第十章

計算機在化工設計中的應用第一節常用化工設計軟件概述第二節化工流程模擬軟件一、常用化工流程模擬軟件簡介二、ASPENPLUS

三、PRO／Ⅱ第三節其他化工設計軟件一、化工裝置及系統設計軟件二、計算機繪圖軟件【學習目標】

通過本章的學習，初步掌握ASPENPLUS流程模擬軟件的特點和使用，了解ProII等其他設計軟件的特點和應用，了解化工裝置及系統設計軟件，能夠用典型的計算機繪圖軟件繪制各種工藝流程圖。第一節常用化工設計軟件概述計算機輔助化工設計主要包括物性數據檢索、計算機輔助過程設計、計算機輔助設計和計算機輔助工程設計等。表10-1常用化工設計軟件簡介軟件分類軟件名稱應用范圍主要功能流程模擬軟件ASPENPLUS穩態流程模擬，也可以做一些動態模擬。物料平衡、熱量平衡PRO／ⅡHYSYSECCS（國產軟件）CHEMCADASPENDYNAMICS&CUSTOMMODELER動態流程模擬可以進行裝置安全分析和預測、裝置操作規律的研究、安全生產指導和調優、在線優化與先進控制等。HYSYSDYNAMICS流程的組織與合成軟件PINCH夾點分析軟件基于過程綜合與集成的夾點技術的計算軟件。應用工廠現場操作數據或ASPENPLUS模擬計算的數據為輸入，設計能耗最小、操作成本最低的化工廠和煉油廠過程流程。設備分析和模擬軟件FRI塔器水力學計算軟件塔設計、校核計算等PFR加熱爐模擬軟件包括通用加熱爐、烴蒸氣轉化爐、裂解爐等傳熱計算軟件包。ANSYS非線性動態和靜態有限元分析包括計算流體功能SW6鋼制壓力容器、管殼式換熱器、塔設計計算軟件采用國標ASPENB-JAC管殼式換熱器設計符合ASME、TEMA標準VESSEL容器設計、局部應力分析符合ASME標準系統專業軟件SINET工藝系統和設備尺寸選型計算及管網設計軟件設計管線和管網系統尺寸和工藝設備尺寸PIPENET管路設計系統軟件解決管網內流場穩態和動態水力計算。并有專門針對消防系統設計開發的模擬軟件。PIPEPHASE精確模擬穩態多相流程軟件應用于油氣管路網絡和管路系統VisualFLOW泄壓系統的模擬計算與設計從簡單的火炬泄壓閥核算到設計最復雜的泄壓系統INPLANT管網水力學計算嚴格穩態模擬程序用來設計，核算和分析裝置管線ASPENFIareNet火炬管網穩態模擬計算可以完成單一或多重火炬系統的穩態設計、計算以及消除瓶頸安全環保專業軟件ADMS大氣擴散模擬軟件CADNA／A環境噪聲模擬軟件DNVSAFETI&LEAK安全分析評估軟件SAFETI是世界上著名的定量風險分析QRA的標準，LEAK軟件是收集完整的事故發生頻率的專家系統與數據庫，其計算結果提供給SAFETI進行風險分析。經濟分析與評價軟件ICARUS2000投資估算、預算和項目進度管理軟件包括工程與設備設計、工程經濟、項目控制及管理的多功能軟件，世界上知名的煉油和石化公司與工程設計公司都用此軟件作為其成本計算、投資估算預算及報價的標準。ICARUSProcessEVALUATOR（IPE）在可行性研究時即可使用，有與ASPENPLUS、PRO/Ⅱ等大型工藝流程模擬軟件的接口。ICARUSProjectManager（IPM）在詳細設計初期使用，較適用于煉油廠和石化工廠的改造或較小的項目。ASPENPIMS過程工業用的經濟計劃軟件包采用線性規劃（1inearprogramming，LP）技術來優化生產作業計劃優化、后勤及供應鏈管理、技術評價、工廠各單元規模估算及擴產研究等過程工業企業的運營計劃。工藝裝置設計軟件PDS以裝置為核心的集成化設計解決方案能夠應用于工藝、配管、儀表、結構、電氣等專業，工程師在計算機上建立完整的材料、元件及設備數據庫，。AUTOPLANT專門為針對三維工廠設計系統的詳細設計階段提供的軟件解決方案緊密整合于項目數據庫，直接和工藝流程與儀表設計系統共享工程資料。通過與全自動三維配管優化系統、全自動管路標注系統、實時漫游模擬系統、工廠知識管理系統等的相互補充，提供了針對工廠全生命周期的集成軟件解決方案。第二節化工流程模擬軟件一、常用化工流程模擬軟件簡介二、ASPENPLUS1976年美國能源部在麻省理工學院（MIT）組織，由MIT主持，聯合50多個工業公司、政府部門和高等院校共同參與開發了ASPEN模擬系統。ASPENPLUS是目前最為流行的大型通用穩態模擬系統之一，是舉世公認的標準大型流程模擬軟件，也是目前國際上功能最強的商品化流程模擬軟件。官方網站：http：//www．AspenTech．com。RunIDToolBarTitleBarMenuBarSelectModebuttonModelLibraryModelMenuTabsProcessFlowsheetWindowNextButtonStatusArea圖10-1ASPENPLUS用戶界面㈠ASPENPLUS主要特性①ASPENPLUS有一個公認的跟蹤記錄，在一個工藝過程的制造的整個生命周期中提供巨大的經濟效益，制造生命周期包括從研究與開發經過工程到生產。②ASPENPLUS使用最新的軟件工程技術通過它的MicrosoftWindows圖形界面和交互式客戶-服務器模擬結構，使得工程生產力最大。③ASPENPLUS擁有精確模擬范圍廣泛的實際應用所需的工程能力，這些實際應用包括從煉油到非理想化學系統到含電解質和固體的工藝過程。④ASPENPLUS是AspenTech的集成聰明制造系統技術的一個核心部分，該技術能在整個過程工程基本設施范圍內捕獲過程專業知識并充分利用。⑤在實際應用中，ASPENPLUS可以幫助工程師解決快速閃蒸計算、設計一個新的工藝過程、查找一個原油加工裝置的故障或者優化一個乙烯全裝置的操作等工程和操作的關鍵問題。㈡ASPENPLUS主要功能及運行方法⑴Windows交互性界面：界面包括工藝流程圖形視圖，輸入數據瀏覽視圖，獨特的“NEXT”專家向導系統，來引導用戶進行完整的、一致的流程的定義。⑵圖形向導：幫助用戶很容易地把模擬結果創建成圖形顯示。⑶EO模型：方程模型有著先進參數管理和整個模擬的靈敏分析或者是模擬特定部分的分析。序貫模塊法和面向方程的解決技術允許用戶模擬多嵌套流程。ASPENPLUS流程模擬軟件主要功能：⑷ActiveX（OLEAutomation）控件：可以和微軟Excel和VisualBasic方便的連接，支持OLE（對象鏈接與嵌入）功能。⑸全面的單元操作：包括氣/液，氣/液/液，固體系統和用戶模型。⑹ACMModelExport選項：用戶可以在AspenCustomModeler（ACM）創建模擬模型和編譯。⑺熱力學物性：內置數據庫包含有8500種組分物性數據，包括有機物，無機物，水合物和鹽類；還有4000種二元混合物的37,000組二元交互數據。利用Aspenplus可進行物性分析、物性估計、物性數據回歸。⑻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。⑼Calculatormodels計算模式：包含ad-hoc計算與內嵌的FORTRAN和Excel模型接口。⑽靈敏度分析：靈敏度分析功能在DataBrowser頁面下的SensitivityForm表單中設定，其目的是測定某個變量對目標值的影響程度。分別定義分析變量（Sampledvariables）和操縱變量（Manipulatedvariables），設定操縱變量的變化范圍，即可執行靈敏度分析。⑾案例研究：用不同的輸入進行多個模擬，比較和分析。

⑿DesignSpecification功能：自動計算操作條件或設備參數，滿足指定的性能目標。⒀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。⒁優化功能：確定裝置操作條件，最大化任何規定的目標。⒂開放的環境：可以很容易地和內部產品互相整合，或者是第三方軟件。⒃詳細的換熱器設計和核算。⒄Heatx使Aspenplus具有與下面兩個軟件的接口：軟件1：TASC/AspenHetrantheAspenB-JACandHTFS（管殼式換熱器設計，multitude換熱器，套管換熱器）；軟件2：ACOL/AspenAerotrantheAspenB-JACandHTFS（空冷器設計）。ASPENPLUS基本流程模擬主要運行方法

①定義流程②規定全局計算信息③規定組分④選擇物性方法⑤規定物流⑥單元操作模型的參數設置⑦運行模擬程序，生成報告。例10.1：常壓操作連續篩板精餾塔設計，設計參數如下：進料組份：水63.2%、甲醇38.6%（質量分率）；處理量：水甲醇混合液55t/h；進料熱狀態：飽和液相進料；進料壓力：125kPa；操作壓力：110kPa；單板壓降：≤0.7kPa；塔頂餾出液：甲醇量大于99.5%（質量分率）塔底釜液：水量大于99.5%；（質量分率）。回流比：自選；全塔效率：ET=52%熱源：低壓飽和水蒸汽；我們通過這個實例學習AspenPlus精餾模擬應用。設計任務：確定理論塔板數、確定合適的回流比。本例選擇DSTWU簡捷精餾計算模型。

表10-3DSTWU規定與估算內容規定目的其他結果輕重關鍵組分的回收率最小回流比和最小理論級數進料位置、冷凝器、再沸器的熱負荷。理論級數必需回流比回流比必需理論級數解：1、定義模擬流程

1）創建精餾塔模塊圖10-2模型庫窗口圖10-3DSTWU模型下的三個等效模塊圖10-4

精餾塔模型2）繪制物流圖10-5選擇流股類型結果圖10-6繪制物流

3）模塊和物流命名圖10-7模塊和物流命名

2、模擬設置圖10-8初始化設置頁面1）定義數據輸入輸出單位2）定義用戶與工程信息圖10-9Accounting選擇項卡頁面3、定義組份圖10-10進料參數輸入頁面圖10-11find工具的查找結果圖10-12定義組分結果4、確定物性計算方法圖10-13特性方法選擇頁面圖10-14確定物性計算方法5、定義流股條件圖10-15定義每個組分流量或分率6、定義單元模型圖10-16定義冷凝器類型7、模擬計算與結果查看圖10-17運行信息顯示頁圖10-18運行結果顯示頁圖10-19計算結果顯示頁8、靈敏度分析圖10-20靈敏度分析窗口a.建立新靈敏度分析任務圖10-21建立新靈敏度分析任務名稱對話框

圖10-22靈敏度分析任務窗口

b.定義測量變量（Define）圖10-23變量輸入對話框

圖10-24定義變量N的屬性

圖10-25定義后的窗口圖10-26定義結果窗口c.定義操作變量（Vary）圖10-27定義操作變量d、定義顯示結果（Tabulate）圖10-28定義顯示結果e、計算結果顯示圖10-29計算結果顯示2）圖形顯示圖10-30N-R曲線圖圖10-31編輯坐標屬性圖10-32N-RCURVELT圖表2)輕關鍵組分回收率對理論塔板數影響圖10-33輕關鍵組分回收率對理論塔板數影響分析的設置圖10-34輕關鍵組分回收率對理論塔板數影響分析的計算結果