过程模拟中的公用工程模块开发

摘要

过程模拟技术是对过程工业的单元过程、设备及整个过程系统在计算机上进行描述的技术。自上个世纪五十年代以来，过程模拟技术综合应用了化工原理、化工热力学、系统工程、计算机、数学等学科的理论和方法，并使其得到了快速发展，目前已经成为了高校、设计院和生产部门等多行业开发新技术，工程设计，优化生产等不可或缺的辅助工具。另外，上世纪九十年代欧盟联合多家知名技术服务商和化工企业，规范了过程模拟技术程序接口，并发布了CAPE-OPEN接口标准，实现了过程模拟软件间的集成。公用工程作为化工工业中的重要系统之一，其能耗的大小直接影响到企业效益。在过程模拟中，主要用于计算单元过程、设备及整个过程实际公用工程的耗用量及对应成本，是连接工艺和设备的重要模块。因此过程模拟中的公用工程模块开发对过程模拟软件具有重要意义。 本文对目前主流过程模拟软件中的公用工程及不同类型热力学性质计算方法进行了研究，遵循CAPE-OPEN标准，采用面向对象技术、利用Visual C++语言开发了一个独立的公用工程模块，具有减少单元操作模块的复杂度及公用工程对象重复创建等优点。开发的公用工程模块涵盖了水、蒸汽、电、燃气、煤、燃油六种类型，基本满足了常见的公用工程类型的抽象求解。对于水和蒸汽热力学性质的求解，归纳了不同方法的优缺点，最终采用计算速度快、精度高的IPAWS-IF97公式进行计算；对于燃气、燃油和煤三种化石燃料，组成较为复杂，需要用户根据实验数据提供必要的热值等参数；电力则只需要输入对应的市场价格。同时，公用工程模块提供了较为友好的图形用户界面，方便用户参数的输入计算。最终以动态链接库的形式与支持CAPE-OPEN标准的过程模拟软件实现了集成交互。采用工程实例，利用单元操作模块调用公用工程模块的方式对模块的有效性进行了验证，结果表明开发的公用工程模块计算结果准确可靠。 基于CAPE-OPEN标准开发的公用工程模块，可以大大方便单元过程、设备及整个系统过程公用工程耗用量及成本的计算，为工艺优化、节能研究等提供数据支持，具有重要的应用价值，可以在此基础上对更多的公用工程类型进行完善。

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