计算机模拟在化工设计中的应用研究

2022-09-10

前言

所谓的流程模拟, 事实上是计算机软件的一种, 这类软件普遍具有很强的综合性, 主要应用于工程设计, 其主要流程大体上包括整个系统软件的开发、系统的模拟放大、系统的整体设计与规划、系统设计方案上的具体分析以及整个软件的设计流程等。将流程模拟应用于化工领域中, 能够发挥其计算严谨、操作精确等优势, 还能够将系统完整的流程做出准确科学的分析与计算, 对化工领域的发展来说, 有着重大的积极意义。

1 化工流程模拟软件的国内外发展

早在半个世纪以前, 化工流程模拟软件便已经在化工领域内有所发展, 大体上讲, 主要由物性数据库等五个大部分组成。如今该软件已经由传统的辅助应用发展为当前的综合性应用, 并逐渐成为化工行业中比较核心的关键技术。国外的化工流程模拟系统最早诞生于上个世纪五十年代的美国, 最早一代名为Flexible Flow-Sheet, 历经三代的发展与改善, 其性能与功能都得到了很大发展, 如今已经成为化工行业必不可少的重要系统[1]。相比来讲, 我国的化工流程模拟系统发展相对较晚, 上个世纪八十年代中叶, 才开发出我国的第一代化工模拟系统, 名为ECSS, 在此之后, 新型软件CCSOS诞生, 为我国化工业的发展做出了巨大贡献。

2 化工流程模拟软件的主要类型

(1) Aspen Plus是美国在上个世纪七十年代中叶开发出来的第三代模拟软件, 发展至今, 已经衍生出十几种不同的版本, 在化工领域内, 该软件是迄今为止世界上规模最大的模拟系统。该系统拥有相当大的热力学函数以及物性数据库, 能够掌控全世界最健全的气液与液液之间的平衡数据, 并能够模拟任意组分系统, 精确分析其所涉及到的相关数据。当前, 相关领域对Aspen Plus的研究也越来越多, 其优势也日益显现出来, 在化工模拟中的地位也越发重要, 甚至能够标志整个化工模拟在未来的发展方向。

(2) Chem CAD是一套系列软件, 最早诞生于美国, 研发该软件的主要目的是针对石油工业、石油化工、制药工程等相关领域, 对其进行工艺过程方面的模拟计算, 对于相关的技术操作人员来说, 该软件能够帮助其进行物料以及能量等方面的平衡核算。Chem CAD软件具有为化工企业提供完整的物性数据库以及热力学的整体计算参数和相应方法, 还能够为化工行业提供所需的单元操作, 在当前条件下, 基本可以满足普通化工企业的生产需求。当前国际上使用该软件的高校大约有三百余所, 而使用该软件的企业则多达八百余家[2]。

(3) PRO/Ⅱ软件同样最早诞生于美国, 是一种具有通用性的大型软件系统, 该系统也同样拥有健全的物性数据库以及热力学计算配备, 在化工流程应用中, 能够完成物性计算、资金评估、经济衡量、稳态模拟以及相关的其他形式计算, 与此同时, 该软件还能够对化工企业的整个生产过程, 包括化工生产的阀门管道以及相对复杂的分离反映装置进行模拟。当前已经广泛应用于世界范围内的化学工业、炼油工业、油气加工工业以及制药等行业中, 能够起到降低成本、节省能源、提升生产效益的作用。

(4) HYSYS是一种大型专家系统软件, 其主要作用是将工程软件的应用广度大幅度开拓, 具体来讲, HYSYS软件能够大体上分为两大部分, 分别为动态部分与稳态部分, 基本上主要应用于地面石油油田的相关建设以及石油炼化过程的设计与分析。其中, 该软件的动态模拟部分与其他软件相比具备一定的优势, 主要表现于能够准确科学的对石油原油进行开采及运输, 保障系统能够保持正常良好的运行状态, 并能够做到在线及时发现问题与对问题及时进行处理[3]。该软件还可以与化工系统内部的DCS控制系统相互连接, 以实现整个生产过程的最佳状态。

(5) DESIGNⅡ软件的最大特征表现于该软件是在Windows条件下进行开发的, 能够实现数量相对较大的单元与管理方面的相关操作, 还能够进行物料和热量等方面的平衡计算。相较于传统化工流程模拟软件, 该软件的组成模块更加简单, 也更加精确, 操作界面也更加系统化。经过近三十年的完善与革新, DESIGNⅡ软件当前已经是化工流程模拟软件实现变革的领航者, 在化工领域内有着重要作用。

3 化工流程模拟系统的未来发展

在未来, 化工流程模拟系统不仅能够实现动态与稳态模拟的科学结合, 完成化工领域内在线优化配置与离线装置状态分析, 还能够实现专门服务于化学工程的流程模拟系统开发, 使相应的数据结果更加精确化与专业化, 与此同时, 还能够实现流程模拟系统的智能化发展, 做到将整个化学模拟过程中从设计分析、到整合优化、再到控制管理更加系统科学化, 使化工流程模拟系统能够更好的为化学工业服务。

3 结语

模拟软件的开发需要以计算机技术为依托, 化工流程模拟系统想要在未来更好发展, 就必须要充分运用与之相关的高科技技术, 在能源问题得到广泛关注的今天, 使用化工流程模拟技术来实现整个流程的优化, 能够提升化工企业的经济效益。

摘要：随着科学技术的快速发展, 计算机信息技术也逐渐在各个领域得到普遍应用, 化工领域也涵盖其中, 利用计算机技术, 能够使化工流程的整体成本大大节约, 从而提升化工企业的经济效益。本文以化工流程模拟软件的国内外发展为研究基点, 分析化工流程模拟软件的主要类型, 并进一步展望化工流程模拟系统的未来发展。

关键词：计算机模拟,化工设计,应用