pro/ii

PRO/II--化工工藝模擬計算軟體。

基本介紹

• 中文名：化工工藝模擬計算軟體
• 外文名：pro/ii
• 類型：化工穩態流程模擬軟體
• 起源：蒸餾模擬器SP05

名稱

PRO/II--化工工藝模擬計算軟體

簡介

PRO/II 是一個歷史最久的、通用性的化工穩態流程模擬軟體，最早起源於1967年SimSci公司開發的世界上第一個蒸餾模擬器SP05，1973年SimSci 推出基於流程圖模擬器，1979年又推出基於PC機的流程模擬軟體Process（即PRO/II的前身），很快成為該領域的國際標準，自此，PRO /II獲得了長足的發展，客戶遍布全球各地。

PRO/II可廣泛套用於各種化學化工過程的嚴格的質量和能量平衡計算，從油氣分離到反應精餾，PRO/II提供了最全面的、最有效、最易於使用的解決方案。

PRO/II 擁有完善的物性資料庫、強大的熱力學物性計算系統，以及40多種單元操作模組。它可以用於流程的穩態模擬、物性計算、設備設計、費用估算/經濟評價、環保評測以及其它計算。現已可以模擬整個生產廠從包括管道、閥門到複雜的反應與分離過程在內的幾乎所有裝置和流程，廣泛用於油氣加工、煉油、化學、化工、聚合物、精細化工/製藥等行業，

Provision圖形界面是建立和修改流程模擬和複雜模型的理想工具，用戶可以很方便地建立某個裝置甚至是整個工廠的模型，並允許以多種形式瀏覽數據和生成報表。

PRO/II可廣泛套用於工廠設計、工藝方案比較、老裝置改造、裝置標定、開車指導、可行性研究、脫瓶頸分析、工程技術人員和操作人員的培訓等領域。PRO/II的推廣使用，可達到最佳化生產裝置、降低生產成本和操作費用、節能降耗等目的，能產生巨大的經濟效益。

用戶界面

PRO/II的圖形界面十分友好、靈活、易用。其主要特點如下：

· 靈活的流程製圖和數據輸入

· 基於顏色的輸入嚮導

PRO/II使用顏色標識您模擬的狀態，如物流、單元過程和相關參數的數據是否輸入完整、當前每個單元的模擬運算的實時狀態等等.

· 用戶可配置的預設值

· 單元操作和物流的搜尋功能

· 數據查看視窗

數據查看視窗使用戶能直接在界面上查看物流和單元操作的結果，查看內容可根據需要進行配置。

· 先進的報表功能

· 製圖功能

您可以生成和查看多種圖形，PRO/II可為下列輸出結果作圖：

- 塔單元的內部流量負荷、溫度、壓力和組成等

- 塔的分離因子

- 換熱器夾點分析

- 相包絡圖

- 加熱、冷卻曲線

- 油品評價曲線

- 等等……

組分及其物性

PRO/II 擁有強大的純組分庫，其組分數超過1750種。所有可能形成氣液相行為的組分均有充分的數據和信息，能用於K值和密度等性質的計算。大多數組分都有內置的傳遞性質關聯式。大多模擬都只需要庫中的數據即可完成計算，而無需另外的純組分數據。PRO/II程式用工業標準的方法處理石油組分，通過分子量、中沸點或密度中的至少兩個量預估其它需要的組分性質數據。PRO/II通過粒子尺寸分布和用戶定義的屬性處理固體物。

烴類物流可根據油品評價數據定義。一般這些評價會包括蒸餾數據（實沸點、ASTM D86、ASTM D1160, ASTM D2887）、密度數據和分子量、輕組分數據和煉油性質如傾點、硫含量等數據。PRO/II用這些輸入數據生成一個或多個離散的虛擬組分序列，用於代表此類物流的組成。

用戶允許定義或覆蓋所有組分的性質。亦可自己定義庫中沒有的組分，自定義組分的性質可以通過多種途徑得到或生成，如可以從線上組分庫中獲取，用UNIFAC 法以分子結構估算，或輸入為“non-library”組分。您可以用PRO/II中的DATAPREP程式查看和操作純組分的性質數據，也可以用它生成自定義組分（即non-library組分）的性質數據，當然，還可以通過DATAPREP生成您自己的純組分庫。

熱力學模型

PRO/II提供了一系列工業標準的方法計算物系的熱力學性質，如K值、焓值、熵值、密度、氣相和固相在液相中的溶解度以及氣體逸度等等。這些方法包括：

· 一般關聯式，如：CS K值算法、API液相密度算法

· 狀態方程，如SRK、PR計算K值、焓值、熵值和密度

· 液相活度係數模型，如NRTL計算K值

· 氣相逸度方法，如Hayden-O'Connell法計算二元締合

· 特殊組分系統的計算方法，如醇類、甘醇類、酸水系統、氣體脫硫系統等等

· 固－液平衡方法，如Van't Hoff法計算固相在液相中的溶解度。

另外，PRO/II的電解質模組還包括很多專門處理離子水溶液系統的熱力學方法。

PRO/II將根據用戶的要求計算下列傳遞性質：液相粘度、液相熱傳導率、液相擴散率以及氣相粘度、氣相熱傳導率等。另外，還可以計算物流的氣液相界面張力。PRO/II中包含了很多關聯式，用於預測混合物的上述傳遞性質。

對於過程模擬來說，準確預測物系的物性合相行為是十分關鍵的。PRO/II帶有數據回歸功能，可以將測量的組分或混合物的性質數據回歸為PRO/II可以使用的形式。回歸選項如下：

性質關聯：您可以輸入一系列溫度下某個與溫度相關性質的數據，將其回歸為任意一種方程的形式，用於PRO/II性質的關聯。回歸過程中將計算方程的係數。

相平衡：將多組分平衡數據用於回歸產生液相活度係數模型或狀態方程的二元互動作用參數。使用這些二元參數可以確保相應的熱力學方法能再現這些測量的平衡數據。

混合性質：您還可以回歸多組分混合熱或混合體積數據，用於生成Redlich-Kister二元互動作用參數。

這些數據的回歸需要複雜的非線性數值算法。PRO/II中套用的算法包括美國國家標準局NIST開發的正交距離回歸算法和非線性最小平方關聯等。

單元操作

PRO/II有全面的單元操作，不僅包括一般模型，如閃蒸、閥、壓縮機、膨脹機、管道、泵、混合器和分離器，而且包括更複雜的模型如：蒸餾塔、換熱器、嚴格管殼式換熱器（包括整合的HTRI模型）、加熱爐、空冷器、冷箱模型、反應器、固體處理單元等等。

塔

對於塔，PRO/II 提供了一系列蒸餾算法、初始值生成算法和模擬選項，能為任意蒸餾問題建立模型。在塔單元操作中共有四種類型的蒸餾算法供您選擇。一般對於某個問題不止一種算法合適：一般情況下，IO算法適合於絕大多數情況和操作條件。CHEMDIST算法適合於非理想物系和兩個液相的物系。烴類物系的蒸餾如果帶中斷回流以及含自由水時則更適合於用SURE算法。對於這些算法，您可以選擇是否對板式塔和填料塔的水力學方面進行設計和核算。另外，PRO/II還支持簡潔塔模型，讓您能快速對多種塔操作的分離特徵進行分析。除此之外，LLEX單元操作則是一個專門用於液液萃取塔的模型，這樣，PRO/II中的蒸餾計算就十分完整。

反應器

PRO/II提供下述反應器模型：轉化反應器、平衡反應器、吉布斯自由能最小化反應器、全混流反應器、平推流反應器等。

轉化反應器基於用戶提供的化學計量轉換比和反應熱數據，通過求算一個或多個同時發生的化學反應的熱平衡和物料平衡來模擬一個反應器。

平衡反應器則是基於用戶輸入的化學計量、化學平衡係數或平衡差數據以及反應熱數據等，通過求算一個或多個同時發生的化學反應來模擬一個反應器。

吉布斯自由能反應器通過求算物料和熱平衡模擬一個單相或多相反應器。該算法通過自由能的最小化，在滿足整個熱量和物料平衡前提下，計算產品產率、組成以及熱條件。

全混流反應器模型模擬一個連續進料並帶攪拌釜的反應器。該模型假設物料進入反應器時完全混合。該模組允許絕熱操作，可定義熱負荷，或者在指定溫度或進料溫度下等溫操作，對沸騰槽模型，則是在一個恆定體積下操作。

平推流反應器則模擬一個表現出平推流行為的管狀反應器。該模型的兩個基本的假設是（1）無軸向混合或熱傳遞（2）所有流體元素通過反應器的時間均等。

另外，PRO/II中還支持反應精餾，允許對精餾塔中同時進行的反應過程進行嚴格的建模。

換熱器

簡單換熱器單元可以用於模擬單股物流的加熱冷卻、兩股工藝物流的換熱、或一個工藝物流和一個公用工程物流間的換熱。另外，換熱器的任意一側均可連結到蒸餾塔的某一塊理論板上（包括冷凝器和再沸器），用於模擬與塔內部物流的換熱工況。

而嚴格的換熱器則是管殼式換熱器的核算和設計模型，將嚴格的熱力學模型和魯棒的收斂算法進行有機結合。該模型支持幾乎所有的TEMA 管殼式換熱器的結構。嚴格計算通過換熱器的熱量傳遞和壓降。可正確處理所有可能發生的相變情況，包括物流的冷凝和汽化過程。可選的氣液液平衡VLLE熱力學方法則對換熱器任意一側的三相分布進行嚴格計算。另外，與HTRI換熱器模型的整合則使得您可以在PRO/II中直接激活HTRI XIST管殼式換熱器的計算程式。

PRO/II允許對冷箱進行建模－LNG換熱器，它可以模擬多個冷熱物流間的換熱。該換熱器分成多個單元代表各個交叉流動的元素。每個單元也可將多個進料進行混合形成一個聯合進料。進料物流允許在出口時分離成氣相和液相產品。

PRO/II中，加熱換熱器（或稱為爐子）單元操作通過在一側燃燒燃料而加熱另一側的流體。加熱爐模型結合了燃燒反應器和換熱器的功能。

流程控制與最佳化

流程控制

PRO/II 擁有解算特大型和複雜流程的能力，允許在流程中包括反饋控制器和多變數控制器。這些單元可通過調整上游參數而逐步達到用戶定義的工藝單元或物流的參數。反饋控制器適合於處理控制變數和規定的一對一關係，而對於要同時處理多個規定和約束時，則需使用多變數控制器。

PRO/II能自動對流程進行分析，找出循環物流和裝置的迴路，並由此決定“撕裂物流”和解算序列。當然用戶也可覆蓋這些計算並定義自己的計算序列。有些類型的循環物流和迴路較難收斂，速度忙，PRO/II提供了2種加速算法以加速收斂過程：即Wegstein 和Broyden法。

上述這些機制和方法確保了PRO/II解算大型和複雜流程的能力，而且收斂性能卓越。

流程最佳化

所謂流程最佳化，是從一組設計或操作條件中自動選擇出其中最佳的方案。大多數的設計或操作決定都涉及到最佳化問題，即您希望通過選擇某一組的設計或操作變數，而使得另一些變數最大化或最小化。比如，對於一個精餾塔來說，您可以選擇一個合適的進料位置，使得塔釜熱負荷消耗最小，當然一個更全局一些的方法則是調整工廠所有的操作條件，使得整個效益或產量最大化，等等。

很明顯，完全手動在大量操作條件中找出最佳條件而使得效益最大化這樣的問題絕非簡單。為幫助您輕鬆完成這些任務，PRO/II提供了最佳化器單元操作，該最佳化器無需評價所有可能的工況，就可以非常聰明地得到最佳方案。PRO/II最佳化器採用SQP算法求算非線性最佳化問題，不僅只是單個裝置操作條件的最佳化，而是可以最佳化整個工藝流程。

PRO/II最佳化器中您需要定義一個目標函式（最大化或最小化）和最少一個操作變數。另外，每個操作變數都應定義一個上下限。約束的數量與變數的數量無直接關係。並且該最佳化器對最佳化問題的大小本身並沒有硬性的限制。

開放的構架

讀取現場數據

PRO/II 能在模擬計算中使用除輸入數據外的某個數據源的數據。這些稱為Tag數據，可采自某個資料庫伺服器或可讀的文本檔案。這些可讀的檔案或Tag數據檔案可以用編輯器進行編輯或由數據校正程式（如DataCon等）生成。Tag數據為用戶提供了一個更強大的功能，因為用戶可以自動地讀取現場數據和/或變化中的數據。

用戶添加子程式

PRO/II的用戶添加子程式功能可允許將用戶自己用FORTRAN編寫的計算方法整合到PRO/II標準程式中，允許整合的計算方法如下：

· 用戶添加熱力學方法

· 用戶添加傳遞性質算法

· 用戶添加單元操作

· 用戶添加反應動力學

OLE自動化

PRO/II 帶有一個靈活的OLE自動化層，允許用戶對PRO/II模擬數據的信息進行讀寫操作。您可以從PRO/II模擬資料庫檔案中提取數據到OLE兼容的程式中進一步處理，如Excel、Lotus123或一個用VB編寫的應用程式。實際上，PRO/II本身也是用OLE層從它各個數據輸入視窗獲取和保存數據的。現在，PRO/II用戶還可以獲取模擬數據並可用於自己的應用程式中。

與第三方程式的接口

PRO/II 提供許多與第三方程式的可選接口。PRO/II-HTFS接口實現從PRO/II資料庫中自動提取物流的性質數據並創建HTFS輸入檔案。PRO/II- HTRI接口也是從PRO/II資料庫中提取數據並生成HTRI輸入檔案。另外，PRO/II現在與HTRI XIST管殼式換熱器程式間實現了完全的整合。從PRO/II中計算的嚴格的物料和能量平衡數據可導出到SuperTargeteTM Suite 的塔模組中用於分析分離過程的整體能量效率，其計算結果提出的建議則可以在以後的PRO/II中進行運算和評價。PRO/II有一個和SPYRO的接口，該接口由TECHNIP公司開發，提供了PRO/II和SPYRO的直接連線。該接口可充分利用SPYRO軟體，用於建立一個包括裂解反應在內的完整的乙烯工廠模型。

附加模組

PRO/II包括5個附加模組：間歇模組、聚合物模組、電解質模組、AMSIM模組、RateFrac模組。

間歇模組：允許對攪拌釜間歇反應器和間歇蒸餾單元進行模擬計算，即可獨立運行，也可作為PRO/II流程的一部分。

電解質模組： 該模組無縫整合了OLI Systems Inc.公司開發嚴格電解質熱力學算法。電解質工具包EUP作為該模組的一部分提供了更多先進的功能，如生成自定義的電解質模型、創建和維護用戶自己的物質資料庫。

聚合物模組：PRO/II Polymer是PRO/II的一個附加模組且基於PRO/II平台，使用戶在同一個環境中模擬包括聚合過程在內的整個工廠。

AMSIM模組：DB-Robinson公司的胺脫硫脫炭模組，完全集成到PRO/II中。

RateFrac模組：Koch-Glitsh公司的基於速率的蒸餾模型，完全集成到PRO/II中。

特殊功能

工況研究

工況研究是一個執行級別的功能，用戶通過有選擇性地改變流程參數，創建、運算和分析不同的工況。一個輸入檔案允許任意數量的工況。

除此之外，PRO/II還有很多其它方面的特殊功能，如線上FORTRAN程式用於動力學方程的計算、物流計算器、泄壓單元等等。