課程介紹

軟件介紹

gPROMS起源于英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的過(guò)程系統(tǒng)工程，歷經(jīng)數(shù)十年的過(guò)程系統(tǒng)研發(fā)，以算法封裝的形式開(kāi)發(fā)出gPROMS，于1997年成立了PSE公司負(fù)責(zé)gPROMS全部商業(yè)運(yùn)營(yíng)。gPROMS是對(duì)工藝設(shè)備及流程進(jìn)行仿真建模及設(shè)計(jì)優(yōu)化的新一代通用過(guò)程模擬平臺(tái)，具有世界領(lǐng)先的過(guò)程模擬能力和多項(xiàng)特有仿真技術(shù)。

經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)與完善，PSE基于SSML高級(jí)模型庫(kù)于2015年推出了ProcessBuilder產(chǎn)品，主要是面向傳統(tǒng)化工與精細(xì)化工的通用化工工藝過(guò)程模擬和優(yōu)化軟件，除了可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)物料衡算與熱衡算外，還可以進(jìn)行中試放大研究、系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化求解能力、動(dòng)態(tài)開(kāi)停車過(guò)程模擬等。

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軟件模型的主要優(yōu)勢(shì)有：

• 具原理性的模型?gPROMS模型庫(kù)中的所有模型均是基于原理性的方程和基本的單元操作所建立，具有非常高的通用性，可以搭建任何反應(yīng)、分離過(guò)程，甚至是多種過(guò)程的組合，特別適用于新工藝過(guò)程的研發(fā)工作。
• 分布式參數(shù)模型?gPROMS中的模型多為分布式參數(shù)模型，即所有關(guān)鍵變量，如溫度、濃度等均為空間位置的函數(shù)，并可與其他獨(dú)立變量（顆粒粒徑、摩爾分?jǐn)?shù)等）相關(guān)，采用偏微分方程和積分方程建立數(shù)學(xué)模型，而不僅僅是一般的常微分方程和代數(shù)方程。
• 穩(wěn)態(tài)/動(dòng)態(tài)模型?gPROMS的模型均為動(dòng)態(tài)模型，穩(wěn)態(tài)模擬僅僅是時(shí)間相關(guān)變量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)為零的特殊狀態(tài)。gPROMS中穩(wěn)態(tài)模擬和動(dòng)態(tài)模擬使用相同的數(shù)學(xué)模型和求解算法，因此無(wú)需建立兩套過(guò)程模型，無(wú)需反復(fù)調(diào)整計(jì)算結(jié)果，大大減少使用者的無(wú)效工作，提高效率。
• 完全開(kāi)放的基本模型庫(kù)?gPROMS開(kāi)放的基本模型庫(kù)允許使用者完全了解模型采用的數(shù)學(xué)方程，可以根據(jù)特定要求進(jìn)行簡(jiǎn)化、拓展和調(diào)整，即使需要重新建模也可以作為很好的參考資料。
• 豐富的高級(jí)模型庫(kù)?gPROMS還具有豐富的定制化高級(jí)模型庫(kù)（Advanced Model Library, AML），并在AML基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了多種專業(yè)化的解決方案。例如，能夠進(jìn)行固定床催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的AML:FBCR、包含SOFC和PEMFC兩種燃料電池模型的AML:FC、唯一能夠進(jìn)行固態(tài)顆粒處理過(guò)程模擬的gSOLIDS、英國(guó)BP石油公司設(shè)計(jì)火炬管網(wǎng)系統(tǒng)指定仿真工具gFLARE、制藥行業(yè)廣泛采用的溶解結(jié)晶解決方案gCRYSTAL等等。

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軟件功能的主要優(yōu)勢(shì)有：

• 開(kāi)發(fā)能力?gPROMS具有強(qiáng)大的模型開(kāi)發(fā)能力，不但其高級(jí)模型庫(kù)一直在發(fā)展擴(kuò)大之中，企業(yè)及高校的使用者亦在gPROMS平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了數(shù)量龐大的各式工藝模型。迄今為止在各類頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)已達(dá)近千篇，涉及大化工領(lǐng)域幾乎所有的專業(yè)方向，充分說(shuō)明其建模能力的強(qiáng)大。
• 工程數(shù)學(xué)建模語(yǔ)言?gPROMS開(kāi)發(fā)模型采用針對(duì)過(guò)程工業(yè)特點(diǎn)而專門定制的工程數(shù)學(xué)語(yǔ)言，而非FORTRAN或C++等高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，具有易于掌握、編寫簡(jiǎn)單和調(diào)試方便的優(yōu)勢(shì)。
• 聯(lián)立方程求解算法?gPROMS先進(jìn)的求解算法亦是被廣泛采用作為數(shù)值建模平臺(tái)的重要原因。不同于傳統(tǒng)過(guò)程模擬軟件中的序貫?zāi)K算法，gPROMS第一個(gè)將先進(jìn)的聯(lián)立方程法實(shí)現(xiàn)了商品化。聯(lián)立方程法是將所有方程組成大型非線性方程組，同時(shí)計(jì)算、同時(shí)收斂，不存在嵌套迭代問(wèn)題。因聯(lián)立方程法計(jì)算效率高，而且特別適用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化問(wèn)題的求解，故越來(lái)越受工藝研究人員重視。
• 模型初值估計(jì)功能?在初始化計(jì)算模型時(shí)，gPROMS內(nèi)置了一系列的簡(jiǎn)化策略（如改變參數(shù)或變量值，逐步接近原始值，簡(jiǎn)化方程，減小方程自由度，改變自由度選擇等），采用簡(jiǎn)化方程的計(jì)算結(jié)果作為真實(shí)的復(fù)雜方程的計(jì)算初值，大大提高了求解的收斂性、穩(wěn)定性和計(jì)算速度。
• 模型驗(yàn)證功能?能夠讓研究人員從很少的實(shí)驗(yàn)或中試數(shù)據(jù)獲得關(guān)鍵的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及其他模型參數(shù)。
• 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)功能?可以對(duì)參數(shù)估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)估計(jì)結(jié)果的置信度，置信區(qū)間等判斷參數(shù)估計(jì)結(jié)果能否滿足所需精度，如果精度不能滿足要求，則可以根據(jù)所建立的模型及實(shí)驗(yàn)條件（各種測(cè)量?jī)x器的精度等），根據(jù)方差小等原則設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)，終以少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)獲得足夠多的信息，進(jìn)一步提高所估計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確度。
• 系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化求解能力?gPROMS能夠?qū)Ω鞣N連續(xù)及間歇工藝的穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，以及工廠級(jí)別的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。gPROMS由于采用了聯(lián)立算法，能夠?qū)φ麄€(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化求解，而且不存在穩(wěn)態(tài)模擬的限制，即使是不斷變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程也能獲得合理的控制條件及工藝參數(shù)。
• 耦合接口豐富?gPROMS作為開(kāi)放的過(guò)程建模平臺(tái)，能夠與非常多的仿真工具相互耦合使用。如可將gPROMS穩(wěn)態(tài)單元模型通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的CAPE-OPEN接口導(dǎo)入至其他工藝模擬軟件的gO:CAPE-OPEN、可把gPROMS工藝模型發(fā)布為運(yùn)行時(shí)版本的gO:RUN、可將工藝過(guò)程模擬與三維CFD計(jì)算耦合的gO:CFD等等。

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課程介紹

通過(guò)演示完整的合成器制甲醇Methanol synthesis的工業(yè)案例，詳細(xì)介紹使用ProcessBuilder搭建流程模型以及優(yōu)化計(jì)算的方法，演示了PB動(dòng)態(tài)模擬的優(yōu)勢(shì)，以及如何通過(guò)PID控制工藝流程，消除上游波動(dòng)對(duì)下游的影響，深入了解軟件在工業(yè)級(jí)過(guò)程模擬運(yùn)用中的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。

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講師介紹

龔明?高級(jí)工程師

海基科技gPROMS產(chǎn)品經(jīng)理，畢業(yè)于西北大學(xué)，具有顆粒力學(xué)、流態(tài)化工程和化工工藝流程分析經(jīng)驗(yàn)。組織實(shí)施過(guò)噴動(dòng)床脫硫脫硝過(guò)程分析、大型煤氣化爐熱態(tài)過(guò)程分析、核燃料溶解器啟動(dòng)及運(yùn)行狀態(tài)分析、固定床催化反應(yīng)器運(yùn)行及操作分析等涉及氣-液-固多相流及化學(xué)反應(yīng)的工程咨詢項(xiàng)目。

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課程目錄

第一章?20160414_ProcessBuilder網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)（第一期）

1.1 gPROMS_ProcessBuilder軟件界面、操作流程及模型庫(kù)介紹

1.2 Methanol synthesis工藝過(guò)程模型建立及演示

1.3 復(fù)雜工藝中Recycle Braker回流工具介紹

1.4 設(shè)計(jì)規(guī)定中adjust的使用方法介紹

1.5 靈敏度分析方法介紹

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第二章?20160428_ProcessBuilder網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)（第二期）

2.1 Design設(shè)計(jì)計(jì)算模式的建立

2.2 Performance運(yùn)行計(jì)算模式的建立

2.3 Pressure-Driven simulation壓力驅(qū)動(dòng)模擬的建立

2.4 Dynamic simulation動(dòng)態(tài)模擬的建立及演示

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第三章?20160512_ProcessBuilder網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)（第三期）

3.1 動(dòng)態(tài)模擬中Control Configuration控制配置的應(yīng)用

3.2 采用Custom Modelling自定義反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

課程目標(biāo)

• ?? 了解gPROMS的ProcessBuilder軟件界面、操作流程、模擬優(yōu)化計(jì)算的方法及模型庫(kù)情況；
• ?? 了解軟件Design Mode建立方法，能夠使用該方法計(jì)算重要設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如閥門的流動(dòng)阻力系數(shù)，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，換熱器的換熱面積等；
• ?? 了解軟件Performance/Rating Mode建立方法，通過(guò)指定設(shè)備參數(shù)確定工藝性能，如已知閥門阻力系數(shù)，通過(guò)入口壓力及流量計(jì)算閥門出口壓力等；
• ?? 了解軟件Pressure-Driven simulation壓力驅(qū)動(dòng)模擬的建立方法，可基于上游和下游壓力計(jì)算流量，同時(shí)，壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)也是運(yùn)行動(dòng)態(tài)模擬的先決條件；
• ?? 了解軟件Dynamic simulation動(dòng)態(tài)模擬的建立方法，如何由物料衡算下的壓力驅(qū)動(dòng)穩(wěn)態(tài)模擬轉(zhuǎn)變至動(dòng)態(tài)模擬，獲得上游波動(dòng)對(duì)下游的影響的真實(shí)反映；
• ?? 了解軟件Control Configuration控制配置的應(yīng)用方法，通過(guò)控制手段消除原料或上游波動(dòng)對(duì)下游產(chǎn)生的影響，掌握PID控制器在工藝流程中的應(yīng)用方法。如通過(guò)控制相應(yīng)閥門開(kāi)度來(lái)維持分離器壓力或液位在指定的范圍內(nèi)，以及通過(guò)控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速保持混合器出口壓力為指定值；
• ?? 了解軟件Custom Modelling自定義反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法，掌握化學(xué)反應(yīng)設(shè)置的過(guò)程及運(yùn)用；
• ?? 熟悉ProcessBuilder在工業(yè)級(jí)應(yīng)用中的全過(guò)程，深入了解軟件動(dòng)態(tài)模擬的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)。