简述各种化工流程模拟软件的特点及优缺点

简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点

化学工艺09级1班

摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本

文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。

关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD

l 化工过程概述

化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。

化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。

商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。

2 Aspen Plus

2.1 Aspen Plus简述

“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争

力。”----Aspen World 1997

Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过

程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。

2.2 Aspen Plus特点

（1）产品具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus 数据库包括将近6000种纯组分的物性数据：①纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。②电解质水溶液数据库，包括约900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。③固体数据库，包括约3314种固体的固体模型参数。④ Henry 常数库，包括水溶液中61种化合物的Henry 常数参数。⑤二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell 状态方程的二元交互作用参数约40,000多个，涉及5,000种双元混合物。⑥PURE10数据库，包括1727种纯化物的物性数据，这是基于美国化工学会开发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数据库。⑦无机物数据库，包括2450 种组分（大部分是无机化合物）的热化学参数。⑧燃烧数据库，包括燃烧产物中常见的59种组分和自由基的参数。⑨固体数据库，包括3314 种组分，主要用于固体和电解质的应用。⑩水溶液数据库，包括900种离子，主要用于电解质的应用。

Aspen Plus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus系统连接。

（2）产品线比较长，集成能力很强。Aspen Plus是Aspen工程套件（AES）的一个组份。AES是集成的工程产品套件，有几十种产品。以Aspen Plus的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的Aspen Tech家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。如：Polymers Plus：在Aspen Plus基础上专门为模拟高分子聚合过程而开发的层次产品，已成功地用于聚烯烃、聚酯等过程。Aspen Dynamics：在使用Aspen Plus计算稳态过程的基础上，转入此软件可接着计算动态过程。Petro Frac：专门用于炼油厂的模拟软件。Aspen HX-NET：Aspen Plus 可以为夹点技术软件直接提供其所需要的各流段的热焓、温度和压力等参数。B-JAC/ HTFS：换热器详细设计（包括机械计算）的软件包，Aspen Plus

可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成，转入设备设计计算。Aspen Zyqad：这是一个工程设计工作流集成平台，可以供多种用户环境下将概念设计、初步设计、工程设计直到设备采购、工厂操作全过程生命周期的各项工作数据、报表及知识集成共享。Aspen Plus有接口可与之自动集成。Aspen Online在线工具，将Aspen Plus离线模型与DCS或装置数据库管理系统联结，用实际装置的数据，自动校核模型，并利用模型的计算结果指导生产。

（3）唯一将序贯（SM）模块和联立方程（EO）两种算法同时包含在一个模拟工具中。序贯算法提供了流程收敛计算的初值，采用联立方程算法，大大提高了大型流程计算的收敛速度，同时，让以往收敛困难的流程计算成为可能。节省了工程师计算的时间。

（4）结构完整，除组分、物性、状态方程之外，还包含以下单元操作模块：对于气/液系统，Aspen Plus包含：通用混合、物流分流、子物流分流和组分分割模块。闪蒸模块：两相、三相和四相通用加热器、单一的换热器、严格的管壳式换热器、多股物流的热交换器。液液单级倾析器基于收率的、化学计量系数和平衡反应器，连续搅拌釜、柱塞流、间歇及排放间歇反应器，单级和多级压缩和透平，物流放大、拷贝、选择和传递模块压力释放计算，精馏模型简捷精馏严格多级精馏多塔模型石油炼制分馏塔板式塔、散堆和规整填料塔的设计和校核。对于固体系统，Aspen Plus包含：文丘里涤气器、静电除尘器、纤维过滤器、筛选器、旋风分离器、水力旋风分离器、离心过滤器、转鼓过滤器、固体洗涤器、逆流倾析器、连续结晶器等。

（5）模型/流程分析功能：Aspen Plus提供一套功能强大的模型分析工具，最大化工艺模型的效益：收敛分析：自动分析和建议优化的撕裂物流、流程收敛方法和计算顺序，即使是巨大的具有多个物流和信息循环的流程，收敛分析非常方便。calculator models计算模式：包含在线FORTRAN 和Excel模型界面。灵敏度分析：非常方便地用表格和图形表示工艺参数随设备规定和操作条件的变化而变化。案例研究：用不同的输入进行多个计算，比较和分析。设计规定能力:自动计算操作条件或设备参数，满足规定的性能目标。数据拟合：将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确的和有效的真实装置模型。优化功能：确定装置操作条件，最大化任何规定的目标，如收率、能耗、物流纯度和工艺经济条件。

2.3 Aspen Plus功能

Aspen Plus软件具有以下几种功能：

工程工作流：Aspen Plus 在整个工艺生命周期，优化工程工作流。

回归实验数据：用简单的设备模型，初步设计流程用详细的设备模型，严