Invensys Pro II 工艺流程模拟分析软件

PRO/II是一个历史最久的、通用性的化工稳态流程模拟软件,最早起源于1967年SimSci公司开发的世界上第一个蒸馏模拟器SP05,1973年SimSci推出基于流程图模拟器,1979年又推出基于PC机的流程模拟软件Process(即PRO/II的前身),很快成为该领域的国际标准,自此,PRO/II获得了长足的发展,客户遍布全球各地。
PRO/II可广泛应用于各种化学化工过程的严格的质量和能量平衡计算,从油气分离到反应精馏,PRO/II提供了最全面的、最有效、最易于使用的解决方案。
PRO/II拥有完善的物性数据库、强大的热力学物性计算系统,以及40多种单元操作模块。它可以用于流程的稳态模拟、物性计算、设备设计、 费用估算/经济评价、环保评测以及其它计算。现已可以模拟整个生产厂从包括管道、阀门到复杂的反应与分离过程在内的几乎所有装置和流程,广泛用于油气加工、炼油、化学、化工、聚合物、精细化工/制药等行业。
Provision图形界面是建立和修改流程模拟和复杂模型的理想工具,用户可以很方便地建立某个装置甚至是整个工厂的模型,并允许以多种形式浏览数据和生成报表。
PRO/II可广泛应用于工厂设计、工艺方案比较、老装置改造、装置标定、开车指导、可行性研究、脱瓶颈分析、工程技术人员和操作人员的培训等领域。PRO/II的推广使用,可达到优化生产装置、降低生产成本和操作费用、节能降耗等目的,能产生巨大的经济效益。
1) 用户界面
PRO/II的图形界面十分友好、灵活、易用。其主要特点如下:
 灵活的流程制图和数据输入
 基于颜色的输入向导
PRO/II使用颜色标识您模拟的状态,如物流、单元过程和相关参数的数据是否输入完整、当前每个单元的模拟运算的实时状态等等。
 用户可配置的缺省值
 单元操作和物流的搜索功能
 数据查看窗口
数据查看窗口使用户能直接在界面上查看物流和单元操作的结果,查看内容可根据需要进行配置。
 先进的报表功能
 制图功能
您可以生成和查看多种图形,PRO/II可为下列输出结果作图:
 塔单元的内部流量负荷、温度、压力和组成等
 塔的分离因子
换热器夹点分析
 相包络图
 加热、冷却曲线
 油品评价曲线
2) 组分及其物性
PRO/II拥有强大的纯组分库,其组分数超过2000多种。所有可能形成气液相行为的组分均有充分的数据和信息,能用于K值和密度等性质的计算。大多数组分都有内置的传递性质关联式。大多模拟都只需要库中的数据即可完成计算,而无需另外的纯组分数据。
PRO/II程序用工业标准的方法处理石油组分,通过分子量、中沸点或密度中的至少两个量预估其它需要的组分性质数据。PRO/II通过粒子尺寸分布和用户定义的属性处理固体物。
烃类物流可根据油品评价数据定义。一般这些评价会包括蒸馏数据(实沸点、ASTM D86、ASTM D1160、ASTM D2887)、密度数据和分子量、轻组分数据和炼油性质如倾点、硫含量等数据。PRO/II用这些输入数据生成一个或多个离散的虚拟组分序列,用于代表此类物流的组成。

用户允许定义或覆盖所有组分的性质。亦可自己定义库中没有的组分,自定义组分的性质可以通过多种途径得到或生成,如可以从在线组分库中获取,用UNIFAC法以分子结构估算,或输入为“non-library”组分。您可以用PRO/II中的DATAPREP程序查看和操作纯组分的性质数据,也可以用它生成自定义组分(即non-library组分)的性质数据,当然,还可以通过DATAPREP生成您自己的纯组分库。
3) 热力学模型
PRO/II提供了一系列工业标准的方法计算物系的热力学性质,如K值、焓值、熵值、密度、气相和固相在液相中的溶解度以及气体逸度等等。这些方法包括:
 一般关联式,如:CS K值算法、API液相密度算法
 状态方程,如SRK、PR计算K值、焓值、熵值和密度
 液相活度系数模型,如NRTL计算K值
 气相逸度方法,如Hayden-O'Connell法计算二元缔合
 特殊组分系统的计算方法,如醇类、甘醇类、酸水系统、气体脱硫系统等
 固-液平衡方法,如Van't Hoff法计算固相在液相中的溶解度。
PRO/II将根据用户的要求计算下列传递性质:液相粘度、液相热传导率、液相扩散率以及气相粘度、气相热传导率等。另外,还可以计算物流的气液相界面张力。PRO/II中包含了很多关联式,用于预测混合物的上述传递性质。
对于过程模拟来说,准确预测物系的物性和相行为是十分关键的。PRO/II带有数据回归功能,可以将测量的组分或混合物的性质数据回归为PRO/II可以使用的形式。回归选项如下:
性质关联:您可以输入一系列温度下某个与温度相关性质的数据,将其回归为任意一种方程的形式,用于PRO/II性质的关联。回归过程中将计算方程的系数。
相平衡:将多组分平衡数据用于回归产生液相活度系数模型或状态方程的二元交互作用参数。使用这些二元参数可以确保相应的热力学方法能再现这些测量的平衡数据。
混合性质:您还可以回归多组分混合热或混合体积数据,用于生成Redlich-Kister二元交互作用参数。
这些数据的回归需要复杂的非线性数值算法。PRO/II中应用的算法包括美国国家标准局NIST开发的正交距离回归算法和非线性最小平方关联等。
4) 单元操作
PRO/II有全面的单元操作,不仅包括一般模型,如闪蒸、阀、压缩机、膨胀机、管道、泵、混合器和分离器,而且包括更复杂的模型如:蒸馏塔、换热器、严格管壳式换热器(包括整合的HTRI模型)、加热炉、空冷器、冷箱模型、反应器、固体处理单元等等。
(1) 塔
对于塔,PRO/II提供了一系列蒸馏算法、初始值生成算法和模拟选项,能为任意蒸馏问题建立模型。在塔单元操作中共有四种类型的蒸馏算法供您选择。一般对于某个问题不止一种算法合适:一般情况下,IO算法适合于绝大多数情况和操作条件。CHEMDIST算法适合于非理想物系和两个液相的物系。烃类物系的蒸馏如果带中断回流以及含自由水时则更适合于用SURE算法。对于这些算法,您可以选择是否对板式塔和填料塔的水力学方面进行设计和核算。另外,PRO/II还支持简洁塔模型,让您能快速对多种塔操作的分离特征进行分析。除此之外,LLEX单元操作则是一个专门用于液液萃取塔的模型,这样,PRO/II中的蒸馏计算就十分完整。
(2) 反应器
PRO/II提供下述反应器模型:转化反应器、平衡反应器、吉布斯自由能最小化反应器、全混流反应器、平推流反应器等。
转化反应器基于用户提供的化学计量转换比和反应热数据,通过求算一个或多个同时发生的化学反应的热平衡和物料平衡来模拟一个反应器。
平衡反应器则是基于用户输入的化学计量、化学平衡系数或平衡差数据以及反应热数据等,通过求算一个或多个同时发生的化学反应来模拟一个反应器。
吉布斯自由能反应器通过求算物料和热平衡模拟一个单相或多相反应器。该算法通过自由能的最小化,在满足整个热量和物料平衡前提下,计算产品产率、组成以及热条件。
全混流反应器模型模拟一个连续进料并带搅拌釜的反应器。该模型假设物料进入反应器时完全混合。该模块允许绝热操作,可定义热负荷,或者在指定温度或进料温度下等温操作,对沸腾槽模型,则是在一个恒定体积下操作。
平推流反应器则模拟一个表现出平推流行为的管状反应器。该模型的两个基本的假设是“无轴向混合或热传递”和“所有流体元素通过反应器的时间均等”。
另外,PRO/II中还支持反应精馏,允许对精馏塔中同时进行的反应过程进行严格的建模。
(3) 换热器
简单换热器单元可以用于模拟单股物流的加热冷却、两股工艺物流的换热、或一个工艺物流和一个公用工程物流间的换热。换热器的任意一侧均可链接到蒸馏塔的某一块理论板上(包括冷凝器和再沸器),用于模拟与塔内部物流的换热工况。
而严格的换热器则是管壳式换热器的核算和设计模型,将严格的热力学模型和鲁棒的收敛算法进行有机结合。该模型支持几乎所有的TEMA管壳式换热器的结构。严格计算通过换热器的热量传递和压降。可正确处理所有可能发生的相变情况,包括物流的冷凝和汽化过程。可选的气液液平衡VLLE热力学方法则对换热器任意一侧的三相分布进行严格计算。另外,与HTRI换热器模型的整合则使得您可以在PRO/II中直接激活HTRI XIST管壳式换热器的计算程序。
PRO/II允许对冷箱进行建模-LNG换热器,它可以模拟多个冷热物流间的换热。该换热器分成多个单元代表各个交叉流动的元素。每个单元也可将多个进料进行混合形成一个联合进料。进料物流允许在出口时分离成气相和液相产品。
PRO/II中,加热换热器(或称为炉子)单元操作通过在一侧燃烧燃料而加热另一侧的流体。加热炉模型结合了燃烧反应器和换热器的功能。
5) 流程控制与优化
(1) 流程控制
PRO/II拥有解算特大型和复杂流程的能力,允许在流程中包括反馈控制器和多变量控制器。这些单元可通过调整上游参数而逐步达到用户定义的工艺单元或物流的参数。反馈控制器适合于处理控制变量和规定的一对一关系,而对于要同时处理多个规定和约束时,则需使用多变量控制器。
PRO/II能自动对流程进行分析,找出循环物流和装置的回路,并由此决定“撕裂物流”和解算序列。当然用户也可覆盖这些计算并定义自己的计算序列。有些类型的循环物流和回路较难收敛,速度忙,PRO/II提供了2种加速算法以加速收敛过程:即Wegstein法和Broyden法。
上述这些机制和方法确保了PRO/II解算大型和复杂流程的能力,而且收敛性能卓越。
(2) 流程优化
所谓流程优化,是从一组设计或操作条件中自动选择出其中最佳的方案。大多数的设计或操作决定都涉及到优化问题,即您希望通过选择某一组的设计或操作变量,而使得另一些变量最大化或最小化。比如,对于一个精馏塔来说,您可以选择一个合适的进料位置,使得塔釜热负荷消耗最小,当然一个更全局一些的方法则是调整工厂所有的操作条件,使得整个效益或产量最大化,等等。
很明显,完全手动在大量操作条件中找出最佳条件而使得效益最大化这样的问题绝非简单。为帮助您轻松完成这些任务,PRO/II提供了优化器单元操作,该优化器无需评价所有可能的工况,就可以非常聪明地得到最佳方案。PRO/II优化器采用SQP算法求算非线性优化问题,不仅只是单个装置操作条件的优化,而是可以优化整个工艺流程。
PRO/II优化器中您需要定义一个目标函数(最大化或最小化)和最少一个操作变量。另外,每个操作变量都应定义一个上下限。约束的数量与变量的数量无直接关系。并且该优化器对优化问题的大小本身并没有硬性的限制。
6) 开放的构架
(1) 读取现场数据
PRO/II能在模拟计算中使用除输入数据外的某个数据源的数据。这些称为Tag数据,可采自某个数据库服务器或可读的文本文件。这些可读的文件或Tag数据文件可以用编辑器进行编辑或由数据校正程序(如DataCon等)生成。Tag数据为用户提供了一个更强大的功能,因为用户可以自动地读取现场数据和/或变化中的数据。
(2) 用户添加子程序
PRO/II的用户添加子程序功能可允许将用户自己用FORTRAN编写的计算方法整合到PRO/II标准程序中,允许整合的计算方法如下:
 用户添加热力学方法
 用户添加传递性质算法
 用户添加单元操作
 用户添加反应动力学
(3) OLE自动化
PRO/II带有一个灵活的OLE自动化层,允许用户对PRO/II模拟数据的信息进行读写操作。您可以从PRO/II模拟数据库文件中提取数据到OLE兼容的程序中进一步处理,如Excel、Lotus123或一个用VB编写的应用程序。实际上,PRO/II本身也是用OLE层从它各个数据输入窗口获取和保存数据的。现在,PRO/II用户还可以获取模拟数据并可用于自己的应用程序中。
(4) 与第三方程序的接口
PRO/II 提供许多与第三方程序的可选接口。
 PRO/II-HTFS接口实现从PRO/II数据库中自动提取物流的性质数据并创建HTFS输入文件。
 PRO/II-HTRI接口也是从PRO/II数据库中提取数据并生成HTRI输入文件。另外,PRO/II现在与HTRI XIST管壳式换热器程序间实现了完全的整合。
 从PRO/II中计算的严格的物料和能量平衡数据可导出到SuperTargeteTM Suite的塔模块中用于分析分离过程的整体能量效率,其计算结果提出的建议则可以在以后的PRO/II中进行运算和评价。
 PRO/II有一个和SPYRO的接口,该接口由TECHNIP公司开发,提供了PRO/II和SPYRO的直接连接。该接口可充分利用SPYRO软件,用于建立一个包括裂解反应在内的完整的乙烯工厂模型。

2、Electrolyte电解质模块
PRO/II的电解质模块模拟在溶剂中部分和完全解离的化工系统。由于这些化工物种的存在,在其它物理过程(如气化)发生的同时,每个单元过程中不断发生离解和缔合的过程,使系统的物理化学性质的计算变得更为复杂。这意味着反应平衡方程、电中性条件方程必须与物料平衡、能量平衡、气液相平衡等方程一起求解,用以计算所有物质在物流中的组成。
PRO/II及其电解质模块Electrolyte形成了通用流程模拟系统和OLI公司开发的严格电解质热力学算法的无缝集成。该模块能用于模拟非均相、多相平衡和液体均相反应平衡以及严格计算气相、水相、有机相和固相之间的平衡。还可以计算多个固相在同一液相中的饱和平衡。
1) PRO/II的Electrolyte电解质模块的典型应用包括:
 天然气脱硫
 酸水处理
 气体洗涤
 制碱
 强酸系统(硫酸、盐酸、硝酸、磷酸)
 矿物质处理
 尿素、合成氨工业
 氯碱工业
 固体盐制造
 腐蚀预防(如湿H2S或铁离子)
 Benfield工艺(用K2CO3脱除CO2和H2S)

2) 电解质组分数据模型
 40种预定义的电解质模型
 2500多种化学物种
 和OLI技术的接口使用户能用其它特殊功能
 物性库(5000种以上的化学物种)
 OLI分析器
 ESP
 OLI引擎
 ESP物性库

3) 热力学
 严格的基于机理的热力学算法模拟气相、水相、有机相、固相和固体水化物相的相平衡和化学平衡
 HGK状态方程的水焓值计算
 Meissner & Kusik法计算水活度
 利用下列方法计算平衡常数
 标准状态 Gref, Href, Cpref
 Tange和Helgeson的Cp(T)方程
 用以下三种交互关联式计算离子溶液的活度系数
 Debye-Huckel
 Bromley-Zemaitis
 Pitzer
 Chen NRTL模型计算高浓度和混合溶液电解质系统
 准确严格的PH值计算
 Redox反应系统的完整模拟能力

4) 严格的计算功能
 增强的ELDIST精馏算法
 标准的单元过程
 简单换热器和LNG换热器
 转化和平衡反应器
 精馏塔
 特殊固体处理单元
 严格的、传质控制的溶解器和结晶器
 滚筒过滤器
 离心过滤机
 基于实际离子物种的化学平衡和相平衡

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Invensys Pro II流程模拟软件是一个用于改进工艺设计和运行分析的稳态模拟器。它被设计用来执行严格的热量和物料平衡计算,适用于大范围的化工流程。跨越石油和天然气分离反应蒸馏,Invensys Pro/II提供化工、石油,、天然气、固体处理和聚合物行业等方面的计算操作,当今最全面的过程模拟解决方案。

Pro/II新版本集成了Spiral Crude套件,SimSci和Spiral软件产品的集成延伸了精炼价值链的覆盖范围,这种合作提供了准确的粗原料的信息来处理,大大提高了设计仿真模型的准确性。

整合了三个知名和行业领先的产品带来的好处:
节省了时间和劳动力;
提高了工艺设计的准确性;
炼油行业价值链的真正的集成工具。

主要优点:
严格的评估流程改进,在付出高昂代价的资本项目之前可先利用工艺流程图(PFD)进行测试;
通过优化现有厂房过程来提高作物产量;
在符合环保要求的前提下,进行成本效益评估一记录;
加速过程中的故障排除;
突破检测和纠正过程中的瓶颈;
提供了多种适用于几乎每一个行业的热力学和物理属性数据;
评估与案例研究采用热集成。

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