ChemCAD在化工设计中的应用Word文件下载.docx
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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（UNIFACforPolymers）、Wilson、T.K.Wilson、HRNMModifiedWilson、VanLaar、Non-RandomTwoLiquid（NRTL）、Margules、GMAC（Chien-Null）、Scatchard-Hildebrand（RegularSolution）等。
焓计算方法包括Redlich-Kwong、Soave-Redlich-Kwong、Peng-Robinson、APISoave-Redlich-Kwong、Lee-Kesler、Benedict-Webb-Rubin-Starling、LatentHeat、Electrolyte、HeatofMixingbyGamma等。
1.2.4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
1.2.5CHENCAD的应用领域
A、蒸馏/萃取（间歇&
连续）
B、各种反应（间歇&
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
1.2.6CHEMCAD的其它特点
1.设有专家系统（ExpertSystem）。
可帮助使用者选择各种参数如K值、燃焙及其它热力学状态方程式;
2.有功能完善的数据回归系统。
可处理单组分、多组分的平衡及其它任何热力学物性的模拟分析;
3.有计算并绘制液一液平衡三角形相图的功能,对芳香烃类分离的计算分析也明显优于其它软件系统;
4.自动计算能力强,能解决传统序贯模块不能解决的问题;
5.能处理电解质及固一液一气三相共存的操作系统;
6.有完整的和收敛快速的蒸馏、萃取软件包（包括连续蒸馏、三相蒸馏、间歇蒸馏、萃取等）。
对非理想状态的物料有两种方法,可以得到高质量的收敛效果;
7.庞大的VLE二元相互作用参数数据库,具有数千组不同的NRTL,UNIQUAC,WILSON二元相互作用参数;
8.独一无二的图形交互式用户界面,计算速度比其它任何软件都快;
9.一整套设备设计功能,包括塔盘（筛板泡罩、阀门）,填料、管道、壳体、管式换热器、空冷器、压力容器、隔板、控制阀等。
这也是其它软件所缺乏的;
安装在一般个人电脑或PC网络上,均可执行设计或评估过程程序,不需要大型电脑主机;
10.具有“健全的化学组分物性数据库”,包含1571个组分;
系统价格/性能比优良,是用户最佳效益的选择。
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模拟计算
在CHEMCAD蒸馏单元中，共有四种塔模块，包括TOWRColumn，TOWRPLUSColumn，SCDSColumn和SHORTCUTColumn。
其中，TOWR是精确的规范塔模块，TOWRPLUS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SCDSColumn，下面介绍一下各个模块的特点：
2.1SCDS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.
2.2TOWR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还可以精确的模拟测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。
2.3TOWR.PLUS简介：
当所模拟的装置或物流数量较多，就可以使用TOWR.PLUS。
它可模拟带有侧线汽提塔，泵回路，侧线供热、急冷和侧线产品的塔。
它是为模拟塔而设计的，但它也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。
侧线汽提塔，泵回路都看作是TOWR.PLUS模块的一部分并且与主塔计算同时进行，不需要再循环计算。
冷凝器中自由水的分离可以由用户设定从任意塔板上流出。
一个工艺流程图中最多允许50个塔单元操作。
TOWR.PLUS提供了一系列技术规范以方便用户使用。
用户可以指定冷凝器，再沸器或任何塔板条件。
各种技术规范，诸如整体摩尔流动速度，热负荷，回流比，再沸比，温度，体积流速，摩尔流速，质量流速，任何体积分数中的TBP/D86温度，溢流，气液比，产品分数，分子质量，气体压力，沸点，闪电和回收率都可以在TOWR.PLUS模块中指定。
2.4SHORTCUT简介：
SHORTCUT蒸馏模块是用Fenske-Underwood-Gilliland方法模拟具有一股进料和两股出料的简单蒸馏塔。
进料位置可以通过Fenske或Kirkbride平衡计算得之。
但是SHORTCUT蒸馏模块计算方法不适合塔设计，在这种情况下多用TOWR和TOWR.PLUS模块
3应用举例
3.1设计条件
处理量（万吨/年）（8000h）
8（8×
/8000=1×
kg/h）
进料组成（质量分率）
52%（苯）48%（甲苯）
操作压力
常压
进料状态
露点
分离要求
塔顶苯含量≥95%塔釜苯含量≤2%
完成日期
3.2设计要求
根据化工原理课程设计的要求，板式精馏装置的设计应包括以下主要内容：
A设计方案的说明：
对所给或选定的整个精馏装置的流程、操作条件和主要设备的型式等进行简要的论述。
B精馏塔的设计计算：
确定精馏塔所需的塔板数以及塔的主要尺寸。
C装置的辅助设备，如再沸器、冷凝器等的选择或计算。
D描绘精馏装置的工艺流程图和精馏塔的的设备工艺条件图，编写板式塔精馏装置设计的说明书。
3.3应用软件模拟设计
3.3.1步骤
（1）保存文件*.cc6
点击程序左上角的工具栏“file”，在出现的菜单中点击“New”，即可出现如下的对话框
在对话框中，填入文件名“chemical”，点击“保存” ，即可出现以下绘画画面
（2）画流程图
先进行简捷计算。
单击第七行第七列的塔（shortcut模块），然后在左面空白出单击左键，即可画得一精馏塔。
同理，画出进料管线“红色箭头”与出料管线“蓝色管线”，用标有“stream”的折线连接，如下图
（3）设置单位
将“Simulation/Graphic”锁定在Simulation，下拉菜单“Format” “EngineeringUnits”可出现如下画面：
如选择“Si”制，将“Presure”设置为“kpa”，单击“ok”。
（4）选择组分
点击工具栏“Thermophysical” “component list”，出现以下画面：
在“search for”中填入“４０”，点击“add”即可在左面的空白区看见“４０ benzene”，表示已经选中第一组分苯。
同理选中第二组分甲苯41，点击“ok”。
（5）选择热力学模型
点击“thermophysical” “k-values”，出现画面：
如选SRK方程，点击“ok”，即可。
同样,点击“thermophysical” “enthalpy”，选择SRK方程，点击“ok”即可。
（6）详细定义进料物流
双击红色箭头后方框内的流股1，填写数据如下所示：
其中温度、压力和气象组成三者可任选两个填入，注意：
不可三者都填。
将苯和甲苯的进料流量组成填入，设置完后单击ＯＫ即可。
（7）详细定义各单元操作
双击塔1（设备1），可得如下画面，其中在“Lightkeysplit”中填入
，在“Heavykeysplit”中填入
，在R/Rmin中填入一个倍数，如1.5。
单击OK。
（8）运行模拟计算，并显示计算结果，按住圆内的１，点右键，选择运行：
再双击圆内的１，出现如下画面，显示计算结果
可知运算的的理论板数为１４块，进料板是第７块，单击ＯＫ
OverallMassBalancekmol/hkg/h
InputOutputInputOutput
Benzene133.338133.33810415.60210415.602
Toluene104.342104.3429614.1329614.132
Total237.680237.68020029.73420029.734
ShortcutDistillatonSummary
Equip.No.1
Name
Mode2
Lightkeycomponent1.0000
Lightkeysplit0.9573
Heavykeycomponent2.0000
Heavykeysplit0.0427
Refluxratio1.5000
Numberofstages161.0055
Min.No.ofstages8.0463
Feedstage81.0028
CondenserdutyMJ/h-10267.8535
ReboilerdutyMJ/h2547.0806
Refluxratio,minimum1.8834
Calc.Refluxratio1.5000
（9）严格计算
简捷计算所得结果可作为严格计算的初值
选择第七行第四列的模块ＳCDScolumn#1，画出流程图
以下操作步骤完全与上述相同，只是第（7）步画面不同于前者，如下：
点击Specifications，例如选择冷凝器6，填入组分Specification（
）；
选择再沸器6，填入组分Specification（
）。
点击General，填入No.ofstages（理论板数）14，Feedstages（进料板）7。
OK
（10）运行列出物料衡算表
ScdsRigorousDistillationSummary
Equip.No.2
No.ofstages14
1stfeedstage7
Condensermode6
Condenserspec.0.9573
Cond.compi1
Reboilermode6
Reboilerspec.0.0235
Rebl.compi1
ConddutyMJ/h-16170.7314
ReblrdutyMJ/h8458.3379
Refluxmolekmol/h382.3582
Refluxratio2.7948
Refluxmasskg/h30096.5410
Columndiameterm1.9812
Trayspacem0.6096
Noofsections1
Noofpasses（S1）1
Weirsidewidthm0.2159
Weirheightm0.0508
Systemfactor1.0000
（11）设备尺寸计算点击SizingTrays，在Selectunitops中填入2，OK。
选择塔板类型，ValveTray（浮阀塔板），OK。
出现如下画面：
如选板间距0.6m，点击ok，
出现如下数据（只列出第二块板的设计结果）
CHEMCAD5.2.0Page1
JobName:
chemical2Date:
04/18/2003Time:
15:
04:
35
Vaporloadisdefinedasthevaporfromthetraybelow.
Liquidloadisdefinedastheliquidonthetray.
Equip.2TrayNo.2
TrayLoadingsVaporLiquid
40835.939kg/h30067.238kg/h
14673.854m3/h37.018m3/h
Density2.783kg/m3812.229kg/m3
Systemfactor................1.000
Valvetype:
V-1
Valvematerial:
S.S.
Valvethickness,gage................12.000
Deckthickness,gage................14.000
Towerinternaldiameter,m................1.981
Trayspacing,m................0.610
No.oftrayliquidpasses................1
Downcomerdimension,WidthmLengthmAream2
Side0.2161.2350.182
Avg.weirlengthm................1.235
Weirheight,m................0.051
Flowpathlengthm................1.549
Flowpathwidthm................1.755
Trayarea,m2................3.083
Trayactiveaream2................2.719
%flood................69.004
Holeaream2................0.517
Approx#ofvalves................436
Traypressloss,m................0.104
Traypressloss,atm................0.008
Drypressdrop,m................0.061
Downcomerclearancem................0.044
Downcomerheadlossm................0.006
Downcomerbackupm................0.184
Downcomerresidencetime,sec................3.265
Liquidholdupm3................0.151
Liquidholdupkg................122.406
Designpressure,atm................1.000
Jointefficiency................0.850
Allowablestressatm................932.230
Corrosionallowancem................0.001
Columnthicknessm................0.000
Bottomthicknessm................0.000
3.3.2TPXY图XY图
点击PlotTPXY，出现如下画面：
填入组分如上，第一组分苯，第二组分甲苯，大气压1atm，No.ofpoint10点
OK，即可出现如下：
温度—组成图
苯—甲苯组成图（X—Y相图）
4前景展望
随着计算机能力快速提高和软件技术开发的迅猛发展，模拟计算的准确性和可靠性大大加强，应用范围不断拓展，功能也与日俱增，模拟计算软件的应用越来越受到人们的重视。
CHEMCAD工程模拟软件为辅助教学、化工原理课程设计、毕业设计、工艺开发、优化操作和技术改造做出了巨大的贡献。
相信在未来的日子里CHEMCAD工程模拟软件将更加完善并服务于更多的人群。
5参考文献
1.匡国柱，史启才编．化工单元过程及设备课程设计．北京：
北京化学工业出版社，2002；
2.朱开宏，化工流程模拟，北京：
中国石化出版社，1993；
3.杨友麟，化工系统工程，北京：
中国工业出版社，1989；
4.中国石化集团上海工程有限公司，化工工艺设计手册，北京：
化工工业出版社，2003；
5.刘家祺，分离过程与技术，天津：
天津大学出版社，2001。
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