課程介紹

軟件介紹

gPROMS起源于英國帝國理工大學的過程系統工程學院，歷經數十年的過程系統研發，以算法封裝的形式開發出gPROMS，于1997年成立了PSE公司負責gPROMS全部商業運營。gPROMS是對工藝設備及流程進行仿真建模及設計優化的新一代通用過程模擬平臺，具有世界領先的過程模擬能力和多項特有仿真技術。

經過多年的開發與完善，PSE基于SSML高級模型庫于2015年推出了ProcessBuilder產品，主要是面向傳統化工與精細化工的通用化工工藝過程模擬和優化軟件，除了可進行穩態物料衡算與熱衡算外，還可以進行中試放大研究、系統級優化求解能力、動態開停車過程模擬等。

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軟件模型的主要優勢有：

• 最具原理性的模型?gPROMS模型庫中的所有模型均是基于最原理性的方程和最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、分離過程，甚至是多種過程的組合，特別適用于新工藝過程的研發工作。
• 分布式參數模型?gPROMS中的模型多為分布式參數模型，即所有關鍵變量，如溫度、濃度等均為空間位置的函數，并可與其他獨立變量（顆粒粒徑、摩爾分數等）相關，采用偏微分方程和積分方程建立數學模型，而不僅僅是一般的常微分方程和代數方程。
• 穩態/動態模型?gPROMS的模型均為動態模型，穩態模擬僅僅是時間相關變量的時間導數為零的特殊狀態。gPROMS中穩態模擬和動態模擬使用相同的數學模型和求解算法，因此無需建立兩套過程模型，無需反復調整計算結果，大大減少使用者的無效工作，提高效率。
• 完全開放的基本模型庫?gPROMS開放的基本模型庫允許使用者完全了解模型采用的數學方程，可以根據特定要求進行簡化、拓展和調整，即使需要重新建模也可以作為很好的參考資料。
• 豐富的高級模型庫?gPROMS還具有豐富的定制化高級模型庫（Advanced Model Library, AML），并在AML基礎上開發了多種專業化的解決方案。例如，能夠進行固定床催化反應器設計和優化的AML:FBCR、包含SOFC和PEMFC兩種燃料電池模型的AML:FC、唯一能夠進行固態顆粒處理過程模擬的gSOLIDS、英國BP石油公司設計火炬管網系統指定仿真工具gFLARE、制藥行業廣泛采用的溶解結晶解決方案gCRYSTAL等等。

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軟件功能的主要優勢有：

• 開發能力?gPROMS具有最強大的模型開發能力，不但其高級模型庫一直在發展擴大之中，企業及高校的使用者亦在gPROMS平臺上開發了數量龐大的各式工藝模型。迄今為止在各類頂級學術刊物發表的相關文獻已達近千篇，涉及大化工領域幾乎所有的專業方向，充分說明其建模能力的強大。
• 工程數學建模語言?gPROMS開發模型采用針對過程工業特點而專門定制的工程數學語言，而非FORTRAN或C++等高級計算機語言，具有易于掌握、編寫簡單和調試方便的優勢。
• 聯立方程求解算法?gPROMS先進的求解算法亦是被廣泛采用作為數值建模平臺的重要原因。不同于傳統過程模擬軟件中的序貫模塊算法，gPROMS第一個將先進的聯立方程法實現了商品化。聯立方程法是將所有方程組成大型非線性方程組，同時計算、同時收斂，不存在嵌套迭代問題。因聯立方程法計算效率高，而且特別適用于系統設計和優化問題的求解，故越來越受工藝研究人員重視。
• 模型初值估計功能?在初始化計算模型時，gPROMS內置了一系列的簡化策略（如改變參數或變量值，逐步接近原始值，簡化方程，減小方程自由度，改變自由度選擇等），采用簡化方程的計算結果作為真實的復雜方程的計算初值，大大提高了求解的收斂性、穩定性和計算速度。
• 模型驗證功能?能夠讓研究人員從很少的實驗或中試數據獲得關鍵的反應動力學參數以及其他模型參數。
• 實驗設計功能?可以對參數估計的結果進行統計分析，根據估計結果的置信度，置信區間等判斷參數估計結果能否滿足所需精度，如果精度不能滿足要求，則可以根據所建立的模型及實驗條件（各種測量儀器的精度等），根據方差最小等原則設計新的實驗，最終以最少的實驗次數獲得足夠多的信息，進一步提高所估計參數的準確度。
• 系統級優化求解能力?gPROMS能夠對各種連續及間歇工藝的穩態或動態過程進行優化，以及工廠級別的工藝參數設計。gPROMS由于采用了聯立算法，能夠對整個工藝過程進行優化求解，而且不存在穩態模擬的限制，即使是不斷變化的動態過程也能獲得最合理的控制條件及工藝參數。
• 耦合接口豐富?gPROMS作為最開放的過程建模平臺，能夠與非常多的仿真工具相互耦合使用。如可將gPROMS穩態單元模型通過標準的CAPE-OPEN接口導入至其他工藝模擬軟件的gO:CAPE-OPEN、可把gPROMS工藝模型發布為運行時版本的gO:RUN、可將工藝過程模擬與三維CFD計算耦合的gO:CFD等等。

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課程介紹

通過演示完整的合成器制甲醇Methanol synthesis的工業案例，詳細介紹使用ProcessBuilder搭建流程模型以及優化計算的方法，演示了PB動態模擬的優勢，以及如何通過PID控制工藝流程，消除上游波動對下游的影響，深入了解軟件在工業級過程模擬運用中的特點與優勢。

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講師介紹

龔明?高級工程師

?；萍糶PROMS產品經理，畢業于西北大學，具有顆粒力學、流態化工程和化工工藝流程分析經驗。組織實施過噴動床脫硫脫硝過程分析、大型煤氣化爐熱態過程分析、核燃料溶解器啟動及運行狀態分析、固定床催化反應器運行及操作分析等涉及氣-液-固多相流及化學反應的工程咨詢項目。

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課程目錄

第一章?20160414_ProcessBuilder網絡培訓（第一期）

1.1 gPROMS_ProcessBuilder軟件界面、操作流程及模型庫介紹

1.2 Methanol synthesis工藝過程模型建立及演示

1.3 復雜工藝中Recycle Braker回流工具介紹

1.4 設計規定中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網絡培訓（第二期）

2.1 Design設計計算模式的建立

2.2 Performance運行計算模式的建立

2.3 Pressure-Driven simulation壓力驅動模擬的建立

2.4 Dynamic simulation動態模擬的建立及演示

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第三章?20160512_ProcessBuilder網絡培訓（第三期）

3.1 動態模擬中Control Configuration控制配置的應用

3.2 采用Custom Modelling自定義反應動力學

課程目標

• ?? 了解gPROMS的ProcessBuilder軟件界面、操作流程、模擬優化計算的方法及模型庫情況；
• ?? 了解軟件Design Mode建立方法，能夠使用該方法計算重要設備的結構參數，如閥門的流動阻力系數，壓縮機的轉速，換熱器的換熱面積等；
• ?? 了解軟件Performance/Rating Mode建立方法，通過指定設備參數確定工藝性能，如已知閥門阻力系數，通過入口壓力及流量計算閥門出口壓力等；
• ?? 了解軟件Pressure-Driven simulation壓力驅動模擬的建立方法，可基于上游和下游壓力計算流量，同時，壓力驅動流動也是運行動態模擬的先決條件；
• ?? 了解軟件Dynamic simulation動態模擬的建立方法，如何由物料衡算下的壓力驅動穩態模擬轉變至動態模擬，獲得上游波動對下游的影響的真實反映；
• ?? 了解軟件Control Configuration控制配置的應用方法，通過控制手段消除原料或上游波動對下游產生的影響，掌握PID控制器在工藝流程中的應用方法。如通過控制相應閥門開度來維持分離器壓力或液位在指定的范圍內，以及通過控制壓縮機的轉速保持混合器出口壓力為指定值；
• ?? 了解軟件Custom Modelling自定義反應動力學的方法，掌握化學反應設置的過程及運用；
• ?? 熟悉ProcessBuilder在工業級應用中的全過程，深入了解軟件動態模擬的優勢及特點。