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化工过程开发与设计第9章计算机在化工过程开发与工艺设计设计中的应用化工过程开发与设计化工过程开发与设计流程模拟9.2化工CAD技术在化工开发与工艺设计中的应用9.3分子模拟9.1第9章计算机在化工过程开发与工艺设计设计中的应用计算流体力学的发展及在化工中的应用9.4生产控制与计算机管理系统9.5化工过程开发与设计9.1分子模拟12研究范围研究方法和范围3分子模拟软件及其应用化工过程开发与设计9.1.1研究范围随着计算技术的发展，在20世纪困扰理论化学和物理学家多时的求解问题也得到了相当程度的解决。在计算量子化学方面，Pople等人的工作最为引人注目，Gaussian程序在1997年获得了诺贝尔化学奖，分子模拟的软件也在最近的十年中有了长足进步，Cerius2、DLPOLY、CHAR2MM、Gromacs等软件都已经发展得相当完善，并得到了广泛的应用。化工过程开发与设计9.1.2研究方法和范围1.量子化学方法(computationalquantumchemistry，CQC)2.分子力学法(MolecularMechanics)3.分子动力学方法4.蒙特卡洛方法化工过程开发与设计9.1.3分子模拟软件及其应用1.Gaussian03软件(1)Gaussian基本功能(2)Gaussian03的应用2.MaterialsStudio软件(1)MaterialsVisualizer(2)DISCOVER(3)COMPASS……化工过程开发与设计9.1.3分子模拟软件及其应用3.Hyperchem(1)结构输入和对分子操作。(2)显示分子。(3)化学计算。……化工过程开发与设计9.1.3分子模拟软件及其应用4.其它软件（1）量子化学软件（2）分子力学软件（3）分子动力学软件（4）分子设计软件（5）蛋白质模拟软件（6）蒙特卡罗模拟软件化工过程开发与设计9.2流程模拟12稳态过程模拟动态过程模拟34过程模拟软件流程模拟技术在化工设计中的应用化工过程开发与设计9.2.1稳态过程模拟1.单元操作过程模型的建立2.稳态过程模拟软件及应用3.稳态模拟系统化工过程开发与设计9.2.1稳态过程模拟表9-1几种典型的稳态模拟系统类型系统名称推出年代开发单位备注序贯模块法ASPENPLUS1981美国麻省理工学院约50万条FORTRAN语句PROCESS1979美国模拟科学公司约15万条FORTRAN语句ECSS1987青岛化工学院我国第二代模拟系统，微机用联立方程法SPEEDUP1988英国帝国学院第一个商品化的软件QUAIN1978英国剑桥大学可以用于优化ASCEND-II1980美国卡奈基梅隆大学可以同时优化双层法在ASPENPLUS基础上改进1986美国麻省理工学院化工过程开发与设计9.2.1稳态过程模拟图9.1联立模块法计算思路化工过程开发与设计9.2.2动态过程模拟1.研究动态模拟的原因2.稳态模拟和动态模拟的异同表9-2稳态模拟和动态模拟的比较稳态模拟动态模拟仅有代数方程物料平衡用代数方程描述能量平衡用代数方程描述严格的热力学方法无水力学限制无控制器同时有微分方程和代数方程物料平衡用微分方程描述能量平衡用微分方程描述严格的热力学方法有水力学限制有控制器化工过程开发与设计9.2.3过程模拟软件1.ASPENPLUS静态过程模拟软件(1)ASPENPLUS有一个公认的跟踪记录。(2)ASPENPLUS使用最新的软件工程技术通过它的MicrosoftWindows图形界面和交互式客户-服务器模拟结构使得工程生产力最大。化工过程开发与设计9.2.3过程模拟软件(3)ASPENPLUS拥有精确模拟范围广泛的实际应用所需的工程能力，这些实际应用包括从炼油到非理想化学系统、含电解质和固体的工艺过程。(4)ASPENPLUS是AspenTech的集成聪明制造系统技术的一个核心部分，该技术能在你公司的整个过程工程基本设施范围内捕获过程专业知识并充分利用。化工过程开发与设计9.2.3过程模拟软件2.DESIGNII工艺流程模拟软件(1)气液相和液液相的数据回归(2)混合胺吸收系统(3)基于流量的塔模型(4)选择性气体和溶剂组成(5)实际塔的模拟(6)ChemTran化工过程开发与设计9.2.3过程模拟软件3.AspenDynamics动态过程模拟软件(1)AspenDynamics的优点(2)AspenDynamics应用4.ECSS模拟软件(1)ECSS应用领域如下(2)ECSS的十一软件包化工过程开发与设计9.2.4流程模拟技术在化工设计中的应用1.循环流化床过程的流程模拟(1)过程的描述(2)模拟的要求和简化假设(3)循环流化床的ASPENPLUS模拟(4)模拟结果分析化工过程开发与设计9.2.4流程模拟技术在化工设计中的应用图9.2CFB烟道流程1.炉膛2.下降腿3.气包4.烟道5.包覆过热器6.I级蒸汽过热器7.II级蒸汽过热器8.III级蒸汽过热器9.省煤气10，11，12.一次风换热器13.电除尘14.引风机15.烟囱化工过程开发与设计9.2.4流程模拟技术在化工设计中的应用图9.3循环流化床ASPEN模拟框图化工过程开发与设计9.2.4流程模拟技术在化工设计中的应用图9.4循环流化床ASPEN模块图化工过程开发与设计9.3化工CAD技术在化工开发与工艺设计中的应用12工艺设计软件管道工程设计34计算机绘图工具AutoCAD建立和应用CAD网络系统化工过程开发与设计9.3.1工艺设计软件1.Q-Series工艺流程图设计软件（1）程序包括以下几个模块,如表9-3所示（2）程序主要特点图9.5QP&ID软件工作界面化工过程开发与设计9.3.1工艺设计软件表9-3QPIPING程序包括以下几个模块模块功能设备卧式容器，立式容器，二级容器，塔，油罐，换热器及泵，支持自定义设备。管道提供四种线宽的管线，支持管道等级表。多种标注方式可供选择，自动提取属性，可视化定位。管件及小型设备在线管件包括大小头，三通，封头，八字盲板，过滤器等。小型设备包括漏斗，搅拌器，冷却器，阻火器，混合器，消声器等。仪表及仪表位号调节阀，孔板，仪表线，仪表位号，自动标注。阀门常用国标阀门，参数化生成，等级驱动。支持阀组。多种标注方式可供选择，自动提取属性，可视化定位。实用工具等级分界，在线管件删除，进出界，管道连续符号，交叉断线，手动连线，尺寸查询等。化工过程开发与设计9.3.1工艺设计软件2.CADWorxPlantProfessional工艺流程图设计软件(1)软件主要以下几个部分：CADWorxPipe（管道）、CADWorxSteel（结构）、HVAC（采暖通风）、CADWorxEquipment（设备）、FullPersonalIsogen（管段图）、NavisWorksRoamer（漫游）、LiveExternalDatabase（实时数据库）。(2)CADWorxPlantProfessional软件具有的特点化工过程开发与设计9.3.1工艺设计软件图9.6CADWorxPlantProfessional操作界面化工过程开发与设计9.3.1工艺设计软件3.CPPIDV1.2网络版(1)外挂式平台(2)网络化平台(3)开放式平台(4)开发者平台(5)安全性平台(6)实用化平台图9.7CPPID软件操作界面化工过程开发与设计9.3.1工艺设计软件4.其它软件：(1)CADWorx/PIPE2D/3D单线或双线及实体建模工厂配管设计软件(2)QMTO管道材料开料统计软件(3)PlantWise工厂概念设计专家系统(4)化工流程图绘制软件HEPID14化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计1.Q-Series软件管道模块的设计Q-Series软件是由北京艾思弗计算机软件公司开发的，为广大石油、石化和化工等管道工程设计人员开发的一系列应用软件。图9.8工作工具图9.9选取管道工具上的初始化按钮化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.10管线初始化界面图9.11管线设置化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.12新建输入管道对话框化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.13流入二级容器图化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.14管道介质属性的设置化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计表9-4物料平衡表流程图物料123温度100100100压力161616重度100010001000组分分子量流量热量流量热量流量热量AOOOOOOOBOOOOOOOCOOOOOOO化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.17多种型式的设备管嘴图9.16自定义设备图9.15标准设备模型化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.18丰富的阀门、阀组种类图9.19仪表和仪表位号化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.20管道特性框化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.21管道特性说明表化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计2.专家系统在管道工程设计中的应用(1)配管工程专家数据库的工作原理1)专家系统的功能结构2)配管工程专家数据库的工作流程图3)配管工程专家数据库的工作方式化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.22CAD专家系统一般功能结构化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计图9.23配管工程专家数据库工作流程化工过程开发与设计9.3.2管道工程设计(2)三维制图用户1)非三维制图用户2)配管专家用户3)普通用户化工过程开发与设计9.3.3计算机绘图工具AutoCAD图9.24AutoCAD2008操作界面化工过程开发与设计9.3.3计算机绘图工具AutoCAD1.AutoCAD绘图软件的基本功能和特点(1)拥有友好的用户界面，方便的坐标输入功能，强大的图形编辑功能。(2)拥有强大的三维造型建模功能；提供了线框造型、表面造型、实体造型功能。(3)自动测量和标注尺寸功能和强有力的视图显示和图层控制功能。(4)数据交换功能和便于协同工作的外部引用功能。(5)可见即可得的图形输出功能和系统的网络技术发布技术。化工过程开发与设计9.3.3计算机绘图工具AutoCAD2.化工工艺流程模拟仿真系统(1)研究对象(2)仿真模型建模原理(3)仿真的主要内容(4)支撑技术(5)仿真系统的实现方法(6)仿真系统的主要功能(7)网络控制化工过程开发与设计9.3.3计算机绘图工具AutoCAD图9.25工艺流程化工过程开发与设计9.3.3计算机绘图工具AutoCAD图9-26仿真结果进行试验分析实际系统数学建模仿真模型结果建模变换实验图9-26仿真结果进行试验分析化工过程开发与设计9.3.4建立和应用CAD网络系统近年来，各类计算机辅助设计CAD，在计算机研究与应用领域取得了迅速的发展。现有较成熟的该类系统一般比较庞大，多为基于单机原型发展而成，但由于该类系统专业化程度要求非常高，单个操作人员难以完成，迫切需要对其进行网络化协同操作改造，这就涉及到网络协同改造的架构设计，保证协同操作的高可靠性以及协同用户的动态自由扩展。化工过程开发与设计9.3.4建立和应用CAD网络系统图9.28基于Web服务的图形CAD协同系统的总体框架化工过程开发与设计9.3.4建立和应用CAD网络系统图9.29客户浏览器与服务器间的交互细节化工过程开发与设计9.4计算流体力学的发展及在化工中的应用12计算流体力学(CFD)软件计算流体力学(CFD)在化工领域的应用化工过程开发与设计9.4.1计算流体力学(CFD)软件1.PHOENICS软件2.FLUENT软件3.STAR-CD软件4.CFX软件5.FIDAP软件化工过程开发与设计9.4.2计算流体力学(CFD)在化工领域的应用1.流化床2.搅拌3.转盘萃取塔(RDC)4.填料塔5.燃料喷嘴气体动力学6.化学反应工程7.干燥化工过程开发与设计9.5生产控制与计算机管理系统12化工行业GIS应用的特点化工行业MES应用的特点3企业内部的资源计划系统(ERP)化工过程开发与设计9.5.1化工行业GIS应用的特点自上世纪6