化工生產(chǎn)過程可以簡單概括為輸入原料和能源、輸出產(chǎn)品和廢物。要實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，一是要減少資源的消耗；二是要減少廢物的產(chǎn)生，即要盡可能將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品；三是節(jié)約能量，并盡可能采用清潔能源。
我國化工行業(yè)中應(yīng)用到的清潔生產(chǎn)技術(shù)主要包括：
①過程模擬技術(shù)；
②過程集成技術(shù)；
③清潔的生產(chǎn)工藝；
④清潔的反應(yīng)體系；
⑤超常規(guī)反應(yīng)技術(shù)；
⑥催化技術(shù)；
⑦化工設(shè)備技術(shù)；
⑧清潔能源。
什么是化工流程模擬技術(shù)？
在眾多的清潔生產(chǎn)技術(shù)中，化工流程模擬技術(shù)是由信息技術(shù)與化工技術(shù)相結(jié)合，以化工工藝過程的機(jī)理模型為基礎(chǔ)，根據(jù)化工工藝過程的數(shù)據(jù)，如物料的溫度、壓力、組成、流量及設(shè)備參數(shù)（如精餾塔的板數(shù)、進(jìn)料位置），用數(shù)學(xué)方法來描述一個(gè)有多個(gè)單元的化工流程，通過在計(jì)算機(jī)進(jìn)行單元或全過程的物料衡算、熱量衡算，建立模型；并通過改變各種有效操作參數(shù)，從而得所需的最優(yōu)結(jié)果。這其中包括最受關(guān)心的原材料消耗、工程消耗和產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、設(shè)備尺寸估算和能量分析等許多重要數(shù)據(jù)。
近些年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件、硬件的性能全面提高，可使實(shí)際的化工生產(chǎn)過程全面、精確地反映在計(jì)算機(jī)上，而不需改變現(xiàn)有裝置的任何參數(shù)，因此，在理論上有了很大的優(yōu)化空間。化工模擬人員可以在計(jì)算機(jī)上以實(shí)際裝置為基礎(chǔ)，任意改動(dòng)工藝參數(shù)，確定出不同的方案，全方位綜合對(duì)比分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從而得到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益最優(yōu)的方案，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。而且，應(yīng)用流程模擬技術(shù)可以節(jié)省大量時(shí)間、原料和操作費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低消耗，同時(shí)還可以對(duì)化工生產(chǎn)過程的規(guī)劃、研究和開發(fā)及技術(shù)可靠性作出分析和對(duì)比。
常見化工模擬軟件介紹
01
Aspen Plus
Aspen Plus化工流程模擬系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代由美國能源部委托麻省理工大學(xué)開發(fā)的大型化工模擬軟件，由美國最大的過程應(yīng)用軟件公司ASPEN技術(shù)公司80年代初推向市場，它的數(shù)據(jù)庫包括約6000種純物質(zhì)的數(shù)據(jù)，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫也收集了25萬多套氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)。用戶可以把自己初始的物性數(shù)據(jù)輸入Aspen Plus系統(tǒng)當(dāng)中，利用它提供的單元操作模型，通過嚴(yán)格的計(jì)算方法，準(zhǔn)確地進(jìn)行單元和全過程的模擬計(jì)算。利用這一軟件還可以優(yōu)化已有裝置的操作條件或開發(fā)設(shè)計(jì)新建、改建裝置。由于其具有功能強(qiáng)大、模擬準(zhǔn)確、使用方便等特點(diǎn)，而廣泛用于化工、煉油、石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護(hù)、動(dòng)力、節(jié)能和食品等工業(yè)領(lǐng)域。
除了具有流程模擬功能，Aspen Plus還具有靈敏度分析、工藝計(jì)算、物性數(shù)據(jù)回歸、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等其他方面的功能。此外，實(shí)際生產(chǎn)中，某些物質(zhì)在Aspen Plus自帶的數(shù)據(jù)庫中查找不到時(shí)，Aspen Plus還具有物性估算的功能。
02
Hysys
Hysys模擬軟件是加拿大著名油氣加工模擬軟件工程公司Hyprotech公司研究開發(fā)出的產(chǎn)品，它被Aspen Tech公司收購后，軟件得到升級(jí)，并為數(shù)據(jù)集成帶來了很大的方便。此數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的特點(diǎn)是工藝流程和單元操作依靠物流相關(guān)聯(lián)。Hysys模擬軟件分為動(dòng)態(tài)模擬和穩(wěn)態(tài)模擬兩大部分，模擬過程中穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)同時(shí)使用同一個(gè)目標(biāo)，不需要傳遞數(shù)據(jù)，而且可以很方便地從靜態(tài)切換到動(dòng)態(tài)。其動(dòng)態(tài)模擬最突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)時(shí)的測量和控制運(yùn)行中所有系統(tǒng)，以便于在線調(diào)整操作參數(shù)，而且當(dāng)優(yōu)化模型直接與DCS控制系統(tǒng)相連時(shí)，可以實(shí)時(shí)找出工藝流程的最佳操作條件。Hysys的特點(diǎn)是操作方便、計(jì)算效率高、計(jì)算的收斂性強(qiáng)，更關(guān)注工段級(jí)的操作，更強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，可以和Aspen Plus形成功能互補(bǔ)，廣泛應(yīng)用于石油化工、電解質(zhì)、制藥和氣體處理等相關(guān)領(lǐng)域。
03
PROII
Pro/II軟件是由美國SimSic公司開發(fā)的流程模擬軟件，擁有包含了超過1700種物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)庫、40多種單元操作模塊。它不僅可以進(jìn)行基本的穩(wěn)態(tài)模擬，還能夠計(jì)算物質(zhì)性能、設(shè)計(jì)工藝設(shè)備、估算運(yùn)行費(fèi)用、評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益及進(jìn)行環(huán)境保護(hù)方面的計(jì)算。它的發(fā)展歷史悠久，積累了大量的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，能夠模擬整個(gè)工藝流程中包括簡單的管道、閥門和復(fù)雜的反應(yīng)器、分離器在內(nèi)的所有裝置。Pro/II軟件還可以同換熱器計(jì)算軟件等其他大型軟件聯(lián)用，其結(jié)果也能以Word、Excel等多種方式輸出，廣泛應(yīng)用于油氣加工、煉油、化工、聚合物及制藥行業(yè)中新建裝置設(shè)計(jì)、老舊裝置優(yōu)化及技術(shù)改造。
04
ChemCAD
ChemCAD軟件是美國Chemstations公司開發(fā)的流程模擬軟件，提供大量的熱平衡和相平衡計(jì)算方法，包含39種Ｋ值計(jì)算方法和13種焓計(jì)算方法，同時(shí)提供了50多個(gè)單元操作模型用于物料平衡和能量平衡核算，可以滿足化工廠的基本需要，為開發(fā)、設(shè)計(jì)工藝流程，改造、優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)提供一定的理論支持。ChemCAD軟件在Windows系統(tǒng)中即可運(yùn)行，并且可與其他的應(yīng)用程序兼容，這樣極大地方便了模擬數(shù)據(jù)在ChemCAD與其他應(yīng)用程序之間的傳輸。ChemCAD軟件主要應(yīng)用于化學(xué)和石油工業(yè)、煉油、油氣加工、制藥工業(yè)等領(lǐng)域。
05
gPROMS
gPROMS軟件是由帝國理工學(xué)院PSE研究中心研制開發(fā)出來的，具有過程建模、仿真、及動(dòng)態(tài)模擬等功能。gPROMS基于聯(lián)立模塊思想，將復(fù)雜的對(duì)象模型逐級(jí)分解成多個(gè)簡單模型，用這些連接起來的簡單模型來替代復(fù)雜模型，這樣就降低了對(duì)復(fù)雜過程建模的難度，而且使編譯的簡單模型有了更強(qiáng)的通用性。與其他模擬軟件相比，gPROMS有很強(qiáng)的處理非連續(xù)性過程能力，而且能夠與多種應(yīng)用程序建立動(dòng)態(tài)連接，共同完成復(fù)雜流程的模擬。如：它可以與Aspen軟件相連接，借助Aspen的物性數(shù)據(jù)庫來完成精餾等化工過程的模擬，得到的模擬數(shù)據(jù)可以直接輸出到Excel文件中。gPROMS的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，其在化學(xué)工業(yè)、石油化工、石油和天然氣加工、精細(xì)化工、食品工業(yè)和制藥都擁有眾多用戶。
下表為以上5種軟件的性能對(duì)比。
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