Hysys、Aspen Plus、PRO/IIの違い

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1 概要 現在、国内で主に使用されている化学プロセスシミュレーションソフトウェアには、アメリカのSimSci-Esscor社のPRO/II、AspenTech社のAspen PlusおよびHysys、イギリスのPSE社のgPROMS、アメリカのChemstations社のChemCAD、WinSim Inc.社のDesign II、そしてカナダのVirtual Materials GroupのVMGSimがある。ここに、これらのソフトウェアの概要をまとめて示します。学習の参考にしてください。2 CHEMCAD、PROII、ASPENの比較　以下の7点を簡単にまとめる：2.1 一般的に、PROIIは石油精製業界での利用においてより正確だと考えられている。その理由は、データベースに多くの経験データが含まれているからである；一方、ASPENは化学工業分野でより優れた性能を発揮し、Aspen Plusは他のソフトウェアにはない利点を持っており、基本的に上記の各ソフトウェアのすべての長所を網羅している。ある人はこう例えている。PROIIは経験主義で、ASPENは学問主義だと。2.2 学習*Aspen Plus必須A 化学工学原理；化学プロセスの単位操作b　熱力学的手法；物性計算手法について；c化学工学システム工学；化学工学システムのモデリング、解析、解法について説明しています。簡単にマスターするならaとbで十分ですが、さらに深く理解したい場合はcも見る必要があります。また、経験豊富な教師に指導してもらうことも非常に重要です。2.3 HYSYSは主に石油精製に使用される。動的シミュレーションがその強みです。 SPENはインテリジェントなもので、化学工業分野のプロセスシミュレーションに使用され、規模が大きくまた長いプロセスに適しており、データベースも充実していてオープン型です。それはHYSYSと今では同じ会社です。 PRO／IIは、設備の計算や短いプロセス、または蒸留の計算に使用できます。 ChemCADは物性が少ないため使い勝手が悪く、性能も比較的低い。インターネット上ならどこでもダウンロードできるが、設計事務所ではあまり使われておらず、大学では一定の需要がある。2.4 私は、Aspen Plusの計算が最も正確で、データベースの構築も最も完璧だと思います。ただ、その操作にはあまり慣れていません。考慮されている要素が非常に多いため、学ぶのがかなり大変だと感じます。ChemCADのインターフェース操作は非常にシンプルで、使いやすいです。しかし、データベースはそれほど大きくなく、私が使っているのは5.0バージョンで、よく使われる2000種類の物質の物性データしかありません。PRO／IIはこの2つの点で中間に位置している。2.5 收束の容易さから見ると、chemcad > hysys > proiiである。2.6 工業の実情に即して見ると、PRO/II、HYSYS、ChemCADの4つはすべてエンジニアリングシミュレーションソフトウェアであり、その中でもAspen、PRO/II、HYSYSは国内のほとんどの設計機関で使用されている。Aspenは適用範囲が最も広く、電解質、固体、燃焼などのモジュールは他のソフトウェアでは比較にならない；PRO/IIは石油化学分野で多く活用されており、豊富な経験が蓄積されている；HYSYSは、石油・ガス工学の分野において非常に高い精度と正確性を誇ります。 　　青島科技大学（旧青島化工学院）はECSSを開発したが、その評価は「国産品」としか言いようがなく、青島科技大学自身もそれを使用していない。2.7. 本紹介：aspenの使いやすいバージョンは10.2と11.1で、そのうち10.2はWinXP上で使用すると若干の問題がありますが、工夫次第で利用可能です。11.1には使用中に小さな問題が1つありますが、簡単に解決できます。他のバージョンについては、現時点では正常に使用できないようです。 　　Pro/IIで使いやすいバージョンは5.6、6.0、7.1です。最初の2つのバージョンについては特に問題ありませんが、最新機能を求める人は7.1が気に入るかもしれません。ただし、このバージョンはWinXP以降のOSではインストールできない場合があります。 　　Hysysの使いやすいバージョンは2.4、3.0、3.2で、そのうち3.0版はCDからインストールする必要があります。3.2版にはいくつか問題があり、使用して30分ほど経つと時々理由もなく終了してしまいます。3 各ソフトウェアの概要 3.1 AspenOne AspenOneは、アメリカのAspenTech社によって2004年の終わりに発表されたもので、EO（連立方程式）処理の面で大幅な改善が図られている。公式ウェブサイト：http://www.AspenTech.com。こちらのHysys、HTFS、Aspen Plusがその主な製品です。3.1.1 Hysysについて Hysysは元々カナダのHyprotech社の製品で、Hyprotech社は1976年に設立された、石油・化学分野における工業シミュレーション・シミュレーション技術を世界で最初に開発した多国籍企業です。この技術は、石油の採掘、貯蔵・輸送、天然ガスの処理、石油化学、精密化学、製薬、精製などの分野で広く応用されている。それは世界規模での石油化学シミュレーション、シミュレーション技術分野において主導的な地位を占めている。 Hyprotechには17,000社以上のユーザーがおり、80カ国以上に広がっています。その登録ユーザー数は、世界中のどのプロセスシミュレーションソフトウェア会社よりも多いのです。現在、世界の主要な石油化学会社はすべてHyprotechの製品を使用しており、その中には世界トップクラスの石油・ガス会社15社、石油精製会社15社のうち14社、そして化学製品会社15社のうち13社が含まれています。 2002年にアメリカのAspenTech社がHyprotech社を買収し、HysysはAspenTech社の製品となった。2004年にはアメリカのHoneywell社がAspenTech社からHysysソフトウェアの権利を購入した。Hysys2004はAspenOneの一部であり、AspenがHysysを買収した後にリリースされた最初のバージョンです。Aspen Oneのディレクトリには、Aspen Hysysの開発背景が記載されている。マイコンの急速な発展とMicrosoft Windowsソフトウェアの登場により、DOSがマイコンのリソースや単一タスク処理に課していた制限がなくなり、マイコン上で動的シミュレーションシステムを稼働させることが可能になった。カナダのHYPROTECH社はその期待に応え、優れた技術力を駆使して、世界で初めてマイコン用の動的シミュレーションシステムであるHYSYS 1.0を開発した。動的シミュレーションシステムHYSYSの普及と応用は、石油化学の設計分野、生産分野、研究分野に大きな変革をもたらし、石油化学分野における画期的なマイルストーンとなるでしょう。化学工学シミュレーションソフトウェアは、主に2つの側面から発展し向上してきている。一つは化学工学シミュレーションの理論や技術の面での発展であり、これによりソフトウェアの適用範囲がさらに広がっている。もう一つは、ソフトウェアやコンピュータ支援ツールの発展であり、つまりエンジニアがこの種のソフトウェアをより容易に習得し利用でき、研究計画においてより柔軟に活用できるような、より良い方法を探求することである。 近年、前者は急速に発展しているが、後者は進展が遅い。前者において各社の水準が高いため、後者が一層重要となります。これら二つを組み合わせ、新世代のプログラミングツールを活用して新世代のシミュレーションソフトウェアを開発することは、化学シミュレーション業界に大きな変革をもたらすことでしょう。 Hyprotech社は、ソフトウェア開発の過程において常に一つの理念を守ってきました。「ソフトウェアの操作をシンプルで便利なものにし、エンジニアが学びやすく、理解しやすいものにする」という理念です。この目的を達成する方法の一つは、エンジニアが使用中に自由にパラメータを変更できることです。ソフトウェアの実行中、いつでも一時停止してデータの変化を観察できます。これがいわゆる「完全インタラクティブソフトウェア」で、それこそがHyprotech社の第一世代製品であるHYSIMです。それはまた、世界で初の完全なインタラクティブな化学工学シミュレーションソフトウェアでもあります。同社の成功は二つの要因によるもので、一つは絶えず発展し続ける技術力であり、もう一つはコンピュータ技術の発展がもたらす潜在的な新技術を見極め、その変化に迅速に対応する姿勢です。インタラクティブシミュレーションからマイコン上でのインタラクティブシミュレーション技術に至るまで、同社は常に革新的なソフトウェアを提供することで世界をリードしてきました。 HYSYSは、10年以上にわたり世界中の石油化学分野で実用されてきたHYSIMをその堅固な基盤としています。HYSYSには、より多くかつより複雑な物性計算パッケージや単位操作が搭載されており、より迅速かつ正確に計算結果を得るために、強力な初期化処理および高速反復計算ツールが追加されています。同時に、システム最適化、反応蒸留、高度な変数計算表、研究制御用のコントローラー、および伝達関数ジェネレーターも追加されました。 Hysysの導入企業であるHyprotech社の海外の顧客には、BP、Chevron、Dow、DuPont、Exxon Mobil、Fluor Daniel、Monsanto、Glaxo SmithKline、Rohm Hass、Bayer、Shell、PraxAir、UOPなどがいます。HYSYSは国内でも広く利用されており、国内の顧客数は50社を超えています。すべての油田設計システムでは、このソフトウェアを用いてプロセス設計が行われています。以下は、国内の油田に関するユーザー名の一覧です：大慶油田設計院、遼河油田設計院、華北油田設計院、大港油田設計院、四川油田設計院、長慶油田設計院、青海油田設計院、中原油田設計院、江漢油田設計院、クラマイ油田設計院、クラマイ油田研究院、独山子精製所、独山子石化設計院、廊坊パイプライン調査設計研究院、中国海洋総公司生産研究センター、中国海洋総公司石油工程会社（天津塘沽）。中国海洋総公司南海支社、シェル中国支社、遼陽化学繊維会社、遼陽石油化学設計院、大慶石油化学設計院、岳陽石油化学会社、九江石油化学会社、南京石油化学会社、揚子石油化学会社、揚子石油化学設計院、撫順石油化学設計院、撫順石油化学会社、金陵石油化学会社、茂名石油化学設計院、鎮江煉化工程会社など。HYSYSの特長1 最先端の統合型エンジニアリング環境。 目的指向型の新世代プログラミングツールを使用したことにより、統合型のエンジニアリングシミュレーションソフトウェアが実現しました。この統合システムにおいて、プロセスと単位操作は互いに独立している。プロセスとは、さまざまな単位操作という目的の集合に過ぎず、単位操作同士はプロセス内の物質の流れによって結びついている。エンジニアリング設計において、定常状態と動的状態では同じ目標が用いられ、その後目標のデータを共有するため、データの転送は必要ない。したがって、このような先進的で使いやすいシステムにより、ユーザーは最大の効果を得ることができ、複雑な工程フローは通常、いくつかの部分に分けてシミュレーションする必要がある。これは主に、①小規模なプロセスの分析が容易で、スピードが速いことに基づいています；②より正確な結果を得るために、異なるシステムに対して異なる熱力学的手法が用いられるが、従来のソフトウェアでは基本的にまず小規模なプロセスを個別にシミュレーションし、その後、人の手によって、あるいはソフトウェアを通じてファイルを介してデータをあるプロセスから別のプロセスへと転送する方法が採用されていた。このようなデータの強制的な送信は、必然的にプロセス内のデータに矛盾を生じさせ、その結果、プロセスは再計算を行わなければならなくなる。統合型のエンジニアリング環境は異なり、シミュレーション環境内でプロセスを大小さまざまなサブプロセスに分けることができる。この統合環境の特長は、サブプロセスとメインプロセス間でデータが相互に共有され、転送する必要がない点です。それらの間では、異なる物性計算パッケージも使用できる。あるプロセスから別のプロセスへ移るのは、本をめくるように簡単です。2 強力な動的シミュレーション機能。 動的シミュレーションの方法と手順は、プロセスが定常状態に達した後、まず単位操作の動的データ（例えば分離器の幾何学的寸法や液面高さなど）を定義し、制御計器を設置してから、動的モードに移行して動的シミュレーションを開始する。動的シミュレーションの過程で、温度や圧力などの各種プロセス変数をいつでも調整することができ（これがWindowsのマルチタスクです）、それらが製品に与える影響や変化の傾向を観察できます。いつでも停止して、静止状態に戻すことができます。動的と静的は同じオブジェクトを共有しているため、動と静の切り替えは非常に簡単です。HYSYSは、PIDコントローラ、伝達関数ジェネレータ、数値制御スイッチ、変数計算表など、動的シミュレーションを行うための制御ユニットを提供しています。PIDコントローラは、あらゆる変数の制御を実現できます。②伝達関数ジェネレータは、一次要素、二次要素、微分要素、積分要素など、あらゆる形態のプロセス伝達関数を生成できます。これらを使えば、制御対象や干渉源のどれでもシミュレートできる。③数値制御スイッチは動的なプロセスにおいて、ある操作条件をチェックすることで別の変数のオン・オフを制御し、それによって全体の装置を制御することができる。○4つの各変数の計算表は26 * 50、つまり130個の変数を格納する。この表現は、実際の装置に接続されたコントローラーを模しており、プロセス内の任意の変数を取り込んで表内で処理することができる（この表ではさまざまな関数や論理演算を行うことが可能）。その結果を再びプロセスに送り返し、特定の変数に割り当てることで、それらの変数を制御する目的を達成する。3 DCSインターフェース。HYSYSはダイナミックリンクライブラリDLLを介してDCS制御システムと接続されます。装置のDCSデータはHYSYSに入力でき、HYSYSのプロセスパラメータも装置に送り返すことができる。この技術により、①オンライン最適制御、②生産指導、③生産トレーニング、④計装設計システムのオフラインデバッグを実現できる。 4 工程パラメータ最適化ツール。ソフトウェアには強力な最適化ツールが追加されており、制約なし、制約あり、等式制約、不等式制約の問題を解決するために5種類のアルゴリズムから選択できます。その中で、順序二次形式はより先進的な手法であり、多変数の線形・非線形最適化を行うことができる。変数計算表を併用することで、より複雑な経済計算モデルも最適化ツールに組み込むことが可能となり、最大の経済効果が得られる運用条件を導き出すことができる。 上記の特徴に加えて、HYSYSにはイベント駆動型物性計算パッケージ、ドライプレート起動機能、内蔵AI、データ回帰パッケージ、物性計算パッケージ、物性予測システム、イベント駆動機能、狭窄点分析ツール、案比較分析ツール、各種塔板の流体力学計算、任意の塔の計算、非順次シミュレーション技術なども含まれている。 Hysysの応用 HYSYSソフトウェアは、世界で有名な石油・ガス処理シミュレーションソフトウェア開発会社が開発した大規模なエキスパートシステムソフトウェアです。このソフトウェアは、動的と定常の2つの大きな部分に分かれています。その動的および定常状態は、主に油田の地上施設建設設計や石油・石油化学製油プラントの設計計算分析に用いられる。その動的な部分は、原油の生産や貯蔵・輸送システムの運用を制御するために利用できる。油田の地上施設建設において、このソフトウェアは以下の問題を解決できる：（一）油田の地上施設建設における応用 • 各種の集配プロセスの設計、評価、および最適化 • ステーション内の配管網、長距離輸送管、ポンプステーション • 配管の停止時の温度低下 • 清掃用ボールやセグメントフローの予測 • 油ガスの分離 • 油、ガス、水の3相分離 • 油ガス分離器の設計計算 • 天然ガス中の水素化物の予測 • 油ガスの相図の作成および反析点の予測 • 原油の脱水 • 原油安定装置の設計、最適化 • 天然ガスの脱水（ギ酸エチルまたは分子ふるい）、脱硫装置の設計、最適化 • 天然ガス中の軽質炭化水素回収装置の設計、最適化 • ポンプや圧縮機の選定および計算 （二）石油・石油化学製品の精製分野における応用 1. 加圧・減圧システムの設計、最適化；2．FCC主要分留塔の設計・最適化；3．　ガス装置の設計と最適化；4.　ガソリンの安定化、ナフサの分離および気提、反応蒸留、変換反応およびメタン化反応器、酸水分離器、硫黄およびHFによるアルキル化、脱イソブタン塔などの設計と最適化；5．ガス処理においては、アミン脱硫、多段冷却、圧縮機ユニット、脱エタン塔および脱メタン塔、膨張装置、ガス脱水素、水和物の生成／抑制、多段プロセス、プラットフォーム操作、冷却サイクル、タービン膨張機の最適化を実現できる。 HYSYSソフトウェアの機能 • HYSYSソフトウェアは、同種のソフトウェアと比べて非常に優れた操作インターフェースを持ち、習得しやすく、高度な知能化が実現されています。 • 最先端の統合型エンジニアリング環境は、目的指向の次世代プログラミングツールを採用することで、統合型のエンジニアリングシミュレーションソフトウェアを実現しました。このような統合システムにおいて、プロセスと単位操作は互いに独立しており、プロセスとは各種単位操作という目標の集合に過ぎず、単位操作同士はプロセス内の物質流によって結びつけられている。エンジニアリング設計において、定常状態と動的状態では同じ目標が用いられ、その後は目標のデータを共有するため、データのやり取りは必要ない。 したがって、この最先端で使いやすいシステムにより、ユーザーは最大の効果を得ることができます。