原 璐 ，崔 雋

(海工英派爾工程有限公司，山東青島 266061)

PRO/Ⅱ是一種通用的化工過(guò)程模擬、優(yōu)化和設(shè)計(jì)軟件。PRO/Ⅱ可以對(duì)各種化工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量和能量衡算。它的應(yīng)用包括:設(shè)計(jì)新的工藝過(guò)程;評(píng)價(jià)和比較可供選擇的工藝方案;改造現(xiàn)有的工藝;操作故障分析和打破裝置操作的瓶頸;優(yōu)化和改善裝置的產(chǎn)量和效益;評(píng)價(jià)與環(huán)境的適應(yīng)性等。

一個(gè)模擬軟件的產(chǎn)生有其限制，隨著時(shí)間的推移及理論研究的進(jìn)展，必須將新的設(shè)計(jì)思想與理論研究成果融入到系統(tǒng)內(nèi)，不斷擴(kuò)充和更新其內(nèi)容以提高系統(tǒng)的性能。這項(xiàng)工作不僅是軟件開(kāi)發(fā)者的任務(wù)，用戶也應(yīng)當(dāng)參與進(jìn)來(lái)，運(yùn)用他們所掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行軟件的二次開(kāi)發(fā)。同時(shí)，由于某些化工生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和具體性，模擬軟件現(xiàn)有的功能模塊不可能模擬所有的實(shí)際過(guò)程，這也要求用戶根據(jù)實(shí)際過(guò)程自行開(kāi)發(fā)用戶模型，并將模型添加到軟件中去，結(jié)合軟件已有的數(shù)據(jù)庫(kù)和功能模塊來(lái)進(jìn)行模擬。而軟件開(kāi)發(fā)者應(yīng)向用戶提供這樣一個(gè)二次開(kāi)發(fā)接口。PRO/Ⅱ就向用戶提供了這樣一個(gè)接口，用戶可以利用它將用戶模型添加到PRO/Ⅱ體系中，在其系統(tǒng)框架中使用。該接口賦予PRO/Ⅱ極大的擴(kuò)展能力，而且有助于保護(hù)用戶已有的開(kāi)發(fā)成果。

PRO/Ⅱ的用戶模型使用Fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，本文將對(duì)PRO/Ⅱ二次開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行探討，給出其開(kāi)發(fā)步驟和方法，說(shuō)明用戶模型規(guī)范及PRO/Ⅱ系統(tǒng)對(duì)用戶模型的調(diào)用方式，并將舉一個(gè)用戶模型實(shí)例來(lái)說(shuō)明該方法。

1 用戶模型簡(jiǎn)介

PRO/Ⅱ用戶模型是指當(dāng)PRO/Ⅱ體系提供模塊不能滿足用戶需求時(shí)，由用戶自行開(kāi)發(fā)的模塊，它由一個(gè)或者若干用戶添加的子程序構(gòu)成。PRO/Ⅱ支持四種用戶模型，即單元操作模型，熱力學(xué)方法模型，傳遞性質(zhì)方法模型和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型［1－2］。

2 用戶模型開(kāi)發(fā)步驟和方法

不同于一般Fortran程序的開(kāi)發(fā)，PRO/Ⅱ用戶模型的開(kāi)發(fā)涉及到調(diào)用PRO/Ⅱ系統(tǒng)的一些接口子程序及完成與系統(tǒng)間的參數(shù)傳遞，所以其開(kāi)發(fā)有特定的步驟和方法。編寫(xiě)用戶模型是完成一個(gè)用戶模型開(kāi)發(fā)的核心部分，本文第3部分將對(duì)用戶模型的編寫(xiě)規(guī)范進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明;編譯和鏈接用戶模型，PRO/Ⅱ用戶模型的編譯和連接使用的是Windows XP操作系統(tǒng)下的DEC Visual FORTRAN5.0 D或6.0。步驟為:①在 Windows XP系統(tǒng)下運(yùn)行 DEC Visual FORTRAN 5.0D or 6.0。②新建一個(gè)工作空間(workspace)，將編寫(xiě)好的.for文件添加到該工作空間中，編譯通過(guò)。③編寫(xiě)一個(gè).def(模塊定義)文件，該文件用于生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。運(yùn)行build.dll命令，生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，即一個(gè).dll文件。提供動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)到PRO/Ⅱ體系中，復(fù)制動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)即.dll文件到PRO/Ⅱ的執(zhí)行目錄下。

3 用戶模型編寫(xiě)規(guī)范

3.1 通用編寫(xiě)規(guī)則

不論開(kāi)發(fā)哪一類用戶模型，其子程序源代碼的編寫(xiě)都要遵循一些通用的規(guī)則，現(xiàn)將這些通用規(guī)則總結(jié)如下:

①用戶添加的子程序必須使用ANSI標(biāo)準(zhǔn)的FORTRANⅣ或者FORTRAN 77來(lái)書(shū)寫(xiě)，以便保持與PRO/Ⅱ的兼容性。②存儲(chǔ)變量應(yīng)當(dāng)被初始化，因?yàn)樵S多操作系統(tǒng)不能執(zhí)行該功能。③用戶添加的子程序應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)試計(jì)算錯(cuò)誤，例如0分母，指數(shù)溢出等。④PRO/Ⅱ接口子程序可以返回錯(cuò)誤指示，這些錯(cuò)誤指示應(yīng)當(dāng)被用戶添加的子程序測(cè)試，再采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。⑤不能改變 PRO/Ⅱ公用區(qū)/XPROPX/、/CUDATA/、 /OUTFAC/和/FACTOR/里的公用存儲(chǔ)信息，不能改變?cè)谟脩籼砑拥墓脜^(qū)/UTHERX/里的任何變量的值。⑥用FIGETU程序來(lái)取得特殊順序的輸入輸出文件的FORTRAN單元數(shù)。⑦執(zhí)行計(jì)算時(shí)必須考慮單位。(在PRO/Ⅱ系統(tǒng)里的所有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是按照輸入單位的，除了/XPROPX/里的臨界質(zhì)。)⑧應(yīng)當(dāng)規(guī)范的書(shū)寫(xiě) FORTRAN源代碼，尤其是那些會(huì)被重復(fù)使用的用戶添加子程序，例如熱力學(xué)函數(shù)或者在迭代計(jì)算里的函數(shù)。⑨用戶添加子程序里的循環(huán)應(yīng)預(yù)先給以限制。

3.2 與PRO/Ⅱ信息交流

用戶添加子程序和PRO/Ⅱ之間的信息交流被通過(guò)三種方式完成:①子程序參數(shù)列表;②接口子程序;③公用存儲(chǔ)區(qū)。

表1 用戶模型子程序參數(shù)列表

用戶添加的計(jì)算子程序代替一個(gè)已經(jīng)在PRO/Ⅱ里存在的虛擬子程序。因此，用戶寫(xiě)的子程序必須與那些虛擬子程序使用相同的參數(shù)列表。表1給出了針對(duì)每種用戶模型的子程序參數(shù)列表。

表2給出了執(zhí)行各種功能的接口子程序。這些接口子程序可以被用戶添加的子程序調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)與PRO/Ⅱ的存儲(chǔ)區(qū)的信息傳遞。用戶在編寫(xiě)用戶模型過(guò)程中需要調(diào)用這些接口子程序時(shí)，使用下列命令:call subrname(subrname為接口子程序名)。

表2 PRO/Ⅱ接口子程序

表3給出了PRO/Ⅱ的公用區(qū)，用戶可以從組分性質(zhì)，熱力學(xué)數(shù)據(jù)，和轉(zhuǎn)換因子公用區(qū)取得信息。用戶在編寫(xiě)用戶模型過(guò)程需要調(diào)用這些公用區(qū)時(shí)，使用命令:INCLUDE＇* .CMN＇(* 為公用區(qū)名)。

表3 PRO/Ⅱ公用區(qū)

4 例子

本文開(kāi)發(fā)了反應(yīng)精餾用戶模型，以此為例說(shuō)明PRO/Ⅱ的功能擴(kuò)展方法。此用戶模型選取的是均相板式塔連續(xù)反應(yīng)精餾過(guò)程的平衡級(jí)數(shù)學(xué)模型(EQ)，求解方法采用的是方程解離法——泡點(diǎn)法。此用戶模型進(jìn)行的是操作型計(jì)算，即已知輸入和模型參數(shù)求輸出。其程序框圖如圖1所示［3－14］。

圖1 反應(yīng)精餾塔程序框圖

5 結(jié)論

①PRO/Ⅱ用戶模型也是由一個(gè)或者若干用戶添加的子程序構(gòu)成。PRO/Ⅱ支持四種用戶模型，即單元操作模型，熱力學(xué)方法模型，傳遞性質(zhì)方法模型和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。②用戶添加子程序和PRO/Ⅱ之間的信息交流被通過(guò)三種方式完成:子程序變量列表;接口子程序;公用存儲(chǔ)區(qū)。用戶模型中的主子例行程序代替一個(gè)已經(jīng)在PRO/Ⅱ里存在的虛擬子程序。因此，用戶寫(xiě)的主子例行程序必須那些虛擬子程序使用相同的變量列表。PRO/Ⅱ提供了11種執(zhí)行不同功能的接口子程序和6種公用存儲(chǔ)區(qū)，這些接口子程序和公用存儲(chǔ)區(qū)可以通過(guò)特定方式被用戶模型調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)與PRO/Ⅱ系統(tǒng)間的信息傳遞。

③PRO/Ⅱ用戶模型的編譯和連接使用的是Windows XP操作系統(tǒng)下的DEC Visual FORTRAN 5.0D或6.0，并通過(guò)編寫(xiě)一個(gè)模塊定義文件生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。復(fù)制動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)即.dll文件到PRO/Ⅱ的執(zhí)行目錄下，即完成用戶模型的開(kāi)發(fā)。

［1］PRO/Ⅱ Pdts－ uas(Version 5.1)［J］.Simsci Technology，Inc.

［2］PRO/Ⅱ User Guide(Version 5.1)［J］.Simsci Technology，Inc.

［3］漆志文，孫海軍，施軍民，等.反應(yīng)分離過(guò)程模擬I.反應(yīng)精餾過(guò)程［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，25(1):19－23.

［4］周傳光，鄭世清，胡仰棟，等.部分牛頓法模擬反應(yīng)精餾過(guò)程［J］.化學(xué)工程，1993，21(3):30 －35.

［5］劉慶林，夏建軍，張志炳.反應(yīng)精餾過(guò)程模擬與參數(shù)的影響［J］.計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2000，17(3)，219 －223.

［6］唐正嬌，韋藤幼，童張法.反應(yīng)精餾過(guò)程模擬仿真軟件開(kāi)發(fā)［J］.廣西民族學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2000，6(4):272－274.

［7］劉訓(xùn)峰，張瑞生，袁渭康，等.伴有平衡反應(yīng)的分離過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬［J］.化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，1993，9(4):444－450.

［8］邱若磐.MTBE反應(yīng)精餾體系汽液平衡研究［J］.齊魯石油化工，1990(4):27－33.

［9］Y A CHANG，J D SEADER.Simulation of continuous reaction distillation by a homotopy－continuation method［J］.Comput Chem Engng，1988，12(12):1243 －1255.

［10］K Alejski，J Szymanowski，M Bogachi.The application of a minimization method for solving reacting－distillation problems，Comput Chem Engng，1988，12(8):833－839.

［11］Sophie UNG，Micheal F Doherty.Vapor－liquid phase equilibrium in system with mutiple chemical reactions［J］.Chemical Engineering Science，1995，50(1):23 －48.

［12］A Izarraraz，G W Bentzen，R G Anthony，et al.Solve more distillation problems， Hydrocarbon Processing，1990，4:195 －203.

［13］Ciric A R，Gu Deyao，Synthesis of nonequilibrium reactive distillation processes by minlp optimization［J］.AIChE J，1994，40(9):1479 －1485.