1、簡述幾種化工流程模擬軟件的功能特點及優缺點摘要：化工過程模擬是計算機化工應用中最為基礎、發展最為成熟的技術。本文綜合介紹了幾種主要的化 工流程模擬軟件的功能及特點，并對其進行了簡單的比較。關鍵詞：化工流程模擬，模擬軟件，Aspen Plus, Pro/ n ,HYSYS, ChemCADl化工過程概述化工流程模擬（亦稱過程模擬）技術是以工藝過程的機理模型為基礎，采用數學方法來描述化工過程， 通過應用計算機輔助計算手段，進行過程物料衡算、熱量衡算、設備尺寸估算和能量分析，作出環境和經 濟評價。它是化學工程、化工熱力學、系統工程、計算方法以及計算機應用技術的結合產物，是近幾十年 發展起來的一門新技

2、術1?，F在化工過程模擬軟件應用范圍更為廣泛，應用于化工過程的設計、測試、優 化和過程的整合2。化工過程模擬技術是計算機化工應用中最基礎、發展最為成熟的技術之一，化工過程模擬與實驗研究 的結合是當前最有效和最廉價的化工過程研究方法，它可以大大節約實驗成本，加快新產品和新工藝的開 發過程?；み^程模擬可以用于完成化工過程及設備的計算、設計、經濟評價、操作模擬、尋優分析和故 障診斷等多種任務。網當前人們對化工流程模擬技術的進展、應用和發展趨勢的關注與日俱增。商品化的化工流程模擬系統出現于上世紀70年代。目前，廣泛應用的化工流程模擬系統主要有ASPENPLUS Pro/ n、HYSYS口 ChemCA

3、D2 Aspen PlusAspen Plus 簡述“如果你不能對你的工藝進行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改進它。而且，如 果你不能改進它，你在 21世紀就不會具有競爭力?！?Aspen World 1997Aspen Plus是大型通用流程模擬系統，源于美國能源部七十年代后期在麻省理工學院（ MIT）組織的 會戰，開發新型第三代流程模擬軟件。該項目稱為“過程工程的先進系統"（Advanced System for ProcessEngineering ,簡稱ASPEN ,并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了 AspenTech公司，并稱 之為As

4、pen Plus。該軟件經過20多年來不斷地改進、擴充和提高，已先后推出了十多個版本，成為舉世公 認的標準大型流程模擬軟件，應用案例數以百萬計。全球各大化工、石化、煉油等過程工業制造企業及著 名的工程公司都是 Aspen Plus的用戶。Aspen Plus 特點（1）產品具有完備的物性數據庫物性模型和數據是得到精確可靠的模擬結果的關鍵。人們普遍認為Aspen Plus具有最適用于工業、且最完備的物性系統。許多公司為了使其物性計算方法標準化而采用AspenPlus的物性系統，并與其自身的工程計算軟件相結合。Aspen Plus數據庫包括將近6000種純組分的物性數據： 純組分數據庫，包括將近

5、6000種化合物的參數。電解質水溶液數據庫，包括約 900種離子和分子溶質估算電解質物性所需的參數。固體數據庫，包括約3314種固體的固體模型參數。 Henry常數庫，包括水溶液中61種化合物的Henry常數參數。二元交互作用參數庫，包括Ridlich KwongSoave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker 、BWR Lee Starling ,以及 Hayden O Connell 狀態方程的二元交互 作用參數約40,000多個，涉及5,000種雙元混合物。 PURE1O據庫，包括1727種純化物的物性數據，這 是基于美國化工學會開發的 DIPPR物性數據庫的

6、比較完整的數據庫。無機物數據庫，包括2450種組分（大部分是無機化合物）的熱化學參數。 燃燒數據庫，包括燃燒產物中常見的59種組分和自由基的參數。 固體數據庫，包括3314種組分，主要用于固體和電解質的應用。水溶液數據庫，包括900種離子，主要用于電解質的應用。Aspen Plus是唯一獲準與DECHEMA據庫接口的軟件。該數據庫收集了世界上最完備的氣液平衡和液 液平衡數據，共計二十五萬多套數據。用戶也可以把自己的物性數據與 Aspen Plus系統連接。（2）產品線比較長，集成能力很強。Aspen Plus是Aspen工程套件（AES的一個組份。AES集成的工程產品套件，有幾十種產品。以 A

7、spen Plus的嚴格機理模型為基礎，形成了針對不同用途、不同層次的 Aspen Tech家族軟件產品，并為這些軟件提供一致的物性支持。如： Polymers Plus :在Aspen Plus基礎 上專門為模擬高分子聚合過程而開發的層次產品，已成功地用于聚烯燒、聚酯等過程。Aspen Dynamics :在使用Aspen Plus計算穩態過程的基礎上，轉入此軟件可接著計算動態過程。Petro Frac :專門用于煉油廠的模擬軟件。Aspen HX-NET： Aspen Plus可以為夾點技術軟件直接提供其所需要的各流段的熱焰、溫 度和壓力等參數。B-JAC/ HTFS:換熱器詳細設計（包括

8、機械計算）的軟件包，Aspen Plus可以在流程模擬工藝計算之后直接無縫集成，轉入設備設計計算。Aspen Zyqad :這是一個工程設計工作流集成平臺，可以供多種用戶環境下將概念設計、初步設計、工程設計直到設備采購、工廠操作全過程生命周期的各項 工作數據、報表及知識集成共享。Aspen Plus有接口可與之自動集成。 Aspen Online在線工具，將Aspen Plus 離線模型與DC峨裝置數據庫管理系統聯結，用實際裝置的數據，自動校核模型，并利用模型的計算結果 指導生產。（3）唯一將序貫（SM模塊和聯立方程（E。兩種算法同時包含在一個模擬工具中。序貫算法提供 了流程收斂計算的初值，采

9、用聯立方程算法，大大提高了大型流程計算的收斂速度，同時，讓以往收斂困 難的流程計算成為可能。節省了工程師計算的時間。(4)結構完整，除組分、物性、狀態方程之外，還包含以下單元操作模塊：對于氣/液系統，Aspen Plus包含：通用混合、物流分流、子物流分流和組分分割模塊。閃蒸模塊：兩相、三相和四相通用加熱器、單一的換熱器、嚴格的管殼式換熱器、多股物流的熱交換器。液液單級傾析器基于收率的、化學計量系數和平衡反應器，連續攪拌釜、柱塞流、間歇及排放間歇反應器，單級和多級壓縮和透平，物流放大、拷貝、選擇和傳遞模塊壓力釋放計算，精微模型簡捷精微嚴格多級精儲多塔模型石油煉制分儲塔板式塔、散堆和規整填料塔的

10、設計和校核。對于固體系統，Aspen Plus包含：文丘里滌氣器、靜電除塵器、纖維過濾器、篩選器、旋風分離器、水力旋風分離器、離心過濾器、轉鼓過濾器、固體洗滌器、逆流傾析器、連續結晶器等。(5)模型/流程分析功能：Aspen Plus提供一套功能強大的模型分析工具，最大化工藝模型的效益：收斂分析：自動分析和建議優化的撕裂物流、流程收斂方法和計算順序，即使是巨大的具有多個物流和信息循環的流程，收斂分析非常方便。calculator models 計算模式：包含在線 FORTRAN口 Excel模型界面。靈敏度分析：非常方便地用表格和圖形表示工藝參數隨設備規定和操作條件的變化而變化。案例研究：用不

11、同的輸入進行多個計算，比較和分析。設計規定能力：自動計算操作條件或設備參數，滿足規定的性能目標。數據擬合：將工藝模型與真實的裝置數據進行擬合，確保精確的和有效的真實裝置模型。優化功能：確定裝置操作條件，最大化任何規定的目標，如收率、能耗、物流純度和工藝經濟條件。Aspen Plus 功能Aspen Plus軟件具有以下幾種功能：工程工作流：Aspen Plus在整個工藝生命周期，優化工程工作流?；貧w實驗數據：用簡單的設備模型，初步設計流程用詳細的設備模型，嚴格地計算物料和能量平衡，確定主要設備的大小在線優化完整的工藝裝置。Aspen Plus offline and Aspen RT-OptA

12、spen Plus 根據模型的復雜程度，支持規模工作流?？梢詮暮唵蔚?、單一的裝置流程到巨大的、多個工程師開發和維護的整廠流程。分級模塊和模板功能是模型的開發和維護非常簡單。工程能力：Aspen Plus提供了單元操作模型到裝置流程模擬。這些模型的可靠性和增強功能已經經過20多年經驗的驗證和數以百萬計例子的證實。Aspen Plus在整個工藝裝置的從研發、工程到生產生命周期中，提供了經過驗證的巨大的經濟效益。它將穩態模型的功能帶到工程桌面，傳遞著無與倫比的模型功能和方便使用的組合。利用Aspen Plus ,公司可以設計、模擬、瓶頸診斷和管理有效益的生產裝置。3 Pro/ nPro/ n簡述Pr

13、o/ n是美國SimSci公司的產品。該軟件自 80年代進入中國后，在我國的石油 ，石化設計院得到了廣泛的應用，受到廣大用戶的好評，已成為各設計院不可或缺的主要設計工具之一，發揮出良好的效益。在得到國內石油石化設計院的認可的同時，Pro/ n軟件也得到了國內各高校和科研機構的認可，已經成為各高校化工專業和科研機構的最常用的流程模擬研究工具之一。在實用T上，Pro/ n軟件廣泛地應用于油/氣加工、煉油、化工、化學工程、建筑、聚合物、精細化工/制藥等行業，由于該軟件針對煉油化工行業的開發思路進行了擴展，Pro/ n在煉油化工行業要比其它同類軟件更具優勢.現在SimSci的計算模型已成為國際標準，公

14、司擁有一批技術專家從事售后支持，可以解答用戶遇到的疑難問題，這方面要優于其它軟件公司；說明書中有大量的實用例子；使用戶更加容易使用軟件。Pro/ n有標準的ODBC口，可同換熱器計算軟件或其它大型計算軟件相連，另外還可與 WORDEXCEL數據庫相連，計算結果可在多種方式下輸出。Pro/ n功能特點適用的行業：油/氣加工、煉油、化工、化學、工程和建筑、聚合物、精細化工 /制藥；模擬應用：設計新工藝、評估改變的裝置配置、改進現有裝置、依據環境規則進行評估和證明、消除裝置工藝瓶頸、優化和改進裝置產量和效益；Pro/ n典型的化學工藝模型：合成氨、共沸精儲和萃取精儲、結晶、脫水工藝、無機工藝、液-液

15、抽提、苯酚精儲、固體處理；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）、鏈增長聚合、聚酯、酰胺-尼龍6,尼龍6/6 ,尼龍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）；煉油：原油預熱、常壓蒸儲、減壓塔、FCC主分儲塔、焦碳塔、氣體裝置、汽油穩定、石腦油分離和氣提、反應精儲、變換和甲烷化反應器、酸水分離器、硫和HF酸烷基化、脫異丁烷塔；化工：乙烯分離塔、 C3分離塔、芳煌分離塔、環己烷裝置、MTBE離制造廠、蔡轉化、烯燒生產、氧化生產、丙烯氯化；氣體加工：胺脫硫、多級冷凍、壓縮機組、脫乙烷塔和脫甲烷

16、塔、膨脹裝置、氣體脫氫、水合物生成/抑制、多級、平臺操作、冷凍回路、透平膨脹機優化制藥：間歇精儲、間歇反應；般化的閃蒸模型：閃蒸、閥、壓縮機/膨脹機、泵、管線、混合器 /分離器;精微模型：Inside/out , SURE CHEMDISTT法、兩/三相精儲、四個處值估算器、電解質、反應精儲和間歇精微、簡捷模型、液 -液抽提、填料塔的設計和核算、塔板的設計和核算、熱虹吸再沸器；換熱器模型：管殼式、簡單式和LNG換熱器、區域分析、加熱/冷卻曲線；反應器模型：轉化和平衡反應、活塞流反應器、連續攪拌罐式反應器、在線FORTRAN應動力學、吉布斯自由能最小、變換和甲烷化反應器、沸騰釜式反應器、 Pro

17、fimatics 重整和加氫器模型界面、間歇 反應器；聚合物模型：連續攪拌釜反應器、活塞流反應器、擦膜蒸發器；固體模型：結晶器/溶解器、逆流傾析器、離心分離器、旋轉過濾器、干燥器、固體分離器、旋風分離器；組分數據庫：2000多純組分庫、以 DIPPR為基礎的庫、固體性質、1900多組分/種類電解質庫、非庫 組分、虛擬組分和性質化驗描述、 用戶庫、根據結構確定性質、 多個化驗混合、用于聚合物的 Van Krevelen 方法；混合物數據：用于3000多VLE二元作用在線二元參數、 用于300多LLE二元作用在線二元參數、2200 在線共沸混合物用于參數估算、專用數據包、酒精脫水、天然氣脫水、帶有

18、三乙烯乙二醇、來自GPA(GPSWAT) 的酸水包、氣體和液體氨處理、硫醇等。4 HYSYSHYSYS簡述HYSYS軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司加拿大的Hyprotech開發的大型專家系統軟件，2002年7月該公司成為 AspenTech公司的一部分。HYSYSt件分動態和穩態兩大部分。其動態和穩態主要 用于油田地面工程建設設計和石油石化煉油工程設計計算分析。其動態部分可用于指揮原油生產和儲運系 統的運行。對于油田地面建設該軟件可以解決油田地面工程建設和石油石化煉油方面的問題。HYSY歌件功能HYSY裁件與同類軟件相比具有非常好的操作界面，方便易學，軟件智能化程度高。HYSYSb于使

19、用了面向目標的新一代編程工具，使集成式的工程模擬軟件成為現實。在這種集成系統中，流程、單元操作是互相獨立的、流程只是各種單元操作這種目標的集合，單元操作之間靠流程中的物 流進行聯系。在工程設計中穩態和動態使用的是同一個目標，然后共享目標的數據，不需進行數據傳遞。 因此在這種最先進且易于使用的系統中用戶能夠得到最大的效益。hysYe系統中設有人工智能系統，它在所有過程中都能發揮非常重要的作用。當輸入的數據能滿足 系統計算要求時，人工智能系統會驅動系統自動計算。當數據輸入發生錯誤時，該系統會告訴你哪里出了 問題。HYSY裁件中含有數據回歸包和嚴格物性計算包。數據回歸包提供了強有力的回歸工具。用實驗

20、數據 或庫中的標準數據通過該工具用戶可得到給、氣液平衡常數K的數學回歸方程（方程的形式可自定）。用回歸公式可以提高運算速度，在特定的條件下還可使計算精度提高。嚴格物性計算包的功能強大，它的基礎 數據也是來源于世界富有盛名的物性數據系統，并經過Hyprotech公司的嚴格校驗。這些數據包括20,000個交互作用參數和 4,500多個純物質數據。此外，HYSY裁件還有功能強大的物性預測系統，DCSg 口，事件驅動，參數優化器，窄點分析工具，方案分析工具，各種塔板的水力學計算和任意塔的計算等功能并且提供了附加模塊。5 ChemCADChemCA漪述ChemCADb由Chemstations公司推出的

21、一款極具應用和推廣價值的軟件，它主要用于化工生產方面的工藝開發、優化設計和技術改造。由于ChemCAD置的專家系統數據庫集成了多個方面且非常詳盡的數據， 使得ChemCAD1以應用于化工生產的諸多領域，而且隨著Chemstations公司的深入開發，ChemCAD）應用領域還將不斷拓展。ChemCA助能ChemCAD）應用范圍包含了化學工業細分出來的多個方面，如煉油、石化、氣體、氣電共生、工業安 全、特化、制藥、生化、污染防治、清潔生產等。它可以對這些領域中的工藝過程進行計算機模擬并為實 際生產提供參考和指導。ChemCAD置了功能強大的標準物性數據庫，它以AIChE的DIPPR數據庫為基礎，

22、加上電解質共約2000多種純物質，并允許用戶添加多達2000個組分到數據庫中，可以定義煌類虛擬組分用于煉油計算，也可以通過中立文件嵌入物性數據，從版開始還提供了200多種原油的評價數據庫，是工程技術人員用來對連續操作單元進行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。使用它，可以在計算機上建立和現場裝置吻合的數 據模型，并通過運算模擬裝置的穩態和動態運行，為工藝開發、工程設計以及優化操作提供理論指導。在工程設計中，無論是建立一個新廠或是對老廠進行改造，ChemCA郵可以用來選擇方案，研究非設計工況的操作以及工廠處理原料范圍的靈活性。工藝設計模擬研究不僅可以避免工廠設備交付前的費用估算 錯誤，還可用模擬模

23、型來優化工藝設計，同時通過一系列的工況研究，來確保工廠能在較大范圍的操作條 件內良好運行。即使是在工程設計的最初階段，也可用這個模型來估計工藝條件變化對整個裝置性能的影 響。對于老廠,由ChemCA建立的模型可作為工程技術人員用來改進工廠操作以提高產量產率、減少能量 消耗、降低生產成本的有力工具?？赡M確定操作條件的變化以適應原料、產品要求和環境條件的變化，也可模擬研究工廠合理化方案以消除“瓶頸”問題，或模擬采用先進技術改善工廠狀況的可行性，如采用改進的催化劑、新溶劑或新的工藝過程操作單元。ChemCA由可用模擬研究工廠合理化方案以消除“瓶頸”問題，或采用先進技術改善工廠狀況的可行 性，如采用

24、改進的催化劑、新溶劑或新的工藝過程操作單元。ChemCA提供了大量的操作單元供用戶選擇，使用這些操作單元，基本能夠滿足一般化工廠的需要。對反應器和分離塔，提供了多種計算方法。ChemCA而可以模擬多種單元操作。ChemCAM以將每個單元操作組織起來，形成整個車間或全廠的流程圖，進而完成整個模擬計算。在熱力學選項方面，ChemCA提供了大量的最新的熱平衡和相平衡的計算方法，包含39種K值計算方法、13種始計算方法。這些計算方法可以應用于天然氣加工廠、煉油廠以及石油化工廠，可以處理直鏈煌 以及電解質、鹽、胺、酸水等特殊系統。它的熱力學數據庫收錄有 8000多對二元交互作用參數供NRTb UNIQU

25、ACMARGULEWILSONS VANLAAR活度系數方法來使用。也可以采用ChemCA提供的回歸功能回歸二元交互作用參數。此外， ChemCA提供了熱力學專家系統幫助用戶選擇合適的K值和始值計算方法。ChemCAIDT以處理多相系統，也可以考慮汽相締合的影響。ChemCA南處理固體功能。對含氫系統，ChemCA東用一種特殊方法進行處理，可以可靠預測含氫混合物的反常泡點現象。ChemCA提供了標準、共享、用戶三種組分數據庫，允許用戶添加多達2000個組分到數據庫中，可以定義煌類虛擬組分用于煉油計算，也可以通過中立文件嵌入物性數據。ChemCA跡具有容易使用、高度集成、界面友好等特點。Chem

26、CA擲有最短的學習曲線。6其它軟件HTFSHTFS原是英國AEA工程咨詢公司的一個子公司，1997年AEA公司和加拿大 Hyprotech公司合并，Hyprotech成為AEA的一個子公司，原HTFS公司由Hyprotech接管、合并。HTFS系歹U軟件創始于 1967年，在世界同行業中始終處于領先地位，具有30多年的發展史。HTFS2001 中共 7 個部分：ACOL , TASC , FRAN , APLE , MUSE, FIHR , PIPE 。是一個功能非常強 大空冷計算程序，可以模擬光管或翅片管束，管外界質可以是空氣或其他氣體?？梢阅M計算以下系統： 空冷，煙氣余熱回收系統、空調系

27、統、空氣除濕系統、制冷系統等。是世界上非常優秀的管殼式換熱器軟 件，早在80年代初就已進入中國。原會員用戶遍及化工及石化業。以計算準確性和工程實用性而聞名。新一代的TASM能更強，將所有管殼式換熱器集為一體，將傳熱和機械強度計算融為一體。可用于多組 分，多相流冷凝器，罐式重沸器、降液膜蒸發器，多臺換熱器組等。并提供管束排列圖。是水加熱器模擬 計算軟件，板式換熱器設計及校核軟件擬計算軟件，板翅式換熱器模擬計算軟件，加熱爐模擬計算軟件， 工藝管線模擬計算軟件。WinSim DESIGN IIWinSim DESIGN II是由WinSim Inc.公司開發的過程模擬軟件，可以為碳化氫及學石化產品及

28、天然氣 制程，天然氣的管道注入，氨水，甲醇，氫氣設備提供了嚴格的制程模擬。它是在 windows環境下開發的 第一款過程模擬軟件。經過二十九年的開發和改進，DESIGNII已經成為流程模擬變革的先驅。許多DESIGNII的革新，如在線 FORTRAN嚴格塔計算，均已確立了流程模擬的標準。由此， ESIGN II就成了 WinSim DESIGN II的基礎。DESIGN II是強大的流程模擬計算工程，它可以為大量的管線和單元操作做熱量平衡 和物料平衡。DESIGNII的簡便而精確的模塊，使工藝工程師把注意力集中在工程上而不是計算機操作上。WinSim DESIGN II提供自由格式文字窗口，只需要很少量的輸入數據和DESIGN II命令。DESIGN II提供了一些先進的特性如：熱交換器和分離器的核算及設計計算。WinSim DESIGNII包括了 879種純組分的數據庫以及直到 C20的絕大部分碳氫化。也包括了 38種已知特性的世界原油數據。WinSim DESIGNII應用于物性，兩相管線模型，膨脹機和解吸油裝置，乙二醇裝置，胺吸收裝置，采 油和運輸，嚴格油品塔模型，熱交換器的設計與核算分離器的設計與核算