化工分析过程与模拟
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析（可编辑）
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析2 化工过程系统稳态模拟与分析概述通过对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析也就是对过程系统建立模型并对模型进行求解可以解决下述三方面的问题①过程系统的分析与模拟②过程系统设计③过程系统参数优化①过程系统的分析模拟对某个给定的过程系统模型进行模拟求解可得出该系统的全部状态变量从而可以对该过程系统进行工况分析如图21所示②过程系统设计当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求如图22所示③过程系统参数优化过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决策变量优化变量从而实施最佳工况如图所示 2 化工过程系统稳态模拟与分析相关的基本概念 1 系统为了某种目标由共同的物料流或信息流联系在一起的单元组合而形成的整体称为系统 2 子系统组成系统的系统下一层次的事物简单系统子系统就是某个单元复杂系统它的子系统又可能包含有子系统基本概念 3 系统的特性由两方面构成 1系统内各个单元的特性复杂系统则是各子系统的特性 2系统流程的结构特性树结构和再循环结构的概念 4 过程拓扑将过程流程图转换为信息流程图再把信息流程图转变为过程矩阵的过程称为过程拓扑过程流程→信息流程用有向线段表示信息流用方框表示设备或节点信息流程→过程矩阵将信息流程数字化使计算机可以识别根据信息流图可以得出过程矩阵 2．1 过程系统模拟的基本方法过程系统模拟计算量大且复杂手工计算难以完成计算机和计算技术的发展为过程系统的整体研究提供了技术手段各种类型的过程系统模拟软件不断出现但就其模拟计算求解方法而言可以归纳为三类序贯模块法 Sequentia1 Modular Method 面向方程法 Equation Oriented Method 联立方程法联立模块法 Stmultaneously Modular Method 2 11过程系统模拟的序贯模块法序贯模块法按照由各种单元模块组成的过程系统的结构序贯的对各单元模块进行计算从而完成该过程系统的模拟计算的方法序贯模块法对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础依据单元模块入口的物流信息以及足够的定义单元特性的信息计算出单元出口物流的信息序贯模块法的优点与实际过程的直观联系强模拟系统软件的建立维护和扩充都很方便易于通用化计算出错时易于诊断出错位置序贯模块法的主要缺点计算效率较低尤其是解决设计和优化问题时计算效率更低序贯模块法计算效率低的原因只能根据模块的输入物流信息计算输出物流信息在进行系统模拟的过程中对有再循环物流单元模块的计算需要考虑断裂物流收敛计算使问题复杂 2 12 过程系统模拟的面向方程法面向方程法将描述整个过程系统的数学方程式联立求解从而得出模拟计算结果的方法面向方程法又称联立方程法面向方程法的优点可以根据问题的要求灵活地确定输入输出变量而不受实际物流和流程结构的影响模型中所有的方程可同时计算和同步收敛面向方程法的问题形成通用软件比较困难不能利用现有大量丰富的单元模块缺乏与实际流程的直观联系计算失败之后难于诊断错误所在对初值的要求比较苛刻计算技术难度较大等 2 13 过程系统模拟的联立模块法联立模块法将过程系统的简化模型方程与单元模块严格模型交替求解又被称作双层法 2．2 过程系统模拟的序贯模块法 2．2．1序贯模块法的基本原理单元模块依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序如图28 a 中的闪蒸单元可依据闪蒸单元模型和算法编制成闪蒸单元模块单元模块的单向性结定单元模块的输入物流变量及参数可计算出相应的输出物流变量但不能由检出变量计算输入变量也不能由输入输出变量计算模块参数序贯模块法的基本思想从系统入口物流开始经过对该物流变量进入的单元模块的计算得到输出物流变量这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量依次逐个的计算过程系统中的各个单元最终计算出系统的输出物流计算得出过程系统中所有的物流变量值即状态变量值 2．2．2 再循环物流的断裂当涉及的系统为无再循环流的树形结构时序贯模块法的模拟计算顺序可以按过程单元的排列顺序一一顺利完成用序贯模块法处理具有再循环物流系统的模拟计算时需要用到系统分解断裂 Tearing 和收敛 Convergence 等多项技术 Step1 假定断裂物流S4的变量值然后依次计算单元模块ABC得到物流S4的变量值 Step2利用收敛单元比较S4与S4的相应变量值若不等则改变S4为新的变量值重复Step1过程直到S4与S4两个变量值相等为止问题收敛单元设置在哪个物流处既如何选择断裂物流本问题中不仅可以是物流S4处也可以设置在物流S2或S3处对于复杂系统收敛单元设置的位置不同其效果也将不同究竟设置在何处为好这要通过断裂技术去解决如何得到新的S4变量值如何保证计算收敛如何加快收敛取决于收敛算法还与断裂物流变量的特性有关 2．2．2 再循环物流的断裂 1 断裂的基本概念首先考察方程组的断裂假设有一个由四个方程四个未知变量组成的方程组也可以由另外的方式进行求解例如假设x2的猜值则 f1解出x3 f2解出x4 f3解出x1 最后利用f4来检验最初没定的猜值x2 是否正确如果f4为零则可认为得到了方程组的解若此处的f4 不为零则需修正x2的值再重新进行迭代计算这样可将四维求解问题降阶成了四个一维问题通过迭代计算把高级方程组降阶为低级方程组的办法称为断裂考察过程系统中的不可分隔子系统如图211断裂物流可以选为S10当然也可以选为S11选择不同的断裂物流则其相应的迭代序列也不一样从表面上看上列的两种计算序列似乎没有什么很大的区别但由于系统中各物流及其变量特性的不同在收敛计算上常是有很大差异的如变量个数的多少方程求解的难易程度等如何选择断裂物流确定迭代序列是实施序贯模块法进行过程系统模拟计算过程中必须要解决的问题 2 断裂方法的研究早在20世纪60年代初就有人提出了断裂的思想此后随着流程模拟技术的不断发展有关研究断裂的文章不断出现他们提出判断最佳断裂的准则分为四类 1 断裂的物流数最少 2 断裂物流的变量数最少 3 断裂物流的权重因子之和最少 4 断裂回路的总次数最少另一种归纳 1断裂的流股数目最少 2断裂流股包含的变量数目最少 3对每一流股选定一个权因子该权因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的困难程度应当使所有的断裂流股权因子数值总和最小4选择一组断裂流股使直接代入法具有最好的收敛特性四条准则是一般性的原则 3 回路矩阵过程系统中的简单回路可以用回路矩阵 1oop／stream Matrix 表示矩阵中的行代表回路列代表物流若某回路i中包括有物流J则相应的矩阵元素aij＝1否则为空白或零不独立的列 f 1 与 f 值较大的列相比较若某列中的非零元素与 f 值较大列的非零元素同行则该列相对于 f 值大的列不独立如S2的f 值较大与其余小于它的列相比较会发现S2的非零元素为C行和A行而S1列C行非零 S3A行非零其余列中无与S2同行的非零的元素则判别出 S1 S3相对于S2不独立表示为 S1 S3 S2 S5 S6 S4 流股断裂方法一L - R 分解法 L – R分解法遵循的原则断裂流股数目最少且将所有循环路打开例现有一个为最大循环网的不可分割子系统其信息流图如下1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 4流股断裂方法分析在这个信息流程图中有 8个流股S1S2 S8 五个节点12345构成了ABCD四个环路 1 4 2 5 3 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 A D C B在Lee – Rudd 法中首先分析信息流图再用环路矩阵表示出来 A B C D 环路S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 01 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 01 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 流股 f R 1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8A C DB 矩阵做法Si 流股若在 A 环中出现则标 1若不出现则标 0例如 A 环由S2S3 两流股构成其余为零矩阵中还有加和行用f 表示它由每一列中的非零元素加和构成加和列R它将每一行非零元素加和构成 f 称为环路频率代表某流股出现在所有环路中的次数R 称为环路的秩代表某环路中包含的流股总数经运算可得出加和 f 和R值环路矩阵成为下面样子 A B C D S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 10 R 2 2 3 4 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列 A B C D S1 S2 S3 S4 S5S6 S7 S8 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 R 2 2 34 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列基本概念工艺流程图过程流程过程拓扑举例信息流图-13 序贯模块法的基础是单元模块子程序通常单元模块与过程单元是一一对应的过程单元的输入物流变量即为单元模块的输入单元模块的输出即为过程单元的输出物流变量如 A B H G F E C D 系统分解对复杂系统将所有模型方程全部联立求解很困难直接用序贯法又存在相互影响这时可将该系统分成几个相对独立的部分各自联解再序贯求解将大的复杂系统分解为若干个小的子系统的过程称为大系统的分解目的是识别出不可分割子系统 AB H G F ECD 不可分割子系统不相关子系统 A B H G FE C D A B C A B CG F E D 流股断裂 Tearing 一般对于大系统分解得到的子系统已是不可分隔的如ABC构成的当这样的子系统仍很复杂时联立求解仍困难若断开某一个流股则可采用序贯法求解而断开的流股变量则作为迭代变量选择断裂流股是该技术的关键 A B H G F E C D 断裂物流迭代计算步骤如下该方程组可以通过联立求解得到它的解图210 描述了断裂的过程其中流股x2称为断裂流股该流股只有一个变量x2 称为迭代变量流股的收敛性指的就是其中变量x2 的收敛性能问题如果不选择流股x2是否可达到简化的目的。
化工过程模拟与分析(第六章分子模拟简介)
假设有N个质量为m的分子处于体积为V，温度为T 的封闭区域内，它们的轨迹由向量 r 描述。
体系能量
m K 2
m
牛顿运动方程
i 1 d 2r j t 2
dt
N
v2 j
U U r1 t , r2 t ,..., rN t
r j U r , j 1,2,..., N
1. Hit & miss 法
2. 抽样平均值法
1、2各对应哪个？
二、分子模拟的MC法
MC法模拟自然现象的步骤 1. 建立能够描述系统特性的理论模型，导出该模型的某 些特征量的概率密度函数； 2. 从概率密度函数出发进行随机抽样，得到特征量的一 些模拟结果； 3. 对模拟结果进行分析总结，预言系统的某些特性。
系综平均示例
对于一个含有N个粒子的巨正则系综，设含N个粒 子的微观态的热力学量为XN，则对应体系的宏观热力 学量为：
X
N 0
P
N
XN
ห้องสมุดไป่ตู้
其中PN为含N个粒子的微观态出现的概率。
1 exp N / kT PN ... exp T / kT dr1...drN 3N Q , V , T N!
宏观物理量A（是系统中所有粒子的位置和动量的函 数）的值可以通过系综平均获得：
A lim 1 A r ( N ) , p ( N ) d t t t 0
t0
t
二、MD法分子模拟实例 对微孔中氩和氪流体混合物的扩散系数的计算机 模拟和关联模型研究。 体系为包含了72个氩分子和72个氪分子的长方体盒子， 体系势能由LJ公式计算，计算机模拟的时间步长为 10^(-14)s，模拟时间为7.5~10.5 ns。 计算出所有速度后，扩散系数为：
化工流程模拟软件大全
化工流程模拟软件大全化工流程模拟软件是一类专门用于化工工艺设计、优化和模拟的软件工具，它能够模拟和分析化工反应过程，提供工艺优化和参数调整的建议，同时还可以预测化工系统的性能和行为。
本文将介绍几种常用的化工流程模拟软件。
1. ASPEN PlusASPEN Plus是一种基于物理的化工流程模拟软件，广泛用于化工工程、制药工程和环境工程等领域。
它提供了强大的物性数据库和化合物库，可以对各种化工过程进行模拟和优化，如化学反应、分离过程、装置设计等。
ASPEN Plus还具有可视化的用户界面，方便用户进行模拟和结果分析。
2. HSC ChemistryHSC Chemistry是一款综合化学软件，包含了多个功能模块，其中就包括化工流程模拟功能。
HSC Chemistry可以模拟和优化化学反应、热力学平衡、物质转移等过程，可以用于设计和改进化工反应器、分离设备等。
此外，HSC Chemistry还提供了丰富的化学数据库和实验数据，方便用户进行参数估计和精确的模拟。
3. MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink是一种广泛应用于科学计算和工程控制领域的软件工具。
它具有强大的数值计算和模拟功能，可以用于设计和优化化工过程。
MATLAB/Simulink支持自定义的化工模型和方程，用户可以通过编写脚本和模块，进行各种化工过程的模拟和分析。
另外，MATLAB/Simulink还支持多种优化算法，可以用于化工过程参数的优化和调整。
4.CHEMCADCHEMCAD是一种用于化学工程和石化工程的流程模拟和优化软件。
它提供了多个模块，包括化学反应、传热、输送等。
CHEMCAD支持多种化工反应模型和平衡模型，可以模拟和优化各种反应器和设备。
此外，CHEMCAD还具有友好的用户界面和报表功能，方便用户进行模拟和结果分析。
5.PRO/IIPRO/II是由Honeywell公司开发的一款化工过程模拟软件，广泛应用于化工工业领域。
化工过程分析与计算机模拟
PART FIVE
Aspen Plus： 广泛应用于化工、 石油化工、生物 化工等领域，可 以进行物料平衡、 能量平衡、设备
尺寸计算等。
Pro/II：主要用 于石油化工、天 然气加工、炼油 等领域，可以进 行工艺流程模拟、 设备选型、经济
评价等。
HYSYS：广泛应 用于石油化工、 天然气加工、炼 油等领域，可以 进行工艺流程模 拟、设备选型、
模拟化学反应、 模拟材料性能、 模拟生物系统、 模拟大气、水、 模拟建筑、机 模拟市场、投
流体流动等过 结构等特性 药物作用等过 土壤等环境过 械等工程设计 资等经济金融
程
程
程
过程
过程
优势：可以模拟复杂的化学反 应过程，提高实验效率
优势：可以预测化学反应的结 果，减少实验成本
局限性：模拟结果可能受到模 型和参数设置的影响
,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
添加标题
原料：包括原料的种 类、性质、数量等
添加标题
设备：包括设备的类 型、规格、数量等
添加标题
工艺流程：包括工艺 流程的步骤、顺序、 时间等
添加标题
控制参数：包括温度、 压力、流量等控制参 数
添加标题
产物：包括产物的种 类、性质、数量等
团队协作：与团队 成员共同探讨、分 享经验，提高分析 水平
汇报人：
软件类型：过程模拟软件、反应器模拟软件、工艺流程模拟软件等
应用实例：使用Aspen Plus进行化工过程设计，使用HYSYS进行反应器模拟，使用 Pro/II进行工艺流程模拟等
应用效果：提高化工过程设计效率，降低生产成本，提高产品质量等
选择合适的模拟 软件：根据化工 过程的特点和需 求选择合适的模 拟软件
化学工程师中的化工流程模拟的方式
化学工程师中的化工流程模拟的方式化工流程模拟是化学工程师在设计和优化化工生产过程中应用的一种重要方法。
它通过建立数学模型，模拟和预测化工流程中的物质传递、能量转移和反应转化等过程，为工程实践提供可靠的依据。
本文将介绍化学工程师中常用的三种化工流程模拟方式：物质平衡模拟、能量平衡模拟和反应转化模拟。
一、物质平衡模拟物质平衡模拟是化工流程模拟中最基本也是最常用的方式之一。
它通过建立物质的输入输出平衡方程，描述化工系统中物质的流动和转化过程。
具体而言，物质平衡模拟涉及以下几个方面：1. 原料和产品流程分析：通过对化工系统进行调研和实地考察，了解原料的组成和性质，以及产品的规格要求。
在模拟过程中，需要将原料的输入流量、组成和物理性质与产品的产出进行平衡，确保产品质量和产能的稳定。
2. 系统流程图绘制：根据化工系统的特点和工艺流程，绘制系统的流程图。
流程图需要涵盖各个单元操作、设备和管道的连接关系，以及物料在流程中的流动方向和方式。
这有助于在模拟过程中更好地理解物质的传递路径和流动规律。
3. 过程参数测量与计算：在物质平衡模拟中，需要准确测量和估算化工系统中各个单元操作的参数。
例如，温度、压力、流量、浓度等关键参数的测量和计算，能够为物质平衡模型提供准确的输入数据。
二、能量平衡模拟能量平衡模拟是化工流程模拟中考虑能量转移和转化的重要方式。
它通过建立能量的输入输出平衡方程，揭示化工系统中能量的流动和转化规律。
以下是能量平衡模拟的主要内容：1. 热力学分析：在能量平衡模拟过程中，需要进行热力学分析，确定化工系统中各个单元操作的热力学性质。
例如，焓、熵、比热等参数的测量和计算，能够为能量平衡模型提供准确的物理数据。
2. 热流分析：通过对化工系统中热能流动路径和传热方式的研究，建立热流分析模型。
该模型可以描述热能在系统中的传递和转化过程，为能量平衡模拟提供必要的理论支持。
3. 能量损失计算：在能量平衡模拟中，要考虑能量的损失和利用效率。
7.1第七章-化工过程动态模拟与分析
第七章化工过程动态模拟与分析第一节化工过程系统动态模拟简介化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2000 Vol.19 No.1 P.76-78化工过程模拟及相关高新技术(Ⅱ)化工过程动态模拟陆恩锡张慧娟随着化工过程稳态模拟的发展，动态模拟相继被提到日程上来。
由于化工稳态过程只是相对的、暂时的，实际过程中总是存在各种各样的波动、干扰以及条件的变化。
因而化工过程的动态变化是必然的、经常发生的。
归纳引起波动的因素主要有以下几类：·计划内的变更，如原料批次变化，计划内的高负荷生产或减负荷操作，设备的定期切换等。
·事物本身的不稳定性，如同一批原料性质上的差异和波动，冷却水温度随季节的变化，随生产时间的增加而引起催化剂活性的降低，设备的结垢等。
·意外事故，设备故障、人为的误操作等。
·装置的开停车。
以上的种种波动和干扰，都会引起原有的稳态过程和平衡发生破坏，而使系统向着新的平衡发展。
这一过程中，人们最为关心的问题是：·整个系统会产生多大的影响?产品品质、产量会有多大的波动?·有无发生危险的可能?可能会导致哪些危害?危害程度如何?·一旦产生波动或事故，应当如何处理、调整?最恰当的措施、步骤是什么?·干扰波动持续的时间有多久?克服干扰、波动到系统恢复正常需要多长时间?·开停车的最佳策略。
这些问题就不是稳态模拟所能解决的，而必须由化工过程动态模拟来回答。
也正是在这样一个背景下，动态模拟在近20多年来尤其是进入90年代后获得了长足的进展和广泛的应用［1～14］。
1动态模拟的主要功能和应用领域1.1 动态特性研究动态模拟广泛地应用于各种过程动态特性的研究。
研究过程参数随时间变化的规律，从而得到有关过程的正确的设计方案，或操作步骤。
过程的动态特性并非完全可以从静态特性或者根据经验推断而出，而且往往这类推断是片面的、有错误的。
第三章化工过程系统动态模拟与分析ppt课件
N j
Rj (H j ),
j 1,2,...,N。
(3- 21)
其中，T、Tf分别代表反应区内和加料混合物的温度； U表示反应液体与冷却剂之间热交换的总传热系数；
A表示反应液体与冷却剂之间的总传热面；
Tc表示冷却剂平均温度； 、Cp分别代表反应混合物的平均密度与比热容； （－Hj）表示第j个反应的热效应； Rj表示第j个反应的速率； Ri表示因化学反应引起的第i个组分浓度的变化速率
排液量与时间的变化关系为：
kt
Fo ((kH 0 - Fi )e A Fi )
-0.7
H
-0.5
0 1
0
5
10
15
20
25
Time
图3-2. 搅拌罐中液位高度随时间的变化关系图
例3－2：搅拌槽内含盐量的动态模型
初始情况是槽内盛有V0的水，把浓度为Ci的盐水以恒 定流量Fi加入槽内，与此同时完全混合后的盐水以恒定 流量Fo排放，试求槽内盐水浓度C的变化规律。
其中u、u0 分别代表任一时刻和起始时刻的状态向量， μ代表未知而且待估计的参数向量。
• 模型参数估计就是为了确定参数向量µ的最优值，使限制 下的解最大限度地逼近已采集到的状态变量在不同时刻的
离散数据。
NM
Min F
i
(uid, j uic, j )2 f ( )
j
其中 F称为最优化的目标函数，或评价函数。 udi,j代表第i个状态变量在j时刻的采集数据。 uci,j代表第i个状态变量在j时刻的模型计算值，即在j
• i组分质量守恒
V
dci dt
F (ci, f
ci ) VRi ,
i 1,2,...,M。(3- 20)
化工过程模拟教学大纲 OBE (2)
化工过程模拟教学大纲 OBE1. 引言化工过程模拟是指使用计算机软件对化工工艺过程进行数值模拟和仿真的技术。
本课程旨在培养学生的化工过程模拟能力，使其能够运用专业软件进行化工工艺仿真和优化，提高生产效率和产品质量。
本大纲将介绍化工过程模拟教学的目标、内容和评估方式。
2. 教学目标本课程的教学目标如下： - 掌握化工过程模拟的基本概念和原理。
- 学会使用常见的化工过程模拟软件进行仿真和优化。
- 能够分析和解决实际化工过程中的问题。
- 培养学生的团队协作和沟通能力。
3. 教学内容本课程的教学内容包括以下几个方面： - 化工过程模拟基础知识 - 化工过程模拟的定义和发展历程 - 化工过程模拟的数学模型和求解方法 - 化工过程模拟软件的选择和使用•化工过程模拟的应用–化工反应过程的模拟和优化–化工分离过程的模拟和优化–化工传热和传质过程的模拟和优化•化工过程模拟的案例分析–常见化工工艺的模拟和优化案例分析–实际工程中的化工过程模拟应用案例分析–案例分析的团队合作和报告撰写•实验和实践–使用化工过程模拟软件进行实验和仿真操作–分析和解决实际化工过程中的问题–撰写实验报告和分析报告4. 教学评估本课程的教学评估方式包括以下几个方面： - 平时成绩：包括课堂出勤、参与讨论和小组作业等。
- 实验报告和分析报告：对实验和案例分析的分析和解决问题能力进行评估。
- 期末考试：对课程内容的掌握情况进行综合评估。
5. 参考资料本课程的参考资料包括以下几本教材： - 《化工过程模拟基础》 - 《化工过程模拟案例分析》 - 《化工过程模拟软件使用指南》6. 教学团队本课程的教学团队包括以下几位教师： - 主讲教师：负责主讲课程内容和组织实验教学。
- 助教：负责辅助教学和学生问题解答。
7. 教学资源本课程的教学资源包括以下几个方面： - 课程网站：提供课程相关资料和学生交流平台。
- 化工过程模拟软件：提供学生进行实验和仿真操作的软件环境。
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宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸2011～～ 2012 学年度第二学期姓名学号院（所、部）化学化工学院年级 11 级专业化学工程研究方向课程化工分析过程与模拟考试方式论文浅谈化工过程模拟及相关高新技术摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。
化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。
可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。
关键词：化工模拟稳态装置化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。
工业的不断需求要求对现存的技术或设备进行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。
一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。
国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国Flowsheeting。
到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。
模拟计算的准确性、可靠性也大大增强.应用范围不断拓展。
这一时期，美国ASPEN Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Sciences。
公司的PRO/II，，加拿大Hypro Tech公司的HYSIM等商业化软件正式走向市场。
90年代后，化工模拟软件开始由德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus等软件。
国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。
70年代末化工部第五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的ECSS模拟系统软件—ECSS化工之星研究成功，并走向商业化[4]。
下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。
1、化工过程稳态模拟稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。
流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。
通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。
它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。
其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。
简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。
由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。
可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。
并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。
当前化工过程稳态模拟主要应用于炼油，石油化工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氛等装置。
在医药、农药、造纸和环保等行业也有一定应用。
随着科学技术的进步，目前对于石油馏分和烃类物质的计算已经相当准确、可靠，达到了无需小试、中试，模拟结果可直接用于工业装置设计的程度。
2、化工稳态模拟系统的构成稳态模拟系统的构成下图所示。
现代的模拟系统既可以用流程图，也可采用数据文件的方式输入。
且这两种方式之间可以相互转换。
输人之后便进行流程拓扑分析和数据检查[7]。
调度系统相当于指挥中心，程序根据输人信息，进行物流、热力学方法、单元过程及其他过程模块的匹配和调度，动态地组织流程，进行计算，直至收敛。
模拟系统的组成部分中，最为重要的当推热力学方法库和化工[9]单元过程库。
有无适当的化工单元模块，决定了该化工过程是否能够进行计算。
而有无适当的热力学方法，又决定了计算结果是否准确可靠。
当前通过长期深人研究，大多数单元过程都有了准确、严格的算法。
而热力学方法的研究，相对来说还不能完全满足实际工作的需要。
尤其在处理极性物质方面，在相当大的程度上还取决于是否有足够的、准确的实验数据[10]。
因而在进行化工过程模拟时，首先必须考虑的是应选择适合所计算物系的准确的热力学方法。
往往热力学方法已成为模拟是否成功的决定性因。
3、稳态过程模拟的功能化工稳态过程模拟的应用十分广泛，其主要应用场合及功能如下。
⑴新装置设计化工稳态模拟的主要应用之一是新装置的设计。
当前炼油、石化和化工装置的设计都要采用过程模拟来求得整个装置的物料平衡和能量平衡[11]。
如前所述，随着科学技术的进步，过程模拟的结果已经可以直接用于某些工业装置的设计，而无需小试或中试的配合。
尤其是对于乙烯装置、炼油工业中的常减压、催化裂化、气体分馏等装置。
过程模拟已经可以提供十分准确的数据，以至于达到了可以用模拟结果作为标准，反过来检验现场的生产操作是否存在问题。
国外从60年代末开始，已在工程设计中大量应用过程模拟技术。
国内则相对较晚，70年代仅有少量应用，大量应用出现在80年代，而90年代已十分普及[12]。
⑵旧装置改造化工稳态过程模拟已成为旧装置改造必不可少的工具[13]。
由于旧装置的改造既涉及到已有设备的利用，又可能增添必须的新设备，其设计计算往往比新装置设计还要繁复。
原有的塔、换热器、气压机、泵以及管线等设备是否仍旧适应，能否在原基础上改造还是必须更新等问题均在过程模拟的基础上得到了满意的解决。
⑶新工艺、新流程的开发研究60年代以前，炼油、石化工业新工艺新流程的开发研究，主要依各种不同规模的小试、中试。
随着过程模拟技术的不断进展，已逐渐转变为完全或部分利用模拟技术，只在必要时辅以个别的试验研究[14]。
尤其对于炼油和石油化工工业的各种分离系统更是如此。
⑷生产装置调优、疑难问题诊断在生产装置调优、疑难问题诊断上，过程模拟更是起着不可替代的作用。
通过流程模拟，寻求最佳工艺条件，从而达到节能、降耗、增效的例子已经比比皆是。
更有通过全系统的总体调优，以经济效益为目标函数，求得关键工艺参数的最佳匹配，并革新了传统的观念。
过程模拟技术当前已发展到动态模拟和实时优化，而这两者的基础均是稳态过程模拟。
只有在稳态模拟的数值解基础上，才能运行动态模拟和实时优化，尤其对于复杂的装置更是如此。
化工过程稳态模拟经历了许多年的发展历史，在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益[15]。
稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。
与国外相比，国内化工界模拟软件的应用还不十分普及，应用水准也不如国外高。
正视问题、迎头赶上将是当前一项迫切的任务。
随着计算机技术，数值计算方法与优化理论的发展，使得更复杂，更精确的计算模型不断涌现，模拟结果更加接近实验，工程过程模拟技术必将为化学工业带来更大的进步。
4、Aspen Plus软件Aspen Plus化工模拟系统是美国麻省理工学院于1970年后研制开发的大型化工模拟软件。
这套软件系统功能齐全、规模庞大，可用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品加工等许多工业领域，目前已在全世界范围内广泛使用。
在Aspen Plus中关于精馏的模块有：⑴简捷法模型：包括DSTWU(简捷法精馏设计模型)、Distl(简捷法精馏核算模型)、SCFrae(简捷法多塔蒸馏模型)。
⑵严格法模型：MultiFra。
(严格法多塔精馏模型)、PetroFra。
(严格法分馏塔)、RateFrac(精馏的核算与设计模型)、Extract(严格萃取塔模型)。
其中RateFrac是一个基于流率的非平衡的模型，用于模拟各种类型的多级气一液精馏操作，可用于一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸馏。
适用于两相系统、窄沸程和宽沸程系统以及液相具有强的非理想程度系统。
其构成包括任意组输人、任意组侧线、任意组加热器(或热流)和任意组倾析器。
对于精馏模拟必须确定以下条件：①进料性质(包括进料的组成、温度、压力、进料量、相数等)和进料位置。
②出料性质(包括相数等)和出料位置。
③塔的性质，如塔板数、塔的压力分布、回流比、气相产品占塔顶总产品比率或塔顶出料、塔底出料、回流量等。
其它如侧线出料、加热器和再沸器的热负荷、蒸气组分初值、塔板效率、回流温度、填料性质或塔板性质等，都可以由模拟者根据要求设定。
对于一个模拟过程来说，准确无误地选择物性是模拟结果好坏的关键。
Aspen Plus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质，在典型的Aspen Plus模拟中，常用的物理性质参数有逸度系数、密度、嫡和自由能。
经过本学期的学习，我对化工模拟过程有了初步的一个认识，简单学习了Aspen Plus 、Auto CAD等软件。
主要的化工模拟软件及其应用发展状况十分良好，尤其是中国加入世贸以后，在国家的正确政策引导和政府的大力支持下，各种化工企业如雨后春笋般破土而出，呈现出蓬勃发展的态势。
所以，化工模拟过程的应用会更加广泛，对化工生产过程的作用会越来越显著的。
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