过程仿真

过程仿真用于技术过程的设计、开发、分析和优化，例如：化工厂、化学过程、环境系统、电站、复杂的制造操作、生物过程以及类似的技术功能。

过程仿真是软件中化学、物理、生物学和其他技术过程以及单元操作的基于模型的表示。该模型的基本先决条件是纯组分和混合物，反应以及数学模型的化学和物理性质，这些化学和物理性质结合起来可以通过软件计算过程性质。

过程仿真软件以流程图形式描述过程，其中单元操作通过产品或离析物流进行定位和连接。该软件解决了质量和能量平衡问题，以在指定参数上找到稳定的工作点。过程仿真的目的是为过程找到最佳条件。这本质上是一个优化问题，必须在迭代过程中解决。

在上面的示例中，根据塔的进料流的化学和物理性质进行定义。这包括物流中单个分子种类的组成；总质量流量；溪流的压力和温度。对于烃类系统，由用户指定用于定义它们的蒸气-液体平衡比（K值）或模型。定义了色谱柱的属性，例如入口压力和理论塔板数。通过该模型计算再沸器和塔顶冷凝器的负荷，以实现塔底和/或塔顶产品的指定组成或其他参数。该模拟计算产物流的化学和物理性质，每个产物都分配有一个xxx的编号，该编号在质量和能量图中使用。

过程仿真使用的模型会引入近似值和假设，但允许在宽范围的温度和压力范围内描述属性，而实际温度可能无法涵盖这些属性。模型还允许在一定范围内进行内插和外推，并能够搜索已知属性范围之外的条件。

最初，过程仿真用于模拟稳态过程。稳态模型执行与时间无关的稳态过程（处于平衡状态的过程）的质量和能量平衡。

动态仿真是稳态过程仿真的扩展，其中通过导数项（即质量和能量的累积）将时间相关性构建到模型中。动态模拟的到来意味着实时过程的随时间变化的描述、预测和实时控制成为可能。这包括启动和关闭工厂，反应过程中条件的变化、滞留、热变化等方面的描述。

动态仿真需要增加计算时间，并且在数学上比稳态仿真要复杂得多。可以将其视为具有不断变化的参数的多次重复稳态仿真（基于固定的时间步长）。

动态仿真可以在线和离线两种方式使用。在线案例是模型预测控制，其中实时仿真结果用于预测控制输入更改将发生的更改，并根据结果优化控制参数。离线过程仿真可用于过程工厂的设计、故障排除和优化以及案例研究的进行，以评估过程修改的影响。动态仿真也用于操作员培训。