过程模拟优化在化工工艺设计中的应用

过程模拟优化在化工工艺设计中的应用

张敏

鲁西化工集团股份有限公司 山东聊城 252000

摘要：为了提高化工工艺设计的质量，促进我国化工工业的发展，研究了工艺模拟优化在化工工艺设计中的应用。首先，分析了过程仿真优化技术，指出了其定义和应用优势。然后，详细介绍了过程模拟优化技术在生产设备优化调整、新工艺研究和装置设计中的应用方法。

关键词：过程模拟与优化；化学工艺设计；应用

前言：化学过程模拟技术是在更方便地研究和优化化学过程反应的基础上发展起来的。根据化学过程的数据，它使用适当的模拟软件，用数学模型描述由多个单元操作组成的化学过程，模拟实际生产过程，然后通过计算机改变不同的有效条件，最终得出所需的结论。化学过程模拟的本质是用计算机程序定量计算化学过程的特征方程。

一、过程模拟概述

1.过程模拟的概念

过程模拟是指使用与系统中每个设备相关的数字学习模型，以更好地平衡不同的设计方程。为了更好地表达与主要部件相关的数学表达式，所有过程模拟过程都表示过程系统的内部特性。大多数过程模拟主要分为开放模型和受控模型。前者代表过程中各种进口设备的内部输出状态，后者达到主要设备设计条件要求的状态。大多数过程模拟概念可以应用于不同的行业，但它们通常应用于化学过程设计。

2.过程模拟与化学技术的结合

在实际化工生产中，需要首先控制单个化工过程变量系统，在实践中设置相应的顺序，然后控制整个单元流程，最后控制整个操作车间。这一过程涉及多个环节，需要结合不同环节优化参数，使整个过程运行得更好。在实践中，如果可以使用化学过程模拟技术，可以尽快发现内部问题。根据问题不断优化工艺参数，使化工过程避免生产中的重大失误，从而减少企业生产损失。此外，通过模拟化学过程本身，我们可以有效地控制内部不可控因素，并将内部不可控的因素最小化。通过一系列良好的模拟结构参数，可以生产出质量更好的化学品。因此，在大规模化学生产之前，有必要模拟整个过程化学工艺。

二、过程模拟优化在化工过程设计中的应用

1.生产设备改造与优化

过程模拟优化在化工过程设计中的应用之一是生产设备的改造和优化。化工生产设备的改进与优化是工艺模拟与优化技术在化工工艺设计中的最重要应用。在计算机技术飞速发展的背景下，传统的化工生产设备也需要不断升级。计算机技术在化工生产设备改造设计中的有效应用，可以在原有基础上优化各项参数，促进生产工艺条件的优化，保证化工生产质量，进一步降低生产和控制成本，提高化工企业的经济效益，实现节能减排目标。目前，过程仿真软件的主要组成部分包括计算管理系统、数据输入输出模块、网络通信单元和过程操作单元。可以看出，过程仿真优化实际上是一种用于确定仿真系统中非线性规划问题的稳态模型的计算机技术。稳态仿真技术是过程仿真优化中最常见的应用。通过该技术对化工生产设备的工艺参数进行分析，然后利用动态仿真方法实时调整工艺参数，可以有效控制复杂的化工生产设备，实现生产设备的改造和优化。

2.新设备设计

过程模拟优化在化学过程设计中的第二个应用是新装置的设计。在新化工厂设计中应用过程模拟优化技术，可以实现物料平衡和能量平衡的精确计算。同时，该技术可以及时诊断和发现新装置设计中的潜在安全隐患和漏洞，并随后相应调整工艺参数，以提高新装置设计的合理性和设计效率。化工生产涉及许多装置，新装置的设计离不开过程模拟和优化技术。例如，在气体分馏装置的设计中，该技术不仅可以调整和优化分馏装置设计，还可以获得准确、全面的装置数据，以检查新装置的质量。

3.化工企业热力系统优化

过程模拟优化在化工过程设计中的第三个应用是化工企业的热力系统优化。排汽为低温低压蒸汽，直接用于外部加热。汽轮机用于在汽包出口级联3.62MPa优质蒸汽。涡轮机产生的机械能可以代替电动机驱动锅炉风扇和给水泵做功。企业生产过程的排汽压力为1.8MPa。设备为T630型，结构为单级背压式，单侧进汽，水平进汽。速度控制系统采用德国西门子控制器+日本光荣直行程执行机构电子控制系统，实现远程和本地控制。

三、过程模拟优化在化工过程设计中的应用及优化对策

1.确保生产设备的安全

过程模拟优化在化工过程设计中的应用优化策略之一是确保生产设备的安全。在化工工艺设计中，设备安全是安全生产的核心。通过设备操作和相应的化学反应，原料可以转化为化学产品或半成品。企业要认识到化学反应对生产设备的要求，选择安全性和稳定性高的生产设备，明确各类设备的运行参数，加强生产设备的运行维护管理，确保化工生产过程中设备的安全稳定。在不同的化学反应中，威胁因素存在一定的差异，对化学工艺设计提出了更高的要求。在化学反应中，有很多偶然和不可控的因素，设备的整体性能就是其中之一。因此，有必要在化工工艺设计中加强对生产设备的控制，避免在生产设备选择不合理的情况下对化工生产安全造成影响。

2.加强原材料安全

过程模拟优化在化工过程设计中的应用第二种优化策略是提高原料的安全性。化学工艺设计所需的大部分原材料都是不稳定的，其中大多数需要特定的环境来储存。例如，一些原材料可以与自然界中的水发生反应。在储存原材料时，需要密封它们，隔离空气中的水分子，防止它们与它们发生反应，并降低工业生产中原材料的反应效率。原材料管理员应根据不同材料的特性和反应条件储存不同的材料，并将不同财产的原材料分开存放，以防止材料在储存阶段与其他材料或空气中发生反应。对于一些活性原料，管理者应在了解其反应条件的基础上，选择密封性好的玻璃装置或不透光装置作为材料储存容器，确保材料在使用前的稳定性，为化学生产提供高效稳定的原料，降低化学生产的风险因素。此外，一些原材料具有很强的腐蚀性。材料经理在储存材料时应注意自身安全，在取用原材料时应佩戴防腐蚀手套和专业设备，并防止材料与人体接触时发生化学反应。

3.控制化学设计中的潜在危险

过程模拟优化在化工过程设计中的应用第三种优化对策是控制化工过程设计的潜在风险因素。为了准确控制潜在的风险因素，中国化工企业必须做到以下三点：第一，化工原料的参数必须满足安全生产的要求，因此在采购化工原料的过程中，相关采购人员需要提前明确相关标准和规范，尽量选择风险因素低的化学原料；其次，化学品生产过程应严格按照相关标准进行，同时确保其标准化。化学生产中使用的设备和装置必须定期检查，特别是各种电气设备的实际操作。在新一轮化学品生产之前，需要提前释放设备中的危险化学品；最后，化工企业在优化设计过程时，还需要考虑反应温度、湿度、压力、可能发生的化学反应等，选择耐高温、耐腐蚀的设备或装置。

结语

综上所述，大多数化学模拟技术主要分析整个生产过程，然后使整个过程更加安全。以化学技术为基础，可以促进建模技术的进步和发展，并在实际应用过程中取得良好的效果。由此可见，大多数化学过程模拟技术不仅可以提高实际化学过程的水平，还可以优化企业在实际生产中的化学过程，使企业能够更好地生产出更高质量的化学产品。目前，常用的过程模拟与优化技术是化工生产中的一项重要技术，得到了广泛的应用。

参考文献

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