化工工藝設計中過程模擬優化的應用

劉成江

摘 要：文章主要對化工工藝設計中過程模擬優化的應用進行研究分析。

關鍵詞：化工過程模擬；在線優化；化工工藝應用

化工模擬優化技術在實際應用中了不斷優化有效的促進了化工工藝設計的發展。

1 過程模擬的概述

化工生產中，在對單獨化工工藝變量的穩定性進行控制時，第一步應該及時設定相應的順序；第二，在對單元進行控制；第三，對整個車間進行控制。在整個過程中，工作人員需要對各個環節的特定操作進行組合，并且還要及時將其反應過程進行聯合。在整個系統開始運行前，應該及時對化工工藝的整個過程進行模擬，就可以及時幫助工作人員發現其中存在問題，并且及時解決，確保實際生產過不會出現問題，避免造成較大損失。經過對化工工藝生產的模擬，大多數化學反應以及物理結構都發生了不同程度的變化，最后形成產品。需要注意的是，模擬過程中，還應該加強對不可控因素的控制，例如：材料、外部條件等，所以，在產品大規模生產前，工作人員應該及時對整個化工工藝過程進行模擬[1]。經過模擬以后，企業可以及時掌握產品生產中的各項數據，從而更好的對產品質量進行控制，提高產品質量。

2 過程模擬

2.1 過程模擬技術

化工生產中，對材料進行預處理，經過復雜的化學反應以后就可以形成新物質，然后在對所形成的新物質進行處理，就可以得到新產品，此種方式是最為常見的。化工工藝計算主要是利用摩爾比運算，計算的目的主要是為了掌握材料對化學反應的影響，壓力平衡、相平衡等都會對計算造成影響。相對于化工工藝來說，化工模擬可以及時對其流程進行計算，并且還能再次基礎上對整體的操作難度進行分析，幫助企業選擇合適的生產工藝，確保企業經濟效益實現最大化。

2.2 過程模擬優化

生產過程的模擬能夠尋找出工藝流程中所出現的問題，以此來改進和提升化工工藝設計效果，此過程在提升企業新產品設計效率中有著重要意義，需提升對工藝模擬的重視程度。而過程模擬在軟件模擬中也有一定的現實價值，尤其是數學模擬和物性模擬，這兩者構建得 準確性直接影響化工過程模擬的效果，如果過程中出現失誤，將會增加工藝設計成本。經過以模塊化為基礎的過程模擬，能夠利用其中得到的數據來實現整個流程的優化[2]。

2.3 過程模擬軟件

上述方法在很早以前就已經應用到化工生產中，經過完善并成熟，其中穩態過程模擬是最初的方法，但是整體效果達到預期。常用的化工過程模擬軟件主要組成部分為模塊庫、物性資料、通信系統和輸入系統。CaPES和ASPEN/PLUS是較為常用的過程模擬軟件，主要是通過對序貫模塊法的利用實現了對穩態模擬的優化。利用方程聯立法OPTSIM以及FLOWSIM也可以實現對軟件的優化。過程模擬軟件是現階段國際上認可的一種模擬軟件技術。

3 過程模擬在化工工藝中的應用

工作人員經過不斷研究分析，過程模擬技術已經普遍應用于化工工藝設計生產中。利用相關工藝來解答模擬系統中所產生的非線性規劃問題，以此來實現模型的穩態改進，主要包括：流股聯接方程、優化不等式約束等。穩態模擬來實現對優化約束方程的解答。經過改進的模擬系統對數據和工藝等因素進行解決之后，呈現出在穩態流程模擬技術、非線性優化技術等方面的價值及預期成效。就目前來說，在線優化在實際應用中表現較為突出，并且還能有效提高企業經濟效益，確保企業在激烈競爭中脫穎而出。

4 實例建模

4.1 假設

在對乙醇連續發酵過程信息資料的相關性及發生規律開展分析的基礎上，有條理的提出假設內容，根據提上條件對整個過程進行優化，優化過程包括各種化工工藝的計量算法，例如：利用摩爾比運算，主要作用是對化學反應的材料以及影響化學反應的條件進行計算，包括反映因素的平衡條件等，例如：壓力和熱量；模擬介質開展計算。乙醇連續發酵的主要過程為：依據等價性原則，可以及時得到連續性操作狀態下的全過程；不對一些特殊狀態進行考慮；物料傳輸過程中壓力降低到零，就可以對整個輸送過程進行忽略；固體組分在液氣平衡計算時，在不產生化學反應的情況下，計算則不參與；如不發生化學反應，則不參與相關的計算；獨立換熱器能夠反映出物料的溫度差異產生規律。

4.2 模擬結果分析以及優化

預發酵、反應壓力等在化學反應中都會因為葡萄糖進料受到影響，所以，在研究過程中應該及時對其進行考慮。依據相關條件及時對熱量系統的優化進行驗證。其中蒸餾過程會受到較多因素的影響，包括進料成分、生產負荷和操作條件等，化工工藝模擬只能在原料加工中得以實踐，也能在相對較為獨立的環境中開展，但是不能在裝置指中實現在線模擬。通過過程模擬，企業可以獲得生產過程顯示生產狀態的資料，并在此基礎上確定質量掌控所需要的數據信息。在對數據發生規律進行分析總結處理的情況下，了解生產過程中參數的相關性，對難以測量的質量指標進行預估模型的建立，有效地將數據資源進行效益的轉化。

5 總結

綜上，在現代化工發展中，對于工藝要求越來越高，并且化工應用較為廣泛，應該應用到各個行業。在應用中及時對化工工藝設計進行優化，可以節約產品生產成本，而且還要可以降低對環境的危害，具有良好的環保作用。

參考文獻：

[1]李騰飛.過程模擬優化在化工工藝設計中的應用[J].化工管理，2018，504（33）：100-101.

[2]高懷.化工過程模擬在工業生產中的應用[J].煤炭與化工，2017，40（3）：138-140.