Aspen化工流程模拟软件历史

　　我将探讨过程模拟的历史。

　　任何时候你使用一个方程式来解决问题，那就是一种模拟——无论是否使用计算机。在计算机模拟出现之前，我们就已经有了炼油厂和化工厂。它们必须经过设计。而这在很大程度上是凭经验完成的。我曾经参与过一个涉及20世纪40年代设计的蒸馏塔的项目。它们使用一种改良的泡罩，称为“杰克逊泡罩”。在塔板设计图上写着：“每个泡罩按35加仑/分钟的流量进行尺寸设计”。这在当时行得通，因为按照如今的标准来看，那时所有的设计都过度保守了。

　　20世纪20年代，芬斯克方程被开发出来，用于确定全回流时分离所需的塔板数。这个方程是我们现今模拟器中精馏塔简捷计算的基础。在当时它就被用于设计。

　　20世纪40年代，埃克森公司（当时叫埃索）开发了K值图表。这些图表是各种碳氢化合物的K值与压力的关系图。这是完全合理的，因为碳氢化合物的K值对组成的依赖较弱。能够手工求解的蒸馏塔算法也被开发出来。其中最著名的是刘易斯-马西森算法。化学工程师团队协同工作，逐塔板地求解该算法——这是一项繁琐的任务。

　　1955年，IBM发布了第一个FORTRAN编译器。就如同牛顿将微积分推向世界一样，这改变了一切。突然间，数值解成为了可能。到20世纪50年代末，第一批过程模拟器投入使用。这些是由石油公司开发的。20世纪60年代是商业模拟器业务的开端。当时有三家公司。Chemshare和SimulationSciences的第一个产品是一个原油塔模拟器。到20世纪60年代末，Chemshare有了一个名为Design的过程模拟器，而SimulationSciences有了一个名为SSI100的模拟器。两者都使用关键字，这相比卡片图像输入有了很大改进。这两个模拟器都是为石油行业设计的。孟山都公司发布了一个名为FLOWTRAN的程序。它是为化工行业设计的。

　　早期FORTRAN编译器的设计限制之一是固定长度数组。FORTRAN不支持动态内存分配。这对于炼油厂模拟来说是个问题，因为在模拟物流分析时可能需要许多虚拟组分。Design和SSI-100是FORTRAN可执行文件，它们读取输入并执行。当你为FLOWTRAN编写模拟程序时，它会将其翻译成FORTRAN，然后进行编译、链接和执行。可执行文件是根据问题中的组分数来“定尺寸”的。这对于炼油厂问题很适用，但有一个大问题，FLOWTRAN不是为炼油厂问题设计的。FLOWTRAN的另一个很大优势是能够使用内联FORTRAN以及在FLOWTRAN模拟输入中调用程序子程序。这提供了很大的灵活性。

　　在那个时候，你通过像联合计算服务（UCS）这样的计算机服务来使用这些程序，你需要根据模拟的复杂程度和计算机使用费用支付特许权使用费。一次严格的精馏塔模拟花费300美元并不罕见。如果模拟失败，他们会给你200美元的折扣。模拟成本很高。这种情况在20世纪70年代发生了改变，当时模拟器公司开始出租他们的软件。

　　20世纪70年代初，孟山都决定退出模拟器业务。任何人都可以花10万美元购买FLOWTRAN的源代码以及使用它的权利。

　　进入20世纪70年代，石油禁运发生。合成燃料成为一个热门话题。1975年，美国能源部资助了麻省理工学院的ASPEN（先进过程工程模拟器）项目。其理念是开发下一代过程模拟器，重点关注合成燃料。麻省理工学院化学工程教授拉里・埃文斯领导了这个项目。有一个由私营公司组成的财团为该项目提供资金，并获得了该代码的早期版本。

　　埃文斯做的第一件事就是从孟山都公司购买了FLOWTRAN。没错！与传言相反，阿斯彭技术公司并没有发明过程模拟。他们对FLOWTRAN所做的是编写一个新的数据库，整合乔・波士顿的X闪蒸算法和他的内-外蒸馏算法，更新成本核算和尺寸计算，并为合成燃料和固体添加新的单元操作。

　　1981年，ASPEN模拟器发布。当时，任何人都可以花5万美元购买ASPEN代码以及以ASPEN的名义进行营销的权利。只有三家公司这么做了——ASPEN技术公司、SimulationSciences和杰伊・德韦克的JSD。在20世纪80年代初，ASPEN技术公司让埃德・肯尼迪在一项法案中悄悄加入了一项条款，禁止其他任何人使用ASPEN这个名字。

　　SimulationSciences从未营销过ASPEN产品。JSD营销了Aspen/SP。20世纪90年代初，SimulationSciences收购了JSD，我想也收购了他们的许可证。SimulationSciences现在叫Avena。我想如果他们愿意，他们可以营销一款ASPEN产品。你仍然可以从美国能源部以1000美元的价格购买一份原始的ASPEN代码。如果你想进入模拟业务，那将是一个很好的起点。

　　1981年，ASPEN技术公司成立。三位主要创始人是拉里・埃文斯、乔・波士顿和弗雷德・哈斯。他们面临一个大问题，最初的ASPEN代码卖不出去。除了有漏洞之外，它不进行单位换算，而且没有针对石油行业的内容。起初，他们试图通过承诺修复问题来销售代码。他们在这个策略上取得了一定的成功。最终，他们解决了这些问题并发布了AspenPlus。

　　我将在这里先停笔。还有很多内容。ASPEN是如何变得如此占主导地位的呢？这更多的是一个因为其他对手不够出色，而ASPEN自身有多么出色策略的故事。

　　总结

　　本文主要讲述了过程模拟的发展历史：

　　早期阶段

　　：计算机模拟前，炼油厂和化工厂设计凭经验。20世纪20年代芬斯克方程用于确定全回流分离塔板数，40年代埃克森开发K值图表，同时出现可手工求解的蒸馏塔算法如刘易斯-马西森算法。

　　计算机模拟起步

　　：1955年IBM发布FORTRAN编译器，开启数值解可能，50年代末石油公司开发出第一批过程模拟器。60年代商业模拟器业务开端，Chemshare和SimulationSciences推出原油塔模拟器，孟山都发布为化工行业设计的FLOWTRAN，当时模拟成本高昂。

　　70年代变革

　　：70年代初孟山都退出模拟器业务，出售FLOWTRAN源代码。因石油禁运，1975年美国能源部资助MIT的ASPEN项目，该项目从孟山都购买FLOWTRAN并改进。

　　80年代及之后

　　：1981年ASPEN模拟器发布，ASPEN技术公司成立并解决原代码问题后推出AspenPlus。SimulationSciences和JSD曾购买ASPEN代码相关权利，后来SimulationSciences收购JSD，如今仍可从美国能源部购买原始ASPEN代码。

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