计算机模拟软件在化工设计中的应用

代恩东

摘 要：在化工领域中，应用计算机模拟软件，不仅能够促进化工设计严谨性和系统操作精准程度的提升，还有利于科学合理地进行系统流程的计算与分析，可在一定程度上推动化工行业的发展进步。本文对计算机模拟软件在化工设计中的应用进行探讨。

关键词：计算机模拟;化工设计;信息技术

1 化工流程模拟软件的国内外发展现状

在50年以前，化工流程模拟软件已经被广泛应用于化工领域，且不断发展进步。当前，這一软件已经逐渐由传统辅助向综合性应用领域发展， 已经成为促进化工行业竞争力和核心技术发展的关键内容。国外化工流程模拟系统最早产生于 1950 年，最早起源于美国，已经成为最早一代的Flexible Flow-Sheel，并经过三代历程不断进步，性能获得了质的飞跃。当前，化工行业中应用计算机模拟软件已经成为重要的内容。与之相比较， 我国化工流程模拟系统的起步相对比较晚，自 1980 年中期以后，我国第一代化工模拟系统被开发，并将其命名为 ECSS，此后，新型的模拟系统也不断出现，其主要命名为 CCSOS，在一定程度上推动了我国化工产业的发展进步[1]。

2 化工项目在设计过程中的主体性质及其设计特征

2.1 主要内容

2.1.1 工艺设计

相关的设计师和技术人员在研究和分析了工业生产过程中的各种化学反应，同时，要从理论的角度针对实际情况做出分析。例如，在研究和设计采用煤制乙醇的工艺时，我们应当对当地的煤炭资源类型、组成，当地的气候和条件，以及当地的煤炭冶金和炼制锅炉等各种影响因素都进行合理的评定，同时，要有效解决设计中可能存在的各种影响因素，并且，设计中我们还要严格遵循现代化学原则，根据实际的生产经营过程的需要对其所使用的设备、环境、条件等因素进行了确定，完成针对性整个工艺流程科学性的设计。

2.1.2 工程设计

经过对化工技术设计进行考核之后，开展了相应的工程设计，该项工程设计的内容主要有：工艺管道、自动化装置系统、土建施工等。

2.2 设计特点

化工工程的设计是一切化工技术和设备的核心内容，其重要性直接影响着整个设计的总体情况，并且它们还可以发挥出一个有效地组织与协调不同工程的设计。而在进行化工工程的设计之前，就应该切实地做好施工质量的计算。化工工程的计算主要是依照既定的设计标准和要求，完成对于能量、物料等各种计算内容的衡量。

3 化工模拟流程软件类型

3.1 Aspen Plus

该软件属于 1970 年中期开发出的软件，属于第三代模拟软件的一种，最早被美国研发，并沿用至今，随着流程模拟技术的发展，该软件技术不断扩充、研发完善，当前，已经出现了十余种不同版本的软件类型， 这一系统属于当前化工领域中应用规模最大的模拟软件系统，这一系统的热力学函数比较强大，且具备物性数据库，能够对全世界健全的液液及气液平衡数据进行稳定，有利于对任意组分系统产生模拟作用，有利于对其所设计的数据进行精确分析。当前，化学领域中不断对 AspenPlus 系统进行研究，其在生活中的应用优势也不断发展，在化工模拟中所发挥的地位也愈发重要，对整个化工模拟未来发展的方向产生了指引作用[2]。Aspen Plus 软件的用户界面可以依据 Windows 的设计标准，进行系统和工具包的设计，采用了NEXT EXPERT专家系统进行了干预，并依靠用户，借助 Windows 交互操作功能，对 Aspen Plus软件及其他应用程序之间的传输模拟数据进行处理。Aspen Plus软件的应用，可实现对常压蒸馏部分的流程模拟计算，可依靠灵敏度对产品质量产生影响和气液相负荷产生影响的因素进行分析，以此对实际生产的操作优化方案内容进行了明确。

3.2 ChemCAD

该软件属于系列软件的一种，最早在美国诞生，进行这一软件研发过程中，主要在制药企业、石油化工企业及石油工业等各个领域中被广泛应用，可实现进行工艺过程的模拟计算方式，其相对于技术操作人员来说， 这一软件有利于有效进行能量及物料平衡的计算。Chem CAD 软件可为化工企业提供整体全面的物性数据库，可提供热力学整体计算参数的设计， 还有利于为化工企业的生产提供对应的单元操作。分析当前情况，Chem CAD 的应用符合普通化工长周期的生产需求，当前，国际上应用 Chem CAD 的高校可高达300多所，企业可高达800多家[3]。Chem CAD 软件可对DIPPR 及 AICHE 纯物质物性数据、参数、完整热力学计算形式、在线相关工具功能及格式设备选型等主要功能。依据单元操作特性，进行化工动态过程的模拟，其模块主要涵盖六部分内 容， 包 括 CC-SAFE-TY-NET- 紧 急 排放 系 统、CC-RECON- 现场资料拟合、CC-BATCH- 间歇蒸馏、CC-THERM- 换热器型号及设计、CC-DYNAMICS- 化工动态过程放射、CC-STEADY STATE- 化工稳态过程仿真及管网设计。Chem CAD 软件可以实现与其他应用程序的交互作用，能够方便应用这快速进行传输模拟数据的传送，可以将过程模拟的效益向工程工作多个领域中应用。为实现二氧化硫的优化目的，必须将其转化为硫酸生产过程中的催化剂——钒触媒，依靠 VBA 编程，复杂动力学方程应用的反应器开展工艺设计，对不同的二氧化硫转化工艺条件进行改变，以获得对应的反应器体积，以此实现工艺优化、瓶颈突破、生产扩大和改造技术的目的。依靠 Chem CAD 软件，可以对精馏过程进行反应，且应用可靠性较高，可有效进行回流比、再沸器、冷凝器、塔板数及进料含水量的模拟。

3.3 PRO/Ⅱ

PRO/Ⅱ软件最早在美国诞生，通用性能比较强，拥有健全的物性数据库内容，可有效进行热力学计算配备。在化工流程中应用PRO/Ⅱ软件， 可实现物性计算完成、评估资金、衡量经济和模拟稳态的目的，也可依靠PRO/Ⅱ开展多种形式的计算。在此过程中，PRO/Ⅱ软件的应用，有利于实现化工生产阀门管道、分离反应装置模拟的化工生产流程的干预。当前， PRO/Ⅱ软件已经在世界范围内被广泛应用，在制药企业、石油化工行业、炼油企业等多个行业中均由应用，可有效缩减生产成本，节约能源，促进生产效益的增长。最初，PRO/Ⅱ软件仅在炼油化工行业中应用，其具备40多种单元操作模块，分析油气分离及蒸馏情况，PRO/Ⅱ软件可进行全面化、有效化及简便化的模拟[4]。

4 结束语

综上所述，计算机模拟软件的开展，需要依靠计算机技术开展，化工流程模拟系统的应用，可促进化工企业生产效益的增长，计算机技术的发展，可为模拟软件的开发提供平台，将高新技术与化工流程模拟系统联合，可彰显彼此优势，优化流程设计。

参考文献：

[1] 康俊霞，邹洁.计算机软件技术在化工设计中的运用——评《化工设计》[J].分析化学，2019，47（12）：163-163.

[2] 王静.关于计算机软件技术在化工工程设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018，000（036）：934.

[3] 任彦彦.过程模拟优化在化工工艺设计中的应用[J].中国化工贸易， 2018，10（006）：111.

[4] 雷巧娟.化工工程设计中计算机软件技术的实践思考[J].粘接， 2019， v.40;No.308（10）：184-186.

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