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(tǒng)工程學院，歷經(jīng)數(shù)十年的過程系統(tǒng)研發(fā)，以算法封裝的形式開發(fā)出gPROMS，于1997年成立了PSE公司負責gPROMS全部商業(yè)運營。gPROMS是對工藝設備及流程進行仿真建模及設計優(yōu)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(jīng)過多年的開發(fā)與完善，PSE基于SSML高級模型庫于2015年推出了ProcessBuilder產(chǎn)品，主要是面向傳統(tǒng)化工與精細化工的通用化工工藝過程模擬和優(yōu)化軟件，除了可進行穩(wěn)態(tài)物料衡算與熱衡算外，還可以進行中試放大研究、系統(tǒng)級優(yōu)化求解能力、動態(tài)開停車過程模擬等。

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軟件模型的主要優(yōu)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(fā)工作。
• 分布式參數(shù)模型?gPROMS中的模型多為分布式參數(shù)模型，即所有關鍵變量，如溫度、濃度等均為空間位置的函數(shù)，并可與其他獨立變量（顆粒粒徑、摩爾分數(shù)等）相關，采用偏微分方程和積分方程建立數(shù)學模型，而不僅僅是一般的常微分方程和代數(shù)方程。
• 穩(wěn)態(tài)/動態(tài)模型?gPROMS的模型均為動態(tài)模型，穩(wěn)態(tài)模擬僅僅是時間相關變量的時間導數(shù)為零的特殊狀態(tài)。gPROMS中穩(wěn)態(tài)模擬和動態(tài)模擬使用相同的數(shù)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(diào)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(shù)學方程，可以根據(jù)特定要求進行簡化、拓展和調(diào)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(fā)了多種專業(yè)化的解決方案。例如，能夠進行固定床催化反應器設計和優(yōu)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(tài)顆粒處理過程模擬的gSOLIDS、英國BP石油公司設計火炬管網(wǎng)系統(tǒng)指定仿真工具gFLARE、制藥行業(yè)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(yōu)勢有：

• 開發(fā)能力?gPROMS具有最強大的模型開發(fā)能力，不但其高級模型庫一直在發(fā)展擴大之中，企業(yè)及高校的使用者亦在gPROMS平臺上開發(fā)了數(shù)量龐大的各式工藝模型。迄今為止在各類頂級學術刊物發(fā)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(yè)方向，充分說明其建模能力的強大。
• 工程數(shù)學建模語言?gPROMS開發(fā)模型采用針對過程工業(yè)特點而專門定制的工程數(shù)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(diào)試方便的優(yōu)勢。
• 聯(lián)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(shù)值建模平臺的重要原因。不同于傳統(tǒng)過程模擬軟件中的序貫模塊算法，gPROMS第一個將先進的聯(lián)立方程法實現(xiàn)了商品化。聯(lián)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(lián)立方程法計算效率高，而且特別適用于系統(tǒng)設計和優(yōu)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(nèi)置了一系列的簡化策略（如改變參數(shù)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(wěn)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(shù)據(jù)獲得關鍵的反應動力學參數(shù)以及其他模型參數(shù)。
• 實驗設計功能?可以對參數(shù)估計的結果進行統(tǒng)計分析，根據(jù)估計結果的置信度，置信區(qū)間等判斷參數(shù)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(jù)所建立的模型及實驗條件（各種測量儀器的精度等），根據(jù)方差最小等原則設計新的實驗，最終以最少的實驗次數(shù)獲得足夠多的信息，進一步提高所估計參數(shù)的準確度。
• 系統(tǒng)級優(yōu)化求解能力?gPROMS能夠?qū)Ω鞣N連續(xù)及間歇工藝的穩(wěn)態(tài)或動態(tài)過程進行優(yōu)化，以及工廠級別的工藝參數(shù)設計。gPROMS由于采用了聯(lián)立算法，能夠?qū)φ麄€工藝過程進行優(yōu)化求解，而且不存在穩(wěn)態(tài)模擬的限制，即使是不斷變化的動態(tài)過程也能獲得最合理的控制條件及工藝參數(shù)。
• 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(wěn)態(tài)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(fā)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(yè)案例，詳細介紹使用ProcessBuilder搭建流程模型以及優(yōu)化計算的方法，演示了PB動態(tài)模擬的優(yōu)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(yè)級過程模擬運用中的特點與優(yōu)勢。

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講師介紹

龔明?高級工程師

海基科技gPROMS產(chǎn)品經(jīng)理，畢業(yè)于西北大學，具有顆粒力學、流態(tài)化工程和化工工藝流程分析經(jīng)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(tài)過程分析、核燃料溶解器啟動及運行狀態(tài)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(wǎng)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(guī)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(wǎng)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(qū)動模擬的建立

2.4 Dynamic simulation動態(tài)模擬的建立及演示

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第三章?20160512_ProcessBuilder網(wǎng)絡培訓（第三期）

3.1 動態(tài)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(yōu)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(shù)，如閥門的流動阻力系數(shù)，壓縮機的轉(zhuǎn)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(shù)確定工藝性能，如已知閥門阻力系數(shù)，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(qū)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(qū)動流動也是運行動態(tài)模擬的先決條件；
• ?? 了解軟件Dynamic simulation動態(tài)模擬的建立方法，如何由物料衡算下的壓力驅(qū)動穩(wěn)態(tài)模擬轉(zhuǎn)變至動態(tài)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(chǎn)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(nèi)，以及通過控制壓縮機的轉(zhuǎn)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(yè)級應用中的全過程，深入了解軟件動態(tài)模擬的優(yōu)勢及特點。