常用化工流程模拟软件浅析

ChemCAD、PRO/Ⅱ、Aspen Plus和Hysys为目前在化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中广泛应用的化工流程模拟软件。这四款软件各具特色,侧重于不同的应用领域。通过对这四款软件的特点、功能、应用方法及实例的介绍,系统总结了化工模拟软件的使用,并从图形界面、应用范围、设计计算、模拟类型、易收敛性及工业化等不同方面进行较为细致的对比,以期为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。     

自适应时间步长在化学驱油藏模拟中的应用

目前国内大多化学驱数值模拟软件中应用了固定时间步长或者通过组分浓度控制时间步长的方法,在油藏模拟计算过程中,算法的稳定性受限于时间步长的设置及模型对其他参数的敏感性。通过在软件中加入压力-组分浓度联控时间步长,以及在方程不收敛时自动修正当前时间步长重新计算的功能,改进了化学驱数值模拟软件的计算稳定性,并通过概念模型和矿场模型的应用对改进的功能进行了验证。     

Shell煤气化装置模拟计算和操作优化软件的开发与应用

Shell煤气化装置模拟计算及操作优化软件具有5项功能,即建立煤质数据库与获取煤质数据、气化炉模拟计算、气化炉优化计算、气化装置模拟计算、开车表计算。本研究中,气化炉采用化学能量平衡模型,水冷壁的传热量计算采用经验模型进行模拟。结果表明,软件模拟结果与中石化安庆分公司Shell煤气化装置运行数据吻合较好,模拟结果可靠,能用于Shell煤气化装置在线和离线模拟和优化计算、开车表计算等,对于Shell煤气化装置实现安全、稳定、长周期、优化运行具有科学指导作用。     

调节阀流场CFD数值模拟与流道优化

应用三维建模软件对某一广泛应用的套筒型调节阀内部流场建立模型,通过前处理器生成计算网格,应用CFD软件进行离散求解,得到调节阀内部流场的可视化图形,数值模拟不同开度下流量,得到调节阀的流量特性曲线,并与试验测定的数据进行比较分析。结果表明,模拟值与试验值吻合较好,并对流道进行了结构优化,获得了能耗更低的流道结构。     

Fluent软件在化工设备模拟中的应用

Fluent软件是以流体力学为基础,用于研究过程流场的计算软件,目前在过程模拟领域中有较广泛的运用。旨对Fluent软件在常见化工设备中的模拟研究进展进行综述。Fluent软件在混合器的研究中,主要是模拟研究叶片、混合头等内部构件改变对流体流动过程的影响,由此开发出了一些混合效果良好的混合器;在换热器的研究中,主要对换热通道结构改变时的流场进行模拟,以分析优选出强化流体流动和传热特性的有效措施;在反应器的研究中,主要模拟反应器结构、器型及操作参数改变对反应器特性的影响,从而优化反应器;在结晶器的研究中,主要模拟不同结晶生长参数对结晶器流场、温度场和压力场的影响,为结晶器的优化提供了依据。在这些设备的研究中,应用Fluent软件不仅可加速过程的优化进程,而且能直观地分析过程的流体力学规律,因而在化工领域Fluent软件将会获得越来越多的应用。     

高压液气（汽）管式快速混合反应器在水溶液全循环法尿素合成塔中的应用模拟软件研究

以高压液气（汽）管式快速混合反应器（简称高压混合器）在水溶液全循环尿素合成塔中的应用为研究对象,通过建立数学模型、对模型进行热力学分析、建立计算模型等,开发出具有计算和对话功能的模拟软件。应用模拟软件计算未安装和安装高压混合器的不同情况,分析结果并提出结论,从而在理论上阐述高压混合器对提高水溶液全循环法尿素合成塔CO2转化率的作用。     

Aspen Plus在化工中的应用

Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件,其广泛应用于化学与石油工业、炼油加工、生物及医药等方面。文章介绍了该软件的功能特点,综述了近几年来该流程模拟软件在化工工程中的应用成果及发展情况。     

技术市场——低温甲醇洗系统模拟软件RPS

低温甲醇洗净化装置为合成氨和制氢等工业中脱除原料气中CO2和H2S等酸性气体的重要方法。本软件能对现有的低温甲醇洗装置进行模拟分析，提出优化改进措施，还能搭配新的工艺流程，适用于不同原料和工艺条件的原料气净化。此软什计算模型可靠，计算准确，软件人机界面友好，操作简单。利用本软件，已完成国内多套现有低温甲醇洗净化装置的模拟分析工作，根据模拟分析结果所提出的改造建议，得到厂家认可并应用，经济效益非常可观。     

SiCp/Al复合材料挤压过程模拟及缺陷原因分析

采用有限元模拟软件计算碳化硅颗粒增强铝基复合材料挤压成形过程。材料热模拟实验获得复合材料的流动应力曲线,模具逆向工程建模获取模具表面形状,导入模拟软件计算得到温度场、速度场和位移场等难以测试的场变量。通过对计算结果分析得到型材挤压翘曲变形的成因和工艺优化的方向。     

Linux下量子化学软件的安装及其教学实践

结构化学具有数理性和抽象性等特点,学生不易理解和接受。作为化学专业必修的结构化学,仍然停留在公式推导和理论的课堂教学中。为此,通过对学生讲解Linux下量子化学计算软件Gaussian的安装,对化学问题进行计算模拟,并进行有意义的探讨,使学生对计算机化学与分子模拟计算有一个初步了解,有利于激发学生的科研兴趣,培养学生的理论思维。     

Study on the uniformity of ZnO films grown by MOCVD

This study reports the use of CFD simulation software to simulate the growth process in a ZnO-MOCVD reaction chamber. The results of the rate of ZnO deposition in the simulation were in good agreement with experimental results and the correlation coefficient in all cases indicates medium and high correlation, which verified the correctness of the theoretical model of the numerical simulation. A streamline diagram of the reaction chamber and the technicians’ observations of this growth show that the adjustment of the entrance of the source of MO is key to obtaining a substrate film of uniform thickness. In order to obtain a good film deposition rate, we created a neural network model combined with a genetic algorithm to optimize the entrance flow of the MO source and determined the optimal input process parameters for film uniformity. The optimization results and experiments were compared and analyzed to obtain satisfactory consistency. Following the optimization, the coefficient of variation decreased from 3.6% to 1.28%, which significantly improved the uniformity of film thickness of ZnO film. These results will provide a solution to process parameter adjustment and high-quality epitaxial growth in the metal-organic chemical vapor deposition process.     

乙醇胺精馏过程五塔流程模拟分析

用ASPEN11.1化工流程模拟软件,对乙醇胺分离工艺中的蒸氨塔、脱水塔、一乙醇胺塔、二乙醇胺塔、三乙醇胺塔进行了模拟计算,采用非随机双液体(NRTL)热力学计算模型,并进行了热力学参数修正,通过调整各塔的理论板数、进料位置和回流比,以及后二塔的塔顶回路质量流量等操作参数,得出各塔的最佳工艺条件。在最佳工艺条件下,分析了此分离过程的能耗问题。模拟结果表明:五塔流程分离得到的乙醇胺均能达到产品质量要求,工艺流程合理、可靠,对工程设计和工艺操作具有较强的指导作用。     

煤化工装置中硫回收单元的模拟设计

采用Sulsim软件,对煤化工装置中硫回收单元进行流程模拟设计。采用不同浓度的氧气与同一原料酸性气发生燃烧反应,讨论了氧气浓度对燃烧反应的影响,分析了采用Sulsim软件中不同的燃烧反应经验模式设计对模拟结果的影响。模拟结果表明,使用纯氧可大幅度提高装置处理能力,且在Sulsim软件模拟中,炉膛燃烧反应模式选用富氧燃烧模式更为可靠。模拟结果与国内外研究资料及实际工厂运行情况吻合,并分析了该模拟结果产生的原因及其对于工业设计的意义。     

丙酮-水精馏过程模拟和优化

丙酮是一种广泛应用的有机溶剂,丙酮回收具有重要的经济和环境意义。丙酮回收过程中,需采用精馏单元操作进行分离提纯,精馏塔的模拟优化有着重要意义。文章采用Aspen Plus过程模拟软件,对精馏工艺进行了模拟核算,发现实际操作中精馏塔中存在着恒浓区,恒浓区的存在会带来精馏塔基建费用和能耗的增加。文章结合经济分析对丙酮精馏塔进行了优化,消除了恒浓区;同时,探讨了不同丙酮进料质量分数对精馏的影响,指出提高进塔丙酮质量分数是节能关键。     

石油化工流程模拟软件现状与发展趋势

流程模拟软件是石油化工行业的核心研发设计软件,其应用已贯穿于技术研发、工程设计、生产优化等全生命周期业务环节。我国石油化工行业使用的商业流程模拟软件90%为国外产品,基本被国外垄断。本文从商业软件的角度,首先对化工流程模拟技术和早期的软件发展进行了回顾,分析了近年来跨国流程工业巨头收购兼并案例和启示。在对石油化工企业和软件供应商调研的基础上,分析了国内流程模拟软件的市场应用情况和自主流程模拟软件的成熟度,阐述了流程模拟软件技术发展的五大趋势：遵循CAPE-OPEN软件接口规范、基于分子级表征和反应动力学建模、数据驱动与工艺机理联合建模、三大集成建模和数字孪生应用等。石化产业需求和市场规模以及科研基础是发展自主流程模拟软件的有利条件,但构建工业软件政产学研用产业生态链,形成产品化和市场化为导向的健康产业环境尤为关键。     

石灰法单塔脱硫系统数值模拟

通过对石灰法烟气脱硫系统工艺进行研究,以Aspen Plus模拟软件为平台,对单塔系统的化工过程进行模拟,输入热烟气的热力学参数和操作条件,采用控制变量法,模拟塔内发生的酸碱中和、吸收和氧化反应过程。通过模拟入口烟气流量、SO_2浓度、钙硫比等烟气参数变化趋势,进一步分析各因素对脱硫效率的影响,以期对系统的优化设计提供参考。根据实际装置的运行情况,优化现有的设备和流程,对进一步完善和改进脱硫工艺有着重大的理论意义和实用价值。     

醋酸-对二甲苯-水体系共沸精馏的模拟分析

采用Aspen Plus11.1化工流程模拟软件,对扬子石油化工有限公司化工厂精对苯二甲酸(PTA)装置的溶剂脱水塔生产过程进行了模拟计算,采用NRTL-HOC热力学计算模型,并进行热力学参数修正,通过调整塔板数、热负荷、进料位置、操作压力、对二甲苯(PX)采出位置等操作参数,得出各塔的最佳工艺条件。在最佳工艺条件下,分析了此分离过程的能耗问题。模拟结果表明,溶剂脱水塔分离得到的醋酸、水、PX均能达到产品质量要求,工艺流程合理、可靠。     

动态模拟技术与化学工程

介绍了化工过程动态模拟技术及相应软件的发展与应用状况 ,总结了动态模拟技术的最新进展。指出动态模拟技术应当与动态优化技术相结合 ,动态计算机网络管理将实现石油化工过程的连续实时优化 ,动态模拟技术将向工艺流程和生产方案的合成、能量系统集成、结合生态工业园区实例进行动态流程模拟等方向发展     

基于遗传算法和有限元方法的

以遗传算法作为工艺条件的优化方法，以化学反应过程的有限元模拟方法作为目标函数的求解方法，可以建立化学工艺的优化系统。以硅橡胶材料的硫化反应为例，建立了面向设定值的反应效率优化模型，确定了相关的决策变量，叙述了优化问题的求解步骤。最后通过典型算例展示了工艺条件的优化过程。