程序模拟

程序模拟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、发电站、复杂的制造操作、生物过程和类似的技术功能。

程序模拟是软件中化学、物理、生物和其他技术过程和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、反应和数学模型的化学和物理特性，它们结合起来允许通过软件计算过程特性。

程序模拟软件描述了流程图中的过程，其中单元操作由产品或离析物流定位和连接。 该软件解决了质量和能量平衡，以找到指定参数的稳定工作点。 过程模拟的目标是找到过程的最佳条件。 这本质上是一个必须在迭代过程中解决的优化问题。

在上面的示例中，塔的进料流根据其化学和物理特性进行定义。 这包括流中单个分子种类的组成； 总质量流量； 流的压力和温度。 对于碳氢化合物系统，用户指定汽液平衡比（K 值）或用于定义它们的模型。 定义了色谱柱的属性，例如入口压力和理论塔板数。 再沸器和塔顶冷凝器的负荷由模型计算，以实现底部和/或顶部产品的指定组成或其他参数。 模拟计算产品流的化学和物理特性，每个都被分配一个xxx的数字，用于质量和能量图中。

程序模拟使用引入近似值和假设的模型，但允许描述可能未被可用实际数据涵盖的广泛温度和压力范围内的特性。 模型还允许在一定范围内进行内插和外推，并允许搜索已知属性范围之外的条件。

为更好地表示真实过程而开发模型是仿真软件进一步开发的核心。 模型开发是通过化学工程原理和控制工程以及数学模拟技术的改进来完成的。 因此，程序模拟是一个来自化学、物理学、计算机科学、数学和工程学的从业者共同工作的领域。

努力开发新的和改进的属性计算模型。 这包括例如对

• 纯组分和混合物的热物理性质，如蒸气压、粘度、热量数据等
• 反应器、蒸馏塔、泵等不同设备的特性。
• 化学反应和动力学
• 环境和安全相关数据

有两种主要类型的模型：

• 参数与实验数据相符的简单方程式和相关性。
• 估计属性的预测方法。

方程式和相关性通常是首选，因为它们（几乎）准确地描述了属性。 为了获得可靠的参数，必须有实验数据，这些数据通常来自事实数据库，或者如果没有公开可用的数据，则来自测量。

使用预测方法比实验工作和数据库中的数据更具成本效益。 尽管有此优势，预测属性通常仅用于流程开发的早期阶段，以找到xxx个近似解并排除错误路径，因为这些估计方法通常会引入比从真实数据获得的相关性更高的误差。

程序模型鼓励在数值领域和复杂问题的解决中开发数学模型。

过程模拟的历史与计算机科学、计算机硬件和编程语言的发展有关。 1970 年代，当合适的硬件和软件（这里主要是编程语言 FORTRAN 和 C）可用时，就引入了化学过程部分方面的早期实现。 化学性质的建模开始得更早，尤其是立方方程和安托万方程是 19 世纪的先驱发展。

最初过程模拟用于模拟稳态过程。 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。