石油化工流程模擬軟件ChemCAD簡(jiǎn)明教程

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石油化工流程模擬軟件ChemCAD簡(jiǎn)明教程
目 錄
1.ChemCAD軟件概述......................................................................................................................1
1.1 ChemCAD軟件的主要功能...............................................................................................1
1.2 ChemCAD中的單元操作...................................................................................................1
1.3熱力學(xué)物性計(jì)算方法.........................................................................................................1
1.4使用ChemCAD主要有以下步驟.......................................................................................2
1.5 ChemCAD的應(yīng)用領(lǐng)域.......................................................................................................2
1.6 ChemCAD的其它特點(diǎn).......................................................................................................2
2 ChemCAD蒸餾單元的模擬計(jì)算..................................................................................................3
2.1 SCDS簡(jiǎn)介..........................................................................................................................3
2.2 TOWR簡(jiǎn)介.........................................................................................................................3
2.3 TOWR.PLUS簡(jiǎn)介..............................................................................................................3
2.4 SHORTCUT簡(jiǎn)介................................................................................................................4
3應(yīng)用舉例（一）............................................................................................................................5
3.1設(shè)計(jì)條件.............................................................................................................................5
3.2設(shè)計(jì)要求.............................................................................................................................5
3.3應(yīng)用軟件模擬設(shè)計(jì).............................................................................................................5
3.3.1步驟..........................................................................................................................5
（1）保存文件*.ccx................................................................................................5
（2）畫流程圖.........................................................................................................6
（3）設(shè)置單位.........................................................................................................6
（4）選擇組分.........................................................................................................7
（5）選擇熱力學(xué)模型.............................................................................................7
（6）詳細(xì)定義進(jìn)料物流.........................................................................................8
（7）詳細(xì)定義各單元操作.....................................................................................8
（8）運(yùn)行模擬計(jì)算，并顯示計(jì)算結(jié)果.................................................................8
（9）嚴(yán)格計(jì)算.......................................................................................................10
（10）運(yùn)行列出物料衡算表.............................................................................11
（11）設(shè)備尺寸計(jì)算.............................................................................................11
（12）TPXY圖和 XY圖.......................................................................................13
4 應(yīng)用舉例（二）.........................................................................................................................15
4.1設(shè)計(jì)任務(wù)及條件...............................................................................................................15
4.1.1 烴化液的流量及組成...........................................................................................15
4.1.2公用工程條件........................................................................................................15
4.2分離工藝流程...................................................................................................................15
4.3過(guò)程模擬...........................................................................................................................16
4.3.1 3塔結(jié)果尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果如下（只列出塔頂?shù)谝粔K板的結(jié)果）.........................17
I
目 錄
4.3.2 5號(hào)塔頂板..........................................................................................................18
5 結(jié)束語(yǔ)........................................................................................................................................19
參考文獻(xiàn)........................................................................................................................................19
II

仇汝臣
2007.9.24
摘要：介紹了化工流程模擬軟件Chemcad的特點(diǎn)、作用，以精餾過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)為實(shí)例說(shuō)明其應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：Chemcad軟件，設(shè)計(jì)，應(yīng)用
化工工藝計(jì)算是學(xué)習(xí)化工工藝基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生化工工藝設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)輔助化工工藝過(guò)程計(jì)算是化工工藝的基本手段，有效地利用化工模擬計(jì)算軟件進(jìn)行化工設(shè)計(jì)工作可以極大地提高工作效率。將模擬軟件用于過(guò)程設(shè)計(jì)或過(guò)程模擬，對(duì)于當(dāng)代的化工過(guò)程工程師已是一件很普通的工作。
本文主要介紹該軟件特點(diǎn)、模塊功能作用，并以精餾過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)實(shí)例較詳細(xì)地對(duì)該軟件的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。
1.ChemCAD軟件概述
CHEMCAD系列軟件是美國(guó)Chemstations公司開發(fā)的化工流程模擬軟件。使用它，可以在計(jì)算機(jī)上建立與現(xiàn)場(chǎng)裝置吻合的數(shù)據(jù)模型，并通過(guò)運(yùn)算模擬裝置的穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)運(yùn)行，為工藝開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、優(yōu)化操作和技術(shù)改造提供理論指導(dǎo)。
1.1 ChemCAD軟件的主要功能
A.設(shè)計(jì)更有效的新工藝和設(shè)備使效益最大化
B.通過(guò)優(yōu)化/脫瓶頸改造減少費(fèi)用和資金消耗
C.評(píng)估新建/舊裝置對(duì)環(huán)境的影響
D.通過(guò)維護(hù)物性和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的中心數(shù)據(jù)庫(kù)支持公司信息系統(tǒng)
1.2 ChemCAD中的單元操作
ChemCAD提供了大量的操作單元供用戶選擇，使用這些操作單元，基本能夠滿足一般化工廠的需要。對(duì)反應(yīng)器和分離塔，提供了多種計(jì)算方法。ChemCAD可以模擬以下單元操作：
蒸餾、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸餾、三相蒸餾、電解質(zhì)蒸餾、反應(yīng)蒸餾、反應(yīng)器、熱交換器、壓縮機(jī)、泵、加熱爐、控制器、透平、膨脹機(jī)等50多個(gè)單元操作。
1.3熱力學(xué)物性計(jì)算方法
ChemCAD提供了大量的最新的熱平衡和相平衡的計(jì)算方法，包含39種K值計(jì)算方法，和13種焓計(jì)算方法。K值方法主要分為活度系數(shù)法和狀態(tài)方程法等四類，其中活度系數(shù)法包含有UNIFAC 、UPLM (UNIFAC for Polymers)、Wilson 、T. K. Wilson 、HRNM Modified Wilson 、Van Laar 、Non-Random Two
1.ChemCAD 軟件概述
Liquid (NRTL) 、Margules 、GMAC (Chien-Null) 、Scatchard-Hildebrand (Regular Solution)等。焓計(jì)算方法包括Redlich-Kwong 、Soave-Redlich-Kwong 、Peng-Robinson 、API Soave-Redlich-Kwong 、Lee-Kesler 、Benedict-Webb-Rubin-Starling 、Latent Heat 、Electrolyte 、Heat of Mixing by Gamma 等。
1.4使用ChemCAD主要有以下步驟
A.畫出您的流程圖
B.選擇組分
C.選擇熱力學(xué)模型
D.詳細(xì)指定進(jìn)料物流
E.詳細(xì)指定各單元操作
F.運(yùn)行G.計(jì)算設(shè)備規(guī)格
H.研究費(fèi)用評(píng)估方案
I.評(píng)定環(huán)境影響
J.分析結(jié)果/按需優(yōu)化
K.生成物料流程圖/報(bào)告
1.5 ChemCAD的應(yīng)用領(lǐng)域
A、蒸餾/萃取(間歇 &連續(xù))
B、各種反應(yīng)(間歇 &連續(xù))
C、含電解質(zhì)的工藝
D、熱力學(xué)-物性計(jì)算
E、汽/液/液平衡計(jì)算
F、設(shè)備設(shè)計(jì)
G、換熱器網(wǎng)絡(luò)
H、環(huán)境影響計(jì)算
I、安全性能分析
J、投資費(fèi)用估算
K、火炬總管系統(tǒng)
L、公用工程網(wǎng)絡(luò)
1.6 ChemCAD的其它特點(diǎn)
ChemCAD還具有容易使用、高度集成、界面友好等特點(diǎn)。它安裝簡(jiǎn)便，支持各種輸入設(shè)備，并具有詳盡的幫助系統(tǒng)和強(qiáng)大的計(jì)算和分析功能。
另外，ChemCAD提供了網(wǎng)絡(luò)版，最多25人同時(shí)并發(fā)使用。ChemCAD網(wǎng)絡(luò)版價(jià)格低廉，最適合于學(xué)校教學(xué)及大型公司使用。
2 ChemCAD蒸餾單元的模擬計(jì)算
在ChemCAD蒸餾單元中，共有四種塔模塊，包括TOWR Column，TOWR PLUS Column，SCDS Column和SHORTCUT Column 。其中，TOWR是精確的規(guī)范塔模塊，TOWR PLUS是帶有側(cè)線物流和側(cè)線供熱和急冷以及泵回路的復(fù)雜塔模塊，SCDS則是可以及時(shí)修正的塔模塊。本實(shí)驗(yàn)所用的精餾塔模塊主要是SCDS Column，下面介紹一下各個(gè)模塊的特點(diǎn)：
2.1 SCDS簡(jiǎn)介
SCDS是汽液平衡模型,它模擬部分簡(jiǎn)單的塔的計(jì)算,如;蒸餾塔,吸收塔,再沸吸收塔,和分餾塔.副產(chǎn)品和副熱/冷器也可以出現(xiàn)在SCDS的嚴(yán)格模型中,默佛里塔板效率也常在SDCS中模擬與輸出，SCDS操作塔根據(jù)無(wú)限層和5個(gè)輸入流,4個(gè)副產(chǎn)品,這里沒(méi)有限制SCDS在流程圖里的數(shù)目.
SCDS強(qiáng)調(diào)規(guī)格的多樣性,比如,總摩爾流比率,熱負(fù)荷,回流比,蒸出速率,溫度,分餾摩爾數(shù),分餾回收,成份比率及產(chǎn)品中部分物流的比率.
這些模型能夠模擬嚴(yán)格的兩相或三相蒸餾系統(tǒng).如果計(jì)算三相系統(tǒng),用戶可以選擇將一相液體加入冷凝器,然后回流其它相.
SCDS的主要構(gòu)成是模擬化學(xué)系統(tǒng)中非理想K值.它用于Newton-Raphon數(shù)學(xué)收斂和計(jì)算并引出嚴(yán)格的方程式,包括DK/DX(引出主要混合物的K值).方面,即有效模擬化工系統(tǒng).SDCS的運(yùn)行時(shí)間通常大于其它特殊TOWR模組,當(dāng)組分超過(guò)10種且較為復(fù)雜時(shí).
2.2 TOWR簡(jiǎn)介
TOWR是一種精確的多級(jí)氣液平衡模塊，它可以模擬任何單塔計(jì)算，其中包括蒸餾塔、吸收塔、再沸吸收塔和汽提塔。TOWR還可以精確的模擬側(cè)線產(chǎn)品和側(cè)面供熱和降溫。TOWR最多可以處理5種進(jìn)料流和4種側(cè)線產(chǎn)品。在工藝流程圖中，對(duì)TOWR的數(shù)量沒(méi)有限制。
TOWR提供了各種技術(shù)規(guī)范便于用戶使用。用戶可以指定冷凝器，再沸器或塔板條件。各種技術(shù)規(guī)范，諸如整體摩爾流動(dòng)速度，熱負(fù)荷，回流比，沸騰比，溫度，摩爾分率，回收率，相對(duì)流動(dòng)速度，產(chǎn)品的重量和分子量等在TOWR中都有明確的說(shuō)明。
通常，TOWR的收斂速度比主板計(jì)算模塊SCDS要快。
2.3 TOWR.PLUS簡(jiǎn)介

87737352

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a245437

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