石油化工流程模拟软件ChemCAD简明教程

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石油化工流程模拟软件ChemCAD简明教程
目 录
1.ChemCAD软件概述......................................................................................................................1
1.1 ChemCAD软件的主要功能...............................................................................................1
1.2 ChemCAD中的单元操作...................................................................................................1
1.3热力学物性计算方法.........................................................................................................1
1.4使用ChemCAD主要有以下步骤.......................................................................................2
1.5 ChemCAD的应用领域.......................................................................................................2
1.6 ChemCAD的其它特点.......................................................................................................2
2 ChemCAD蒸馏单元的模拟计算..................................................................................................3
2.1 SCDS简介..........................................................................................................................3
2.2 TOWR简介.........................................................................................................................3
2.3 TOWR.PLUS简介..............................................................................................................3
2.4 SHORTCUT简介................................................................................................................4
3应用举例（一）............................................................................................................................5
3.1设计条件.............................................................................................................................5
3.2设计要求.............................................................................................................................5
3.3应用软件模拟设计.............................................................................................................5
3.3.1步骤..........................................................................................................................5
（1）保存文件*.ccx................................................................................................5
（2）画流程图.........................................................................................................6
（3）设置单位.........................................................................................................6
（4）选择组分.........................................................................................................7
（5）选择热力学模型.............................................................................................7
（6）详细定义进料物流.........................................................................................8
（7）详细定义各单元操作.....................................................................................8
（8）运行模拟计算，并显示计算结果.................................................................8
（9）严格计算.......................................................................................................10
（10）运行列出物料衡算表.............................................................................11
（11）设备尺寸计算.............................................................................................11
（12）TPXY图和 XY图.......................................................................................13
4 应用举例（二）.........................................................................................................................15
4.1设计任务及条件...............................................................................................................15
4.1.1 烃化液的流量及组成...........................................................................................15
4.1.2公用工程条件........................................................................................................15
4.2分离工艺流程...................................................................................................................15
4.3过程模拟...........................................................................................................................16
4.3.1 3塔结果尺寸设计结果如下（只列出塔顶第一块板的结果）.........................17
I
目 录
4.3.2 5号塔顶板..........................................................................................................18
5 结束语........................................................................................................................................19
参考文献........................................................................................................................................19
II

仇汝臣
2007.9.24
摘要：介绍了化工流程模拟软件Chemcad的特点、作用，以精馏过程的工艺设计为实例说明其应用。
关键词：Chemcad软件，设计，应用
化工工艺计算是学习化工工艺基础知识、培养学生化工工艺设计能力的重要教学环节。计算机辅助化工工艺过程计算是化工工艺的基本手段，有效地利用化工模拟计算软件进行化工设计工作可以极大地提高工作效率。将模拟软件用于过程设计或过程模拟，对于当代的化工过程工程师已是一件很普通的工作。
本文主要介绍该软件特点、模块功能作用，并以精馏过程的工艺设计实例较详细地对该软件的应用进行说明。
1.ChemCAD软件概述
CHEMCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件。使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。
1.1 ChemCAD软件的主要功能
A.设计更有效的新工艺和设备使效益最大化
B.通过优化/脱瓶颈改造减少费用和资金消耗
C.评估新建/旧装置对环境的影响
D.通过维护物性和实验室数据的中心数据库支持公司信息系统
1.2 ChemCAD中的单元操作
ChemCAD提供了大量的操作单元供用户选择，使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。对反应器和分离塔，提供了多种计算方法。ChemCAD可以模拟以下单元操作：
蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏、反应器、热交换器、压缩机、泵、加热炉、控制器、透平、膨胀机等50多个单元操作。
1.3热力学物性计算方法
ChemCAD提供了大量的最新的热平衡和相平衡的计算方法，包含39种K值计算方法，和13种焓计算方法。K值方法主要分为活度系数法和状态方程法等四类，其中活度系数法包含有UNIFAC 、UPLM (UNIFAC for Polymers)、Wilson 、T. K. Wilson 、HRNM Modified Wilson 、Van Laar 、Non-Random Two
1.ChemCAD 软件概述
Liquid (NRTL) 、Margules 、GMAC (Chien-Null) 、Scatchard-Hildebrand (Regular Solution)等。焓计算方法包括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主要有以下步骤
A.画出您的流程图
B.选择组分
C.选择热力学模型
D.详细指定进料物流
E.详细指定各单元操作
F.运行G.计算设备规格
H.研究费用评估方案
I.评定环境影响
J.分析结果/按需优化
K.生成物料流程图/报告
1.5 ChemCAD的应用领域
A、蒸馏/萃取(间歇 &连续)
B、各种反应(间歇 &连续)
C、含电解质的工艺
D、热力学-物性计算
E、汽/液/液平衡计算
F、设备设计
G、换热器网络
H、环境影响计算
I、安全性能分析
J、投资费用估算
K、火炬总管系统
L、公用工程网络
1.6 ChemCAD的其它特点
ChemCAD还具有容易使用、高度集成、界面友好等特点。它安装简便，支持各种输入设备，并具有详尽的帮助系统和强大的计算和分析功能。
另外，ChemCAD提供了网络版，最多25人同时并发使用。ChemCAD网络版价格低廉，最适合于学校教学及大型公司使用。
2 ChemCAD蒸馏单元的模拟计算
在ChemCAD蒸馏单元中，共有四种塔模块，包括TOWR Column，TOWR PLUS Column，SCDS Column和SHORTCUT Column 。其中，TOWR是精确的规范塔模块，TOWR PLUS是带有侧线物流和侧线供热和急冷以及泵回路的复杂塔模块，SCDS则是可以及时修正的塔模块。本实验所用的精馏塔模块主要是SCDS Column，下面介绍一下各个模块的特点：
2.1 SCDS简介
SCDS是汽液平衡模型,它模拟部分简单的塔的计算,如;蒸馏塔,吸收塔,再沸吸收塔,和分馏塔.副产品和副热/冷器也可以出现在SCDS的严格模型中,默佛里塔板效率也常在SDCS中模拟与输出，SCDS操作塔根据无限层和5个输入流,4个副产品,这里没有限制SCDS在流程图里的数目.
SCDS强调规格的多样性,比如,总摩尔流比率,热负荷,回流比,蒸出速率,温度,分馏摩尔数,分馏回收,成份比率及产品中部分物流的比率.
这些模型能够模拟严格的两相或三相蒸馏系统.如果计算三相系统,用户可以选择将一相液体加入冷凝器,然后回流其它相.
SCDS的主要构成是模拟化学系统中非理想K值.它用于Newton-Raphon数学收敛和计算并引出严格的方程式,包括DK/DX(引出主要混合物的K值).方面,即有效模拟化工系统.SDCS的运行时间通常大于其它特殊TOWR模组,当组分超过10种且较为复杂时.
2.2 TOWR简介
TOWR是一种精确的多级气液平衡模块，它可以模拟任何单塔计算，其中包括蒸馏塔、吸收塔、再沸吸收塔和汽提塔。TOWR还可以精确的模拟侧线产品和侧面供热和降温。TOWR最多可以处理5种进料流和4种侧线产品。在工艺流程图中，对TOWR的数量没有限制。
TOWR提供了各种技术规范便于用户使用。用户可以指定冷凝器，再沸器或塔板条件。各种技术规范，诸如整体摩尔流动速度，热负荷，回流比，沸腾比，温度，摩尔分率，回收率，相对流动速度，产品的重量和分子量等在TOWR中都有明确的说明。
通常，TOWR的收敛速度比主板计算模块SCDS要快。
2.3 TOWR.PLUS简介

87737352

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