gPROMS介绍
1．模拟软件gPROMS
gPROMS是基于联立模块法开发的软件，可以描述物理过程、化学过程、生物过程及其操作过程，可以模拟多目标过程，也可以同时运行多个模块，而且用高级语言定义过程模型。其主要功能、用途及模块如图1所示。 图1 gPROMS功能及用途
2.gPROMS的发展史
上世纪90年代，基于序贯模块法(Sequential Modular)的稳态模拟技术已趋成熟，应用最为广泛(如Aspen Plus及Pro／II)，但序贯模块法对动态优化等问题效率低下。基于联立方程法(Equation Oriented)的过程模拟软件方兴未艾(如SPEEDUP)，但联立方程法建模难度大，开发周期长。gPROMS(general PROcess Modelling System)采用联立模块法，解决了上述问题。 gPROMS是帝国理工学院(Imperial College London)PSE(Process System Enterprise Ltd．)研究中心在多年建模和仿真实践中的研究成果。作为仿真和优化的新一代计算平台，gPROMS的研发始于1988年，是由曾经开发SPEEDUP硼(现归入Aspen的ACM模块)的研究人员完成的，1992年开始进行工业评估，5年后成为商业软件，并成立PSE公司，2006年推出gPROMS V3．0，完善了图形界面操作功能。
3.gPROMS基本特点
gPROMS是一种面向方程的过程模拟软件。它对对象的描述主要分为两个层次：模型层和物理操作层。“模型层”(MODEL)描述了系统的物理和化学行为，是对象的一个通用机理模型；“物理操作层”(TAsK)则描述了附加在系统外部行为以及扰动。另外，还有一个模型实体“过程块”(PRocEss)，它由具体实例模型数据以及外部操作组成，表述一个模型的具体实例(如图2所示)。它以外加信息来推动MODEL(例如初始条件及输入变量随时间的变换情况)。使用者只需要列出描述系统的方程及边界条件，复杂的计算通过调用各种求解算法来完成。
图2 gPROMS下过程模拟结构
gPROMS求解模型时采用的是联立方程法，在更新版本中加入了PML(Process Model Library)，此前的研究者需要自己编写所有模型方程(王林，LI Pu，wOzNY Guenter，王树青等，2003；区志励，2004)。PML的加入使得该软件在建模的直观性上与序贯模块法的软件之间的距离又拉近了一步。
使用gPROMS求解问题非常方便，在与其他动态模拟软件相比较，gPROMS有许多自身的特点：
第一，层次化结构。它使用面向对象的层次式建模方法，对于问题的描述分为物理层(Modcl)和操作层(Task)。在过程模型中的模型层是生产设备的模型方程，操作层是操作过程的描述方程，两者构成完整的过程模型。这样的两层化处理使得过程建模直观，便于代码维护，也便于建立复杂的操作过程模型。并且通用模型和实例化模型的分离使得对于同一个模型可有多个实例与之对应，便于作实例间的比较。
第二，开发性。gPROMs模型的体系框架开放，方便调用外部的模型和算法。gPROMS中自带有PML(Process Model Library)过程模型库包含了一些化工过程中常用的变量、模型和操作，其模型代码开放性使得研究者可以对其模型进行修改或根据自己的方程来构造出合适的模型。ASPENTECH公司推出的Aspen Dynamic和gPROMS一样也用于动态模拟，目前对动态模拟的研究也有研究者利用的是该动态模拟软件。gPROMS与Aspen Dynamic相比，虽然在界面上后者略胜一筹，但gPROMs的开放性是后者无法比拟的。Aspen Dynanlic中的每个基础模型都是已封装的，研究者无法知道其内部结构，这将会带来调试
过程中的一些麻烦，很多变量的设置需要依赖经验：而gPROMs模型方程是开放的，研究者能够从方程自由度等要求出发，逐步调试最终使得模拟过程收敛解。另外，研究者也可根据实际工况或者设备特点修改模型方程，或者根据研究需要先从简化模型入手逐步使模型具体化，如此由浅及深，循序渐近，能更好地解决问题。
第三，gPROMS的编程语言简单和MATLAB编程语言非常类似：类似的条件语句、循环语句和类似的数组说明和使用方法，这使得模型以及操作的编写简单明了，并且便于和基于其他语言的模型进行比较研究。
第四，物性计算简便。在gPROMS中可以调用外部物性软件包来解决复杂的物性计算问题。例如，简单物质的物性计算我们可以选择Multiflash或者IK-CAPE软件包；复杂物质亦有E1etrolytic Physical Properties interface和0LI Physical Propenies interface可供选择。
4.gPROMS模型亏PML
每个化工流程都是由单元操作构成的，BPROMS Process Model Library(PML)是构成工艺流程的基本单元。它包括稳态和动态模型、气液相质量及能量累积的精确模型、描述相变
换的分离模型、用于平衡及动力学反应的模块，即提供了多种单元操作模型，按照其用途分为PML Basic闪蒸罐、PML Control、PML FlowTransportation、PML Heat Exchange、PML Reaction、PML Separation，其中各类型包含单元如表3示。
表3各模型库包含单元
模型库 | 单元 | 连接类型 |
PML Basic 基础模型库 | 终端 | 连通类型（不可逆） |
集气器 | 节点类型 |
集液器 | 节点类型 |
混合器或分离器 | 节点类型 |
接收器 | 节点类型 |
进口 | 节点类型 |
罐 | 节点类型 |
流体输送模型库 | 离心压缩机 | 连通类型（ 不可逆） |
缓冲罐 | 连通类型（可逆） |
管道 | 连通类型（可逆） |
简易管 | 连通类型（可逆） |
离心泵 | 连通类型（不可逆） |
简易泵 | 连通类型（不可逆） |
气阀 | 连通类型（可逆） |
液阀 | 连通类型（可逆） |
止逆阀 | 连通类型（可逆） |
简易阀 | 连通类型（可逆） |
控制模型库 | 制动阀 | 控制类型 |
流量计 | 控制类型 |
PID控制器 | 控制类型 |
比率阀 | 控制类型 |
信号延迟器 | 控制类型 |
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