流程工业过程模拟与设计平台 Advanced Process Engineering eXpert

未来的智能工厂一定是

目录 CONTENTS

PART01APEX产品简介

APEX（AdvancedProcess EngineeringeXpert）是一款通用流程工业过程模拟与设计平台，通过将工艺过程进行计算机描述，起到过程模拟与预测的作用，从而为工程设计、生产运行、装置改造提供指导，实现安全生产、降本增效的目的。

流程工业过程模拟与设计平台 Advanced Process Engineering eXpert (APEX)

APEX是国产通用流程模拟平台

基于中控30年的流程工业积累
采用先进的技术路线
自主知识产权完全国产化
主要应用于炼化、化工、油气、高分子以及煤化工领域
可在全生命周期助力企业降本增效

增强型联立方程建模方法

APEX平台使用特有的策略，构建开放式方程，提高求解效率

eXcellence

生而为优

基于联立方程技术的新一代通用流程模拟平台，建模技术、求解性能更为优秀

eXtension

一模到底

为企业打造全生命周期的模型服务，实现多个场景通过一个建模平台全面覆盖

eXpansion

共创共享

APEX平台赋能万千企业，构建开放、共享、共创、融合的新形态。

产品特点

产品功能架构

·依托热力学方法库以及单元模型库，结合计算引擎，构建平台运行基础

·开放的接口体系，支撑APEX平台与其他信息化、智能化系统交互，发挥更优异的模型应用效果

·通过联立方程建模下各类功能共同作用，平台的求解效率更高，更适用于多应用场景的复杂流程模拟与优化

分布式大脑

APEX平台以分布式服务集群为核心，支持单机以及多个云端服务器跨平台使用

·支持Windows、Mac、Linux以及国产操作系统·各终端用户可同时访问同一服务集群，方便协同交互

流程工业过程模拟与设计平台(APEX)

PART02产品功能介绍

本平台提供了2160种纯物质和15种热力学方法包的配置，支持原油、聚合物和固体相关计算，以及热力学物性分析和回归工具。流程建模支持30种通用单元模块，以及用户自定义模型。平台还提供了高级功能，如变量规定、连接策略配置和目标函数配置，以及多种运行模式和脚本调用功能，便于模型分析和优化。

功能介绍一一物性数据

·2160种纯物质，100余种链段和聚合物，68项常数、16种温度相关性质
·38500余对二元交互作用参数
·支持常规组分、原油、聚合物、常规固体和非常规固体
·支持自定义添加和修改物性数据
·293对亨利系数
·支持数据回归、参数化、参数估算等

SRK

功能介绍—热力学方法

·PR、SRK、RK、MXBONNEL、HOC等立方型状态方程法
·IDEAL、NRTL、WILSON、UNIQUAC、COSMO-UNIFAC等活度系数方程法
·NRTL-HOC、WILSON-HOC等气液相组合型方法
·PC-SAFT、POLY-FH、POLY-NRTL等聚合物方法
·IF97等其他物性方法
·逸度、焓、熵对压力、温度、组成的一阶导、二阶导等
·导热系数、黏度、表面张力对压力、温度、组成的一阶导、二阶导等
·支撑物性方法各种物性计算的灵活组态、提高模拟精度

功能介绍——原油切割

·支持热力学离散化(原油切割)
·支持TBP、D86、D2887、D1160、EFV数据输入
·支持多种内插外推方式拟合原油曲线
·支持虚拟组分的NBP、API、SG、UOPK、MW、临界性质、元素含量等性质计算
·支持混合油品的闪点、凝点、冰点、浊点、雷氏蒸气压、运动黏度、十六烷指数、折射率等混合性质计算
·支持原油反算

功能介绍——聚合物

支持链段和聚合物组分，采用联立建模

·链段、聚合物组分：性质常数和方程参数
·PC-SAFT、POLY-FH、POLY-NRTL热力学方法
·配位聚合、自由基聚合等多种聚合类型
·活化、链引发、增长等30种基元反应自生成
·单/多活性位催化剂动力学计算
·催化剂活性位点性质追踪
·40种聚合物性质：重均分子量、数均分子量、多分散指数、零/一阶矩等

功能介绍——热力学工具

物性计算是流程模拟软件计算的基础，其计算准确性和全面性对于整个流程模拟起着至关重要的作用热力学工具旨在给用户提供：

·性质分析及相图·参数回归·物性估算等功能

支持通过物性分析进行工艺调研，协助建立准确、全面的物性条件，从而更好地和实际工况对比模拟

功能介绍—一单元模块

·流股源（3）：物料源、油品源、热源
·传热（4）：加热器、换热器、热通量换热器、多流股换热器
·分流/混合（3）：混合器、分流器、热流混合器
·简单分离（4）：两相闪蒸罐、三相闪蒸罐、液液分离器、组分分离器
·塔体（2）：精馏塔、萃取塔
·压力变送（4）：压缩机、透平机、泵、阀门
·反应器（4）：计量反应器、产率反应器、全混流反应器、平推流反应器
·其它（6）：测量模块、分析模块、简单计算模块、子流程模块、复制模块、流股转换器

FO(类型：物料源）

功能介绍——自定义模型

用户可以根据自己的需求创建和定制化处理模型

·对平台中不包含的非标准单元模型，用户可以以自己的方式定义模型，并根据具体需求进行参数设置、优化和分析
·自定义模型在APEX中能使用平台的物性数据库并与其他的通用单元模型兼容使用
·自定义模型具备加密功能，支持开发者自定义输出文件的权限

使用户能更好地理解和控制过程，并提高整体建模的准确性和效率，同时能够保护开发者的知识产权

外形设置连接点设置 新建模型 FLASHUSER导入 模型外理 纯态设置 建模吉O . 编择售流点 热流点 0 7 /根据已有的端口类型声明端口/PORTI 9 PORT PORT1 AS INPUT MULTIPORT OFRATERIAL_PORT(Rin_ConneCtIons:1Max_ConneCtions:1);
D 能 O FLASHUSER - 1112施 入 r' 14 TFU建无数期：报款： □ V 151517 INPUTS:V AS ARAY opF solergtion;附接营： 18 OUTPUTS:ma AS molueight;19 SOURCE CODE:上附 1 20 FORiin coponent_group D下程： 1 222
外路 大 语吉 □ R 232425 PAR/根据已有的参数类型声明参数/有定类型 核定名 关德字 必域 26 //parameternel,parameternae2ASprametetye;防物 防 272829 /Ve
招 31 L
51 3 323455 PHASE AS VALID_PHASE;1 //paraneternanelpraneternae2ASpranetetye;36 /参数赋值\*/
uuu系统内置类型
元变量类型 参数类型 端口类型 函数
元变量类型 指述安量类型名称 默认值 下限 上限 物理类型 维放因子 规定 描述
P real_variable 0 -1e+30 1e+30无量纲 1计算
AA ange 。 70 1无 1计异 名称 类型 项目 创建时间 最后修改时间
→ cefficient 1 -50 50无量纲 1计算 暂无数据
→ conc_mole 500 0 100000摩尔浓度 计算 代码预览
· conc_mass 10 0 2000 质量浓度 1计 123 TYPE COnC_naSs VARIABLE
b conductivity 1 0.001 500导热系数 1计算 Value-1;
→ cond_liq 0.2 0.01 10导热系数 1计算 4 Upper：=2000;
b cond_vap 0.1 0.001 1导热系数 1计算 5 Physical_Type:="Mass concentration";> cp_mass 1000 100 10000 质量热容 1计算 6
→ cp_mole 100 1 1000 摩尔热容 1计算 定压摩尔热容
b cv_mole 100 1 1000摩尔热容 1计算 定容摩尔热容
→ delta_p 100 1 100000压降 1计算
→ dens_mass 1000 0 2500质量密度 1计算. dens_mole 20000 。 5e+6 摩尔密度 1 计算
b difus_lig 1.5e-9 。 1e-6扩系数 1计算 相扩散系数
b difusvap 0.00001 。 0.0001扩散系数 1计算 气相扩散系数
b energy_act 1e+6 -1e+15 1e+15摩尔 1计算 活化能
b enth_flow 10000 -1e+10 1e+10热流量 1 计算
→ enth_mass 50000 -10+7 1e+7质量 1 计算
→ enth_mole 50000 -1e+9 1e+9摩尔结 1计算. enth_mole_liq 25000 -1e+9 1e+9摩尔结 1计算 相摩尔给> enth_mole_vap 6000 -1e+9 1e+9摩尔结 1计 气相摩尔给b flow_mass 1 0 1e+8质量流量 1计算b flow_mole 1 。 1e+8摩尔流量 1计算finwunl 1 0 10+9体量 1计

功能介绍——模型运行

·初始化：生成模型变量、方程，确定变量在方程组中的已知变量、未知变量角色，同时生效用户对于连接以及变量规定配置。根据变量规定，可采用不同策略生成多规格初值；或从外部导入，并生效用户对于变量值的配置，用于后续运行计算

·运行：基于变量在方程组中的已知变量、未知变量角色及其初值，通过在求解器中求解，获取计算结果·停止：计算过程中停止求解器运行

·信息板：打印初始化、运行过程步骤，方便用户回顾计算过程、排查问题

功能介绍——应用功能

·规定变更：变量分为“常数”、“计算”等六种变量规定，规定变更可改变变量规定，从而改变其在各运行模式下的已知变量、未知变量角色

·元变量值配置：规定所有变量的信息，可设置变量的值、单位、下限、上限、步长限、边界类型以及缩放因子等

利用元变量值配置与规定变更，实现根据模型目标参数要求反算工艺条件的功能。规定变更确定已知变量、未知变量角色，元变量值配置确定变量的目标参数。

·增益分析：可根据当前模型结构、变量数值求解各已知变量与未知变量之间的偏导关系

·灵敏度分析：通过调整操纵变量的值并计算对应控制变量，帮助识别关键参数、评估参数的影响、预测模型响应，并验证模型的准确性和可靠性

功能介绍——应用功能

·流股连接：依托联立方程法，首次提出了连接策略打通流股循环的方法·变量连接：将两个变量的对应关系建立起来，并作为模型方程组的补充

·自由度分析：对模型变量在四种运行模式下的自由度进行分析，以便用户确认调整模型应用功能后，方程组在数学上的合理性

·模块统计：统计模型中组态的单元模块数， 便于用户总览

·模型统计：统计模型中包含的变量数与方程 数，用于查看模型方程组规模

功能介绍——运行模式

平台支持四种运行模式：模拟、配对标定、数据整定、优化

·模拟：通过各类平衡方程及能量传递速率方程建立装置的稳态模型·配对标定：两个变量--对应，以作为因变量的变量，反算作为自变量的变量，实现数据配对·数据整定：用一组数据，通过使目标函数最小化计算，整定出另一组数据，实现模型校准·优化：通过多变量一次性求解，得到全局协调的多约束工厂整体优化方案

根据不同的运行模式，可设定不同的目标函数：

·平方和型 ^ + 最小化：使模型数据与装置实际偏差最小，并校准如塔盘效率、雾沫夹带率、换热器换热系数等不可测参数
·线性型 ^ + 最大化：装置经济效益最大、产品收率最大等
·线性型 ^ + 最小化：装置碳排放量最小、原料消耗最低等
中全（奥型：子流） X
流程管理 属性管理 元安量管理 连理管理 图标函数 元登量 继果
日标通款 REC1 国
品救设置 计算结果
澳型 平方和 趋势 小化 √ 催发因子 1 单位 请选择单位 类型：子流程） X标签 元交量 均值 标准差 物理类型 单位 自用 操作 属性管理 元变量管理 连接管理 目标函数 元变量 结果→ TIF MSMLVARTIF_OFFSET 日 0 1温 DELTA-C √ 用 除 OPT1 □田→ TID1 MSML.VAR.TID1_OFFSET S 0 0.1温差 DELTA-C √ 启用→ FID1V MSM1.VARFIDIV_OFFSE. 0 1质量流量 kg/hr √ 用 删除 政 计算结果. AIDIV MSM1VARAIDIV_OFSE. 0 0.5含量 fraction √ 用 性 V 超势 最大化 √ 缩放因子 1 单位RMB. TID2 MSMLVARTID2_0OFFSET 0 1温差 DELTA-C √ 启用b FID2V MSMLVAR.FIDZV_OFFSE.. 0 1质量流量 kg/hr √ 用 酬饰 签 元变量（目标函数） 价格 价格单位 价格变量 启用 操作. FISOUT MSMLVAR.FISOUT_OF.. 0 1质量流量 kg/hr √ 删乐 MSM1.VAR.FIF_PLANT □ -3.3RMB/kg 国 启用 删除→ QIHT MSM1.VAR.QIHT_OFFSET 0 1.2热流量 kW √ 启用 删 MSM1.VAR.FID1L_PLANT 二 12 RMB/kg G 用 删除1 TIMXF MSMLVARTIMXF_OFFSE.. 0 1温 DELTA·C √ 用 删牌 MSM1.VAR,FID2V_PLANT 8 RMB/kg □ 启用 删除b FID1L MSMLVAR.FIDIL_OFFSE.. 0 1质量流量 kg/hr √ 用 到 MSM1.VAR.FISOUT_PLA... 4 3.2RMB/kg 回 启用 删除b 请输入标签 请输入 国 MSM1.VAR.QID2_PLANT . 1.38e-7RMB 回 用 删除0 MSM1.VAR.QIHT_PLANT □ -1.38e-7 RMB 回 用 删除请输入标签 请输入 国

功能介绍——脚本

脚本功能可通过简单的命令行对模型进行调用，实现自动化处理和定制化操作

·用户可以定义和修改模型参数、执行模拟运算以及模型分析，并将结果输出到指定文件中
·脚本语言支持循环和条件语句，方便实现批量运算和参数优化
·脚本能够代替界面的重复性操作，提高模拟的效率和灵活性，特别适用于实时优化场景

帮用户能够更快速地进行模拟和分析，提高工作效率和产品质量

PART03产品应用场景

本产品将在流程工业的科研教育阶段减少实验次数，设计/再设计阶段实现安全保障，运营阶段对比众多解决方案，定制化工艺设计，改造阶段用于突破工艺瓶颈，进行装置再设计，在全生命周期进行模拟、优化，达到降本、提质、增效、安全和环保目标。

中间试验阶段

流程模拟软件/平台

新技术和新产品的研发过程中，可以通过流程模拟技术来代替中间试验，减少实验工作，缩短开发周期大大提高科研开发的工作效率和质量，节省大量人力物力，降低科研开发成本。

工程设计中，本平台提供丰富而准确的物性数据、物料衡算、水力学计算，并可通过“配对标定”和“数据整定”的运行模式，实现“一对一”或“多对一”的参数反算，为流程规划的方案选型提供数据基础。平台具备多种运行数据展示方式，可通过各层级变量的多维度数据，也可在流程图中展示用户最为关心的部分数据。此外，元变量列表具备导出功能，可方便地将所需元变量导出到本地表格文档中，为工艺设计提供强大的数据支撑。

应用场景—一计划调度

APEX平台的机理模型可为计划调度排产软件提供装置的Delta-base数据模型，提高计划的精度和调度的合理性。

此外，基于APEX平台建立的全厂模型利用自带的非线性求解器也可以在原料产品价格、加工负荷、加工成本等多参数影响下，求解得到企业全局效益最大的单周期生产计划方案和调度方案，为企业带来更好的效益。

原料选择 根据企业效益测算，制定原料优化 加工计划加工方案 根据原料性质和产品需求变化优化 制定装置加工方案和操作参数产品方案 根据产品价格和质量约束，以优化 效益最大化为目标制定产品加

应用场景—实时优化（RTO)

RTO运行原理

实时优化是通过实时获取装置工艺数据和操作条件，在满足计划和调度为前提下，以生产效益最大化为目的，采用基于联立方程的稳态机理模型，优化装置最优运行参数并反馈控制系统执行优化的过程。

APEX建模应用

通过“规定变更”“元变量值配置”“目标函数”以及“增益分析”等功能，进行适用于RTO应用的流程建模与调试过程。通过建立数据整定目标以及优化函数，在相应的运行模式下求解，获得数据整定或优化方案。

应用场景一 先进控制系统（APC)

先进控制系统（APC）根据装置阶跃测试获得的增益以及工艺控制逻辑，对操纵变量进行调整以响应控制变量的设定。通常情况下，装置进行APC系统实施时，选择工况正常且较为稳定的操作条件，对设备进行扰动，获得在当前运行状态附近的一批增益。然而这种获得增益的方式存在以下问题：

·对装置运行工况、条件有较大要求
·增益仅在运行条件与阶跃测试条件相似时才有较好的效果，偏离越高，效果越差
·阶跃测试与对装置进行扰动，干扰装置正常生产

本平台所具备的“增益分析”功能，在模型方程组中进行偏导数求解，通过在线运行，可得到各运行条件下操纵变量对控制变量的增益。通过APEX平台与APC软件的联用，可在线获得装置运行数据并将实时计算相关变量的增益更新到APC系统中，无需对装置进行扰动获得增益。通过这种方式，装置的稳定控制得到了实时、有效的保障。

应用场景一元工厂

元工厂的建设，是基于APEX平台为企业装置建立严格机理模型，赋能员工对核心生产工段进行更安全、更平稳、更低耗的操作，辅以AR/VR技术大幅提高内外操协同工作效率，并对赋能下的操作质量进行无感评价，依靠以提高装置效益为导向的积分体系激励员工更安全、高效、节能地完成生产任务，形成环环相扣的运营闭环

流程工业过程模拟与设计平台作为元工厂技术底座重要的一环，支撑角色从机理层面审视元工厂中的生产活动帮助员工获取过去工作中难以计算、难以获得的优化点，提升员工在元工厂评价体系下的收益。

PART04产品应用案例

本平台作为通用流程模拟平台，基于”第一性”原理，可对炼化、化工、油气、高分子、煤化工等行业中机理明确的装置进行流程模拟。
炼化：常减压、连续重整、加氢裂化、催化裂化、PX、PTA、乙烯等
化工：乙二醇、DMC、PO/SM、氨合成、甲醇合成、亚磷酸二甲酯等
油气：油气分离、天然气脱水、LNG液化等
高分子：聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、聚醋酸乙烯酯
煤化工：煤气化、变换、MTO、低温液氮洗

应用案例——常减压蒸馏装置建模

常减压蒸馏：炼厂“龙头”装置，将原油分离为各中间产品，用于进一步反应、分离得到最终产品。原油经预处理（脱盐、脱水、初馏塔）、常压蒸馏、减压蒸馏三大工序分离成不同沸程的馏分油。

平台具有准确的原油油品切割计算功能，根据蒸馏曲线数据，自主设计切割方案，将原油这一复杂混合物，表征为不同馏程的虚拟组分集，进行分离设计。

常减压模型主要设备包含初馏塔、常压塔、减压塔以及脱前、脱后、初底三套换热网络，通过对塔、换热器等设备建模，深入分析整个装置任意工序、任意设备的工艺参数，便于设计/再设计、运营、改造。

经对比，模型的运算结果精确度达到成熟流程模拟软件的精度水平。

应用案例——连续重整装置建模

连续重整装置以生产芳烃或高辛烷值汽油为目的，是下游芳烃装置的重要原料来源。其中重整反应单元是连续重整装置的核心，决定了重整产品收率、组成，但反应过程对反应温度、氢油比、进料组成等反应条件非常敏感，凭经验难以确定最佳反应条件。

催化重整反应网络

APEX平台对连续重整装置进行建模，采用50分子集总表征原料及产品组成，优化最佳的重整反应条件等装置操作参数，实现对连续重整装置的操作优化。

通过在线闭环实时优化平台与APC系统进行了闭环联动。经标定，RTO投用后，装置BTX收率提高 0 . 5 8 %

应用案例——亚磷酸二甲酯装置建模

某化工企业，由甲醇和三氯化磷在负压下的合成反应生产亚磷酸二甲酯，并得到其他副产物，某条生产线存在主产物收率低的问题。企业基于APEX平台，对反应过程进行深入剖析和精确模拟，并以模型指导反应器和工艺的改造，取得良好效果。

通过以酯化反应工段的生产数据和分析数据，对反应动力学模型精准校正。

经多个测量模块、分析模块反复分析、演算，多工况下的模拟结果与实际数据匹配度达99%以上。

APEX支撑2号釜改造前后主产物收率对比（2022.10.1-2022.12.6)主产物
3.0 收率上升>2%
2.0 3号釜
1.0 MWm WwWwM
.0 改造后2号釜 2022年 平0.7%
.0 MAWM 11月4日改造完成
8.0改造前平3.5%3号釜 2号釜主产物浓度% 主产物浓度%

·基于严格模型分析收率低的原因，提出安全合理的设备和工艺改造方案·改造实施后，主产物收率提高2%以上

PART05 产品应用价值

中控技术深耕流程工业多年，随着科技进步，秉承着高效运行、互联互通、开放共享的目标，以“客户成功"的核心价值观为导向，开始并实现了流程工业过程模拟与设计平台的研发。中控技术以当下技术背景与行业需求为基础，开发更为开放、通用并满足不同行业及用户定制化需求的产品。

共创共享

APEX平台依托自身各部分功能，以及分布式交互架构，构建开放、共享、共创、融合的定制化新形态。

·用户可在APEX平台上进行自定义部分的二次开发
·将专有的物性库、热力学库、反应动力学、单元模型、求解器等与本平台进行融合
·作为整体产品提供给包括模型提供方在内的所有用户
·人才培养：高校可免费使用本平台进行人才培养
·高效研发：研究机构和设计院使用本平台开发新的工艺、新产品和加快工程设计
·节能减排、提高效益：企业使用本平台可建立基于数字孪生的全流程模型，为装置开停车、工艺改造、先进控制、实时优化、计划优化提供控制和生产方案
·资源共享：所有用户在本平台上可实现模型共享，加速知识的传播和成果的转化

μ7.02 R.1 AI-POET1.! YT-919TT-1ls5T联结智能时代

SUPCON