新一代动态模拟软件gPROMS及应用实例[1]

新一代动态模拟软件gPROMS及应用实例
胡鸣
【期刊名称】《化学世界》
【年(卷),期】1998(39)5
【摘要】新一代动态模拟软件ｇＰＲＯＭＳ及应用实例动态模拟（Ｄｙｎａｍｉ
ｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）现已越来越受到学术界和工业界的重视。

过程动态模拟有助于研究者比较深入地了解过程的本质，使中试阶段的试验设计和组织更加合理、有效。

对间歇过程而言，动态模拟则是唯一的选...
【总页数】1页(P275-275)
【关键词】动态模拟软件;化工过程;gPROMS
【作者】胡鸣
【作者单位】华东理工大学联合化学反应工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ015.9;TQ02
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最新最全模拟软件大全1概要目前，国内主要的化工流程模拟软件美国SimSci-Esscor公司的PRO/II，美国AspenTech公司的As pen Plus，Hysys，英国PSE公司的gPROMS，美国Chemstations公司ChemCAD和美国WinSim Inc.公司的Design II，加拿大Virtual Materials Group的VMGSim。

现将这几种软件简介归纳如下，供参考学习之用。

2CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较简单总结以下七点：1 一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而ASPEN在化工领域表现更好，Aspen Plus与之比较有其它软件不可比拟的优点它基本上覆盖了以上各软件的所有优点。

有人比喻：PROII是经验派，ASPEN是学院派。

2. 学习aspen plus必备1化工原理；讲化工过程得单元操作2热力学方法；讲述物性计算方法；3化工系统工程；讲述如何对化工系统进行建模，分析、求解如果简单掌握，1、2就可以了，如果想进一步深入，还需看看3，另外有一个有经验得老师辅导也是很重要的。

3. HYSYS主要用于炼油。

动态模拟是它的优势。

SPEN是智能型的，用于化工领域流程模拟，比较大或长的流程，而且数据库比较全，开方式的。

它和HYSYS现在是一家。

PRO／II可以用于设备核算，流程短，或精馏核算。

chemcad由于物性较少，使用不方面，相对较差，网上到处都可以下载，设计院不太使用，高校中有一定市场。

4. 我觉得aspen plus的计算是最精确的，数据库的建设也是最完善的。

不过我对它的操作不太适由于它考虑的方面非常全面，所以让我感觉学起来比较费劲。

chemcad的界面操作让人感觉非常简单，使用起来比较顺手。

但是数据库不是太大，我用的5.0版本，就只有2000中常用物质的物性数据。

PRO／II在这两方面都在中间。

5. 从易收敛性上看，chemcad>hysys>proii。

gPROMS介绍1．模拟软件gPROMSgPROMS是基于联立模块法开发的软件，可以描述物理过程、化学过程、生物过程及其操作过程，可以模拟多目标过程，也可以同时运行多个模块，而且用高级语言定义过程模型。

其主要功能、用途及模块如图1所示。

图1 gPROMS功能及用途2.gPROMS的发展史上世纪90年代，基于序贯模块法(Sequential Modular)的稳态模拟技术已趋成熟，应用最为广泛(如Aspen Plus及Pro／II)，但序贯模块法对动态优化等问题效率低下。

基于联立方程法(Equation Oriented)的过程模拟软件方兴未艾(如SPEEDUP)，但联立方程法建模难度大，开发周期长。

gPROMS(general PROcess Modelling System)采用联立模块法，解决了上述问题。

gPROMS是帝国理工学院(Imperial College London)PSE(Process System Enterprise Ltd．)研究中心在多年建模和仿真实践中的研究成果。

作为仿真和优化的新一代计算平台，gPROMS的研发始于1988年，是由曾经开发SPEEDUP硼(现归入Aspen的ACM模块)的研究人员完成的，1992年开始进行工业评估，5年后成为商业软件，并成立PSE公司，2006年推出gPROMS V3．0，完善了图形界面操作功能。

3.gPROMS基本特点gPROMS是一种面向方程的过程模拟软件。

它对对象的描述主要分为两个层次：模型层和物理操作层。

“模型层”(MODEL)描述了系统的物理和化学行为，是对象的一个通用机理模型；“物理操作层”(TAsK)则描述了附加在系统外部行为以及扰动。

另外，还有一个模型实体“过程块”(PRocEss)，它由具体实例模型数据以及外部操作组成，表述一个模型的具体实例(如图2所示)。

它以外加信息来推动MODEL(例如初始条件及输入变量随时间的变换情况)。

petrasim例子-回复Petrasim是一款强大的计算机模拟软件，它被广泛应用于工程和科学领域。

在这篇文章中，我将深入介绍Petrasim的功能、应用和使用方法，帮助读者更好地了解并利用这一软件。

首先，我们先来了解一下Petrasim的功能。

Petrasim作为一款综合性的模拟软件，具备多种功能，包括物理、化学、热力学、流体力学、固体力学等。

通过Petrasim，用户可以进行多种场景的仿真，例如岩石破裂、地下水流动、化学反应等。

这些功能能够帮助工程师和科学家进行系统性的研究和分析，为工程设计和科学研究提供了有力的支持。

接下来，我们将以地下水流动模拟为例，来介绍Petrasim的应用。

地下水流动是地下水资源管理和保护的重要内容。

通过模拟地下水流动过程，我们可以了解地下水的输运规律，预测地下水位变化以及地下水对地表水的补给程度等。

Petrasim提供了强大的数值模拟工具，可以帮助用户构建地下水模型，模拟地下水的流动情况，并对地下水系统进行分析。

在使用Petrasim进行地下水模拟之前，我们首先需要收集地下水系统的相关数据，包括地下水位、井位、地下水补给源等。

接下来，我们需要创建一个二维或者三维的模型，在模型中定义地下水模拟问题的边界条件、初始条件以及适用的方程。

然后，我们可以设置模拟的时间范围、时间步长以及其他模拟参数。

一旦模型设置完成，我们就可以开始运行模拟了。

在模拟运行的过程中，Petrasim会根据设定的边界条件和方程，通过数值计算的方法求解地下水的流动情况。

计算结果将反映在模拟中，通过可视化的方式展现出来。

用户可以观察地下水位的变化、水流的速度分布以及其他与地下水流动相关的信息。

此外，Petrasim还提供了丰富的分析工具，例如剖面绘制、动画展示、流速涡旋分析等，帮助用户更好地理解地下水系统的特征和规律。

除了地下水流动模拟，Petrasim还可以应用于其他领域，例如地质构造和油藏模拟、物质输运模拟、环境污染预测等。

几种模拟软件介绍一、Aspenplus背景介绍AspenPlus是一种广泛应用于化工过程的研究开发，设计，生产过程的控制，优化及技术改造等方面的性能优良的软件。

该模拟系统是麻省理工学院于70年代后期研制开发的。

由美国Aspen技术公司80年代初推向市场，它用严格和最新的计算方法，进行单元和全过程的计算，为企业提供准确的单元操作模型，还可以评估已有装置的优化操作或新建，改建装置的优化设计。

这套系统功能齐全，规模庞大，可应用于化工，炼油，石油化工，气体加工，煤炭，医药，冶金，环境保护，动力，节能，食品等许多工业领域。

AspenPlus是基于流程图的过程稳态模拟软件，包括56种单元操作模型，含5000种纯组分、5000对二元混合物、3314种固体化合物、40000个二元交互作用参数的数据库。

对于一个模拟过程来说，正确的选择准确无误的物性参数是模拟结果好坏的关键。

AspenPlus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质参数，在典型的AspenPlus模拟中常用的物理性质参数有逸度系数，焓，密度，熵和自由能。

AspenPlus 自身拥G有两个通用的数据库：Aspen CD——ASPEN TECH公司自己开发的数据库，DIPPR——美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。

另外还有多个专用的数据库，如电解质，固体，燃料产品，这些数据库结合拥有的一些专用状态方程和专用单元操作模块使得AspenPlus软件可使用于固体加工电解质等特需的领域，极大地拓宽了AspenPlus的应用范围。

二、化工流程模拟PRO/II流程模拟技术是与实验研究同样可靠和更为有效的一种研究手段，其应用极大地促进化学工业的发展。

化工流程模拟能使设计最优化，提高设计效率，结果得到效率较高的工厂；对寻找故障，消除“瓶颈”，优化生产条件和操作参数而进行旧厂改进。

另外，模拟仿真在教学培训工作中也具有独特的优越性。

PRO/II是一个在世界范围内应用广泛的流程模拟软件。

软件介绍gPROMsContents•What is gPROMS •Application briefs •How to use gPROMs •CaseWhat is gPROMSgPROMS is a g eneral PRO cess M odelling S yste with proven capabilities for the simulation, optimization and parameter estimation (both steady-state anddynamic) of highly complex process.•At its heart gPROMS is an equation-based system.• gPROMS has an unprecedented level of openness.The gPROMS family of productsApplication across the process and plantlifecyclegPROMS advantage •Clear, concise language•Modelling power• Rate based separation modelling • Reaction system modelling• Solution crystallisation• Fuel cell system modelling• Biotreatment processesallowing proper quantification of theWhen using gPROMs to made a model and work it out, user first need know how to express this model by math.gPROMs language, like C language and Fortrun language, has some intrinsic functions which used in equations toperform mathematical operators, i .e, partial and integral.How to use gPROMSCase condition structure For condition structure IF condition structureIF A > B THENFlowOut = ??????? ; ELSEFlowOut = ????? ; END # If FOR i := 1 TO 100 DO T(i) = ???? ;ENDBuffer tank with gravity-driven outflow.•Mass balancedt dM F in F out •Relation between liquid level and holdup ρAh = M •Characterisation of the output owrate= F in — F out h αFout =Step 1: create a new gPROMS “Project”• Variable Types• Stream Types • Models • Tasks • Processes • Optimisations • Estimations • Experiments • Saved Variable Sets • Miscellaneous FilesSetp 2: create a new MODEL• PARAMETER• DISTRIBUTION_DOMAIN• UNIT• VARIABLE• SELECTOR• SET• EQUATIONPARAMETERRho AS REAL CrossSectionalArea AS REAL Alpha AS REAL VARIABLEHoldUp AS MassFlowIn, FlowOut AS MassFlowrate Height AS LengthEQUATION# mass balance$Holdup= Flowin Holdup= Flowin —— Flowout;#calculation of height through holdup Holdup=CrossSectionArea Holdup=CrossSectionArea**Height Height**Rho;#Assume aquare root presure drop flowrate relationFlowout=Alpha Flowout=Alpha**SQRT(Height);Step 3: define VARIABLEFor example: Mass, MassFlowrate,LengthStep 4: create a new PROCESSUNIT# UnitName AS ModelNameSET# ParameterPath := Expression ;# ParameterPath := [ Expression < , ... > ];EQUATION# EquationsASSIGN# VariablePath := Expression ;PRESET# VariablePath := InitialValue ;# VariablePath := InitialValue : LowerBound : UpperBound SELECTOR# SelectorPath := FlagPath ;# SelectorPath := [ FlagPath < , ... > ];INITIAL# STEADY_STATESOLUTIONPARAMETERSSCHEDULE# OperationScheduleUNITT101 AS BufferTankSETT101.Rho := 1000 ; # kg/m3T101.CrossSectionalArea := 1 ; # m2 T101.Alpha := 10 ;ASSIGNT101.Fin := 20 ;CONTINUE FOR TimePeriod (1800)SOLUTIONPARAMETERSREPORTINGINTERVAL := 60;Step 5: Syntax checking Step 6: runCase 1Case 2FinFouth αFout =PARAMETERRho AS REALCrossSectionalArea AS REALWeirHeight AS REALAlpha AS REALVARIABLEFlowIN, FlowOut1, FlowOut2 AS MassFlowRate HoldUp AS MassHeight AS LengthSELECTORValve AS ( ON, OFF) DEFAULT OFFEQUATION# Mass Balance$HoldUp = FlowIn - FlowOut1 - FlowOut2;# Calculation of liquid level from holdupHoldUp = CrossSectionalAreaHeight ** Rho; HoldUp = CrossSectionalArea ** Height#Assign squart root pressure drop flow relation FlowOut1 = AlphaFlowOut1 = Alpha ** SQRT ( Height);CASE Valve OFLOG ( Height ** Height );:FlowOut2 = 7** LOG ( HeightWHEN ON :FlowOut2 = 7SWITCH TO OFF IF Height < WeirHeight - 2; WHEN OFF : FlowOut2 = 0;SWITCH TO ON IF Height > WeirHeight + 2; END # CASEUNITT101 AS AdjustivetankSETT101.Rho :=100; #Kg/m3T101.CrossSectionalArea := 1; # m2T101.Alpha := 7;T101.WeirHeight := 30; # m。

化工流程模拟软件的介绍与对比化工流程模拟软件是一种利用计算机技术、模型算法及化学工程原理对化工生产流程进行模拟和优化的工具。

它可以帮助化工工程师进行虚拟实验，评估不同工艺方案的可行性，优化产品的生产过程，降低生产成本，提高产品质量等。

下面对几种常见的化工流程模拟软件进行介绍与对比。

1. Aspen Plus：Aspen Plus是化工流程模拟软件界的“老大”，也是最为广泛应用的软件之一、它的最大特点是强大的化工系统模拟能力和大规模系统优化能力，可以模拟各种化工装置，包括化工反应器、分离设备、传热设备等。

Aspen Plus具有广泛的物性数据库和建模工具，且可以与其他常见软件（如Excel、Matlab等）进行接口，方便进行数据交互和优化。

2. Hysys：Hysys是Aspen Plus的直接竞争对手，由Aspen Tech开发。

Hysys与Aspen Plus相比，界面更加友好，操作更加简便，因此在教学和学术界较为流行。

Hysys也具备先进的化工系统模拟和优化功能，并有完善的物性数据库和建模工具。

不过Hysys的建模能力稍逊于Aspen Plus，对于大规模系统的模拟和优化处理相对较弱。

3. COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是一种多物理场有限元分析软件，在化工流程模拟领域也有应用。

它可以模拟不同领域的物理现象，如流体动力学、传热传质、电化学、反应动力学等，并可以进行耦合模拟。

COMSOL Multiphysics的优势在于其能够模拟多个物理场的相互作用和耦合效应，对于复杂的化工系统优化有一定的优势。

4.gPROMS：gPROMS是一种基于物理领域模型的通用化工流程模拟和优化软件。

它具有强大的功能，可以对化工系统进行建模、优化和仿真，并可以将各种不同领域的模型进行耦合。

gPROMS也具备较为丰富的物性数据库和建模工具，在建模和模拟过程中较为灵活。

不过，gPROMS在大规模系统的模拟和优化处理方面相对较弱。

1概要 (2)2CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较 (2)3各软件简介 (3)3.1AspenOne (3)3.1.1Hysys (3)3.1.2HTFS (8)3.1.3Aspen plus (13)3.2-gPROMS(r) (16)3.3PRO/II (17)3.4ChemCAD (18)3.5Design II (23)1概要目前，国内主要的化工流程模拟软件美国SimSci-Esscor公司的PRO/II，美国AspenTech公司的Aspen Plus，Hysys，英国PSE公司的gPROMS，美国Chemstations公司ChemCAD和美国Wi nSim Inc. 公司的Design II，加拿大Virtual Materials Group的V MGSim。

现将这几种软件简介归纳如下，供参考学习之用。

2CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较简单总结以下七点：1 一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而ASPEN在化工领域表现更好，Aspen Plus与之比较有其它软件不可比拟的优点它基本上覆盖了以上各软件的所有优点。

有人比喻：PROII是经验派，ASPEN是学院派。

2. 学习aspen plus必备1化工原理；讲化工过程得单元操作2热力学方法；讲述物性计算方法；3化工系统工程；讲述如何对化工系统进行建模，分析、求解如果简单掌握，1、2就可以了，如果想进一步深入，还需看看3，另外有一个有经验得老师辅导也是很重要的。

3. HYSYS主要用于炼油。

动态模拟是它的优势。

SPEN是智能型的，用于化工领域流程模拟，比较大或长的流程，而且数据库比较全，开方式的。

它和HYSYS现在是一家。

PRO／II可以用于设备核算，流程短，或精馏核算。

chemcad由于物性较少，使用不方面，相对较差，网上到处都可以下载，设计院不太使用，高校中有一定市场。

各大化工模拟软件比较1 概要目前，国内主要的化工流程模拟软件美国SimSci-Esscor公司的PRO/II，美国AspenTech公司的Aspen Plus，Hysys，英国PSE公司的gPROMS，美国Chemstations公司ChemCAD和美国WinSim Inc. 公司的Design II，加拿大Virtual Materials Group的VMGSim。

现将这几种软件简介归纳如下，供参考学习之用。

2 CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较简单总结以下七点：1. 一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而ASPEN在化工领域表现更好，Aspen Plus与之比较有其它软件不可比拟的优点它基本上覆盖了以上各软件的所有优点。

有人比喻：PROII是经验派，ASPEN是学院派。

2. 学习aspen plus必备 1化工原理；讲化工过程得单元操作 2热力学方法；讲述物性计算方法； 3化工系统工程；讲述如何对化工系统进行建模，分析、求解如果简单掌握，1、2就可以了，如果想进一步深入，还需看看3，另外有一个有经验得老师辅导也是很重要的。

3. HYSYS主要用于炼油。

动态模拟是它的优势。

SPEN是智能型的，用于化工领域流程模拟，比较大或长的流程，而且数据库比较全，开方式的。

它和HYSYS现在是一家。

PRO／II可以用于设备核算，流程短，或精馏核算。

chemcad由于物性较少，使用不方面，相对较差，网上到处都可以下载，设计院不太使用，高校中有一定市场。

4. 我觉得aspen plus的计算是最精确的，数据库的建设也是最完善的。

不过我对它的操作不太适由于它考虑的方面非常全面，所以让我感觉学起来比较费劲。

chemcad的界面操作让人感觉非常简单，使用起来比较顺手。

但是数据库不是太大，我用的5.0版本，就只有2000中常用物质的物性数据。

PRO／II在这两方面都在中间。

gprof 实例gprof 是一个Unix 系统工具，它可以用于分析和优化程序的性能。

它通过在编译时插入特定代码来收集程序运行时的函数调用信息，并将这些信息以类似于火焰图的方式展示出来，从而帮助开发者识别性能瓶颈。

以下是一个简单的gprof 使用示例：假设我们有一个名为example.c 的 C 语言源文件，其中包含一个简单的程序：#include <stdio.h>void function1() {printf("Inside function1\n");}void function2() {printf("Inside function2\n");}int main() {for (int i = 0; i < 100000; i++) {function1();function2();}return 0;}首先，我们需要使用gcc 编译器编译这个程序，并使用-pg 选项来启用gprof 的分析功能：gcc -pg -o example example.c然后，我们可以运行这个程序：./example运行完毕后，我们可以使用gprof 来分析程序的性能：gprof example gmon.out > analysis.txt这个命令将gmon.out 文件中的信息输出到analysis.txt 文件中。

我们可以使用文本编辑器打开这个文件，查看程序的性能分析结果。

在分析结果中，我们可以看到每个函数的调用次数、时间占用等信息。

通过这些信息，我们可以识别出性能瓶颈，并进行相应的优化。

GprMax中GprMax2D的使用方法V1.3实验环境：操作系统：Windows7软件版本：MATLAB7.1&GprMaxV2.0参考资料：[1]UserGuideV2.pdf一、GprMax2D软件使用1.1 直接运行..\GprMaxV2.0\Windows文件夹下的GprMax2D.exe文件，会出现以下窗口(也可以在命令提示符窗口输入命令运行) ：1.2 输入文件名注意：要输入文件的全路径；*.in文件只要出现任何语法错误或者路径错误，软件都会自动关闭，不会有任何错误提示。

出现以下画面(以自带例子文件bre1.in为例，*.in的命令参考前面的文章或[1])：运行完毕会发现..\GprMaxV2.0\Windows文件夹下多了两个文件bre1.out、bre1.geo文件，复制到tools文件夹。

二、数据成像tools文件夹下有五个m文件：gprmax.m，gprmax2g.m, gprmax3g.m, gprmaxde.m , gprmaxso.m。

这里只讲gprmax2g.m，gprmax.m这两个文件的用法，其他三个以后有空再写。

gprmax3g.m是处理GprMax3D的几何数据的；gprmaxde.m用来计算Debye公式(参考[1])介电常数的；gprmaxso.m用于计算激励函数的。

2.1 gprmax2g.m的使用方法gprmax2g函数用于读取GprMax2D软件仿真探地雷达模型生成的二进制几何数据。

gprmax2g函数的原型：[mesh,header,media] = gprmax2g( 'filename' )filename是.geo文件名；media: 存储介质类型，media.type；header: 存储模型的几何参数；header.title: 模型的名称；header.dx: 模型在X轴每次偏移大小(单位:m)；header.dy: 模型在Y轴每次偏移大小(单位:m)；header.dt: 最大允许时间步长(单位:秒)；header.nx: 模型在X轴的偏移次数；header.ny: 模型在Y轴的偏移次数；例子：如输入文件*.in中定义：#domain: 2.5 0.65#dx_dy: 0.0025 0.0025那么：header.dx=0.0025; header.dy=0.0025;header.dt = 1/(c*sqrt(1/header.dx^2+1/header.dy^2)); (其中c=299792458，为光速，公式参考[1]);header.nx=2.5/0.0025=1000; header.ny=0.65/0.0025=260;mesh: 存储模型数据，M x N的数组，其中M为Y轴方向的Yee单元数目，N为X轴方向的Yee单元数目；M=header.nx，N=header.ny；gprmax2g.m的使用例子：filegeo = 'bre1.geo';[meshdata,header,media]=gprmax2g(filegeo);figure(1);[MM,NN]=size(meshdata);imagesc((1:NN)*header.dx,(1:MM)*header.dy,meshdata)axis('equal');xlabel('x(m)');ylabel('y(m)');2.2 gprmax.m的使用方法gprmax函数用于读取GprMax2D与GprMax3D软件仿真探地雷达模型生成的二进制波形数据。