CN113223630B - 化工装置工艺流程模拟仿真方法、电子装置和可存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化工装置工艺流程模拟仿真方法，包括：获取反应物的物料信息和生成物的物料信息；使用主元素分析方法对物料信息进行预判断，判断其反应类型；根据物料信息在对应的反应类型的数据库中搜索已建模的工艺流程，并选择其中一种工艺流程；根据所选择的工艺流程生成对应的模拟仿真工艺流程图；调整模拟仿真工艺流程图上的控制变量，得到所需的仿真数据。本发明的模拟仿真方法是基于初学者而建立的，由于该仿真方法的初始界面简单，易于操作，可适合于初学者，用于辅助其在学习化工装置设计时进行产品的过程模拟。本发明还提供集成了该模拟仿真方法的电子装置和可存储介质。

Description

化工装置工艺流程模拟仿真方法、电子装置和可存储介质
技术领域
本发明涉及工艺流程仿真技术领域，尤其涉及一种化工装置工艺流程模拟仿真方法，特别地涉及一种集成了上述的模拟仿真方法的电子装置和可存储介质。
背景技术
由于化学工业存在易燃、易爆、有毒、有害及高温高压等特殊性，在进行化工装置设计时，需要对其进行过程模拟。过程模拟是过程系统工程的重要内容和基础，它以过程流程水平信息为输入，用计算机辅助进行能量和物料衡算、设备尺寸计算、成本核算及经济评价等对工艺流程开发、设计和操作有用的分析。化工产品种类繁多，其合成方法不尽相同，同一原料可以生产不同的化学品，同一产品可以由不同的原料生产，而同一原料的产品线的工艺也不完全相同，仿真者可以通过过程模拟，了解过程装置经受动态负荷变化的能力、可操作性分析和安全分析，用过程动态模型代替实际装置对操作做出动态响应，开发用于培训目的的过程仿真培训系统。
目前常见的流程模拟软件有Aspen Plus、Aspen Hysys、Chemcad、Hextran SimSci以及Pro/II等等。但是，初学者要掌握上述的流程模拟软件之一，不仅需要懂得流体输送、换热、分离和反应器等单元操作流程的编辑，还需要了解化工装置的热力学原理，选择对应的算法，才能够使所模拟仿真的工艺流程正常运转，得到所需的数据，因此，亟需研发一种可适用于初学者，易于操作，可辅助初学者在学习化工装置设计时进行产品的过程模拟。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种化工装置工艺流程模拟仿真方法，其界面简单，易于操作，可适合于初学者，用于辅助其在学习化工装置设计时进行产品的过程模拟。
本发明的目的之二在于提供一种集成了上述的化工装置工艺流程模拟仿真方法的电子装置。
本发明的目的之三在于提供一种集成了上述的化工装置工艺流程模拟仿真方法的可存储介质。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种化工装置工艺流程模拟仿真方法，包括：
S1：获取反应物的物料信息和生成物的物料信息；
S2：使用主元素分析方法对物料信息进行预判断，判断其反应类型；
S3：根据物料信息在对应的反应类型的数据库中搜索已建模的工艺流程，并选择其中一种工艺流程；
S4：根据所选择的工艺流程生成对应的模拟仿真工艺流程图；
S5：调整模拟仿真工艺流程图上的控制变量，得到所需的仿真数据。
进一步地，在步骤S1中，物料信息包括分子结构式、状态、物料组成、沸点中的一种或者两种以上组合。
进一步地，在步骤S2中，反应类型包括加成反应、分离提纯或者液化的反应、分解反应中的一种。
进一步地，在步骤S2中，使用主元素分析方法对物料信息进行预判断的具体步骤包括：
以碳元素质量守恒定律的原则，分析反应物和生成物中各碳元素的占比；当碳元素在该反应物的占比等于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为分离提纯或者液化的反应；当碳元素在该反应物的占比大于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为加成反应；当碳元素在该反应物的占比小于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为分解反应。
进一步地，在步骤S3中，已建模的工艺流程根据反应器的类型进行分类，反应器包括管式反应器、釜式反应器、有固体颗粒床层的反应器、塔式反应器、喷射反应器中的一种。
进一步地，在步骤S4中，模拟仿真工艺流程图是基于商用流程模拟软件建立而成。
进一步地，所述商用流程模拟软件包括Aspen Plus、Aspen Hysys、Chemcad、Hextran SimSci、Pro/II中的一种。
进一步地，在步骤S3中，模拟仿真工艺流程图是以反应区域、分离和循环区域、换热和热回收区域、公用工程区域、排放处理区域进行划分。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种电子装置，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述模拟仿真方法所述的步骤。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种可存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述存储计算机指令被处理器执行时，完成上述任一项模拟仿真方法所述的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的模拟仿真方法是基于初学者而建立的，其先建立工艺流程的数据库，在初学者输入反应物和生成物的物料信息，搜索对应的已建模的工艺流程，以便于其能够迅速建模，通过调整控制变量，得到仿真数据，由于该仿真方法的初始界面简单，易于操作，可适合于初学者，用于辅助其在学习化工装置设计时进行产品的过程模拟。
本发明的电子装置的处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据，以能够快速地实现该化工装置工艺流程模拟仿真方法。
本发明的可存储介质在其上储存有计算机指令，程序被处理器执行时能够快速实现相应的功能。
附图说明
图1为本发明的化工装置工艺流程模拟仿真方法的流程示意图；
图2为本发明的化工装置工艺流程模拟仿真方法被执行时所形成的初始界面。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“一种”、“二种”、“三种”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，为本发明提供一种化工装置工艺流程模拟仿真方法，其包括：
S1：获取反应物的物料信息和生成物的物料信息；物料信息包括分子结构式(或者通用名称)、状态(在常温下液体还是固体)、物料组成(单组分或者多组分)、沸点等等一种或者两种以上组合；需要同时输入反应物的物料信息和生成物的物料信息，才能让系统作进一步的判断；
S2：使用主元素分析方法对物料信息进行预判断，判断其反应类型；反应类型包括加成反应、分离提纯或者液化的反应、分解反应中的一种；
使用主元素分析方法对物料信息进行预判断的具体步骤包括：
以碳元素质量守恒定律的原则，分析反应物和生成物中各碳元素的占比；当碳元素在该反应物的占比等于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为分离提纯或者液化的反应；当碳元素在该反应物的占比大于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为加成反应；当碳元素在该反应物的占比小于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为分解反应；本实施例中的所述占比为个数占比；
S3：根据物料信息在对应的反应类型的数据库中搜索已建模的工艺流程，并选择其中一种工艺流程；其中，已建模的工艺流程根据反应器的类型进行分类，由于每个反应工艺，在不同的反应器内，所得的反应效率、副反应的处理方式均有所不同，因此，以反应器进行分类，有利于初学者更好地选择；在其中一实施例中，反应器包括管式反应器、釜式反应器、有固体颗粒床层的反应器、塔式反应器、喷射反应器中的一种；可选的，反应器的类型中会以反应器名称+反应效率来标识，如管式反应器+70％，以便于初学者在选择的过程中了解那种反应器可提高反应效率，有益其分析与对比；
S4：根据所选择的工艺流程生成对应的模拟仿真工艺流程图；该模拟仿真工艺流程图是基于商用流程模拟软件建立而成，其中，商用流程模拟软件包括Aspen Plus、AspenHysys、Chemcad、Hextran SimSci、Pro/II中的一种；在其中一实施例中，该模拟仿真工艺流程图以不同颜色的框框划分出五部分：第一部分为以红色标识的反应器区域，第二部分为以蓝色标识的分离和循环系统区域，第三部分为以白色标识的换热和热回收系统区域，第四部分为以黄色标识的公用工程系统区域，第五部分为以绿色标识的排放处理系统区域，以便于初学者知道该模式仿真装置中各个部分具体包含了那些流程，以供其学习；
S5：调整模拟仿真工艺流程图上的控制变量，得到所需的仿真数据。其中，控制变量包括物料组成、流量、温度、压力中的一种或者几种组合。
可选的，化工装置工艺流程模拟仿真方法还包括如下步骤：
在步骤S4中，在生成对应的模拟仿真工艺流程图的同时，还通过VR技术搭建对应的VR虚拟装置现场，可通过穿戴VR眼镜，对整个工艺流程进行介绍，VR虚拟装置现场中以红色在装置上标注主要成分的行走路线。以三维仿真场景的方式，结合仿真工艺流程图，能够生动地展现了该装置的模型，使初学者能够更好地了解装置的构造。
本发明的模拟仿真方法是基于初学者而建立的，其先建立工艺流程的数据库，在初学者输入反应物和生成物的物料信息，搜索对应的已建模的工艺流程，以便于其能够迅速建模，通过调整控制变量，得到仿真数据，由于该仿真方法的初始界面简单，易于操作，可适合于初学者，用于辅助其在学习化工装置设计时进行产品的过程模拟。
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种LNG液化厂的液化工艺流程模拟仿真方法，包括如下步骤：
先在打开软件，然后在初始界面(如图2所示)的两个框中，第一框中输入CH4，气态；第二框中输入CH4，液态；再点开“+”号，第一框下方输入C2H6，气态；第二框下方输入C2H6，液态；
点击“下一步”键，系统对物料信息进行预判断，由于碳元素在该反应物的个数占比等于该碳元素在对应的生成物的个数占比，则该反应类型为分离提纯或者液化的反应，并在下一页面显示，“分离提纯或者液化的反应”的已建模的工艺流程，再根据反应器类型，选择塔式反应器，生成了对应的液化的模拟仿真工艺流程图；此时，可通过佩戴VR眼镜，浏览整个装置的全貌，以及主要成分的走向；
查看模拟仿真工艺流程图的物料组成，调整各物料成分及配比，如95％CH4、3％C2H6、1％C3H8、1％CO2(以上为体积分数比)，再运行模拟仿真装置，得到相关的仿真数据。
实施例2
一种乙烯的加氢工艺流程模拟仿真方法，包括如下步骤：
先在打开软件，然后在初始界面(如图2所示)的两个框中，第一框中输入C2H4，气态；第二框中输入C2H6，气态；
点击“下一步”键，系统对物料信息进行预判断，由于碳元素在该反应物的个数占比大于该碳元素在对应的生成物的个数占比，则该反应类型为加成反应，并在下一页面显示，“加成反应”的已建模的工艺流程，再根据反应器类型，选择有固体颗粒床层的反应器，生成了对应的加成的模拟仿真工艺流程图；此时，可通过佩戴VR眼镜，浏览整个装置的全貌，以及主要成分的走向；
查看模拟仿真工艺流程图的反应器的温度，调整温度大小，如将温度从250℃调整到180℃，再运行模拟仿真装置，得到相关的仿真数据。
实施例3
一种碳酸乙烯酯的分解工艺流程模拟仿真方法，包括如下步骤：
先在打开软件，然后在初始界面(如图2所示)的两个框中，第一框中输入C3H4O3，液态；第二框中输入C2H3Br，气态，在第二框的右方点开“+”号，再输入CO2，气态；
点击“下一步”键，系统对物料信息进行预判断，由于碳元素在该反应物的个数占比小于该碳元素在对应的生成物的个数占比，则该反应类型为分解反应，并在下一页面显示，“分解反应”的已建模的工艺流程，再根据反应器类型，选择管式反应器，生成了对应的分解的模拟仿真工艺流程图；此时，可通过佩戴VR眼镜，浏览整个装置的全貌，以及主要成分的走向；
查看模拟仿真工艺流程图的反应器的温度，调整温度大小，如将温度从100℃调整到150℃，再运行模拟仿真装置，得到相关的仿真数据。
以上实施例中，各工艺流程不限于上述所述的模拟仿真装置，各工艺流程还可以为本发明所记载的其它模拟仿真装置，在此不再赘述。
本实施例还提供一种电子装置，如可以执行程序的台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的电子装置至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器、处理器。
本实施例中，存储器(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于计算机设备的操作系统和各类应用软件，例如实施例所述的化工装置工艺流程模拟仿真方法的程序代码等。此外，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制计算机设备的总体操作。本实施例中，处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据，例如运行电子装置，以实现实施例的化工装置工艺流程模拟仿真方法。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如SD或者DX存储器等)、随机访问存储器、静态随机访问存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、可编程只读存储器、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种化工装置工艺流程模拟仿真方法，其特征在于，包括：
S1：获取反应物的物料信息和生成物的物料信息；所述物料信息包括分子结构式、状态、物料组成、沸点中的一种或者两种以上组合；
S2：使用主元素分析方法对物料信息进行预判断，判断其反应类型；所述反应类型包括加成反应、分离提纯或者液化、分解反应中的一种；
使用主元素分析方法对物料信息进行预判断的具体步骤包括：
以碳元素质量守恒定律的原则，分析反应物和生成物中各碳元素的占比；当碳元素在该反应物的占比等于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为分离提纯或者液化；当碳元素在该反应物的占比大于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为加成反应；当碳元素在该反应物的占比小于该碳元素在对应的生成物的占比，则该反应类型为分解反应；
S3：根据物料信息在对应的反应类型的数据库中搜索已建模的工艺流程，并选择其中一种工艺流程；已建模的工艺流程根据反应器的类型进行分类，反应器包括管式反应器、釜式反应器、有固体颗粒床层的反应器、塔式反应器、喷射反应器中的一种；
S4：根据所选择的工艺流程生成对应的模拟仿真工艺流程图；模拟仿真工艺流程图是基于商用流程模拟软件建立而成；所述商用流程模拟软件包括Aspen Plus、Aspen Hysys、Chemcad、Hextran SimSci、Pro/II中的一种；模拟仿真工艺流程图是以反应区域、分离和循环区域、换热和热回收区域、公用工程区域、排放处理区域进行划分；
S5：调整模拟仿真工艺流程图上的控制变量，得到所需的仿真数据。
2.一种电子装置，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1模拟仿真方法所述的步骤。
3.一种可存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述存储计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1模拟仿真方法所述的步骤。
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