ
ｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）现已越来越受到学术界和工业界的重视。
过程动态模拟有助于研究者比较深入地了解过程的本质，使中试阶段的试验设计和组织更加合理、有效。
对间歇过程而言，动态模拟则是唯一的选...
【总页数】1页(P275-275)
【关键词】动态模拟软件;化工过程;gPROMS
【作者】胡鸣
【作者单位】华东理工大学联合化学反应工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ015.9;TQ02
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最新最全化工流程模拟软件大全
最新最全模拟软件大全1概要目前，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As pen 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。
2CHEMCAD, 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。
Process.Systems.Enterprise.gPROMS.v4.00 1CD(流程模拟软件)
Heat Exchanger Design Handbook 0824797876
FRI产品:
FRI Device Rating Program v2.3.3 1CD(美国精馏公司开发的化工软件，可用于塔板(筛板, 浮阀)的严格的水力学计算)
FRI-Database
FRI-ICES v2001
FRI Device Rating Program v1.1.4培训资料
PALS2000 R5 v5.0.15 1CD
VESA R1 v1.0.93 1CD
Codeware产品：
CodeWare Compress Build 6258 1CD(压力容器设计)
COADE产品:
MicroSurvey.inCAD.2015.v15.0.0.2180.for.autocad2014测绘软件
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Coade CADWorx Design Review 2010 1CD
Coade CADWorx Equipment v2010 for AutoCAD 1CD(功能强大的设备模型设计软件)
Coade CADWorx IP v2008 1CD(WEB格式的P&ID工程)
Coade CADWorx P&ID Pro v2010 for AutoCAD 1CD(基于AutoCAD的功能强大﹑易于使用﹑用于生成工艺仪表流程图（P&ID）的工厂设计软件)
gPROMs介绍
gPROMS介绍1．模拟软件gPROMSgPROMS是基于联立模块法开发的软件，可以描述物理过程、化学过程、生物过程及其操作过程，可以模拟多目标过程，也可以同时运行多个模块，而且用高级语言定义过程模型。
其主要功能、用途及模块如图1所示。
图1 gPROMS功能及用途2.gPROMS的发展史上世纪90年代，基于序贯模块法(Sequential Modular)的稳态模拟技术已趋成熟，应用最为广泛(如Aspen Plus及Pro／II)，但序贯模块法对动态优化等问题效率低下。
基于联立方程法(Equation Oriented)的过程模拟软件方兴未艾(如SPEEDUP)，但联立方程法建模难度大，开发周期长。
gPROMS(general PROcess Modelling System)采用联立模块法，解决了上述问题。
gPROMS是帝国理工学院(Imperial College London)PSE(Process System Enterprise Ltd．)研究中心在多年建模和仿真实践中的研究成果。
作为仿真和优化的新一代计算平台，gPROMS的研发始于1988年，是由曾经开发SPEEDUP硼(现归入Aspen的ACM模块)的研究人员完成的，1992年开始进行工业评估，5年后成为商业软件，并成立PSE公司，2006年推出gPROMS V3．0，完善了图形界面操作功能。
3.gPROMS基本特点gPROMS是一种面向方程的过程模拟软件。
它对对象的描述主要分为两个层次：模型层和物理操作层。
“模型层”(MODEL)描述了系统的物理和化学行为，是对象的一个通用机理模型；“物理操作层”(TAsK)则描述了附加在系统外部行为以及扰动。
另外，还有一个模型实体“过程块”(PRocEss)，它由具体实例模型数据以及外部操作组成，表述一个模型的具体实例(如图2所示)。
它以外加信息来推动MODEL(例如初始条件及输入变量随时间的变换情况)。
gPROMS
第12页
2 How to use gPROMs
Step 1 Creat a new gPROMs 'Project' Step 2 Creat a new MODEL Step 3 Define VARIABLE Step 4 Creat a new PROCESS Step 5 Saytax Checking
step 3: define variable
MODEL Entity editor window
step 4: creat a new process
gRPOMs syntax not case sensitive variable types :user-defined
第16页
"Lock" symbol indicates read-only Entities in Case
MODEL 通用机理模型
TASK 外界操作及扰动
PROCESS 具体实例
第6页
1.2.2 unprecedented level openness
有PLM（Process Model Library）过程模型库，它包含了一些化工 过程中常用的变量、模型和操作。
※gPROMs模型的体系框架开发，方便调用外部的模型和算法，它自带有
Ah M
Characterisation of the output flowrate
Fout h
第14页
step 1: open a new project
gPROMs Project tree(directory tree)
gRPOMs entities
gPROMS软件模块和功能
Veolia • Voith Paper
APAC
Idemitsu Petrochemicals GS E&C • Hyosung JGC • LG Chem Mitsubishi Chemical
Posco • Samnam Petrochemical SKC • SK Chemicals SK Energy SK Petrochemicals Taiyo Nippon Sanso
gPROMS软件 模块（M）和功能（F）
M：工艺单元高级模型库（AML:FBCR）
AML：FBCR 固定床催化反应器模型库
M：工艺单元高级模型库（AML:GLC）
AML：GLC 基于气液相过程 工艺单元模型库
工艺过程系统的全周期
基础实验研究
工艺工程设计
实时运行监控
工艺过程系统的全周期
基础实验研究
− 检验工艺是否可行 − 获得工艺基本参数
经常遇见的情况
− 实验太少，无法验证工艺效果 − 实验太多，累赘数据影响分析
要解决的问题
av Pt
(
z ) jr
2F
(
z,
x
)
( ) − 1 ∂
δ
( ) E water conv
z, x
∂z
+
je2
( z,
σe
x)
+
avPt ( z)
jr
( z, x )ηa
(z, x)
=
∂T
( z,
∂t
x)
Cpρ
(1
petrasim例子 -回复
petrasim例子-回复Petrasim是一款强大的计算机模拟软件，它被广泛应用于工程和科学领域。
在这篇文章中，我将深入介绍Petrasim的功能、应用和使用方法，帮助读者更好地了解并利用这一软件。
首先，我们先来了解一下Petrasim的功能。
Petrasim作为一款综合性的模拟软件，具备多种功能，包括物理、化学、热力学、流体力学、固体力学等。
通过Petrasim，用户可以进行多种场景的仿真，例如岩石破裂、地下水流动、化学反应等。
这些功能能够帮助工程师和科学家进行系统性的研究和分析，为工程设计和科学研究提供了有力的支持。
接下来，我们将以地下水流动模拟为例，来介绍Petrasim的应用。
地下水流动是地下水资源管理和保护的重要内容。
通过模拟地下水流动过程，我们可以了解地下水的输运规律，预测地下水位变化以及地下水对地表水的补给程度等。
Petrasim提供了强大的数值模拟工具，可以帮助用户构建地下水模型，模拟地下水的流动情况，并对地下水系统进行分析。
在使用Petrasim进行地下水模拟之前，我们首先需要收集地下水系统的相关数据，包括地下水位、井位、地下水补给源等。
接下来，我们需要创建一个二维或者三维的模型，在模型中定义地下水模拟问题的边界条件、初始条件以及适用的方程。
然后，我们可以设置模拟的时间范围、时间步长以及其他模拟参数。
一旦模型设置完成，我们就可以开始运行模拟了。
在模拟运行的过程中，Petrasim会根据设定的边界条件和方程，通过数值计算的方法求解地下水的流动情况。
计算结果将反映在模拟中，通过可视化的方式展现出来。
用户可以观察地下水位的变化、水流的速度分布以及其他与地下水流动相关的信息。
此外，Petrasim还提供了丰富的分析工具，例如剖面绘制、动画展示、流速涡旋分析等，帮助用户更好地理解地下水系统的特征和规律。
除了地下水流动模拟，Petrasim还可以应用于其他领域，例如地质构造和油藏模拟、物质输运模拟、环境污染预测等。
gPROMS软件整体介绍
高性能对苯二钾酸反应器设计
初期设计结果：列管之间的性能一致性较好
不同径向位置
的转化率趋于一致
不同径向位置 的管轴温度趋于一致
Thank You for Your Time!
Website:
gSAFT
基于统计缔合流体理论构建的状态方程 OLI 专门用于描述电解质溶液 CAPE-OPEN 调用Aspen物性数据库
8. gSAFT – 高级热力学模型
基于SAFT- Mie 状态方程
英国帝国理工大学及PSE特有的技术和专利
由基本量子力学原理获得未知物质的热力学性质…
3. 四大计算模块无缝结合
实验设计 数值模拟
模
636 634 632 630 temperaturealpha=2 628 626 624 0 1 Axial 2 3
最优化
型
参数估计
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 MolefractionofB 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Time (s) 3000 3500 4000 4500 5000
6. 简单快捷的流程方案设计
流程图 设计窗体显示
工程资源集中管 理 直接从模型库中 拖放模型单元 gPROMS 自带模型库
gPROMS
模型库
方程式 文本录入窗体
工程计算模拟 结果管理器
7. 大量高级物性数据包
Multiflash 多种状态方程+活度系数模型+DIPPR
gPROMS——领先的过程计算与模拟平台
努力学习 帮助他人 报效祖国
May 16, 2012
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新一代动态模拟软件gPROMS 及应用实例
动态模拟(Dynam ic Sim ulation)现已越来越受到学术界和工业界的重视。
过程动态模拟有助于研究者比较深入地了解过程的本质,使中试阶段的试验设计和组织更加合理、有效。
对间歇过程而言,动态模拟则是唯一的选择。
过程的动态模拟可以方便地比较各种控制方案,过程的优化则离不开动态模拟。
动态模拟的另一功能是模拟开停车过程和其他异常现象,制定相应的程序和对策。
此外,动态模拟是培训操作人员的工具。
动态模拟比定态模拟揭示的内容要丰富地多,所需要的过程信息也多。
动态模拟实际上是对过程更为严格的描述。
例如,动态模拟不仅需要确定设备尺寸(size)和积存量(holdups),还需要制定控制方案,对数据采集要求也高了。
但是对化学工程研究者而言,应用动态模拟的最大困难可能是算法的选择和大量编程工作,计算方面的困难制约了动态模拟的应用。
gPROM S(g eneral PROcess M odelling System)是由英国帝国理工学院(IC,LON-DON)系统工程中心开发的新一代动态模拟软件,是SPEEDUP的后继产品。
g PROM S 的特点是应用范围广:可以用于离散或连续过程,集总参数或分布参数系统,可以灵活地用于特殊过程的模拟和优化。
gPROM S的另一特点是使用方便。
gPROM S将描述过程的化学、物理或生物规律的数学方程组构成MODEL模块;外部的作用(控制)或扰动构成TASK模块;由TA SK驱动M ODEL即成为PROCESS。
gPROM S软件语言已非常接近通常的数学方程式。
软件包含了常用的算法,如向前、向后、中心差分,正交配置有限元,只需要简单的调用语句即可。
模拟计算的结果可能以数据文件的形式输出,也可以直接打印出二维或三维图形。
动态模拟软件应用两例:1.反应器和精馏塔耦联(Reactor/Separator Coupled Process)的过程模拟和优化。
三聚甲醛(T O)工程塑料聚甲醛(POM)的单体,一般从浓甲醛水溶液经酸催化三聚化反应而生成。
由于液相中T O平衡转化率很低,工业上利用T O和水形成最低共沸物的特点,将TO以汽相形式蒸出反应器,使反应单程转化率达到30%。
为充分利用能量,将精馏塔叠加在反应器上,反应器出口的汽相作为精馏塔的进料汽相,增浓的未反应的甲醛以及部分水从精馏塔底部以液相形式返回反应器。
对这类反应器和精馏塔耦联过程,如果将反应器与精馏塔分开模拟,难以确定反应器和精馏塔耦联处的物流组成,模拟结果失真。
如果将反应器与精馏塔耦联模拟,则很难地确定状态变量。
采用g PROM S模拟这一过程,在TASK模块上加上反应器液位控制回路和回流控制回流,模拟系统的开车至达到定态的定态过程,与试验结果相当吻合。
如果利用gPROM S中的优化程序,还可以实现多种目标的优化。
2.压力变换反应器PSR(Pressure Swing Re-actor)的动态模拟
PSR是一种将吸附过程与反应过程结合的多功能反应器,反应产物在反应器中被吸附剂吸附,在反应器轴向和气固相之间,反应物和产物发生一定程度的分离。
因此PSR 可能可以突破反应平衡的限制,获得比平衡转化率更高的转化率。
产物吸附至一定程度,降低系统压力,收集产物,然后开始新一轮循环。
PSR的潜在应用前景很有吸引力,但多功能反应器固有的多因素的综合影响,以及PSR所特有的非定态行为(压力变化、流向变化引起的速度分布和浓度分布变化),使得PSR的模拟非常困难。
而gPROMS则可以比较方便地模拟这一非定态过程,它可以直接显示周期定态的模拟结果,还可以对PSR 的众多参数优化,得出有意义的结果。
华东理工大学联合化学反应工程研究所
胡 鸣 (200237)
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第5期化 学 世 界 。