化工模拟系统

[拼音]：huagong moni xitong

[外文]：chemical engineering simulation system

又称工艺流程模拟系统，指的是一种计算机辅助工艺设计软件，这种软件接受有关化工流程的输入信息，进行对过程开发、设计或操作有用的系统分析计算。

这种软件是20世纪50年代末期随着计算机在化工中的应用而逐步发展起来的。开始只有适用于特定工艺流程（如氨合成、烃类裂解制乙烯等）的专用流程模拟系统，后来逐步发展到适用于各种工艺流程的通用流程模拟系统，到60年代后期化工模拟系统已得到推广应用，成为化工过程的开发和设计以及现有生产操作改进的主要常规手段。

类型

化工模拟系统目前主要有四种类型：

（1）稳态流程模拟系统。其基本功能是进行物料和能量衡算，有的还包括设备尺寸计算、成本估算和经济评价等高级功能。

（2）动态流程模拟系统。用于系统的动态特性计算、控制性能的研究和系统开停车操作的模拟，也用于操作人员的培训。

（3）流程的优化系统。用于系统或全流程的决策变量（操作参数）的优化搜索。

（4）分批处理操作的模拟系统。用于模拟间歇过程的时间安排顺序。

模拟系统的组成部分

通用流程模拟系统（以稳态流程模拟为例）一般至少有以下几个组成部分：

（1）单元操作和反应过程模块　如精馏、换热、闪急蒸馏、蒸馏、流体输送等以及各种反应模块。调用这些基本单元操作模块，在计算机中可以搭成各种各样模拟流程，来描述实际工艺流程。

（2）物性估算系统　包含基础物性数据库和估算关联模型。前者存贮各种化合物的基本物性数据，如分子量、密度、临界压力、临界温度、标准沸点、偏心因子等，以便计算时调用；后者是为计算各种物质（纯物质和混合物）在给定条件下的各种物性所需的估算方程式。例如状态方程、计算液相活度系数的关联式、计算热焓和自由能的关联式等，物性估算系统用以为单元操作模块计算提供所需要的各种物性数据。

（3）数学方法程序　主要有两大类数学程序：一类是系统分解方法，能够使大系统自动分隔和断裂，并排出单元模块的计算顺序；另一类是加速迭代计算收敛和其他通用的数学方法。

（4）执行系统　具有输入语言自动翻译、模拟程序装配和结果打印等功能。

模拟系统的用途

化工模拟系统是化工系统工程发展产生的实用性成果，目前在下列各领域已得到广泛应用：

（1）规划工作阶段。对于工艺过程进行可行性分析，对多种方案进行经济评价。

（2）科学研究阶段。进行概念设计可以弄清研究的重点，也可以与实验同时开展数学模拟试验，两者互相补充，加快研究进度。

（3）放大设计阶段。对于基础设计和初步设计的多方案进行比较，寻求最优化设计，节约基本建设投资。

（4）现有工厂的技术改造和操作优化。可以分析现有生产的能耗或原料消耗漏洞，发现提高生产能力的关键所在，以便有针对性地提出改造方案，也可以在计算机上模拟现场操作，进行调优试验，离线指导生产操作的优化。

参考书目

1. A.W.Westerberg et al.， Process　Flowsheeting，Cambridge Univ.Press，Cambridge，1979.

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