张黎黎

摘 要：不断加快的工业化进程对化工工程设计提出了更高的要求，化工企业生产运行前通常需使用到一些用于对设备运行、化学工艺及反应实验等进行模拟的技术手段，这些精确模拟有利于规范、合理的生产流程的实现，并能够有效提高生产质量和效率，而这些模拟实验则是化工工程设计的关键所在，不断发展完善的计算机软件技术提高化工工程设计的精细化水平提供了有力的技术支撑，有效简化了各类工艺流程模拟过程，文章主要对化工工程设计中的计算机软件技术的有效应用进行了深入研究。

关键词：化工工程设计;计算机软件技术;CAD软件;三维建模;实践应用

中图分类号：TQ050.2;TP311 文献标识码：A      文章编号：1001-5922（2020）10-0138-03

Abstract：The continuously accelerating industrialization process has put forward higher requirements for chemical engineering design. Chemical companies usually need to use some technical means to simulate equipment operation， chemical process and reaction experiments before production and operation. These precise simulations are conducive to the realization of standardized and reasonable production processes and can effectively improve the production quality and efficiency. These simulation experiments are the key to chemical engineering design. The continuous development of comprehensive computer software technology to improve the level of refinement of chemical engineering design provides strong technical support， and effectively simplifies the simulation of various process flows. This paper mainly conducts in-depth research on the effective application of computer software technology in chemical engineering design.

Key words：chemical engineering design; computer software technology; CAD software; three-dimensional modeling; practical application

0      引 言

在科学技术和经济快速发展的共同作用下，化工工程设计可使化工生产体系得到不断的完善，不断提高化工行业的现代化特征。随着现代化工行业发展的不断深入，化工工程设计对企业实际发展情况的影响程度不断提高，化工生产过程中包含了较多的化学工艺流程，通过化工工程设计能够实现对其真实准确的模拟过程（包括相应的化学反应）。在进行化工设计时通过适合的计算机软件技术的应用可实现对具体绘图、物质分析、工艺流程设计过程科学高效的辅助过程，计算机软件技术已经成为现代化工工程中辅助化工工程设计不可或缺的技术手段，这就要求化工设计人员具备掌握及合理应用计算机软件技术方面的能力，进而实现在进一步提高工程设计质量及设计效率的同时使设计产生的费用得以有效降低[1]。

1     计算机软件在化工工程设计中起到的基础作用

1.1   计算机软件技术的应用

化工工程设计中应用计算机软件的主要目标在于促使化工设计的质量、效率、合理性、便捷性不断提高，通过在化工工程设计中引入计算机软件技术实现了化工生产效率的提高，例如在化工工程设计过程中绘制化工工艺流程图时，通过应用制图软件可提高绘图的质量和速度，并使设备与工艺方案成型对精细化的需求得到有效满足，目前已有多种绘图软件（按照功能可细分出多类）应用到化工领域中，化工设计者可以实际设计和生产需求为依据选用相应的制图软件，例如，在化工工藝自动化设计过程对化工生产车间中管路通过相关软件的汇总运用实现精准定位和分布设计功能，管路施工设计时可使用CAD绘图软件，不断发展完善的三维立体空间技术在各工业领域的应用范围不断扩大，目前许多化工设计中均使用到了3D技术[1]。

1.2 化工工程设计内容及特点

化工企业转型升级的节奏在供给侧改革不断深化的大背景下不断加快，化工工程设计已成为推动企业转型升级的重要手段，在设计过程中可再现包括所涉及到的化学反应和生产工艺在内的生产流程，化工工程设计主要包括。

1）化工工艺的设计，先由设计人员对具体工业生产中的化学反应进行分析（包括基于理论的实际情况分析），如在对煤制乙醇工艺进行设计的过程中需合理评定包括煤炭类型、成分、煤炭炼制炉、气候条件等在内的各项因素，并严格遵循相关化学原理解决设计过程中各项因素存在的问题，以实际生产需求为依据确定设备、环境、条件，科学合理的设计整个工艺流程。

2）化工工程设计，作为化工设计的核心内容，能够对非工程设计进行组织和协调，考核化工工艺设计后开展包括工艺管路、设备系统、土建工程等在内的相应工程设计。设计的整体情况取决于化工工程设计，而在化工工程设计前需做好化工工程计算，即依据设计要求衡量包括能量、物料等在内的化工生产的各项内容，化工工程计算的特点主要表现为：涉及较多的计算公式，且公式大多为非线性、变量的种类较多、复杂程度较大，实际计算过程的计算量较大;设计参数查询范围大多较宽，不利于提高计算结果的可靠性和合理性;工艺设计过程中需反复对比分析不同方案，并根据实际需要进行相应的调整。采用传统设计方案的化工工程涉及已经难以满足现代化工工程对低成本及高效率等方面的優化需求，进一步凸显了计算设计软件技术在化工工程设计中的应用需求。化工工艺设计需对生产涉及到的化学反应的时效性进行深入分析（根据化工技术理论知识），例如煤化工企业需设计煤制乙醇的工艺，设计开始时需评价企业所在地的煤炭资源分布情况、当地气候条件及生产设备性能，基于综合考评结果对影响企业生产过程中的问题进行有针对性的解决，同时根据实际生产情况（包括生产设备和反应条件）并严格遵循相关化学反应原理对生产工艺流程进行规划。工艺设计后开始进行工程设计（主要包括厂房建设、控制系统、生产平台等）[2]。

2     计算机软件技术在实际化工设计中的应用

1）办公及制图软件，计算机已经成为设计单位中日常工作必不可少的设备，Excel、Word、Auto CAD等软件已成为设计人员日常绘制图纸（包括文件设计）的常用办公软件。目前热工专业、化工机械化运输、石油化工自控、建筑工程等设计软件是化工工程设计的常用软件，CAD制图软件经多年的发展和完善通过和打印机联网打印出的图纸更加清晰。

2）化工生产管道分布设计软件，企业生产车间里尤其是大型化工生产企业通常安置了大量的生产设备，输送管道数量则是设备的数十倍，为保证工作质量和效率需借助相关化工生产管道分布辅助软件完成对输送管道的设计、车间布置、安装、材料购进的绘制和管理[3]。

3）立体CAD技术，在设计安装引进的A PO LLO工作基站的过程中使用了三维模型，实现了设备和管道的正确安装及精准铺架过程，通过使用CAD技术使修改和建模工作更加便捷高效，并使坐标尺寸更加精准。基于建立的基站整体模型得到了立体模型，基于该立体模型完成剖面和截取三维下的图形。现阶段能持续提供相应服务的PDM软件和三维CAD制图软件（发展较为成熟、功能较为齐全）是工程领域常用的辅助软件，具备碰撞检测功能的CAD制图软件在完成三维建模后能够对模型中的碰撞效果进行检测（具体通过运行REVIEW模块完成），并对通道维护工作进行检验，帮助设计人员据此结果对模型进行深入分析和修改，从而尽量避免在化工建造施工过程中出现问题[4]。

4）三维建模技术，在具体设计中具体建模作业采用三维设计完成，各项设备的布置及管道的铺设可通过装置的三维模型（由工作站创建）提供相应的便利条件，可对各项内容进行修改（包括提高坐标及尺寸的精准度），基于结构、管道、设备的建设模型实现装置三维模型的获取，同时可根据三维模型完成对二维平面、剖面图的抽取。目前技术发展成熟且功能强大的PDS （INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）是化工工程设计中常用的三维软件，三维设计软件Smart 3D （INTERGRAPH ）已经得到广泛应用，该三维软件能够对硬、软碰撞功能进行检查。完成三维模型设计后可通过REVIEW 模块检查模型软件，并对物理模型与操作维护通道间的干扰进行检查，设计人员可根据检查结果对三维模型进行修改，使操作、运维及碰撞等问题得以有效避免，从而避免施工修改，以确保工程的整体设计质量[5]。

3      计算机软件技术同化工工程设计的有效融合

3.1    处理生产过程中的各项指标

能够影响到化工工程设计质量的因素较多，数据处理是其中的一项主要影响因素，自带不稳定性因素的化学反应的最终结果会受到外界环境变化的不同程度的影响，如化工原料中的各项因素（包括具体成分、温度、催化剂、压力等）中的某一项或几项的改变均会不同程度的影响设计中产生的各项数据，因此在实际作业过程中需设计人员采用合理方式科学处理各项数据，进而实现数据误差范围的不断缩小。可根据实际需要通过应用 ASPEN 等软件实现相应模拟过程，在此基础上科学提取出各项相关参数内容，合理控制可能出现的各项数据误差，进而使各项计算内容的精准性得到显著提升，此外还可通过对经验数据和实际数据几项对比实现相关问题的及时发现及相应解决措施的有效采取，从而使化工工程设计的整体质量得到有效提升[6]。

3.2   功能辅助

在成图的过程中使用传统较为落后的制图方式经常会导致较大的设计误差的出现，尤其是在测量现场距离时的误差控制难度较大，阻碍了化工工程设计效率的提升。可通过运用计算机软件中的制图软件技术完成相关的设计，为最大限度保证设计过程的完整性，根据实际需要通过设置软件中的相关功能和（如现场还原功能）实现对化工生产现场的真实反应，在此基础上根据要求对微小环节进行调整，进一步提高化工工程设计的科学性和合理性。在化工工程设计领域充分利用当前广泛应用学习门槛低且功能齐全的CAD制图软件，通过命令菜单下达精准操作的指令，利用CAD制图软件同各种操作系统间良好的和适应性可有效满足各种设计的绘图要求，在减少了人工工作量的同时控制误差在合理范围内。化工工程设计通过3D技术的应用实现了立体化效果的同时使设计比例尺更加精准，建模中的各空间在物理上的交叉可通过初步设计实现，以确保化工工程设计的合理性及流程的规范性，化工工程设计过程涉及到的各细节通过运用3D技术即可实现真实再现功能，帮助设计人员发现设计及生产流程中存在的缺陷，并采取有针对性的解决方案，再结合运用3D技术真实演练设计的工艺流程，最大程度的降低各种风险的发生概率。利用PDS（INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）三维软件检查模型软件，并对物理模型与操作维护通道间的干扰进行检查，设计人员可根据检查结果对三维模型进行修改，从而避免施工修改，进而提高设计效率和应用质量[7]。

3.3   反应预判

化工工程设计的一个主要特点在于所有设计均基于生产现场化学反应完成，化工实验的可靠性需基于化工生产工艺流程的生产效率和效率，作为化工生产的缩小版化工实验以进行预测为主，需在进行投资的基础上以整个反应流程为依据不断提高操作的便捷性，采用相关计算机软件辅助技术模拟化学反应得到相应结果，并据此对一系列反应进行预判，再以实验结果和反应结果为依据调整各反应的条件及参数等，为化工生产提供科学有效的支撑[8]。

4     结语

随着化工企业的快速发展，化工工程设计过程的精细度不断提高，各类现代工程软件的引入为设计人员提供了技术支撑，越来越成熟的计算机软件技术应用使化工工程设计的合理性及工程质量得到显著提升，并能够为化工生产提供有效的指导，文章介绍了计算机软件在化工工程设计中所起到的作用及化工工程設计的特点与主要内容，对化工工程设计起到重要作用的关键软件进行了阐述，通过计算机软件技术中各项功能的充分运用实现对相应化学反应的真实模拟及对可能出现问题的精准预测，在此基础上通过及时解决和改善化工工艺及相应流程中存在的问题实现化工工程设计效率的提升，为化工企业的可持续发展提供支撑。

参考文献

[1]胡婧婧，王家聪.探析计算机软件技术在化工设计中的应用[J].化工管理，2017（04）：198-199.

[2]李晓星.化工工程的设备布道与管道材料优化设计[J].化工管理，2019（05）：40-41.

[3]王永飞.电气节能技术在石油化工工程设计中的运用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2019（03）：210-211.

[4]LiuDi， Mannan Ahmad A， Han Yichao，et al.Dynamic metabolic control：towards precision engineering of metabolism[J]. Journal of industrial microbiology&biotechnology.2018（7）：535-543.

[5]古继国.三维数字化移交技术在化工工程设计中的应用探究[J].当代化工研究，2019（01）：43-45.

[6]Levente L Simon，Anton A Kiss， Jan Cornevin，et al.Process engineering advances in pharmaceutical and chemical industries： digital process design， advanced rectification， and continuous filtration[J].Current Opinion in Chemical Engineering，2019（02） ：114-121.

[7]崔丽，黄云浩，田德永.数字化开启石油化工工程设计新模式[J].山东化工，2017（08）：135-138.

[8]常彦龙.石油化工工程中工艺管道安装施工风险控制措施探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2019（02） ：196-197.