ChemCAD6.3 培训教程.4-CHEMCAD蒸馏塔模型
化工原理蒸馏培训课件(doc 83页)
化工原理蒸馏培训课件(doc 83页)第五章蒸馏化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是由若干组分所组成的混合物，而且其中大部分是均相物系。
生产中常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质(组分)。
对于均相物系，必须要造成一个两相物系，才能将均相混合物分离，并且是根据物系中不同组分间的某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移以达到分离的目的。
通常将物质在相间的转移过程称为传质过程或分离操作。
化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取及干燥等单元操作。
蒸馏就是藉液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作。
蒸馏这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性来实现分离的目的。
这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
通常，将沸点低的组分称为易挥发组分，沸点高的组分称为难挥发组分。
蒸馏过程可以按不同方法分类：按操作流程可分为间歇和连续蒸馏；按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏和特殊精馏等；按操作压强可分为常压、加压和减压精馏；按待分离混合物中组分的数目可分为两(双)组分和多组分精馏。
第一节双组分理想溶液的气液平衡蒸馏是气液两相间的传质过程，因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。
传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础。
5—1—1 拉乌尔定律和相律一、拉乌尔定律根据溶液中同分子间与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即：（5—1）（5—1a）式中p ——溶液上方组分的平衡分压，Pa；p0——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa，x——溶液中组分的摩尔分率。
(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)为简单起见，常略去上式中的下标，习惯上以：x表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－x)表示难挥发组分的摩尔分率；y表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－y)表示难挥发组分的摩尔分率。
chemcad用法
2 使用方法 2358165261ChemCAD高度集成、界面友好、操作简单。
ChemCAD附带了多个系统和模块,只需稍作修改便可使用,可满足一般用户的需要。
也可根据需要,自己新建一个模块,按需设置好参数,便可使用。
2. 1 画流程图单击菜单栏File按钮,选择New Job,在弹出的文件保存对话框中选好路径后单击保存便完成了模块新建任务。
此时操作界面会有所改变,菜单栏和工具栏选项都有所增加,且会弹出画流程图的面板,面板上一个符号代表一种设备或工具,如图1所示。
左键单击面板,此时鼠标会变成小方框, 然后在空白处单击,便可添加相应的设备。
将相应的设备连接好,按需画好流程图后,便可开始下一步的操作。
画流程图这一步,可以全部由自己画出,也可由附带的模块修改而成,方法是:单击File按钮,选择Open Job,弹出选择模块对话框,在相应的路径中选择相应的模块后,单击打开,便打开了所选模块,然后在菜单栏中选择Edit Flowsheet,这个按钮会变为Run Simulation,并弹出如图1右侧的面板,这时便可开始编辑流程图。
要改变流程线路时,右键单击要改变线路,选择Reroute stream,将弹出一个跟随鼠标移动的大的十字虚线,便可开始布线;若要改变流程图中的操作单元,右键单击要改变单元,选择Swap unit,然后在面板中选择需要的单元,在相应的位置单击便可完成操作单元的更换;若需在流程图线路中插入操作单元,右键单击相应位置,选择Insert unit,在面板中选择需要的单元,然后在相应位置单击便完成了插入操作。
除了以上操作外,还可以删除线路或单元。
图1 ChemCAD操作界面2. 2 设置单位在菜单栏中单击Format,然后单击Engineering Units,会弹出一个对话框,可选择Alt SI、SI等多个单位标准,选好后单击OK,便可完成单位设置。
2. 3 选择组分单击菜单栏Thermophysical,选择Component list,这时会弹出一个对话框,在组分数据库右侧选择需要的组分,单击Add,再单击OK,完成组分添加。
Chemcad分离
Aspen软件简介
AspenTech公司作为世界著名的过程工业流程模拟 等技术领域的领先供应商，因其技术卓越，国际通 行，其流程模拟软件被世界各大石化和化工公司所 采用。 AspenTech （Advanced System for Process Engineering） 1976~1981年由MIT主持、能源部资 助、55 个 高校和公司参与开发。基于序贯模块法的 稳态过程模拟软件。目前，该系统包含的组分数据 有：1773种有机物、2450种无机物、3314种固体物、 900种水溶电解质的基本物性参数。丰富的状态方程 和活度系数方法
计算结果显示压力为80.65155kPa，也就是混 合物的露点压力为80.65155kPa。
（7）运行模拟计算，并显示计算结果 通过菜单选项“Run”→ “Run all”，运行模拟。 打开菜单选项“Results”→ “Units op`s”，可以查看 该条件下的相平衡常数，结果为： Flash Summary Equip. No. 1 Name K values: Ethyl Formate 1.140 Acetone 1.057 Methanol 0.850
用ChemCAD进行泡露点的计算
例：已知乙酸甲酯（1）－丙酮（2）－甲醇（3） 三组分蒸汽混合物的汽相摩尔组成为y1=0.33. 试求：50℃时该蒸汽混合物的露点压力及液相组 成。热力学计算方法用SRK模型。
计算步骤
（1）保存文件*.ccx 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
ChemCAD在化工分 离中的应用
流行的化工流程模拟软件简介
石油和化工流程模拟软件
1、 Aspen Plus、PRO/II、Hysys --- 国际上 最为流行； 2、目前hysys已经被Aspen Plus 所并购； 3、此外有CHEMCAD、DESIGN II等流程 模拟软件也应用比较广泛； 4、国内青岛化工学院曾经开发出ECSS软 件
化工制图CAD教程与开发(6)---塔设备绘制
操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流动液层， 齿缝浸没于液层之中而形成液封。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多 细小的气泡或股流，在板上形成了鼓泡层和泡沫层，为气液两相提供了大量的传 质界面。
尽管泡罩塔有操作弹性大，板效率高，处理量大的优点，但由于其结构复 杂，造价高以及压降大，使用上受到一定的限制．
浮阀塔的突出特点是操作弹性大，由于压降及雾沫夹带均小，故板间距可 缩小。一般浮阀塔在生产能力、塔板效率及结构简单方面优于泡罩而不及筛板。
② 筛板塔 筛板塔的塔板上开有许多均匀分布的筛孔，孔径一般为 3~8mm，筛孔在塔板上作正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能维持一 定厚度的液层。操作时，上升气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中 鼓泡而出，气液间密切接触而进行传质。在正常的操作气速下，通过筛孔上升 的起来，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。
从板间距对塔板效率的影响分析，在一定的气液负荷和塔径的条件下， 增加板间距可使物沫夹带量减小，特别对易起泡的物系，板间距应取大些， 以保证塔板的分离效果。此外，当生产负荷波动大时，也需要增大板间距， 以提高操作弹性。
在决定板间距时还应考虑安装、检修的需要。例如在塔体人孔处，应留 有足够高的工作空间，其值不应小于600mm。
对于板式塔，应先利用塔效率将理论板层数折算成实际板层数，然后
再由实际板层数和板间距来计算主体塔高，即：
式中
Hz＝NT×HT / ET Hz——塔高，m； NT——塔内所需的理论板层数； ET——总板效率； HT——塔板间距，m。
（6-2）
塔板间距HT除直接影响塔高外，板间距还与塔的生产能力、操作弹性即 塔板效率有关。在一定的生产任务下，采用较大的板间距，能允许较高的空 塔气速，因而塔径可小些，但塔高要增加。反之，采用较小的板间距，只能 允许较小的空塔气速，塔径就要增大，但塔高可以降低。对于板数较多的精 馏塔，往往采用较小的板间距，适当地加大塔径以降低塔高。板间距与塔径 之间的关系，应根据实际情况，结合经济权衡，反复调整，以作出最佳选择。 表6-1所列的经验数据可供初选板间距时参考。板间距的数值应按照规定选 取整数，如300mm、350mm、450mm、500mm等。
第十章 chemCAD 在化工中的应用
（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“C6H6或Benzene”，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。
Liquid holdup m3 ................ 0.002 Liquid holdup kg ................ 1.803 Design pressure kPa ................ 101.000 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress kPa ................ 94458.212 Corrosion allowance mm ................ 0.794 Column thickness mm ................ 0.000 Bottom thickness mm ................
（1）保存文件*.ccx 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：
Flowsheet simulation
（2）画流程图 先进行简捷计算。单击第六行第四列的塔（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
ChemCad教程
3.4.1 放置操作单元...........................................................................................................15 3.4.2 绘制流.......................................................................................................................17 3.5 选择组分 .............................................................................................................................17 3.6 选择热力学选项..................................................................................................................19
ChemCAD功能介绍及其案例相关
1. 获取流程相关技术 “know how” “know why” 2. 故障排除（Trouble shooting）
3. 去瓶颈（Debottle-neck）
4. 流程优化
Productivity, Recovery, Purity, Energy, Cost, Pollution, Safety
5. 流程开发
CHEMCAD 化工流程设计模拟系统
CC-STEADY STATE CC-THERM CC-BATCH CC-Dynamics
CC-ReACS CC-DCOLUMN CC-SAFETY NET CC-ONLINE
稳态流程模拟系统 热交换器设计评估系统 间歇蒸馏模拟设计系统 动态流程模拟系统
Crude Butadiene
Extractive Distillation Tower
Stripper Tower
Stripper DMF
DMF Recovery Tower
Butadiene/DMF
Flash Vessel
NEW
Ref: Chemical Processing, July 1993, p
状况：二氧化氯是一种漂白剂, 由于它无法被运输, 所以在工厂里进行制 造.此外, Eka Chem. 公司在其它地方收购得到一些工厂需要进行监 测。
问题：二氧化氯车间完全用电能作为动力. 流程中包含有高功率热能压 缩机. 此外,大量关键条件的数据只能用通过频繁的实验室测试才 可以获得,成本昂贵.
在线流程管理…
PSRK... 活度系数模型: NRTL, UNIQUAC, Wilson, UNIFAC… 特殊系统模型: Amine, Sour water, TEG, … 最新开发模型: SAFT, ESD, PRSK 电解质模型: Ideal, Pitzer, NRTL for electrolytes…
第1章CHEMCAD简介
第1章CHEMCAD简介目录第1章 CHEMCAD简介 (1)1.1 CHEMCAD的功能 (1)1.2 CHEMCAD的单元操作模块 (1)1.3 CHEMCAD的热力学方法 (2)1.4 CHEMCAD的其它特点 (2)1.5 使用CHEMCAD进行流程模拟步骤及示例 (6)本章作业 (41)第1章 CHEMCAD简介本章简要介绍CHEMCAD的功能、所包含的模拟单元模块、热力学数据库及物性估算模块以及CHEMCAD的其它特点，通过一个实例，展示了CHEMCAD的使用方法和部分功能。
本章既可作为CHEMCAD的入门章，同时，本章提供的实例涉及到了CHEMCAD的多种功能，故其也可作为后面学习时的参考。
1.1 CHEMCAD的功能CHEMCAD是美国Chemstation公司推出的一个可用于稳态和非稳态过程的化工过程模拟软件包。
利用CHEMCAD，化学工程师可以进行工程设计、操作优化、技术改造和新工艺的开发，还可通过过程模拟与分析，消除工艺和设备中的瓶颈，降低成本。
工程设计在工程设计中，无论是建设新厂还是对老厂进行改造，ChemCAD都可以用来选择方案，研究非设计工况的操作及工厂原料处理的灵活性。
通过一系列的工况模拟，可以优化工艺设计、避免错误、估计工艺条件变化对整个装置性能的影响，以确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。
ChemCAD可以对板式塔（包含筛板、泡罩、浮阀）、填料塔、管线、换热器、压力容器、孔板、调节阀和安全阀(DIERS)进行设计和核算。
这些模块共享流程模拟中的数据，用户完成工艺计算后，可以方便地进行各种主要设备的核算和设计。
ChemCAD还提供了设备价格估算功能，用户可以对设备的价格进行初步估算。
优化操作对于老厂，由ChemCAD建立的模型可作为工程技术人员改进工厂操作、提高产品产率以及减少能量消耗的有力工具，可以用来确定在原料、产品要求和环境条件发生变化时操作条件应该发生的变化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
塔规格设置
4-11
自由度
所有蒸馏模型都要定义塔板数、进料位置、塔压、 全部输入流
操作设备 简单吸收 再沸器、冷凝器、塔侧换 热器、侧线抽出产品 侧线带泵 侧线汽提 自由度 0
1
2 1
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
塔规格设置
4-12
规格设置种类
• 冷凝器 • 再沸器 • 塔侧线换热（加热或冷凝） • 侧线产品流 • 泵 • 塔板条件
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
塔规格设置
4-10
塔板序号的规定
塔板序号自上而下 进料流 第一产品流 第二产品流 侧线产品 输入顺序必须自上而下 塔顶馏分 塔底产品 自上而下顺序输入
自建单元设备模型时，尤其需要注意塔的产品流序号规定的顺序
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
SCDS
Simultaneous Corrections Distillation Method 严格多级汽‐液平衡塔模型
无侧线汽提、泵回流、侧线换热 可考虑每板的板效率和组分 提供多种规定方式（Specifications） 可优化塔规格设置，以达到某一操作目标 适用范围 操作单元：一般蒸馏塔、吸收塔、再沸式吸收塔及汽提塔 适用于：一般精馏、反应精馏、电解质精馏、三相精馏 收敛情况 • • 对非理想的化学系统收敛较为稳定 收敛速度 Run Time = B × (Ncomp)2× (Nstage)
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
CC-STEADY STATE的塔模型介绍
严格计算的思想
在给定条件下，对每块塔板同时进行物料衡算、热量衡 算及相平衡和归一化计算
4-6
Wj yi,j, Hj, Tj, pj Fj zi,j, HF,j, TF,j, PF,j yi,j+1, Hj+1, Tj+1, pj+1
4-27
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
Workshop 2：Tower Plus模型
组 分
ID 62 4 5 6 5001+ Name Water Propane i-Butane n-Butane pseudo comps. (From Crude Characterization)
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
填料塔设计——散堆填料的Sherwood-Eckert 法
4-22
Packing factor:填料系数，描述填料尺寸和型号或其水力特性
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
填料塔设计——散堆/规整填料的Mackowiak法
4-23
可选择填料种类 可编辑填料参数
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
填料塔设计——Billet-Schultes关系式
4-24
Packing surface area: 单位体积填料面积
Void fraction: 空隙率
Nominal packing size: 公称填料尺寸
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
塔规格设置
4-13
规格设置方法（典型塔操作） • Relatively “Safe”（推荐）
一个质量平衡规定 (Dist.or Bot) 一个能量平衡规定 (R/D, V/B) • 较差设置 塔顶和塔底流量 某一纯物流的温度
Best Choice
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
系统因子 1.00 0.90 0.85 0.73 0.60 0.30
板式塔设计
4பைடு நூலகம்19
阀板型号和材质 盖板和阀卡厚度
No. of passes 浮阀板流程数
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
板式塔设计
4-3
将多组分精馏简化为轻 重关键组分的“两组分精 馏”，故可采用芬斯克方程 及吉利兰图求理论板层数
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
CC-STEADY STATE的塔模型介绍
Shortcut
Shortcut简捷计算模型一般用于初步设计或初步估算
4-4
Topology: 一个进料、两个出料（塔顶塔底各一个产品） 计算模式 • 1 核算 • 2 设计 • 3 设计 给定： 理论板数及回流比 推算： 轻重组分分率、热负荷 给定： 轻重组分分率、回流比或回流比/最小回流比 推算： 理论板数及适当进料位置（Fenske法） 同2，用Kirkbride法计算适当进料位置
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型
设计一个常压精馏塔 将 1000 kg/hr MeOH与1000 kg/hr H2O at 25 ℃， 2 bar下的混合 物分离成：水含 MeOH 100ppm 以下 MeOH 纯度 0.999以上 Step 1: 先用 Short-Cut 进行设计， 求得理论板数、 回流比、进料位置、热负荷 Step 2: 再用严格精馏模型（SCDS）进行较精密的 核算， 求得操作条件 Step 3: 设计蒸馏塔大小、规格
Vj
Lj-1 xi,j-1, hj-1, Tj-1, pj-1
建模原则：MESH方程 M—物料衡算 E—相平衡关系 S—组分摩尔分率加和式 H—热量衡算
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
第j级
Uj Vj+1 Lj
Qj
xi,j, hj, Tj, pj
CC-STEADY STATE的塔模型介绍
• 较佳设置
某一纯物流的组成 混合流股的温度 热负荷
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
塔规格设置
4-14
估计值的设定
• 不恰当的估计值不如让软件 自动给估计值 • 避免给纯物流的泡露点温度 • 避免用共沸温度作估计值 • 参考相图 • 参考物料平衡情况 • 对于比较难收敛的体系，参 考profile选项给估计值 • 对于一些特殊问题，可对第 2块板和倒数第2块板的温度 给估计值
4-20 Hole A/Act A 孔面积/有效面积,确定浮阀数 Weir height 溢流堰高度,影响塔板上总液体 负载和塔板压降
Downcomer 降液管设置 间隙、可选降液管流动面积、 降液管宽度 Thickness specification 塔壁厚度设置： 设计压力、焊接系数 许用应力、允许腐蚀度
Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型（甲醇—水分离塔的模拟和设计） Workshop 2: Tower plus模型（原油蒸馏塔的模拟和计算） Workshop 3：吸收塔的模拟（灵敏度分析） Workshop 4: 乙醇与水共沸精馏模拟
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
4-7
基本情况: 多股进料、多股出料（可侧线产品）
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
CC-STEADY STATE的塔模型介绍
TOWER
Rigorous In‐Out 内外环法严格蒸馏
4-8
基本情况: 多股进料、多股出料（可侧线产品） 无侧线汽提、泵回流、塔侧换热 可考虑每板的板效率和组分 提供多种规定方式 适用范围 一般蒸馏塔、吸收塔、再沸式吸收塔及汽提塔 不适用于极端非理想体系 收敛速度 Run Time = = A × (Ncomp) × (Nstage) 2
工况研究：设计模式下，在规定范围内改变R/Rmin，观察塔的运行效果
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
CC-STEADY STATE的塔模型介绍
4-5
严格计算的必要性
• 简捷计算不能给出各塔板上的浓度、温度等信息，也难以处理具 有多股进料、多股侧线采出及有侧线换热等复杂分离过程 • 简捷计算法中，引入了假设的“恒摩尔流和相对挥发度为常数”， 但在高压及塔顶、塔釜温差很大情况下，偏差较大 • 特殊精馏，多组分吸收，多组分萃取等过程也以采用严格计算 为宜
S4—CHEMCAD蒸馏塔模型
北京方通正信科技有限公司
4‐1
本节纲要
4-2
CC‐STEADY STATE的塔模型介绍 • 设计型：Shortcut • 操作型：SCDS、TOWER、TOWER PLUS 塔规格设置 • 塔板序号规定 • 自由度 • 规格设置推荐方法 • 初始估计值的给定 • 塔设计 练习
4-25
见S2-Dillation 6 热力学模型
K-VALUES - Grayson-Streed WATER - Immiscible ENTHALPY - Lee Kesler
STREAM 1 – 原油进料条件
Temp, F Pres, psia 300（加热至400 F进塔） 100
4-16
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
Workshop 1：Shortcut与SCDS精馏模型
板式塔设计
菜单Sizing—Distillation—Trays
浮阀塔板
4-17
筛板
泡罩塔板
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93
板式塔设计
北京方通正信科技有限公司 (8610) 68910691/92/93