石油化工流程模擬軟件ChemCAD簡明教程

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石油化工流程模擬軟件ChemCAD簡明教程
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熱力學物性計算方法.........................................................................................................1
1.4使用ChemCAD主要有以下步驟.......................................................................................2
1.5 ChemCAD的應用領域.......................................................................................................2
1.6 ChemCAD的其它特點.......................................................................................................2
2 ChemCAD蒸餾單元的模擬計算..................................................................................................3
2.1 SCDS簡介..........................................................................................................................3
2.2 TOWR簡介.........................................................................................................................3
2.3 TOWR.PLUS簡介..............................................................................................................3
2.4 SHORTCUT簡介................................................................................................................4
3應用舉例（一）............................................................................................................................5
3.1設計條件.............................................................................................................................5
3.2設計要求.............................................................................................................................5
3.3應用軟件模擬設計.............................................................................................................5
3.3.1步驟..........................................................................................................................5
（1）保存文件*.ccx................................................................................................5
（2）畫流程圖.........................................................................................................6
（3）設置單位.........................................................................................................6
（4）選擇組分.........................................................................................................7
（5）選擇熱力學模型.............................................................................................7
（6）詳細定義進料物流.........................................................................................8
（7）詳細定義各單元操作.....................................................................................8
（8）運行模擬計算，并顯示計算結果.................................................................8
（9）嚴格計算.......................................................................................................10
（10）運行列出物料衡算表.............................................................................11
（11）設備尺寸計算.............................................................................................11
（12）TPXY圖和 XY圖.......................................................................................13
4 應用舉例（二）.........................................................................................................................15
4.1設計任務及條件...............................................................................................................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過程模擬...........................................................................................................................16
4.3.1 3塔結果尺寸設計結果如下（只列出塔頂第一塊板的結果）.........................17
I
目 錄
4.3.2 5號塔頂板..........................................................................................................18
5 結束語........................................................................................................................................19
參考文獻........................................................................................................................................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、作用，以精餾過程的工藝設計為實例說明其應用。
關鍵詞：Chemcad軟件，設計，應用
化工工藝計算是學習化工工藝基礎知識、培養學生化工工藝設計能力的重要教學環節。計算機輔助化工工藝過程計算是化工工藝的基本手段，有效地利用化工模擬計算軟件進行化工設計工作可以極大地提高工作效率。將模擬軟件用于過程設計或過程模擬，對于當代的化工過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、模塊功能作用，并以精餾過程的工藝設計實例較詳細地對該軟件的應用進行說明。
1.ChemCAD軟件概述
CHEMCAD系列軟件是美國Chemstations公司開發的化工流程模擬軟件。使用它，可以在計算機上建立與現場裝置吻合的數據模型，并通過運算模擬裝置的穩態或動態運行，為工藝開發、工程設計、優化操作和技術改造提供理論指導。
1.1 ChemCAD軟件的主要功能
A.設計更有效的新工藝和設備使效益最大化
B.通過優化/脫瓶頸改造減少費用和資金消耗
C.評估新建/舊裝置對環境的影響
D.通過維護物性和實驗室數據的中心數據庫支持公司信息系統
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。對反應器和分離塔，提供了多種計算方法。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、電解質蒸餾、反應蒸餾、反應器、熱交換器、壓縮機、泵、加熱爐、控制器、透平、膨脹機等50多個單元操作。
1.3熱力學物性計算方法
ChemCAD提供了大量的最新的熱平衡和相平衡的計算方法，包含39種K值計算方法，和13種焓計算方法。K值方法主要分為活度系數法和狀態方程法等四類，其中活度系數法包含有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.選擇熱力學模型
D.詳細指定進料物流
E.詳細指定各單元操作
F.運行G.計算設備規格
H.研究費用評估方案
I.評定環境影響
J.分析結果/按需優化
K.生成物料流程圖/報告
1.5 ChemCAD的應用領域
A、蒸餾/萃取(間歇 &連續)
B、各種反應(間歇 &連續)
C、含電解質的工藝
D、熱力學-物性計算
E、汽/液/液平衡計算
F、設備設計
G、換熱器網絡
H、環境影響計算
I、安全性能分析
J、投資費用估算
K、火炬總管系統
L、公用工程網絡
1.6 ChemCAD的其它特點
ChemCAD還具有容易使用、高度集成、界面友好等特點。它安裝簡便，支持各種輸入設備，并具有詳盡的幫助系統和強大的計算和分析功能。
另外，ChemCAD提供了網絡版，最多25人同時并發使用。ChemCAD網絡版價格低廉，最適合于學校教學及大型公司使用。
2 ChemCAD蒸餾單元的模擬計算
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是精確的規范塔模塊，TOWR PLUS是帶有側線物流和側線供熱和急冷以及泵回路的復雜塔模塊，SCDS則是可以及時修正的塔模塊。本實驗所用的精餾塔模塊主要是SCDS Column，下面介紹一下各個模塊的特點：
2.1 SCDS簡介
SCDS是汽液平衡模型,它模擬部分簡單的塔的計算,如;蒸餾塔,吸收塔,再沸吸收塔,和分餾塔.副產品和副熱/冷器也可以出現在SCDS的嚴格模型中,默佛里塔板效率也常在SDCS中模擬與輸出，SCDS操作塔根據無限層和5個輸入流,4個副產品,這里沒有限制SCDS在流程圖里的數目.
SCDS強調規格的多樣性,比如,總摩爾流比率,熱負荷,回流比,蒸出速率,溫度,分餾摩爾數,分餾回收,成份比率及產品中部分物流的比率.
這些模型能夠模擬嚴格的兩相或三相蒸餾系統.如果計算三相系統,用戶可以選擇將一相液體加入冷凝器,然后回流其它相.
SCDS的主要構成是模擬化學系統中非理想K值.它用于Newton-Raphon數學收斂和計算并引出嚴格的方程式,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.SDCS的運行時間通常大于其它特殊TOWR模組,當組分超過10種且較為復雜時.
2.2 TOWR簡介
TOWR是一種精確的多級氣液平衡模塊，它可以模擬任何單塔計算，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線產品和側面供熱和降溫。TOWR最多可以處理5種進料流和4種側線產品。在工藝流程圖中，對TOWR的數量沒有限制。
TOWR提供了各種技術規范便于用戶使用。用戶可以指定冷凝器，再沸器或塔板條件。各種技術規范，諸如整體摩爾流動速度，熱負荷，回流比，沸騰比，溫度，摩爾分率，回收率，相對流動速度，產品的重量和分子量等在TOWR中都有明確的說明。
通常，TOWR的收斂速度比主板計算模塊SCDS要快。
2.3 TOWR.PLUS簡介

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