化工过程模拟与计算(第1章绪论)
化工计算绪论及第一章
0.252 kcal
6q 266.9kgf m / s 1lbf 3.2808 ft
0.4536kgf 1m 1929.6lbf ft s
1－6 20％蔗糖溶液，20ºC粘度为1.967cp，换算 成:(1)kg/m·h（2）kgf·S/m2;(3)N·S/m2;(4)mPa·S; (5)lb/ft·S;(6)lbf·S/ft2。（1cp=0.01p)
例1-1 25℃时水的粘度为0.8937厘泊，换算成千 克/米·时及帕·秒。（1厘泊=0.01泊，1泊=1克/厘 米·秒）
解：1、找出比例形式（熟了后该步可忽略）
1k g 1000 g
100cm 1m
3600s 1h
2. 0.8937cp 0.8937102. g 1kg 100cm 3600s
第二节
单位换算
1— 4单位换算的方法
单位换算，是用不同单位制表示同一物理量。
连接单位法：将所有单位（原单位及所需换算 成单位）写出来，根据量与量间关系及单位间关 系写成数字与单位连乘连除式。
连接单位法步骤:
1、先查出同一因次不同单位制的换算系数，写 成比例形式（其比例 实质为1 ）
2、将需换成的量和单位根据其间关系写成数字 附带单位连乘连除的式子进行运算。
每个比值间垂直线相当于乘号，注意所乘比例
与要求单位间换算关系。
例2 将R=0.08205 atm.l.mol-1.K-1→SI单位
解:
R 0.08205 atm.l mol.K
101325Pa 1atm
1N 1Pa m 2
1m3 1000l
8.314N m mol1 K 1 8.314J mol1 K 1
化工行业化工过程自动化方案
化工行业化工过程自动化方案第一章绪论 (2)1.1 行业背景分析 (2)1.1.1 化工行业概述 (2)1.1.2 化工行业发展趋势 (3)1.1.3 项目目标 (3)1.1.4 项目意义 (3)第二章自动化系统总体设计 (3)1.1.5 系统架构概述 (4)1.1.6 系统架构组成 (4)1.1.7 系统架构功能 (4)1.1.8 系统集成概述 (4)1.1.9 系统集成内容 (5)1.1.10 系统集成兼容性 (5)第三章传感器与检测技术 (5)1.1.11 传感器选型原则 (5)1.1.12 传感器应用实例 (6)1.1.13 检测技术概述 (6)1.1.14 检测技术优化 (6)第四章控制系统与执行器 (6)1.1.15 控制策略概述 (7)1.1.16 控制算法 (7)1.1.17 执行器概述 (7)1.1.18 执行器选型 (7)1.1.19 执行器应用 (8)第五章数据采集与处理 (8)1.1.20 概述 (8)1.1.21 数据采集技术的发展 (8)1.1.22 数据采集技术的应用 (8)1.1.23 概述 (9)1.1.24 数据处理方法 (9)1.1.25 数据分析应用 (9)第六章网络通信与实时监控 (10)1.1.26 网络架构概述 (10)1.1.27 设计原则 (10)1.1.28 网络架构设计 (10)1.1.29 实时监控系统概述 (11)1.1.30 系统搭建 (11)第七章安全生产与预警系统 (12)1.1.31 概述 (12)1.1.32 安全生产管理 (12)1.1.33 安全生产技术措施 (12)1.1.34 概述 (13)1.1.35 预警系统架构 (13)1.1.36 预警系统关键技术 (13)1.1.37 预警系统实施策略 (13)第八章信息化管理与应用 (14)1.1.38 系统架构 (14)1.1.39 系统功能 (14)1.1.40 某化工企业生产管理系统 (15)1.1.41 某化工企业设备维护系统 (15)1.1.42 某化工企业安全监控系统 (15)1.1.43 某化工企业质量管理与控制系统 (15)1.1.44 某化工企业人力资源管理系统 (15)第九章自动化系统运行与维护 (15)1.1.45 概述 (15)1.1.46 运行管理策略 (15)1.1.47 运行管理制度 (16)1.1.48 运行管理实施 (16)1.1.49 概述 (16)1.1.50 系统维护 (16)1.1.51 系统优化 (16)1.1.52 维护与优化实施 (17)第十章项目实施与效果评估 (17)1.1.53 项目实施目标 (17)1.1.54 项目实施步骤 (17)1.1.55 项目实施保障措施 (17)1.1.56 效果评估指标 (18)1.1.57 效果评估方法 (18)1.1.58 效果分析 (18)第一章绪论科学技术的快速发展，化工行业在国民经济中的地位日益重要。
化工热力学第1章绪论-热力学
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
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➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
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1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲
《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲一、课程编号4300918二、课程类别专业任选课三、编写说明本大纲根据《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程教学大纲的要求编写，它是化学工程与工艺专业《化工过程模拟与ASPEN软件应用》（32学时）课程考核的基本依据，适用于化学工程与工艺专业。
四、课程考四、核要求与知识点第一章绪论1. 识记：（1）化工过程模拟；（2）Aspen Plus软件。
2. 理解：（1）Aspen Plus软件。
3. 掌握或运用：（1）Aspen Plus软件。
第二章图形界面与流程建立1. 识记：（1）流程建立过程。
2. 理解：（1）流程建立过程。
3. 掌握或运用：（1）流程过程建立。
第三章物性方法1. 识记：（1）Aspen Plus数据库。
2. 理解：（1）Aspen Plus中的主要物性模型，物性方法的选择和物性数据回归。
3. 掌握或运用：（1）Aspen Plus数据库、Aspen Plus中的主要物性模型和物性方法的选择。
第四章简单单元模拟1. 识记：（1）简单单元模拟。
2. 理解：（1）混合器/分流器、两种调节器和简单分离器的参数操作。
3. 掌握或运用：（1）混合器/分流器、两种调节器和简单分离器的参数操作。
第五章流体输送单元模拟1. 识记：（1）流体输送单元模拟概述。
2. 理解：（1）泵Pump、压缩机Compr、多级压缩机MCompr、阀门Valve、管段Pipe、管线系统Pipeline的参数设定。
3. 掌握或运用：（1）泵Pump、压缩机Compr、多级压缩机MCompr、阀门Valve、管段Pipe、管线系统Pipeline的参数设定。
第六章换热器单元模拟1. 识记：（1）换热器单元模拟概念。
2. 理解：（1）换热器Heater、换热器HeatX和换热器MHeatX的模拟操作。
3. 掌握或运用：（1）换热器Heater、换热器HeatX和换热器MHeatX的模拟操作。
《化工分析》第一章绪论测试题
《化工分析》第一章测试题说明：考试班级：大专工艺二(1) (2) (3)；时间：100分钟一、单项选择题（答案写在答题卡上，每小题3分，共36分）1、按被测组分含量来分，分析方法中常量组分分析指含量（）。
A、＜0、1％B、＞0、1％C、＜1％D、＞1％2、分析工作中实际能够测量到的数字称为（）。
A、精密数字B、准确数字C、可靠数字D、有效数字3、pH=5.26中的有效数字是（）位。
A、0B、2C、3D、44、分析纯化学试剂标签颜色为（）A、绿色B、棕色C、红色D、蓝色5、在数据1.34×10－3有效数字是（）位。
A、6B、5C、3D、86、物质的量单位是（）。
A、gB、kgC、molD、mol /L7、下列数据中可认为是三位有效数字的是（）A、0.85B、0.203C、7.90D、1.5×1048、测定某铁矿石中硫的含量，称取0、2952g，下列分析结果合理的是（）A、32%B、32、4%C、32、42%D、32、420%9、以下各项措施中，可以消除分析测试中的系统误差的是（）。
A、进行仪器校正B、增加测定次数C、增加称样量D、提高分析人员水平10、下列各数中，有效数字位数为四位的是（）。
A、[H+]=0.0005 mol·L-1B、pH=10.56C、W(MgO) =18.96%D、300011、在不加样品的情况下，用测定样品同样的方法、步骤，对空白样品进行定量分析，称之为（）A、对照试验B、空白试验C、平行试验D、预试验12、有效数字是指实际上能测量得到的数字，只保留末一位（）数字，其余数字均为准确数字。
（）A、可疑B、准确C、不可读D、可读二、判断题（答案写在答题卡上，每题2分，共20分）1、将7.63350修约为四位有效数字的结果是7.634。
( )2、空白试验可以消除试剂和器皿带来杂质的系统误差。
（）3、电子分析天平的稳定性越好，灵敏度越高。
（）4、水洗涤玻璃仪器时，使其既干净又节约用水的方法原则是少量多次。
化工过程模拟与计算(第1章绪论)
3
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“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化 等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、 蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、 吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反” 为化学反应过程。
1.4.2 旧装置改造
12
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1.4.3 新工艺.
1.4.5 科学研究 1.4.6 工业生产的科学管理 1.4.7 动态模拟、实时优化的基础
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1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.5.1 模拟系统的主要组成部分
➢ 模拟系统的分类： • 专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。 • 通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何 工艺流程。
国际单位制三种单位）
（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。 （3）热力学方法：对准确性起决定性作用。 （4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成 （5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有
的约束条件。
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1.6 课程内容及要求
1.6.1 课程内容
第2章 化工过程模拟及相关高新技术 第3章 石油馏分 第4章 热力学方法 第5章 化工单元过程计算 第6章 蒸馏过程计算
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图1-1 稳态模拟系统的结构
流程图
数据文件
流程图拓扑分析及数据检查
调度系统
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物 热 库化 功 收 经 系输
性 力 工 能 敛 济 统出
数 学单 模 方评 文
据 方元 块 法价 件
库 法过 库 库库 生
库程
成
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化工原理 第一章 绪论
3-1
导出量
F— N (kgm/s2) P— Pa (kg/ms2) ρ— kg/m3
M—公斤·s2/m P—公斤/m2 ρ—公斤·s2/m4
2 换算关系(SI制与工程制之间) a) F：工程制中1公斤力规定为：SI制中1kg的物体在9.81 m/s2的力场中所受到的重力，据F=ma有： 1公斤=1kg*9.81 m/s2 = 9.81 kg· m/s2= 9.81N.......(1) b) M：工程制中质量为导出量，据M=F/a 其导出单位为： 1公斤/(9.81 m/s2)=1/9.81 公斤*s2/m (工程制质量单位) ∵ 1公斤=9.81 kg· m/s2 ∴ 1 公斤· s2/m=9.81kg......(2) C) P：因为P = F/A 所以(1)式两边同除以1m2得： 1公斤/m2 = 9.81N/m2 = 9.81 Pa......(3) D) ρ：因为ρ=m/V 所以(2)式两边同除以1m3得： 1公斤· s2/m4 = 9.81 kg/m3......(4)
应用化学、生物工程 高分子材料与工程 专业核心课程、学位课程 专业核心课程、专业必选课
课程内容：
绪论（第一章） 流体的流动和输送（第二章） 热量传递（第四章） 吸收(第五章) 化学反应器（第七、八章）
考核方式：
平时表现、期中考试、期末考试 总成绩=平时成绩×30%+期中成绩×20%+期末成绩×50%
2、内容：三传一反
研究对象-化工生产
化工、石油、煤炭、钢铁、 食品、建材(硅酸盐)、纺织、生 物工程、制药、精细化工。
化工生产--多行业—多品种--一百多万种产 品，而产品不同，流程各异，如：
H2SO4：FeS2碎矿—焙烧(900℃)—SO2旋风除尘、除雾— SO2加热—(SO2)氧化(SO3)—冷却—吸收—冷却—H2SO4。
化工系统工程课件 第一章 绪论
2 化工过程系统工程学产生的基础 化工生产过程的综合性不断增强，化工企业朝 着多品种、跨学科的方向发展 化工装置日趋大型化，对放大技术的要求越来 越高，小试到规模生产的周期越来越短。 能源紧缺，能源的有效及合理利用成为人们越 来越关心的问题。 产品竞争日益加剧，一个品种的改变要求跟着 企业迅速改变，以适应市场的变化 环境意识的提高，要求企业对污染加以严格的 控制，提出了如何减少污染，合理的综合利用 资源的问题。
过程系统分析与模拟： 建立过程系统的数学模型并在计算机上模拟计 算的整个过程称为过程系统分析与模拟。
过程系统的模型：对实际过程系统的描述。 包括：数学模型与实物模型。
数学模型：建立数学表达式，在建立过程 中运用逻辑关系、规则、概念。 模拟计算：首先要寻求有效的数学模型求 解的方法，并将模型的求解过程转变为计 算程序，然后计算得出直观形式的输出结 果.
1.3.1 化工过程系统的分析
化工过程分析：对过程系统的运行机制、影响因素、 过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况 下的最佳操作参数等进行分析。 例：某年产30万t 乙烯装置改扩建为45万t 装置，竣 工投产后达到了预期的产量，但能耗超标。 如何选择对策，就要对工艺装置进行分析，在对过 程进行系统分析的同时，必需要对单元、物料、能 量利用情况进行分析。
所需系统结构
定义：按照规定的系统特性
寻求
子系统性能 按规定的目标最优组合，寻求理想过程系统。 具有最优的系统结构
〈２〉理想的过程系统
具有最合适的子系统
系统结构的概念
例：某化工过程系统由Ｂ+Ｃ为原料生产Ａ，且副 产Ｐ，其可能的过程流程一：树结构流程
Ａ+Ｂ+Ｃ
B 混 合 分 离
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“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化 等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、 蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、 吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反” 为化学反应过程。
70年代末至80年代初：国内模拟软件水平已经相当接近 国外的先进水平。
80年代引进风的兴起导致70年代的兴旺为昙花一现。
1987年，青岛化工学院（现青岛科技大学）推出了“工 程化学模拟系统（ECSS）”可谓一枝独秀。
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1.4 化工过程模拟的功能 1.4.1 新装置设计
➢ 石化和化工装置的设计都要用
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图1-1 稳态模拟系统的结构
流程图
数据文件
流程图拓扑分析及数据检查
调度系统
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物 热 库化 功 收 经 系输
性 力 工 能 敛 济 统出
数 学单 模 方评 文
据 方元 块 法价 件
库 法过 库 库库 生
库程
成
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➢ 调度系统的作用： ① 单位制的匹配； ② 热力学方法的调用； ③ 物流和单元过程的动态组合； ④ 动态的组织流程、调用相关单元过程，指挥计算机按照
“三传一反”概括了化工生产过程的全部特征，传 递过程被认为是单元操作的理论基础，开辟了化学 工程发展过程的第二个历程。
4
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1.1.2化学工程模拟的概念
➢ 化工过程模拟是一种高科技手段； ➢ 它根据化工单元过程和热力学的基本方程，应用现
代数学方法，编制成计算机软件，使之能够模拟实 际的化工生产过程。
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化工过程模拟与计算
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第1章 绪论
1.1 概述 1.2 化工过程模拟分类 1.3 化工过程模拟发展简史 1.4 化工过程模拟的功能 1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.6 课程内容及要求
2
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1.1 概述
1.1.1化学工程学科发展的三次飞跃
第一次飞跃： “单元操作”概念的提出； 第二次飞跃：“传递过程”概念的提出，Bird《传
拓扑分析确定的流程顺序进行计算。 ⑤ 在给定的迭代次数内给出流程计算是否收敛的信息。
➢ 调度系统是程序逻辑性、完善性、灵活性、使用性最重要 的体现，对其组织、编制和逻辑处理的技巧要求是最高的。
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1.5.2 模拟软件的基本输入数据——五大输入部分
除了模拟计算流程图外，还需用户输入五部分内容： （1）计算总说明：输入计算的单位制（英制、公制和
国际单位制三种单位）
（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。 （3）热力学方法：对准确性起决定性作用。 （4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成 （5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有
的约束条件。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
1.6 课程内容及要求
1.6.1 课程内容
第2章 化工过程模拟及相关高新技术 第3章 石油馏分 第4章 热力学方法 第5章 化工单元过程计算 第6章 蒸馏过程计算
深入发展期：90年代开始，特点：从“离线”走向“在 线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单纯 的稳态计算发展到和工业装置紧密相联。
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1.3.2国内
起源：60年代末。
兴旺期和大发展期：化工部第四、五、六、八、九设计 院，化工部设计公司，燕山石化设计院，上海医药工业 设计院等许多单位均投入相当的人力物力进行模拟系统 的开发。
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1.6.2 要求
✓ 背景课程：化工原理、化工热力学、传递过程 原理。
✓ 一门计算机高级语言。
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成长壮大期：模拟技术得到了工业界的普通承认，该时 期比较优秀的软件有：美国Monsando公司的Flowtran 和Simulation sciences公司的Process。
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成熟期：进入80年代后，模拟软件的开发走向专业化、 商品化。特点：模拟计算的准确性、可靠性大大增强， 应用范围不断拓宽，功能日益丰富，使用越方便。
1.4.2 旧装置改造
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1.4.3 新工艺、新流程的开发研究 1.4.4 生产调优、疑难问题诊断
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1.4.5 科学研究 1.4.6 工业生产的科学管理 1.4.7 动态模拟、实时优化的基础
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1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.5.1 模拟系统的主要组成部分
➢ 模拟系统的分类： • 专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。 • 通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何 工艺流程。
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➢ 化工过程动态模拟
• 它是计算装置的某个或数个参数发生变动时，其他所有参数 如何随时间而发生变化。
• 它的计算永远不会终结，对于任何一个参数的变动，计算结 果都是系统中所有工艺参数及相应的性质随时间变化的关系 曲线。
• 用途：过程动态特性分析、控制方案的制定、开停车方案的 优化以及操作工培训软件的开发等。
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1.3 化工过程模拟发展简史
1.3.1国外
起源：20世纪50年代中后期，1958年美国的 M.W.Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序---Flexible Flowsheeting。
初始发展期：整个60年代，国外各有关大学、研究机构 和炼油、石化公司纷纷开始研究自己的模拟系统。特点： 功能简单，计算范围较窄，计算能力较差，收敛能力存 在较多问题。
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1.2 化工过程模拟的分类 化工过程稳态模拟 化工过程动态模拟
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➢ 化工过程稳态模拟：
• 为通常所说的化工过程模拟或流程模拟； • 根据化工过程的稳态数据，如物料的压力、温度、流量、
组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及 一定的设备参数，如蒸馏塔的板数，进料位置等，采用 适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态过程，得出 所计算的整个流程或单元过程详细的物料平衡和热量平 衡数据。 • 得到的重要参数：材料消耗、公用工程消耗，产品、副 产品的产量、组成和质量等重要参数。