课程介绍

软件介绍

gPROMS起源于英国帝国理工大学的过程系统工程学院，历经数十年的过程系统研发，以算法封装的形式开发出gPROMS，于1997年成立了PSE公司负责gPROMS全部商业运营。gPROMS是对工艺设备及流程进行仿真建模及设计优化的新一代通用过程模拟平台，具有世界领先的过程模拟能力和多项特有仿真技术。

经过多年的开发与完善，PSE基于SSML高级模型库于2015年推出了ProcessBuilder产品，主要是面向传统化工与精细化工的通用化工工艺过程模拟和优化软件，除了可进行稳态物料衡算与热衡算外，还可以进行中试放大研究、系统级优化求解能力、动态开停车过程模拟等。

 

软件模型的主要优势有：

• 最具原理性的模型 gPROMS模型库中的所有模型均是基于最原理性的方程和最基本的单元操作所建立，具有非常高的通用性，可以搭建任何反应、分离过程，甚至是多种过程的组合，特别适用于新工艺过程的研发工作。
• 分布式参数模型 gPROMS中的模型多为分布式参数模型，即所有关键变量，如温度、浓度等均为空间位置的函数，并可与其他独立变量（颗粒粒径、摩尔分数等）相关，采用偏微分方程和积分方程建立数学模型，而不仅仅是一般的常微分方程和代数方程。
• 稳态/动态模型 gPROMS的模型均为动态模型，稳态模拟仅仅是时间相关变量的时间导数为零的特殊状态。gPROMS中稳态模拟和动态模拟使用相同的数学模型和求解算法，因此无需建立两套过程模型，无需反复调整计算结果，大大减少使用者的无效工作，提高效率。
• 完全开放的基本模型库 gPROMS开放的基本模型库允许使用者完全了解模型采用的数学方程，可以根据特定要求进行简化、拓展和调整，即使需要重新建模也可以作为很好的参考资料。
• 丰富的高级模型库 gPROMS还具有丰富的定制化高级模型库（Advanced Model Library, AML），并在AML基础上开发了多种专业化的解决方案。例如，能够进行固定床催化反应器设计和优化的AML:FBCR、包含SOFC和PEMFC两种燃料电池模型的AML:FC、唯一能够进行固态颗粒处理过程模拟的gSOLIDS、英国BP石油公司设计火炬管网系统指定仿真工具gFLARE、制药行业广泛采用的溶解结晶解决方案gCRYSTAL等等。

 

软件功能的主要优势有：

• 开发能力 gPROMS具有最强大的模型开发能力，不但其高级模型库一直在发展扩大之中，企业及高校的使用者亦在gPROMS平台上开发了数量庞大的各式工艺模型。迄今为止在各类顶级学术刊物发表的相关文献已达近千篇，涉及大化工领域几乎所有的专业方向，充分说明其建模能力的强大。
• 工程数学建模语言 gPROMS开发模型采用针对过程工业特点而专门定制的工程数学语言，而非FORTRAN或C++等高级计算机语言，具有易于掌握、编写简单和调试方便的优势。
• 联立方程求解算法 gPROMS先进的求解算法亦是被广泛采用作为数值建模平台的重要原因。不同于传统过程模拟软件中的序贯模块算法，gPROMS第一个将先进的联立方程法实现了商品化。联立方程法是将所有方程组成大型非线性方程组，同时计算、同时收敛，不存在嵌套迭代问题。因联立方程法计算效率高，而且特别适用于系统设计和优化问题的求解，故越来越受工艺研究人员重视。
• 模型初值估计功能 在初始化计算模型时，gPROMS内置了一系列的简化策略（如改变参数或变量值，逐步接近原始值，简化方程，减小方程自由度，改变自由度选择等），采用简化方程的计算结果作为真实的复杂方程的计算初值，大大提高了求解的收敛性、稳定性和计算速度。
• 模型验证功能 能够让研究人员从很少的实验或中试数据获得关键的反应动力学参数以及其他模型参数。
• 实验设计功能 可以对参数估计的结果进行统计分析，根据估计结果的置信度，置信区间等判断参数估计结果能否满足所需精度，如果精度不能满足要求，则可以根据所建立的模型及实验条件（各种测量仪器的精度等），根据方差最小等原则设计新的实验，最终以最少的实验次数获得足够多的信息，进一步提高所估计参数的准确度。
• 系统级优化求解能力 gPROMS能够对各种连续及间歇工艺的稳态或动态过程进行优化，以及工厂级别的工艺参数设计。gPROMS由于采用了联立算法，能够对整个工艺过程进行优化求解，而且不存在稳态模拟的限制，即使是不断变化的动态过程也能获得最合理的控制条件及工艺参数。
• 耦合接口丰富 gPROMS作为最开放的过程建模平台，能够与非常多的仿真工具相互耦合使用。如可将gPROMS稳态单元模型通过标准的CAPE-OPEN接口导入至其他工艺模拟软件的gO:CAPE-OPEN、可把gPROMS工艺模型发布为运行时版本的gO:RUN、可将工艺过程模拟与三维CFD计算耦合的gO:CFD等等。

 

课程介绍

通过演示完整的合成器制甲醇Methanol synthesis的工业案例，详细介绍使用ProcessBuilder搭建流程模型以及优化计算的方法，演示了PB动态模拟的优势，以及如何通过PID控制工艺流程，消除上游波动对下游的影响，深入了解软件在工业级过程模拟运用中的特点与优势。

 

讲师介绍

龚明 高级工程师

海基科技gPROMS产品经理，毕业于西北大学，具有颗粒力学、流态化工程和化工工艺流程分析经验。组织实施过喷动床脱硫脱硝过程分析、大型煤气化炉热态过程分析、核燃料溶解器启动及运行状态分析、固定床催化反应器运行及操作分析等涉及气-液-固多相流及化学反应的工程咨询项目。

 

课程目录

第一章 20160414_ProcessBuilder网络培训（第一期）

1.1 gPROMS_ProcessBuilder软件界面、操作流程及模型库介绍

1.2 Methanol synthesis工艺过程模型建立及演示

1.3 复杂工艺中Recycle Braker回流工具介绍

1.4 设计规定中adjust的使用方法介绍

1.5 灵敏度分析方法介绍

 

第二章 20160428_ProcessBuilder网络培训（第二期）

2.1 Design设计计算模式的建立

2.2 Performance运行计算模式的建立

2.3 Pressure-Driven simulation压力驱动模拟的建立

2.4 Dynamic simulation动态模拟的建立及演示

 

第三章 20160512_ProcessBuilder网络培训（第三期）

3.1 动态模拟中Control Configuration控制配置的应用

3.2 采用Custom Modelling自定义反应动力学

课程目标

•  • 了解gPROMS的ProcessBuilder软件界面、操作流程、模拟优化计算的方法及模型库情况；
•  • 了解软件Design Mode建立方法，能够使用该方法计算重要设备的结构参数，如阀门的流动阻力系数，压缩机的转速，换热器的换热面积等；
•  • 了解软件Performance/Rating Mode建立方法，通过指定设备参数确定工艺性能，如已知阀门阻力系数，通过入口压力及流量计算阀门出口压力等；
•  • 了解软件Pressure-Driven simulation压力驱动模拟的建立方法，可基于上游和下游压力计算流量，同时，压力驱动流动也是运行动态模拟的先决条件；
•  • 了解软件Dynamic simulation动态模拟的建立方法，如何由物料衡算下的压力驱动稳态模拟转变至动态模拟，获得上游波动对下游的影响的真实反映；
•  • 了解软件Control Configuration控制配置的应用方法，通过控制手段消除原料或上游波动对下游产生的影响，掌握PID控制器在工艺流程中的应用方法。如通过控制相应阀门开度来维持分离器压力或液位在指定的范围内，以及通过控制压缩机的转速保持混合器出口压力为指定值；
•  • 了解软件Custom Modelling自定义反应动力学的方法，掌握化学反应设置的过程及运用；
•  • 熟悉ProcessBuilder在工业级应用中的全过程，深入了解软件动态模拟的优势及特点。