華東理工大學試卷命題樣張(論文)

1、華東理工大學20152016學年第1學期油氣工程軟件應(yīng)用課程論文 2005.4班級：油氣122班 學號：10120679 姓名：鐘夏昕開課學院：化工學院 任課教師：趙曉軍 成績_論文題目：化工模擬軟件應(yīng)用與發(fā)展論文要求：1. 通過查閱大量文獻，對目前國內(nèi)外煉油化工行業(yè)軟件應(yīng)用的最新進展歸納總結(jié)； 或 2. 自命題對某套裝置進行模擬研究分析（所有結(jié)果是自己做的，而不是抄襲得到），涵蓋所模擬裝置目前國內(nèi)外模擬的進展情況。 第一種情況必須獨立完成，第二種情況可最多三人合作完成。教師評語：教師簽字： 年 月 日化工模擬軟件應(yīng)用與發(fā)展摘要：化工過程模擬與實驗研究的結(jié)合是最有效和最廉價的化工過程研究方 法

2、.可以大大節(jié)約實驗成本,加快新產(chǎn)品和新工藝的開發(fā)過程.文中綜述了化工模擬軟件的發(fā)展過程,應(yīng)用領(lǐng)域與開發(fā).對當前流行的國際國內(nèi)商業(yè)化化工過程模擬 軟件AspenPlus、ChemCAD、PRO/、HYSYS、Design 、ESCC等進行了全面的介紹.綜述了化工模擬軟件的研究開發(fā)現(xiàn)狀及以后的發(fā)展方向.根據(jù)化工模擬軟件的現(xiàn)狀對化工模擬軟件的發(fā)展趨勢進行展望。關(guān)鍵詞：Aspen Plus；流程模擬；煉油1.前言化工模擬系統(tǒng)又稱工藝流程模擬系統(tǒng)，指的是一種計算機輔助工藝設(shè)計軟件，這種軟件接受有關(guān)化工流程的輸入信息，進行對過程開發(fā)、設(shè)計或操作有用的系統(tǒng)分析計算1。它是化學工程、化工熱力學、系統(tǒng)工程、計算

3、方法以及計算機應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，是近幾十年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，這一技術(shù)已成為化學工程設(shè)計、原有工程改造優(yōu)化的強有力工具，得到世界各國重視，特別是在當今能源緊張、自然資源短缺和市場競爭激烈的背景下，人們對化工流程模擬軟件的進展、應(yīng)用和發(fā)展趨勢的關(guān)注更是與日俱增。應(yīng)用化工流程模擬軟件可以節(jié)省過去由試驗（小試與中試）探索最佳工藝工況條件所消耗的大量資金、時間和人力，該技術(shù)能夠使我們從整個系統(tǒng)的角度來認識、分析和預測生產(chǎn)中深層次的問題，進行裝置調(diào)優(yōu)、流程剖析和過程綜合，達到優(yōu)化生產(chǎn)、節(jié)約資源、環(huán)境友好和提高經(jīng)濟效益的目的2當今。化工過程模擬軟件已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于煉油，化工，制藥，化學等諸多領(lǐng)域。在

4、煉油化工方面常用的化工模擬軟件有Aspen Plus，hysys,Pro，ChemCAD，Design等，詳情見表1.1表1.1常用的煉油化工模擬軟件3軟件名公司網(wǎng)址Aspen PlusAspen TechPro Invensys Process Systemshttp:/www.simsci-HysysHyproTechChem CADChemStationsDesign WinSim2.Aspen Plus軟件介紹、特點及其應(yīng)用2.1 Aspen Plus軟件介紹Aspen plus是AspenTech公司開發(fā)的化工模擬軟件，由MIT于70年代后期研制開發(fā)，1982年由AspenTech公

5、司將其市場化，到目前為止已經(jīng)有30年的發(fā)展歷史。先后推出多個版本，不算提高和完善該軟件經(jīng)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(yīng)用案例數(shù)以百萬計。全球各大化工、石化、煉油等過程工業(yè)制造企業(yè)及著名的工程公司都是Aspen Plus的用戶。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(jīng)經(jīng)過20多年經(jīng)驗的驗證和數(shù)以百萬計例子的證實。在整個工藝裝置的從研發(fā)、工程到生產(chǎn)生命周期中，提供了經(jīng)過驗證的巨大的經(jīng)濟效益。它將穩(wěn)態(tài)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

6、，公司可以設(shè)計、模擬、瓶頸診斷和管理有效益的生產(chǎn)裝置。2.2 Aspen Plus特點Aspen具有以下特點：(1)擁有一套完整的單元操作模型，用于模擬各種操作過程，從單個操作單元到整個工藝流程的模擬。(2)具有工業(yè)上最適用而完備的物性系統(tǒng)。同時還提供靈活的數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)，使用實驗數(shù)據(jù)來求物性參數(shù)，可以回歸實際應(yīng)用中的任何類型的數(shù)據(jù)，計算任何模型參數(shù)。同時物性常數(shù)估算系統(tǒng)(PCES)能夠通過輸入分子結(jié)構(gòu)和易測性質(zhì)來估算短缺的物性參數(shù)，對于模擬流程中含有的新產(chǎn)品往往運用此功能非常有用4。利用Aspen Plus軟件提供的物性估算功能，計算發(fā)酵液中低濃度1,3-丙二醇分離的中間產(chǎn)物2-甲基-1,3-

7、二噁烷(2MD)的物性，從而模擬分離過程，確定工藝條件，得到理想的產(chǎn)物結(jié)果。(3)提供流程模擬所需的多種功能，快速而可靠地收斂流程，便于快速準確的進行流程優(yōu)化計算。(4)作工藝計算的同時進行經(jīng)濟評價，用戶能夠估算基建費用和操作費用，進行過程的技術(shù)經(jīng)濟評價。經(jīng)濟評價可以應(yīng)用于任何階段，從工藝過程的研究開發(fā)、設(shè)計、工廠建設(shè)以及工廠操作過程等。2.3 Aspen Plus在石油化工中的應(yīng)用 AspenPlus在煉油工藝設(shè)計中的應(yīng)用十分廣泛，可以對生產(chǎn)過程各個單元模塊進行模擬，基于Aspen Plus的家族產(chǎn)品還能對煉廠運營，油品供應(yīng)、貿(mào)易與分配、區(qū)域性規(guī)劃和成品油銷售提供煉廠智能整體解決方案。目前已

8、經(jīng)在煉油工藝設(shè)計中應(yīng)用 AspenPlus的有5：酮苯脫蠟裝置溶劑回收系 統(tǒng)，加氫精制裝置流程模擬，加氫裂化裝置流程模擬，催化裂化裝置分餾、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，氣體分餾裝置流程模擬，油田氣回收、穩(wěn)油穩(wěn)定裝置流程模擬，酸水汽提單塔流程，酸水汽提雙塔流程，延遲焦化裝置主分餾塔系統(tǒng)，催化重整裝置預分餾系統(tǒng)，催化重整裝置芳烴分離系統(tǒng)，催化重整裝置萃取汽提和回收系統(tǒng)，原油脫水及油氣回收等。常減壓裝置常壓蒸餾系統(tǒng)等。以Aspen Plus的嚴格模擬為基礎(chǔ)、形成了許多針對煉油化工生產(chǎn)AspenTech家族軟件 ,如1998年 AspenTech推出的煉廠智能整體解決方案包括了五個部分6，可全面提升石油企業(yè)的盈利能

9、力 ：1) 用于油氣生產(chǎn)的 Aspen Upstr；2) 用于煉廠運營的 Aspen Plantelligence；3) 用于油品供應(yīng)、貿(mào)易與分配的 Aspen PetroVantage ；4) 用于區(qū)域性規(guī)劃的 Aspen Regional Planning ；5) 用于成品油銷售的 Aspen Retail；杜彬6曾利用 AspenPlus軟件模擬揚子石化煉油 LP 和二甲基硫體系的篩板塔精餾過程通建立模型，初步分析了利用該廠低品質(zhì)蒸汽精餾脫除過程脫除 LP G( 液化石油氣 )中二甲基硫的可行性為實際工業(yè)化打下了良好礎(chǔ)。紀明山7用夾點技術(shù),通過Aspen energy analyzer,

10、對撫順石化公司石油三廠催化重整裝置中預加氫段和預分餾段的換熱網(wǎng)絡(luò)進行了能量分析,找出了用能瓶頸,并優(yōu)化設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)化后,預加氫和預分餾段的公用工程降低3757kW,節(jié)能23.5%,達到了降低公用工程用量、增加經(jīng)濟效益的目的。堵祖蔭8利用Aspen Plus軟件對汽油分餾系統(tǒng)(包括油淬冷、汽油分餾塔、裂解柴油汽提塔和裂解燃料油汽提塔)進行嚴格的模擬，并初步研究了汽油分餾塔操作條件對塔頂、柴油抽出和塔釜溫度影響，它可以作為進行該系統(tǒng)優(yōu)化，指導設(shè)計和生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)。 陳強等9以乙烯裂解汽油加氫抽提后的C8芳烴為原料，采用超精餾技術(shù)，運用Aspen Plus流程模擬軟件，通過模擬計算及優(yōu)化，得出最

11、佳的分離流程及操作條件，項目的各項技術(shù)經(jīng)濟指標較好，表明C8芳烴分離工藝采用超精餾技術(shù)在技術(shù)經(jīng)濟上是可行的。 AspenTech的煉廠智能工簡略模型見圖2.1 圖 2.1 AspenTech的煉廠智能工廠簡略模型3.Hysys特點及其應(yīng)用Hysys軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司加拿大Hyprotech公司開發(fā)的大型專家系統(tǒng)軟件。該軟件分動態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩大部分。其動態(tài)和穩(wěn)態(tài)主要用于油田地面工程建設(shè)設(shè)計和石油石化煉油工程設(shè)計計算分析10。其動態(tài)部分可用于指揮原油生產(chǎn)和儲運系統(tǒng)的運行。Hysys在油氣工程領(lǐng)域具有極高的精度和準確性。它在世界范圍內(nèi)石油化工模擬、仿真技術(shù)領(lǐng)域占主導地位。Hyprot

12、ech已有17000多家用戶，遍布80多個國家，其注冊用戶數(shù)目超過世界上任何一家過程模擬軟件公司。目前世界各大主要石油化工公司都在使用Hyprotech的產(chǎn)品，包括世界上名列前茅的前15家石油和天然氣公司，前15家石油煉制公司中的14家和前15家化學制品公司中的13家。2002年美國AspenTech公司將Hyprotech公司收購，Hysys就是AspenTech公司旗下產(chǎn)品了，2004美國Honeywell公司從AspenTech公司買下Hysys軟件的產(chǎn)權(quán)。Hysys2004為AspenOne的一部分，是Aspen買了Hysys后推出的第一個版本。3.1 Hysys特點 （1）最先進的集

13、成式工程環(huán)境：Hysys使用了面向目標的新一代編程工具，使其成為一款集成式工程模擬軟件，集成式的工程環(huán)境使人們能在一個模擬環(huán)境中將流程分為若干個子流程，可大可小。這種集成環(huán)境的獨到之處是子流程、主流程之間的數(shù)據(jù)是相互共享的，不須傳遞 。 （2）強大的動態(tài)模擬功能：根據(jù)化工流程模擬結(jié)果的不同，可以將流程模擬分為穩(wěn)態(tài)模擬和動態(tài)模擬?；ち鞒棠M開發(fā)最早是從穩(wěn)態(tài)模擬開始的，穩(wěn)態(tài)模擬的過程對象是輸入輸出關(guān)系，不隨時間的推移而變化，而實際生產(chǎn)過程中不可能出現(xiàn)理想的穩(wěn)態(tài)，在實際生產(chǎn)過程中，過程參數(shù)會不停地產(chǎn)生波動，最理想的狀態(tài)也是一種動態(tài)的平衡，因此，動態(tài)模擬就需要被開發(fā)出來以描述這種動態(tài)狀況。Hysys

14、最大的優(yōu)勢便是動態(tài)模擬功能，Hysys的動態(tài)模擬是建立在原有穩(wěn)態(tài)流程模擬收斂的基礎(chǔ)上，首先定義單元操作的動態(tài)數(shù)據(jù)(如分離器的幾何尺寸、液位高度等)并且安裝控制儀表，然后就可以進入動態(tài)模擬。在動態(tài)模擬過程中，可以隨時調(diào)整溫度、壓力等各種工藝變量，觀察它們對產(chǎn)品的影響以及變化規(guī)律。還可以隨時停下來，轉(zhuǎn)回靜態(tài)。由于動態(tài)和靜態(tài)是相同對象的共享，所以動靜之間的轉(zhuǎn)換非常容易。HYSYS提供PI控制器、傳遞函數(shù)發(fā)生器、數(shù)控開關(guān)、變量計算表等進行動態(tài)模擬的控制單元。PID控制器可完成對任何變量的控制。 （3）DCS接口。HYSYS通過動態(tài)鏈接庫DLL與DCS控制系統(tǒng)鏈接。裝置的DCS數(shù)據(jù)可以進入HYSYS，而

15、HYSYS的工藝參數(shù)也可以傳回裝置。通過這種技術(shù)可以實現(xiàn);在線優(yōu)化控制;生產(chǎn)指導;生產(chǎn)培訓;儀表設(shè)計系統(tǒng)的離線調(diào)試。3.2 Hysys在煉油化工方面的應(yīng)用： 1）常減壓系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化；2）FCC主分餾塔設(shè)計、優(yōu)化；3）氣體裝置設(shè)計與優(yōu)化；4）汽油穩(wěn)定、石腦油分離和氣提、反應(yīng)精餾、變換和甲烷化反應(yīng)器、酸水分離器、硫和氫氟酸烷基化、脫異丁烷塔等設(shè)計與優(yōu)化；5）在氣體處理方面：可完成：胺脫硫、多級冷凍、壓縮機組、脫乙烷塔和脫甲烷塔、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(yōu)化。4.ChemCAD的特點及應(yīng)用 ChemCAD是美國Chemstations公司開發(fā)的全

16、流程化工流程模擬軟件，主要用于對化學和石油工業(yè)、煉油、油氣加工等領(lǐng)域中的工藝過程進行計算機模擬11，化工過程的工藝開發(fā)、工程設(shè)計、優(yōu)化操作和技術(shù)改造模擬12,是工程技術(shù)人員用來對連續(xù)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與現(xiàn)場裝置吻合的數(shù)據(jù)模型，并通過運算模擬裝置的穩(wěn)態(tài)或動態(tài)運行，為工藝開發(fā)、工程設(shè)計以及優(yōu)化操作提供理論指導。 4.1 ChemCAD特點 1）物性方法選擇豐富：ChemCAD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種焓計算方法。這些計算方法可以應(yīng)用于天然氣加工廠、煉油廠以及石油化工廠，可以處理直鏈烴以及電解質(zhì)、鹽

17、、胺、酸水等特殊系統(tǒng)；2）完備的單元操作設(shè)備：提供了5O多個操作單元供用戶選擇13，可以滿足不同設(shè)計方面的需要，是用于物料平衡和能量平衡核算的有力工具；為工藝開發(fā)、工程設(shè)計以及優(yōu)化操作提供理論指導，設(shè)計更有效的新工藝，讓效益最大化。3）強大的計算和分析功能：同Aspen Plus一樣，ChemCAD也具有先進的靈敏度分析功能、先進的優(yōu)化功能。ChemCAD可以求解幾乎所有的單元操作，對非常復雜的循環(huán)回路也可以輕松處理。4）相對于AspenPlus等軟件安裝方便，學習周期短。4.2 ChemCAD應(yīng)用 王小光等14利ChemCAD，應(yīng)用Tower Plus模塊，采用GraysonStreed熱力

18、學模型，繪制了原油實沸點曲線。建立了石油分離過程模擬流程。考察了設(shè)備參數(shù)和操作條件。模擬了精餾塔內(nèi)的溫度分布及塔內(nèi)汽液相流量分布。在模擬的基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，減少了實際操作的盲目性，降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。模擬結(jié)果對工業(yè)過程的設(shè)計和改造具有一定的指導意義。 李俊杰等15利用ChemCAD對油漆回收裝置進行優(yōu)化建模，模擬不同氣相條件下的最小液相需求量，優(yōu)化設(shè)計出最佳參數(shù)，從而降低整個裝置的能耗。5.總結(jié)ASPEN PLUS模擬軟件在化工生產(chǎn)過程中的精餾、蒸餾、吸收等常規(guī)單元操作裝置設(shè)計開發(fā)和應(yīng)用上已經(jīng)取得顯著成果，并取得了運用模擬解決實際生產(chǎn)中遇到的問題及為節(jié)能降耗進行的工藝設(shè)備

19、改進的經(jīng)驗。化工是一個復雜龐大的系統(tǒng)，針對一些復雜工藝操作過程往往很難單一的利用ASPEN模擬軟件準確模擬工藝過程，應(yīng)尋求與其他軟件結(jié)合起來達到最佳的模擬優(yōu)化效果。同時以后應(yīng)進一步擴大應(yīng)用范圍結(jié)合工程設(shè)計做更深入的開發(fā)和應(yīng)用，特別是將裝置設(shè)計、工藝操作、基礎(chǔ)建設(shè)成本投資、經(jīng)濟評價及效益分析結(jié)合起來，使ASPEN PLUS在工程應(yīng)用中更加有效地發(fā)揮其功能。 當下，在煉油化工領(lǐng)域，流程模擬這種少投入高產(chǎn)出的手段已經(jīng)成為相關(guān)煉油化工領(lǐng)域，流程模擬這種少投入高產(chǎn)出的手段已經(jīng)成為相關(guān) 企業(yè)生產(chǎn)方法。大數(shù)據(jù)時代的到來使得我們便地收集整合生產(chǎn)材料信息為模擬軟件奠定了扎方法。大數(shù)據(jù)時代的到來使得我們便地收集整

20、合生產(chǎn)材料信息為模擬軟件奠定了扎實的基礎(chǔ)，同時化工模擬軟件領(lǐng)域的激烈競爭使得各大流程產(chǎn)品不斷升級，功能不 斷完善。流程模擬軟件的發(fā)展將不僅限制單元操作，斷完善。流程模擬軟件的發(fā)展將不僅限制單元操作，而是越來多的趨向于整體規(guī)劃與調(diào)度，從而實現(xiàn)煉油廠和生產(chǎn)裝置的企業(yè)組織集約化、管理精細對市場 反應(yīng)敏捷，從而獲取更大的利潤。當然，從而獲取更大的利潤。當然，化工模擬軟件的發(fā)展也必將越地以人為本，在發(fā)展其強大功能的同時，用戶界面的易性，與其他軟件和設(shè)備的兼容性發(fā)展將是大勢所趨。參考文獻1 腎家瑞，化工模擬系統(tǒng)J.天津化工，2002 17（4）：42-432 楊家輝 ,化工流程模擬技術(shù)及應(yīng)用J.山東化工，2008 37（8）：35-383 孫紅先，趙聽友，蔡冠梁，化工模擬軟件的應(yīng)用與開發(fā)J.計算機與應(yīng)用化學，2007，24（9）：1285-12884 趙瑩 . ASPEN PLUS 軟件特點及其在煉油工藝設(shè)計中的應(yīng)用 J. 計算機與應(yīng) 用化學 , 1987,3: 001.5 李鴻亮， 王長明， 張紅華 .