化工计算软件课件

化工设计概论第11章：计算机辅助化工设计 化工设计概论第11章：计算机辅助化工设计1三、计算机辅助化工过程设计三、计算机辅助化工过程设计 在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎是完全凭经验。在20世纪20年代60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。为什么直到20世纪60年代后，在化工设计领域开开始出现计算机辅助化工过程设计呢？计算机软、硬件技术的发展化工单元操作等理论的不断成熟数学计算技术的发展三、计算机辅助化工过程设计 在20世纪20年代以2计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：第一代商品化软件系统20世纪60年代，以美国各高校联合开发的CHESS软件系统为代表。Chem.Eng.Simulation System 20世纪70年代初，以美国Monsanto公司牵头开发的FLOWTRAN软件系统代表。第二代商品化软件系统Flowsheet Translator第三代商品化软件系统 20世纪80年代，以 ASPEN 和 PROCESS II 两大软件系统代表。Advanced System for Process Eng.我国最早由寰球、化工部八院等单位于上世纪90年代率先引进ASPEN软件系统。现在，国内各设计院基本都已经使用ASPEN或Process II软件系统进行计算机辅助化工过程设计。天津大学拥有正版的ASPEN和Process II 软件系统（教学版）。计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：第一代商品化软件系统3计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向（趋势）：计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向（趋势）：（1）、单元操作模块的种类数；（2）、物性数据库的大小及数据的估算方法；（3）、能处理的流股数量和组份数量；（4）、计算技术方法（求解方法）；（5）、能处理的流股相态；（气、液、固、胶体、电解质等）（6）、软件系统的人性化界面及开放程度；（7）、流程图形输入及识别技术。等等计算机辅助化工过程设计的优势（优点）：优势（优点）：、设计工作效率高、规范性好、设计水平高（可进行优化设计）计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向（趋势）：（1）、单4n第一节 常用化工设计软件概述n第二节 化工流程模拟软件 一、常用化工流程模拟软件简介 二、ASPEN PLUS 三、PROn第三节 其他化工设计软件 一、化工装置及系统设计软件 二、计算机绘图软件第一节 常用化工设计软件概述5【学习目标】通通过过本本章章的的学学习习，初初步步掌掌握握ASPEN ASPEN PLUSPLUS流流程程模模拟拟软软件件的的特特点点和和使使用用，了了解解ProIIProII等等其其他他设设计计软软件件的的特特点点和和应应用用，了了解解化化工工装装置置及及系系统统设设计计软软件件，能能够够用用典型的计算机绘图软件绘制各种工艺流程图。典型的计算机绘图软件绘制各种工艺流程图。【学习目标】通过本章的学习，初步掌握ASPEN 6第一节第一节 常用化工设计软件概述常用化工设计软件概述计算机辅助化工设计主要包括物性数据检索、计计算机辅助化工设计主要包括物性数据检索、计算机辅助过程设计、计算机辅助设计和计算机辅算机辅助过程设计、计算机辅助设计和计算机辅助工程设计等。助工程设计等。第一节 常用化工设计软件概述计算机辅助化工设计主要包括物性数7表表10-1 10-1 常用化工设计软件简介常用化工设计软件简介表10-1 常用化工设计软件简介8化工计算软件课件9化工计算软件课件10化工计算软件课件11化工计算软件课件12化工计算软件课件13第二节第二节 化工流程模拟软件化工流程模拟软件一、常用化工流程模拟软件简介一、常用化工流程模拟软件简介一、常用化工流程模拟软件简介一、常用化工流程模拟软件简介二、二、ASPEN PLUSASPEN PLUS 1976年美国能源部在麻省理工学院（MIT）组织，由MIT主持，联合50多个工业公司、政府部门和高等院校共同参与开发了ASPEN模拟系统。ASPEN PLUS是目前最为流行的大型通用稳态模拟系统之一，是举世公认的标准大型流程模拟软件，也是目前国际上功能最强的商品化流程模拟软件。官方网站：http：/wwwAspen Techcom。第二节 化工流程模拟软件一、常用化工流程模拟软件简介二、14Aspen Plus软件的发展史Aspen Aspen PlusPlus是是大大型型通通用用流流程程模模拟拟系系统统，源源于于美美国国能能源源部部七七十十年年代代后后期期在在麻麻省省理理工工学学院院（MITMIT）组组织织的的会会战战，开开发发新新型型第第三三代代流流程程模模拟拟软软件件。该该项项目目称称为为“过过程程工工程程的的先先进进系系统统”（Advanced Advanced System System for for Process Process EngineeringEngineering，简简称称ASPENASPEN），并并于于19811981年年底底完完成成。19821982年年为为了了将将其其商商品品化化，成成立立了了AspenTechAspenTech公司，并称之为公司，并称之为Aspen PlusAspen Plus。该该软软件件经经过过近近2020年年来来不不断断地地改改进进、扩扩充充和和提提高高,已已先先后后推推出出了了十十个个版版本本,成成为为举举世世公公认认的的标标准准大大型型流流程程模模拟拟软软件件。全全球球各各大大化化工工、石石化化、炼炼油油等等过过程程工工业业制制造企业及著名的工程公司都是造企业及著名的工程公司都是Aspen PlusAspen Plus的用户。的用户。Aspen Plus软件的发展史Aspen Plus是大型通15Aspen Plus软件的发展史以以Aspen Aspen PlusPlus严严格格机机理理模模型型为为基基础础,还还逐逐步步发发展展起起来来了了针针对对不不同同用用途途、不不同同层层次次的的AspenAspen工工程程套套件件(Aspen(Aspen Engineering Engineering Suite,Suite,简简称称AES)AES)产产品品系列。系列。Aspen Aspen PlusPlus是是工工程程套套件件的的核核心心,可可广广泛泛地地应应用用于于新新新新工工工工艺艺艺艺开开开开发发发发、装装装装置置置置设设设设计计计计优优优优化化化化，以以以以及及及及脱脱脱脱瓶瓶瓶瓶颈颈颈颈分分分分析析析析与与与与改改改改造造造造。此此稳稳态态模模拟拟工工具具具具有有丰丰富富的的物物性性数数据据库库，可可以以处处理理非非非非理理理理想想想想、极极极极性性性性高高高高的的复复杂杂物物系系；并并独独具具联联联联立立立立方方方方程程程程法法法法和和和和序序序序贯贯贯贯模模模模块块块块法法相相结结合合的的解解算算方方法法，以以及及一一系系列列拓拓展展的的单单元元模模型型库库。此此外外还还具具有有灵灵敏敏度度分分析析、自自动动排排序、多种收敛方法，以及报告等功能。序、多种收敛方法，以及报告等功能。Aspen Plus软件的发展史以Aspen Plus严格机16化工计算软件课件17Aspen 工程系列软件计计划划划划/研研研研发发概念概念概念概念设计设计工工工工艺设计艺设计详细设计详细设计施工施工施工施工/开开开开车车操作操作操作操作/资产资产管理管理管理管理经济评价经济评价/投资估算投资估算/进进度管理度管理热交换器设计热交换器设计稳态、动态模拟和优化稳态、动态模拟和优化物性数据和模型物性数据和模型在线应用在线应用工艺知识和数据管理工艺知识和数据管理COMThermo/Aspen Properties/Aspen OLI/DETHERMHysys/Aspen Plus/Optimizer/Dynamics/Custom Modeler/Aspen WebModelsHetran/AerotranHTFS/Aspen Hetran/Aerotran/TeamsRTO Option/Aspen OnLineConcept(DISTIL/HX-Net)/Aspen Split/Pinch/Water/UtilitiesPinch/Water/UtilitiesAspen ICARUSAxsys/Aspen ZyqadAspen FCC/CatRef/Hydrocracker/Hydrotreater/Traflow/FlareNetPolymers Plus/Aspen Plus/Dynamics/Custom ModelerBaSYS(BDK/Process Manuals/Process Tools)/Aspen Plus/Batch Plus/Chromatography/Aspen ADSIM医药医药/精细化工精细化工石油精制石油精制/管道管道聚合物聚合物工艺合成和分析工艺合成和分析按功能分类按功能分类 生命周期生命周期Aspen 工程系列软件计划/研发概念设计工艺设计详细设计18Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能 Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能 19Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能 Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能 20Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能 Aspen Plus的单元操作模型及其主要功能 21Run IDTool BarTitle BarMenu BarSelect ModebuttonModel LibraryModel MenuTabsProcessFlowsheetWindowNext ButtonStatus Area图图10-1 ASPEN PLUS10-1 ASPEN PLUS用户界面用户界面Run IDTool BarTitle BarMenu Ba22ASPEN PLUS主要特性 ASPEN ASPEN PLUSPLUS有有一一个个公公认认的的跟跟踪踪记记录录，在在一一个个工工艺艺过过程程的的制制造造的的整整个个生生命命周周期期中中提提供供巨巨大大的的经经济济效效益益，制制造造生生命命周周期期包包括从研究与开发经过工程到生产。括从研究与开发经过工程到生产。ASPEN ASPEN PLUSPLUS使使用用最最新新的的软软件件工工程程技技术术通通过过它它的的Microsoft Microsoft WindowsWindows图图形形界界面面和和交交互互式式客客户户-服服务务器器模模拟拟结结构构，使使得得工工程程生产力最大。生产力最大。ASPEN PLUS主要特性ASPEN PLUS有一个公23 ASPEN ASPEN PLUSPLUS拥拥有有精精确确模模拟拟范范围围广广泛泛的的实实际际应应用用所所需需的的工工程程能能力力，这这些些实实际际应应用用包包括括从从炼炼油油到到非非理理想想化化学学系系统统到到含含电解质和固体的工艺过程。电解质和固体的工艺过程。ASPEN ASPEN PLUSPLUS是是AspenTechAspenTech的的集集成成聪聪明明制制造造系系统统技技术术的的一一个个核核心心部部分分，该该技技术术能能在在整整个个过过程程工工程程基基本本设设施施范范围围内内捕捕获过程专业知识并充分利用。获过程专业知识并充分利用。在在实实际际应应用用中中，ASPEN ASPEN PLUSPLUS可可以以帮帮助助工工程程师师解解决决快快速速闪闪蒸蒸计计算算、设设计计一一个个新新的的工工艺艺过过程程、查查找找一一个个原原油油加加工工装装置置的的故故障障或或者者优优化化一一个个乙乙烯烯全全装装置置的的操操作作等等工工程程和和操操作作的的关关键问题。键问题。ASPEN PLUS拥有精确模拟范围广泛的实际应用所需的工24ASPEN PLUS主要功能及运行方法 WindowsWindows交交互互性性界界面面：界界面面包包括括工工艺艺流流程程图图形形视视图图，输输入入数数据据浏浏览览视视图图，独独特特的的“NEXT”“NEXT”专专家家向向导导系系统统，来来引引导导用户进行完整的、一致的流程的定义。用户进行完整的、一致的流程的定义。图图形形向向导导：帮帮助助用用户户很很容容易易地地把把模模拟拟结结果果创创建建成成图图形形显显示。示。EOEO模模型型：方方程程模模型型有有着着先先进进参参数数管管理理和和整整个个模模拟拟的的灵灵敏敏分分析析或或者者是是模模拟拟特特定定部部分分的的分分析析。序序贯贯模模块块法法和和面面向向方方程程的解决技术允许用户模拟多嵌套流程。的解决技术允许用户模拟多嵌套流程。ASPEN PLUS流程模拟软件主要功能：ASPEN PLUS主要功能及运行方法ASPEN PLUS25 ActiveX ActiveX（OLE OLE AutomationAutomation）控控件件：可可以以和和微微软软 Excel Excel 和和 Visual Visual Basic Basic 方便的连接，支持方便的连接，支持 OLE OLE（对象链接与嵌入）功能。（对象链接与嵌入）功能。全面的单元操作：包括气全面的单元操作：包括气/液，气液，气/液液/液，固体系统和用户模型。液，固体系统和用户模型。ACM ACM Model Model ExportExport选选项项：用用户户可可以以在在Aspen Aspen Custom Custom Modeler Modeler（ACM ACM）创建模拟模型和编译。创建模拟模型和编译。热热力力学学物物性性：内内置置数数据据库库包包含含有有85008500种种组组分分物物性性数数据据，包包括括有有机机物物，无无机机物物，水水合合物物和和盐盐类类；还还有有 4000 4000 种种二二元元混混合合物物的的37,000 37,000 组组二二元元交交互互数数据。利用据。利用Aspen plusAspen plus可进行物性分析、物性估计、物性数据回归。可进行物性分析、物性估计、物性数据回归。ActiveX（OLE Automation）控件：可以26 收收敛敛分分析析：自自动动分分析析和和建建议议优优化化的的撕撕裂裂物物流流、流流程程收收敛敛方方法法和和计计算算顺顺序，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。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 Calculator models models 计计算算模模式式：包包含含ad-hocad-hoc计计算算与与内内嵌嵌的的FORTRANFORTRAN和和ExcelExcel模型接口。模型接口。灵灵敏敏度度分分析析：灵灵敏敏度度分分析析功功能能在在Data Data BrowserBrowser页页面面下下的的Sensitivity Sensitivity FormForm表表单单中中设设定定，其其目目的的是是测测定定某某个个变变量量对对目目标标值值的的影影响响程程度度。分分别别定定义义 分分 析析 变变 量量（Sampled Sampled variablesvariables）和和 操操 纵纵 变变 量量（Manipulated Manipulated variablesvariables），设定操纵变量的变化范围，即可执行灵敏度分析。），设定操纵变量的变化范围，即可执行灵敏度分析。案例研究：用不同的输入进行多个模拟，比较和分析。案例研究：用不同的输入进行多个模拟，比较和分析。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27 Design Design SpecificationSpecification功功能能：自自动动计计算算操操作作条条件件或或设设备备参参数数，满满足足指定的性能目标。指定的性能目标。数数据据拟拟合合：将将工工艺艺模模型型与与真真实实的的装装置置数数据据进进行行拟拟合合，确确保保精精确确的的和和有效的真实装置模型。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。优化功能：确定装置操作条件，最大化任何规定的目标。开开放放的的环环境境：可可以以很很容容易易地地和和内内部部产产品品互互相相整整合合，或或者者是是第第三三方方软软件。件。详细的换热器设计和核算。详细的换热器设计和核算。Design Specification功能：自动计算操作28 HeatxHeatx使使 Aspen plus Aspen plus 具有与下面两个软件的接口：具有与下面两个软件的接口：软软件件1 1：TASC/Aspen TASC/Aspen Hetran Hetran the the Aspen Aspen B-JAC B-JAC and and HTFS HTFS（管壳式换热器设计，管壳式换热器设计，multitude multitude 换热器，换热器，套管换热器套管换热器 ）；）；软软件件2 2：ACOL/Aspen ACOL/Aspen Aerotran Aerotran the the Aspen Aspen B-JAC B-JAC and and HTFSHTFS（空冷器设计）。（空冷器设计）。Heatx使 Aspen plus 具有与下面两个软件的接29ASPEN PLUS基本流程模拟主要运行方法 定义流程定义流程 规定全局计算信息规定全局计算信息 规定组分规定组分 选择物性方法选择物性方法 规定物流规定物流 单元操作模型的参数设置单元操作模型的参数设置 运行模拟程序，生成报告。运行模拟程序，生成报告。ASPEN PLUS基本流程模拟主要运行方法 定义流程 30例例10.110.1：常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下：常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下：进料组份：水进料组份：水 63.2%63.2%、甲醇、甲醇 38.6%38.6%（质量分率）；（质量分率）；处理量：水甲醇混合液处理量：水甲醇混合液 55t/h 55t/h；进料热状态：饱和液相进料；进料热状态：饱和液相进料；进料压力：进料压力：125 kPa125 kPa；操作压力：操作压力：110 kPa110 kPa；单板压降：单板压降：0.7 kPa0.7 kPa；塔顶馏出液：甲醇量大于塔顶馏出液：甲醇量大于 99.5%99.5%（质量分率）（质量分率）塔底釜液：水量大于塔底釜液：水量大于 99.5%99.5%；（质量分率）。；（质量分率）。回流比：自选；回流比：自选；全塔效率：全塔效率：E ET T=52%=52%热源：低压饱和水蒸汽；我们通过这个实例学习热源：低压饱和水蒸汽；我们通过这个实例学习Aspen Plus Aspen Plus 精馏模拟应用。精馏模拟应用。设计任务：确定理论塔板数、确定合适的回流比。设计任务：确定理论塔板数、确定合适的回流比。例10.1：常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下：31本例选择本例选择DSTWUDSTWU简捷精馏计算模型。简捷精馏计算模型。表表10-3 DSTWU规定与估算内容定与估算内容本例选择DSTWU简捷精馏计算模型。表10-3 DSTW32 解：解：1 1、定义模拟流程、定义模拟流程 1）创建精馏塔模块 图图10-2 10-2 模型库窗口模型库窗口解：1、定义模拟流程 1）创建精馏塔模块 图10-2 模型库33图图10-3 DSTWU10-3 DSTWU模型下的三个等效模块模型下的三个等效模块图图10-410-4 精馏塔模型精馏塔模型图10-3 DSTWU模型下的三个等效模块图10-4 精342）绘制物流 图图10-5 10-5 选择流股类型结果选择流股类型结果图图10-6 10-6 绘制物流绘制物流 2）绘制物流 图10-5 选择流股类型结果图10-6 绘制353）模块和物流命名 图图10-7 10-7 模块和物流命名模块和物流命名 3）模块和物流命名 图10-7 模块和物流命名 362、模拟设置 图图10-8 10-8 初始化设置页面初始化设置页面2、模拟设置 图10-8 初始化设置页面371）定义数据输入输出单位 2）定义用户与工程信息 图图10-9 Accounting10-9 Accounting选择项卡页面选择项卡页面1）定义数据输入输出单位 2）定义用户与工程信息 图10-9383、定义组份 图图10-10 10-10 进料参数输入页面进料参数输入页面3、定义组份 图10-10 进料参数输入页面39图图10-11 find 10-11 find 工具的查找结果工具的查找结果图10-11 find 工具的查找结果40图图10-12 10-12 定义组分结果定义组分结果图10-12 定义组分结果414、确定物性计算方法 图图10-13 10-13 特性方法选择页面特性方法选择页面4、确定物性计算方法 图10-13 特性方法选择页面42图图10-14 10-14 确定物性计算方法确定物性计算方法图10-14 确定物性计算方法435、定义流股条件 图图10-15 10-15 定义每个组分流量或分率定义每个组分流量或分率5、定义流股条件 图10-15 定义每个组分流量或分率446、定义单元模型 图图10-16 10-16 定义冷凝器类型定义冷凝器类型6、定义单元模型 图10-16 定义冷凝器类型457、模拟计算与结果查看 图图10-17 10-17 运行信息显示页运行信息显示页7、模拟计算与结果查看 图10-17 运行信息显示页46图图10-18 10-18 运行结果显示页运行结果显示页图10-18 运行结果显示页47图图10-19 10-19 计算结果显示页计算结果显示页图10-19 计算结果显示页488、灵敏度分析 图图10-20 10-20 灵敏度分析窗口灵敏度分析窗口8、灵敏度分析 图10-20 灵敏度分析窗口49a.建立新灵敏度分析任务 图图10-2110-21建立新灵敏度分析任务名称对话框建立新灵敏度分析任务名称对话框 a.建立新灵敏度分析任务 图10-21建立新灵敏度分析任务50图图10-22 10-22 灵敏度分析任务窗口灵敏度分析任务窗口 图10-22 灵敏度分析任务窗口 51b.定义测量变量（Define）图图10-23 10-23 变量输入对话框变量输入对话框 图图10-24 10-24 定义变量定义变量 N N的属性的属性 b.定义测量变量（Define）图10-23 变量输入对52图图10-25 10-25 定义后的窗口定义后的窗口图10-25 定义后的窗口53图图10-26 10-26 定义结果窗口定义结果窗口图10-26 定义结果窗口54c.定义操作变量（Vary）图图10-27 10-27 定义操作变量定义操作变量c.定义操作变量（Vary）图10-27 定义操作变量55d、定义显示结果（Tabulate）图图10-28 10-28 定义显示结果定义显示结果d、定义显示结果（Tabulate）图10-28 定义显示56e、计算结果显示 图图10-29 10-29 计算结果显示计算结果显示e、计算结果显示 图10-29 计算结果显示572）图形显示 图图10-30 N-R 10-30 N-R 曲线图曲线图2）图形显示 图10-30 N-R 曲线图58图图10-31 10-31 编辑坐标属性编辑坐标属性图10-31 编辑坐标属性59图图10-32 N-RCURVELT 10-32 N-RCURVELT 图表图表图10-32 N-RCURVELT 图表602)轻关键组分回收率对理论塔板数影响 图图10-33 10-33 轻关键组分回收率对理论塔板数影响分析的设置轻关键组分回收率对理论塔板数影响分析的设置2)轻关键组分回收率对理论塔板数影响 图10-33 轻关61图图10-34 10-34 轻关键组分回收率对理论塔板数影响分析的计算结果轻关键组分回收率对理论塔板数影响分析的计算结果图10-34 轻关键组分回收率对理论塔板数影响分析的计算结果62图图10-35 10-35 轻关键组分回收率对理论塔板数影响的作图分析轻关键组分回收率对理论塔板数影响的作图分析图10-35 轻关键组分回收率对理论塔板数影响的作图分析63三、三、PROPRO图图10-36 PRO10-36 PROIIII用户界面主窗口用户界面主窗口三、PRO图10-36 PROII用户界面主窗口64第三节第三节 其他化工设计软件其他化工设计软件一、化工装置及系统设计软件一、化工装置及系统设计软件一、化工装置及系统设计软件一、化工装置及系统设计软件换热器设计软件图图10-37 HTRI10-37 HTRI用户界面主窗口用户界面主窗口 图图10-38 HTFS.TASC10-38 HTFS.TASC用户界面主窗口用户界面主窗口第三节 其他化工设计软件一、化工装置及系统设计软件换热器65二、计算机绘图软件二、计算机绘图软件1PIDCAD简介图10-39 PIDCAD的工作界面二、计算机绘图软件1PIDCAD简介图10-39 PID66图10-40 主设备对话框图10-40 主设备对话框67图10-41 图纸上绘出的设备图10-41 图纸上绘出的设备68图10-42 小型设备图库图10-42 小型设备图库69图10-43 小型设备对话框图10-43 小型设备对话框70图10-44 在图纸上绘制的小型设备图10-44 在图纸上绘制的小型设备71谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生谢谢你的阅读知识就是财富72