化工生產(chǎn)過程可以簡單概括為輸入原料和能源、輸出產(chǎn)品和廢物。要實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，一是要減少資源的消耗；二是要減少廢物的產(chǎn)生，即要盡可能將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品；三是節(jié)約能量，并盡可能采用清潔能源。
我國化工行業(yè)中應(yīng)用到的清潔生產(chǎn)技術(shù)主要包括：
①過程模擬技術(shù)；
②過程集成技術(shù)；
③清潔的生產(chǎn)工藝；
④清潔的反應(yīng)體系；
⑤超常規(guī)反應(yīng)技術(shù)；
⑥催化技術(shù)；
⑦化工設(shè)備技術(shù)；
⑧清潔能源。
什么是化工流程模擬技術(shù)？
在眾多的清潔生產(chǎn)技術(shù)中，化工流程模擬技術(shù)是由信息技術(shù)與化工技術(shù)相結(jié)合，以化工工藝過程的機理模型為基礎(chǔ)，根據(jù)化工工藝過程的數(shù)據(jù)，如物料的溫度、壓力、組成、流量及設(shè)備參數(shù)（如精餾塔的板數(shù)、進料位置），用數(shù)學(xué)方法來描述一個有多個單元的化工流程，通過在計算機進行單元或全過程的物料衡算、熱量衡算，建立模型；并通過改變各種有效操作參數(shù)，從而得所需的最優(yōu)結(jié)果。這其中包括最受關(guān)心的原材料消耗、工程消耗和產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、設(shè)備尺寸估算和能量分析等許多重要數(shù)據(jù)。
近些年隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件、硬件的性能全面提高，可使實際的化工生產(chǎn)過程全面、精確地反映在計算機上，而不需改變現(xiàn)有裝置的任何參數(shù)，因此，在理論上有了很大的優(yōu)化空間。化工模擬人員可以在計算機上以實際裝置為基礎(chǔ)，任意改動工藝參數(shù)，確定出不同的方案，全方位綜合對比分析各方案的優(yōu)缺點，從而得到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益最優(yōu)的方案，達到清潔生產(chǎn)的目的。而且，應(yīng)用流程模擬技術(shù)可以節(jié)省大量時間、原料和操作費用，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低消耗，同時還可以對化工生產(chǎn)過程的規(guī)劃、研究和開發(fā)及技術(shù)可靠性作出分析和對比。
常見化工模擬軟件介紹
01
Aspen Plus
Aspen Plus化工流程模擬系統(tǒng)是20世紀70年代由美國能源部委托麻省理工大學(xué)開發(fā)的大型化工模擬軟件，由美國最大的過程應(yīng)用軟件公司ASPEN技術(shù)公司80年代初推向市場，它的數(shù)據(jù)庫包括約6000種純物質(zhì)的數(shù)據(jù)，同時該數(shù)據(jù)庫也收集了25萬多套氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)。用戶可以把自己初始的物性數(shù)據(jù)輸入Aspen Plus系統(tǒng)當(dāng)中，利用它提供的單元操作模型，通過嚴格的計算方法，準確地進行單元和全過程的模擬計算。利用這一軟件還可以優(yōu)化已有裝置的操作條件或開發(fā)設(shè)計新建、改建裝置。由于其具有功能強大、模擬準確、使用方便等特點，而廣泛用于化工、煉油、石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護、動力、節(jié)能和食品等工業(yè)領(lǐng)域。
除了具有流程模擬功能，Aspen Plus還具有靈敏度分析、工藝計算、物性數(shù)據(jù)回歸、經(jīng)濟評價等其他方面的功能。此外，實際生產(chǎn)中，某些物質(zhì)在Aspen Plus自帶的數(shù)據(jù)庫中查找不到時，Aspen Plus還具有物性估算的功能。
02
Hysys
Hysys模擬軟件是加拿大著名油氣加工模擬軟件工程公司Hyprotech公司研究開發(fā)出的產(chǎn)品，它被Aspen Tech公司收購后，軟件得到升級，并為數(shù)據(jù)集成帶來了很大的方便。此數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的特點是工藝流程和單元操作依靠物流相關(guān)聯(lián)。Hysys模擬軟件分為動態(tài)模擬和穩(wěn)態(tài)模擬兩大部分，模擬過程中穩(wěn)態(tài)和動態(tài)同時使用同一個目標，不需要傳遞數(shù)據(jù)，而且可以很方便地從靜態(tài)切換到動態(tài)。其動態(tài)模擬最突出的優(yōu)點就是可以實時的測量和控制運行中所有系統(tǒng)，以便于在線調(diào)整操作參數(shù)，而且當(dāng)優(yōu)化模型直接與DCS控制系統(tǒng)相連時，可以實時找出工藝流程的最佳操作條件。Hysys的特點是操作方便、計算效率高、計算的收斂性強，更關(guān)注工段級的操作，更強調(diào)實時性，可以和Aspen Plus形成功能互補，廣泛應(yīng)用于石油化工、電解質(zhì)、制藥和氣體處理等相關(guān)領(lǐng)域。
03
PROII
Pro/II軟件是由美國SimSic公司開發(fā)的流程模擬軟件，擁有包含了超過1700種物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)庫、40多種單元操作模塊。它不僅可以進行基本的穩(wěn)態(tài)模擬，還能夠計算物質(zhì)性能、設(shè)計工藝設(shè)備、估算運行費用、評價經(jīng)濟效益及進行環(huán)境保護方面的計算。它的發(fā)展歷史悠久，積累了大量的實際工程經(jīng)驗，能夠模擬整個工藝流程中包括簡單的管道、閥門和復(fù)雜的反應(yīng)器、分離器在內(nèi)的所有裝置。Pro/II軟件還可以同換熱器計算軟件等其他大型軟件聯(lián)用，其結(jié)果也能以Word、Excel等多種方式輸出，廣泛應(yīng)用于油氣加工、煉油、化工、聚合物及制藥行業(yè)中新建裝置設(shè)計、老舊裝置優(yōu)化及技術(shù)改造。
04
ChemCAD
ChemCAD軟件是美國Chemstations公司開發(fā)的流程模擬軟件，提供大量的熱平衡和相平衡計算方法，包含39種Ｋ值計算方法和13種焓計算方法，同時提供了50多個單元操作模型用于物料平衡和能量平衡核算，可以滿足化工廠的基本需要，為開發(fā)、設(shè)計工藝流程，改造、優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)提供一定的理論支持。ChemCAD軟件在Windows系統(tǒng)中即可運行，并且可與其他的應(yīng)用程序兼容，這樣極大地方便了模擬數(shù)據(jù)在ChemCAD與其他應(yīng)用程序之間的傳輸。ChemCAD軟件主要應(yīng)用于化學(xué)和石油工業(yè)、煉油、油氣加工、制藥工業(yè)等領(lǐng)域。
05
gPROMS
gPROMS軟件是由帝國理工學(xué)院PSE研究中心研制開發(fā)出來的，具有過程建模、仿真、及動態(tài)模擬等功能。gPROMS基于聯(lián)立模塊思想，將復(fù)雜的對象模型逐級分解成多個簡單模型，用這些連接起來的簡單模型來替代復(fù)雜模型，這樣就降低了對復(fù)雜過程建模的難度，而且使編譯的簡單模型有了更強的通用性。與其他模擬軟件相比，gPROMS有很強的處理非連續(xù)性過程能力，而且能夠與多種應(yīng)用程序建立動態(tài)連接，共同完成復(fù)雜流程的模擬。如：它可以與Aspen軟件相連接，借助Aspen的物性數(shù)據(jù)庫來完成精餾等化工過程的模擬，得到的模擬數(shù)據(jù)可以直接輸出到Excel文件中。gPROMS的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，其在化學(xué)工業(yè)、石油化工、石油和天然氣加工、精細化工、食品工業(yè)和制藥都擁有眾多用戶。
下表為以上5種軟件的性能對比。
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