软件介绍

简介:

gPROMS过程模拟软件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,起源于英国帝国理工大学,具有世界领先的过程模拟能力及多项特有的仿真技术。众多的国际顶级研究机构及世界500强企业都在使用gPROMS进行工艺设备及过程的设计与优化工作,领域涵盖传统化工、石油化工、制药、汽车、电子等诸多行业。

详细介绍:

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。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)。使用者只需要列出描述系统的方程及边界条件,复杂的计算通过调用各种求解算法来完成。

gPROMS求解模型时采用的是联立方程法,在更新版本中加入了PML(Process Model Library),此前的研究者需要自己编写所有模型方程。PML的加入使得该软件在建模的直观性上与序贯模块法的软件之间的距离又拉近了一步。 使用gPROMS求解问题非常方便,在与其他动态模拟软件相比较,gPROMS有许多自身的特点:

第一,层次化结构。它使用面向对象的层次式建模方法,对于问题的描述分为物理层(Modcl)和操作层(Task)。在过程模型中的模型层是生产设备的模型方程,操作层是操作过程的描述方程,两者构成完整的过程模型。这样的两层化处理使得过程建模直观,便于代码维护,也便于建立复杂的操作过程模型。并且通用模型和实例化模型的分离使得对于同一个模型可有多个实例与之对应,便于作实例间的比较。

第二,开发性。gPROMs模型的体系框架开放,方便调用外部的模型和算法。gPROMS中自带有PML (Process Model Library)过程模型库包含了一些化工过程中常用的变量、模型和操作,其模型代码开放性使得研究者可以对其模型进行修改或根据自己的方程来构造出合适的模型。ASPENTECH公司推出的Aspen Dynamic和gPROMS一样也用于动态模拟,对动态模拟的研究也有研究者利用的是该动态模拟软件。gPROMS与Aspen Dynamic相比,虽然在界面上后者略胜一筹,但gPROMs的开放性是后者无法比拟的。Aspen Dynanlic中的每个基础模型都是已封装的,研究者无法知道其内部结构,这将会带来调试过程中的一些麻烦,很多变量的设置需要依赖经验:而gPROMs模型方程是开放的,研究者能够从方程自由度等要求出发,逐步调试最终使得模拟过程收敛解。另外,研究者也可根据实际工况或者设备特点修改模型方程,或者根据研究需要先从简化模型入手逐步使模型具体化,如此由浅及深,循序渐近,能更好地解决问题。

第三,gPROMS的编程语言简单和MATLAB编程语言非常类似:类似的条件语句、循环语句和类似的数组说明和使用方法,这使得模型以及操作的编写简单明了,并且便于和基于其他语言的模型进行比较研究。

第四,物性计算简便。在gPROMS中可以调用外部物性软件包来解决复杂的物性计算问题。例如,简单物质的物性计算我们可以选择Multiflash或者IK-CAPE软件包;复杂物质亦有Eletrolytic Physical Properties interface和0LI Physical Propenies interface可供选择。

技术优势:

gPROMS作为新一代的过程模拟软件,具有许多其他过程模拟工具不可比拟的独特技术优势:

1)离散式建模方法与动态模拟能力
传统的基于均匀性假设的建模方法只能适用于小尺度的稳态问题,而gPROMS的离散式建模方法可以完全模拟真实情况下,各种物理量随时间、空间及其他独立变量的变化,并采用积分方程与偏微分方程描述其变化规律。因此gPROMS可适用于从实验室尺度到工厂规模的所有设备及流程。
同时,gPROMS具有完全的动态模拟能力,无需另外购买模块就可以进行设备开停车、外界扰动影响、控制方案对比及各类不可逆变化过程的研究。

2)完全开放的建模环境与模型库
gPROMS所有模型均完全开放,用户可方便的调用gPROMS基本模型,并按照自身的需求做任何修改,建立属于自己的模型库。gPROMS还具有许多与其他仿真模拟软件的直接接口,如:gO:MATLAB、gO:CFD、gO:CAPE-OPEN、gO:RUN等等,开放式的模型接口极大的满足了各类用户的特殊使用需求。

3)简单易用的工程数学建模语言
gPROMS采用简单易用的工程数学建模语言,模型编写方式非常接近于人们日常的书写习惯,即加快用户的建模工作,又使得模型维护工作大大简化,而且新老用户之间的工作交接更为便捷。
另外,gPROMS还支持高级语言模型导入,可以直接读取其他高级编程语言建立的过程模型,转化为gPROMS的模型格式。

4)高效的大型非线性方程组求解能力
gPROMS可以快速求解复杂的非线性方程组,具有基于联立模块法的多种方程求解器,如:LASolver、NLSolver、DASolver等。
相比传统过程模拟工具,gPROMS的求解速度有明显提高。对于一个包含30至40万变量的模型方程组,传统过程模拟工具需要约30分钟的计算时间,而gPROMS仅需不到6分钟就可完成。

5)增强的物性计算能力
物性计算准确与否直接关系着模拟结果的可信度,gPROMS自身具有MultiFlash与DIPPR物性数据库,包含超过3000中组分的物性数据。此外,gPROMS还可直接使用CAPE-OPEN物性包、OLI电解质系统等。
gPROMS的高级热力学模块gSAFT可直接对所有物性进行计算,这项基于SAFT-g Mie 状态方程的技术属于英国帝国理工大学与gPROMS特有专利。

6)多层级的模型管理
gPROMS将用户分为三个层级,分别是第一级的模型开发人员、第二级的工艺设计人员以及第三级的过程操作人员。各层级用户具有各自的模型操作权限,以适应各自不同的工作需要。不同层级用户之间即紧密关联,又不会相互干扰。

7)专业解决方案
gPROMS为许多广泛使用的专业过程系统提供了独特的解决方案,如:火炬管网系统方案gFLARE、燃料电池系统方案gFUELCELL、固体颗粒过程系统方案gSOLIDS、溶解结晶系统方案gCRYSTAL,以及固定床催化反应器高级模型AML:FBCR、气液接触式设备高级模型AML:GLC等。

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gPROMS过程模拟软件

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