当今国际市场商品化流程模拟类软件分类及性能分析Word文档下载推荐.docx

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进行操作规律和控制方案的研究及连锁控制调试；

分析装置操作、生产过程中的瓶颈问题；

确定安全的开工方案；

计算间歇生产过程的安全问题；

计算特殊的非稳态过程；

安全生产指导和调优；

在线优化及先进控制；

生产培训等。

或。

../../pro/II是美国SimSci-Esscor公司开发的化工流程模拟软件，现属INVERSYS公司所有。

../../pro/II可广泛应用于各种石油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提供了全面、有效和易于使用的解决方案。

../../pro/II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，并在油气加工、炼油、化学、化工、聚合物、精细化工和制药等行业得到了广泛应用。

gPROMS（generalProcessModelingSystem）是英国PSE公司开发的通用工艺过程模拟系统，它的特点是可以建造任何反应过程、分离过程、多个过程的组合，特别适用于任何新的工艺过程的研究开发，因为它可以做研发过程的实验设计，过程建模及参数的估值、数据的统计分析，如数据校验、一致性检验、残差分析等。

由于它擅长于求解对时空变量的偏微分方程组，所以特别适用于动态过程的建模。

便于建立仿真培训系统，进行生产装置开工过程的培训、指导、控制，它可以是在线的，也可以是离线的，并可以对动态和稳态过程进行优化控制。

已广泛用于化学工业、石油化工、石油和天然气加工、造纸、精细化工、食品工业、制药及生物制品技术等加工行业。

ChemCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件。

使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。

DesignII是美国WinSimInc.公司开发的流程模拟软件。

经过近30年的开发和改进，DesignII已经成为流程模拟变革的先驱；

许多DesignII的革新，如在线Fortran和严格塔计算，均已确立了流程模拟的标准。

ProSim公司总部在法国，提供模拟和优化软件，以提高工业的生产效率和投资回报；

并且针对不同的行业，例如化工、石油炼制、气体处理和特殊化工行业，以及制药、食品、能源等行业，ProSim推出了不同的解决方案。

VMGSim软件是总部设在加拿大阿尔波特省卡尔加里市的VirtualMaterialsGroup公司的产品，VMGSim的核心成员是HYSIM/HYSYS的原始开发人员。

VMGSim作为计算准确，功能强大以及高性价比的稳态流程模拟软件，可以详细预测工艺装置和工厂的性能，有效的帮助工程师达到提高操作效率，改善产品质量，实现节省投资，降低操作费用，提高效益，安全生产的目标。

或。

AspenDynamics是美国AspenTech公司的产品。

它建立在一整套成熟的技术基础上，包容了一整套完整的单元操作和控制模型库。

对塔开车、间歇过程、半间歇过程和连续过程都可以建立精确的模型。

并提供开放的用户化的过程模型，运用PropertiesPlus作精确可靠的物性计算，与稳态模拟建立在完全一致的基础上。

可方便地用于工程设计与生产操作全过程，模拟实际装置运行的动态特性，从而提高装置的操作弹性、安全性，增加处理量，以帮助用户在装置设计和生产操作的全部过程中发挥最大的潜力。

DYNSIM由INVERSYS旗下的SimSci-Esscor开发，并基于新一代的SIM4ME架构。

它是一个基于严格计算的全面而成熟的动态过程模拟系统。

它运用基于机理的技术和严格的热力学数据，提供准确可靠的计算结果，用于解决从工程研究到操作员培训系统等工作中所遇到的最为棘手的动态模拟问题。

ECSS是由青岛化工学院计算机与化工研究所于1987年正式推出的模拟系统。

ECSS的基本思想是对计算机的硬件要求低，算法多，适应范围广，并可根据各种模拟要求方便地进行二次开发。

在这些商业化通用流程模拟软件中，在世界范围内最著名的、使用范围最广的、基本处于垄断地位的软件主要有../../pro/II、ASPENPLUS和HYSYS，近两年来由于gPROMS所能提供的强大的平台功能，以及用类数学语言编辑模型方程的特点，允许用户修改和增加模型方程，以建立高保真度的模型，使得它在国内大中院校中的应用日益增多，引起了人们更多的关注。

所以，本文主要对这四种软件进行有针对性的对比介绍。

首先将这四种软件的开发历史背景、产品现属公司/版本、单元操作模型库、物性计算系统、特种工艺计算模型、优化计算能力、经济计算能力、动态计算能力、进入中国市场时间等，列汇总表如表1所示。

gPROMS

AspenPlus

Hysys

1997由英国帝国理工学院开发成功

1981年在美国麻省理工学院MIT开发成功

70年代由SimulationScience公司开发

可用gPROMS、PC-SAFT、OLI、DIPPR、AspenPropertiesPlus等CAPE-OPEN物性数据库、用户自己的物性数据

GLC气液接触模型、固定床反应器模型、溶液结晶模型、聚合过程模型、燃料电池模型

包括催化裂化模型，催化重整反应模型，异构化反应器，烷基化反应器，加氢裂化反应器，加氢精制/处理反应器

2002年进入中国

80年代初进入中国

90年代进入中国

80年代末进入中国

2.通用流程模拟软件平台性能特点说明

为了更加详细地了解各软件的特点，下面按照应用界面、流程结构、计算方法、单元操作模型库等15个方面对以上流程模拟软件性能做说明。

2.1应用界面

AspenPlus和../../pro/II都是由Fortran语言编写的模拟软件，而现在通用的操作系统Windows是用C++编写的，所以AspenPlus和../../pro/II要通过微软VB转换层，从图形信息内的各个数据输入窗口获取数据，然后建立关键字文本输入文件，最后由Fortran模拟核心读入该数据文件进行模拟计算。

Hysys是用面向目标的新一代编程工具C++编写的，是集成式的工程模拟软件。

在这种集成系统中，流程、单元操作是互相独立的，流程只是各种单元操作各种目标的集合，单元操作之间靠物流进行联系。

特别适合于将单个装置的流程集成为全厂性的超大型流程。

gPROMS采用类数学语言建立模型，gPROMS的模型是“真实模型”，这些模型是工厂或过程的物理、化学、操作程序以标准方程形式的表征。

方程组的数学求解自动在后台进行，用户不需用C++等编程。

Hysys采用所见所得，完全交互的建模方式，使工程师和软件合为一体，任何单元安装完毕后可立即见到模拟的结果，使工程师随时掌握所建单元的性能、计算结果和在流程中的作用。

../../pro/II和AspenPlus的建模过程中，不能立即见到单元的任何计算结果。

gPROMS采用整体建模，需要将所有模块全部搭建完毕一次性进行求解得到结果。

../../pro/II8.0版本提供了全新的SIM4ME报表系统，可以在Excel中生成完全自定义的报表（数据和图表等）；

在主界面上提供了一个工具按钮可实现将所有物流的性质表数据弹出/隐藏的功能，并且增加了物流性质的工具提示功能：

当鼠标放置在物流上时可显示物流的性质数据，这些小的改进都增加了用户使用的方便性。

AspenPlus也提供了物流性质的提示功能，当鼠标单击物流或者物流的图标时，可以显示物流的性质数据。

gPROMS也具有物性性质提示的功能。

Hysys同样具有物流性质提示功能，当把鼠标移动到物流上时可以显示物流的基本信息，并且也可以显示单元设备的一些基本信息。

2.2流程结构

当今各大知名模拟软件采用的热力学方法和物性数据都来自于统一的独立于任何模拟公司的物性研究机构，因此各家的软件在通用组分的计算精度方面可以说基本相近。

但各家的软件结构方面却有很大的差别。

Hysys软件在处理不同热力学方法连接时，提供传递变量的选择，设备之间的物流一分为二，不同热力学计算的差异会直接观察到，使模拟者做到胸中有数。

知道误差的来源和处理方法。

并且，Hysys采用先进的子流程结构，使软件在模型建立和流程分析方面更加先进。

Hysys子流程允许用户将某种特定流程作为子流程单独以文件形式存储，供其他工程师建模时调用，这样在建立大型全厂整体模型时，便于标准化。

各个子流程可以有不同的物性计算方法和不同的组分体系，这在大型全厂模型中尤为重要。

因为蒸馏装置和气分装置的组分体系是完全不同的。

../../pro/II和AspenPlus都可以在单元内部变换物性计算方法，但计算方法之间的条件传递是程序自动规定的，用户不能干预，并且只能有一个组分体系，大型全厂模型只用一个组分体系容易造成：

（1）组分体系集气庞大，增加组分矩阵维数，使计算效率降低；

（2）打印报告会形成某些物流大部分组分的组成全部为0，对分析极其不利。

gPROMS中每个单元可以作为一个独立的目标（object），用户使用自己定义的体系和方程进行求解，可以定义单元之间连接的物流的性质。

用户编好的单元可以作为模块进行调用。

Hysys和gPROMS软件各个单元都设有物流和能流的连接页，通过该页，用户可以连接物流，交互建立模型，还可清晰地看到该单元和那些物流连接。

../../pro/II和AspenPlus软件没设物流连接页，用户不能实现页面连接建模，只能在流程图通过点击图形进行建模。

2.3计算方法

Hysys兼有非序贯算法和AspenPlus的联立方程算法，各种设备的进出口条件可由用户要求给定，同时具有倒算功能，每当某模块定义参数确定或参数改变，相关模型会自动重新计算，所有信息及时刷新，计算收敛速度极快。

Hysys软件蒸馏塔建模是在子流程内完成的，塔计算采用联立方程计算引擎，并配有塔建模专家系统。

对于不同塔型，该专家系统自动生成特定的数据输入指导，帮助用户逐步完成塔的建模。

另外该系统会自动计算塔的自由度，告诉用户应该指定的计算规定。

../../pro/II和AspenPlus中，任何设备单元的进出口已由程序固定，用户必须给定入口状态，出口状态只能由计算得出，用户不能干预出口状态，更不能进行倒推计算。

由于须在操作界面上建立完整的流程图后，从各个数据输入窗口获取和保存数据，通过生成文本输入文件，由模拟程序整体读入后再进行运算，这样在解算特大型和复杂流程时，往往收敛困难。

因此运用许多方法来加速收敛。

gPROMS采用联立方程法进行求解，用户需要输入大量的方程和参数，在输入不完整的情况下无法进行计算。

2.4单元操作模型库

gPROMS有两类模型库，即标准单元操作模型库和先进模型库。

所有模型都是动态模型，当模型中含时间变量方程数目为零时即为稳态模型。

标准单元操作模型库包括：

泵、混合器、控制器、压缩机、萃取器、燃烧炉、闪蒸、吉布斯反应器、化学计量反应器、动力学反应器、平衡反应器、6种热交换器、PID控制器、五种复杂精馏塔、固体洗涤器、真空过滤器、阀门、容器、组分分离器、袋室过滤器、离心机、控制阀、粉碎研磨机、结晶器、旋风分离器、电沉淀、膨胀机、水力旋流器、LLV闪蒸、LNGH、回路、相形成器、管线、斜坡控制、沉淀器、简洁蒸馏塔、罐、固体干燥器等等。

先进模型库包括：

固定床催化反应器（AML:

FBCR）、气液接触器（AML:

GLC）、溶液结晶（AML:

SC），以及覆盖面很广的反应和分离过程先进模型、聚合过程模型、燃料电池模型等等。

先进模型库需要另外付费才能得到。

ASPENPLUS或HYSYS或../../pro/II的单元操作模型库是久经考验的成熟的单元操作模型库，由于gPROMS软件开发的侧重点不同，强调通用平台及专用模型的开发，其在通用单元操作模型库方面与这三个软件相比相对薄弱。

HYSYS、../../pro/II与ASPENPLUS的单元操作模型库比较（未包括固体模型部分），请见下表。

表2　　单元操作子程序比较

DSTWU

Winn-Underwood-Gilliland设计（精馏简捷计算）

RADFRAC

RATEFRAC

HYSYS

3-PhaseSeparator

ShortcutColumn

Fenske-Underwood设计

Column

同一类多相分离，包括吸收塔，汽提塔，精馏器，精馏，液-液萃取。

可添加中间再沸器和中间冷凝器。

所有的模型都支持两相或三相及反应。

对炼油应用可获得物性估算模型

GibbsReactor

../../pro/II

FLASH

在一定温度和压力下，将进料物流分离成组分，缺省定义下，精馏塔包含冷凝器和再沸器

HX

加热或冷却单股过程物流，两股过程物流之间热交换，或过程物流与公用物流之间热交换

LNGHX

在任意数目的热物流和冷物流间进行热交换，确定温度交叉区域和夹点

EQUILIBRIUM

2.5固体处理单元子程序

固体系统模拟最困难之处在于和流体物流不同，固体物流不仅取决于固体本身性质，更重要的是颗粒分布。

所以整个固体物流的描述方法就和流体不同。

虽然四种通用流程模拟软件均有固体处理子程序单元，但ASPENPLUS在开发时就设计了独特的固体物流描述方法，可以描述固体颗粒分布。

2.6二元交互作用参数

../../pro/II提供3000多组VLE二元参数、300多组LLE二元参数、2200多种二元共沸物数据。

Hysys提供18000组交互作用参数。

AspenPlus提供40000组交互作用参数。

gPROMS自身提供比较小的物性数据库，但提供了其它数据库进行连接的接口，用户可根据自己的需要购买相应的数据库。

2.7热力学方法

Hysys软件增加了通用立方方程热力学方法和公共热力学技术。

通过应用这两种方法，用户可以更精确地模拟各种特殊系统，每种方法都提供了专家系统，指导用户选择相应的汽、液热力学计算方法。

用户还可以使用公共热力学技术，将自己的热力学方法加入Hysys软件。

gPROMS包括了几乎所有文献发表的热力学方法，如果用户有自己的热力学方法也可以加入热力学方法库。

用户可根据温度、压力范围及化合物极性等情况选择合适的方法。

2.8专用热力学数据包

../../pro/II免费提供的专用热力学数据包有5个：

胺脱硫包，乙二醇包、乙醇包、酸包、来自GPA的酸水包。

没有硫醇包。

Hysys免费提供的有胺脱硫包（可以替代DBR公司的胺脱硫AMSIM），硫醇包，AspenTech专有的酸水包，以及水蒸汽计算方法ASMESteam，NBSSteam。

AspenPlus免费提供的专用热力学数据包有胺包、酸水包及水蒸汽计算方法ASMESteam，NBSSteam等。

2.9功能模块

../../pro/II、AspenPlus、gPROMS和Hysys软件都提供了常规的浮阀、填料、筛板等各种塔板的水力学计算，动态泄压计算等。

Hysys还附加有夹点分析工具，物性分析器、水化物预测、CO2冰点预测、冷性质预测（蒸汽压，闪点，辛烷值，折射率）、临界性质预测，管径快速估算，神经元网络系统等工具模块。

gPROMS一个独到的应用是开发“热集成分馏塔”（HIDiC），这种塔是把精馏段和提馏段集成在一个塔体的内外层，节能效果非常好，其他流程软件都无法模拟这种塔，而对于gPROMS却是得心应手。

首先它能很容易的建立动态非平衡态传热传质的严格数学模型，对塔内气体、液体的流动、传热、传质、相变、热平衡、相平衡、物料平衡都进行详细计算，并可进一步实现动态优化控制，完成整个装置的开工和运行。

gPROMS的固定床催化反应器模型（FBCR），是2维（轴向和径向）装有催化剂的管式反应器模型，可以将反应动力学和有关速率数据送入使模拟结果同工厂数据更吻合。

模型包括反应器内的扩散、反应、以及热传递，可以包括液相中、液膜中、和催化剂表面上的反应，也可以包括反应物和产物在液膜中、以及在颗粒间的限制反应速率的扩散。

这种单管反应器模型可以同壳模型结合起来，构成多管反应器模型。

用户可以直接用类数学语言（不需编程）修改或增加模型方程，使模型更吻合实际过程。

2.10动态模拟功能

AspenPlus是稳态模拟软件，在进行动态模拟时，需要与Aspendynamics进行连接，../../pro/II也是稳态模拟软件，在进行动态模拟时，需要与Dysim进行连接。

Hysys集稳态和动态模拟为一体，稳态模拟和动态模拟使用同一个目标，在进行动态模拟时，可共享目标的数据，不需进行数据传递。

gPROMS各单元过程的模拟均为动态情况，稳态为含时间变量方程个数为零的特例情况。

所以，gPROMS也可以进行稳态和动态的模拟。

2.11技术支持能力

AspenTech公司和INVERSYS公司（../../pro/II所属公司）在国内拥有专门的技术人员从事售后技术服务。

两家都承诺在软件验收后第一年内提供免费远程维护。

在远程维护无法排除故障时，48小时内到达现场免费提供服务。

交流显示PSE（gPROMS所属公司）在国内还没有经验比较丰富的技术支持力量，资深技术人员大多在国外。

目前承诺提供以email的方式进行免费远程维护，现场服务要根据用户需求单独列为技术咨询服务项目另外结算。

PSE提供的技术咨询服务的称呼是ModelCare®

，客户提前购买咨询服务，当需要时随时使用咨询服务。

PSE的ModelCare为4层次咨询服务，即从快速开发和创新的战略咨询，模型应用开发的多年度计划，直到基于模型的软件解决方案的实施。

ModelCare的典型应用是用基于模型的技术创新（Model-BasedInnovation）去加速设计新的反应器、评价催化剂、或放大结晶器设计等等。

2.12培训能力

AspenTech公司和INVERSYS公司在国内有多处培训中心，定期举办AspenPlus、HYSYS、../../pro/II应用的高级培训班。

目前，gPROMS在国内无培训基地，不过表示已准备在一两年内成立。

2.13工程服务能力

AspenTech公司和INVERSYS公司在国内有较强的工程服务能力。

2.14软件更新频率和费用

../../pro/II使用年限10年，第1年免费升级，之后年升级费为软件费的15%。

Hysys使用年限5年，第1年免费升级，之后年升级费为软件购买费的3.8%。

（若年升级费为19%，5年后将提供下一个5年的使用权）

AspenPlus使用年限5年。

gPROMS使用年限无，客户一旦购买，可以终身使用。

2.15后续发展能力

Hysys是集动态和静态为一体的软件。

动态模拟可以实现：

1）装置的故障诊断，2）操作安全分析，3）先进控制系统的实施，4）装置操作特性的研究，5）装置控制方案的研究。

购买Hysys可以为以后动态模拟做技术储备。

Aspen提供的Refsys内部直接产生产率矢量表，自动送给线性规划系统（PIMS），为生产计划系统提供严格的机理模型计算的各装置产品产量，能根据市场行情和产品价格进行生产方案的调整和优化。

下一步将根据全厂能量平衡实施用能优化。

工艺过程模拟主要由物流，能量流和设备组成。

它们是组成模型的三大要素。

../../pro/II没有能流，任何能量只能在计算结束后，在相关的设备计算结果中查看。

在流程分析时，进行整体能量分析和评估极其不便。

不利于今后开展全厂能量监控和用能优化。

AspenPlus和../../pro/II不具备动态模拟的功能，如果以后要建立动态仿真，需另外再购买软件。

3.专用模拟软件性能及应用说明

3.1换热设备及换热网络相关软件

　　目前，国际上著名的换热设备及换热网络相关软件有AspenHTFS+系列产品（包括HTFS.FIRE、HTFS.TASC、HTFS.ACOL、HTFS.MUSE）、HTRI系列产品（包括XaceTM、XistTM、XpheTM、XtloTM、XvibTM和Xfh）、HX-Net、HEXTRAN、AspenPinch等。

HTFS系列软件创始于1967年，具有30多年的发展史，HTFS软件原是英国AEA公司的产品，1997年AEA公司和加拿大Hyprotech公司合并后，HTFS划归Hyprotech公司管理，2002年7月，Hyprotech公司与AspenTech公司合并，HTFS成为AspenTech公司的产品。

集合了AspenTech和Hyprotech的技术精华研究出的新一代AspenHTFS+通过HYSYS&

AspenPlus的集成，改善了热力学专家和过程建模人员的合作，减少了设计循环周期（更少的重复劳动），提供了更多的全面的过程优化的机会。

新一代的AspenHTFS+可以与AspenTech功能强大的物性计算系统连接，所以其具有功能强大的物性计算系统，可选择各种状态方程、活度系数法或AspenPlus和Hysys流程模拟软件所具有的方法。

在工程的工艺生产的安全分析和预测过程中，换热和加热设备（尤其是加热炉）的安全运行和操作尤为重要。

AspenHTFS+系列软件可以为工业安全方面解决以下问题：

对于实际运行的热交换设备分析生产状况，判断是否需要检修，如：

结垢情况、震动情况等。

根据运行规律可以检测检修周期。

热交换设备各部件的应力分析，确保设备的安全运行。

加热炉安全分析与检测。

包括：

炉管表面热强度计算、炉膛温度、炉管内外的结垢情况分析和预测、燃料的消耗、炉效率及炉子燃烧情况的详细分析等。

其中：

HTFS.FIRE可用于加热炉的模拟，计算各种炼油厂、化工厂圆筒炉和方箱加热炉及热回收系统，对于给定炉型，指定燃烧段热负荷，反算出所需的燃料量。

热力学及物性数据均可从HYSYS引入。

HTFS.TASC是管壳式换热器模拟软件，新一代的TASC+功能更强，将所有的管壳式换热器集为一体，传热和机械强度计算融为一体。

可