化工原理课程设计
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0.4 化工原理课程设计中计算机的应用

目前,计算机技术已在化工原理课程设计中普遍使用,譬如软件Aspen Plus、VB、Borland C++、Delphi、CAD等。计算机的使用不仅能大大缩短设计时间、提高效率,而且还是提高设计质量的有力保证,尤其是在方案对比、参数选择、优化设计、图形绘制等方面更是如此。

0.4.1 CAD软件的应用

(1)模拟计算

化工设计中工艺计算及结构计算的计算工作量大,且需要经过多次反复计算,如逐板法计算理论塔板数目、试差法确定灵敏板位置等,并且在计算过程中如果参数选取不当或某一步骤计算出错,那么需要对整个计算过程进行重新计算。因此在实际设计过程中,人们只能采用各种简化方法计算,但由此引起的误差可能对设计结果产生严重影响。利用计算机不仅能够解决化工设计中大量的复杂计算问题,而且由于电子计算技术的应用,还在化学的深入研究、摸清化工过程内在规律方面引起了质的飞跃。

作为在化工计算方面的应用主要有:

①基础数据如化工原料的特性数据计算;

②单元操作的设备结构计算;

③单元操作工艺计算,包括系统最优化计算;

④流程计算。

(2)图形绘制

计算机辅助设计(CAD)是利用计算机绘制和生成工程图纸的一种现代高新技术。使用手工绘图,如果图形布局不合理,那么设计师必须先擦除原有的线,然后重新在新位置上绘图。使用Auto CAD系统,用户只需使用相关命令进行修改,即可获得满意结果。

在化工设计中,计算机辅助设计绘图不但可以画工艺流程图、设备总装图、零件图,还可画设备布置图、工艺管线配管图,甚至可以画设备管线的三维图像和任一角度的投影。画图快速,图形工整、清晰,线条尺寸误差在0.3mm以内。

(3)智能CAD与专家系统

CAD不但能代替设计者的手工计算和绘图,而且计算速度快、精确度高,图纸质量好,代替大量人工劳动,能够完成人工所不能达到的复杂运算,某些软件还能“辅导”一般设计人员进行分析、判断、决策,这就是智能CAD。

专家系统是将设计专家的知识、经验加以分类,形成规划(软件),存入计算机,因此可以用计算机模拟设计专家的推理、判断、决策过程来解决设计问题。

0.4.2 Aspen Plus软件的应用

Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软件,它为用户提供了一套完整的单元操作模型,用于模拟各种操作过程,从单个操作单元到整个工艺流程的模拟,能自动地把流程模型与工程知识数据库、投资分析,产品优化和其他许多商业流程结合。Aspen Plus包含数据、物性、单元操作模型、内置缺省值、报告及为满足其他特殊工业应用所开发的功能。

运用Aspen Plus,可以进行工艺过程严格的质量和能量衡算,预测物流的流率、组成和性质,预测操作条件和设备尺寸,减少装置的设计时间,进行设计方案比较,帮助改进当前工艺等。

0.4.3 化工过程仿真技术的应用

化工生产行业具有显著的特殊性:工艺过程复杂、工艺参数较多、工艺条件要求十分严格,并伴有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等不安全因素。化工仿真技术是通过在计算机上进行开车、停车、事故处理等过程实现的操作方法和操作技能的仿真模拟手段。应用这一技术,可以模拟流程在不同工艺条件下运行时可能得到的结果,并对结果进行分析、优选,确定最佳工艺条件或最佳方案。因此,可大大节省过去由试验(小试与中试)探索最佳工艺条件所耗费的大量资金与时间。