1.化工工艺模拟计算入门
化学工艺过程计算模拟与优化
化学工艺过程计算模拟与优化化学工艺过程的模拟和优化是现代化工生产中不可或缺的环节，通过对过程的深入研究，可以不断地提高产品的质量和产量、降低生产成本，提高企业的经济效益。
本篇文章将从化学工艺的模拟与优化两个方面进行探讨。
化学工艺的模拟化学工艺的模拟是指利用计算机数值计算和建立化学反应模型，模拟真实化工生产过程中各种物理化学现象，预测不同条件下反应物的转化率、反应速率和产物的选择性等参数。
化学工艺的模拟主要包括以下几个方面：1. 反应动力学模拟反应动力学模拟是通过对反应过程中物质的浓度变化、温度变化等进行数学建模，以分析反应速率、反应转化率等信息。
该模拟可以预测反应器的最佳反应条件，从而提高反应器的产率和选择性。
2. 流动和传质模拟流动和传质模拟是对包括液相、气相等在内的流动状态，以及由此产生的传质过程进行建模。
该模拟可以在反应器内提高物质转化率和混合度，预测流场变化及反应器内的温度分布，提高生产工艺的效率。
3. 过程控制模拟过程控制模拟是模拟化工生产业务按照预定目标实施，通过建立预测模型和实时模型来分析、测试和预测各种情况，以达到优化产量、质量、成本的目的。
化学工艺的优化化学工艺的优化是指通过运用各种工艺技术手段和控制策略，来达到较好的产品质量、产量以及生产效益的改进。
化学工艺的优化主要包括以下几个方面：1. 更优的催化剂选择催化剂选择对于提高化学反应效率和选择性至关重要。
通过重新制备催化剂、微改催化剂表面组成和结构等手段，可以提高催化剂的活性、稳定性和选择性，从而提高反应器的产量同时降低成本。
2. 优化反应器的设计反应器是生产化学工艺产品的关键设备之一。
通过改变反应器的结构形式和工艺参数，优化反应器的设计，可提高反应器的产率、反应器运行的稳定性同时降低生产成本。
3. 控制策略的优化通过合理的控制策略，可以实现反应过程的优化，进一步提高产品质量和产量。
通过分析反应物的浓度、温度等控制参数，实现自动化控制，减少生产过程中出现的人为误差，提高生产效率。
《化工工艺计算》课件
乙烯裂解工艺计算案例
总结词
涉及反应过程、热力学数据、设备工艺尺寸和环境保护的计算。
详细描述
乙烯裂解工艺计算包括反应过程计算，如反应平衡常数、反应速率等；热力学数据计算 ，涉及反应过程中的热量变化和物质性质；设备工艺尺寸计算，根据工艺要求和物料特 性确定设备的大小和结构；环境保护计算，评估生产过程中的污染物排放和处理措施，
化工工艺流程图
总结词
详细描述化工工艺流程图的定义、作用和绘制方法。
详细描述
化工工艺流程图是表示化工生产过程中物质流程和能量流程的示意图，它能够清晰地展示化工生产过程中的各个 环节和操作流程。绘制化工工艺流程图需要遵循一定的规范和标准，包括流程图的绘制比例、设备表示方法、管 道表示方法等。
化工设备
分离效率的计算涉及到 蒸馏塔的操作和分离效 率的计算公式，通过这 些公式可以确定分离效 率和产品的纯度。
蒸发与结晶工艺计算的 实例包括计算多效蒸馏 的效数和蒸发器的传热 面积等，这些实例可以 帮助工程师更好地掌握 蒸发与结晶工艺计算的 方法和技巧。
05 化工工艺计算软件与应用
Aspen Plus软件介绍
特点
具有高度的专业性和实用性，要求计 算精度高，涉及的参数和变量多，计 算过程复杂。
化工工艺计算的重要性
01
提高生产效率
通过精确的工艺计算，可以优化生产过程，提高设备利 用率和生产效率。
02
降低能耗
合理的工艺计算有助于降低能源消耗，减少生产成本。
03
保障安全
准确的工艺计算有助于预防和减少生产事故，保障生产 安全。
04 化工工艺计算方法与实例
流体流动阻力计算
1.A 流体流动阻力计算是化工工艺计算中的重要环 节，主要涉及流体在管道中的流动阻力损失和 能量损失的计算。
化工计算资料
• 前馈控制：根据过程输入预测输出
• 自适应控制：根据过程变化自动调整控制参数
化工生产过程调节策略与技巧
化工生产过程调节策略
化工生产过程调节技巧
• 参数调节：调整操作参数，控制过程性能
• 模糊控制：利用模糊逻辑控制过程
• 设备调节：调整设备运行状态，控制过程性能
• 神经网络控制：利用神经网络预测和控制过程
化工计算未来发展的建议
化工计算未来发展的展望
• 加强多学科合作：结合化学工程、数学、计算机科学等
• 广泛应用于化工领域：为化工过程设计、生产和控制提
多学科知识
供支持
• 提高软件开发能力：提高软件的开发效率和兼容性
• 创新技术发展：推动化工新技术和新产品的研发
• 培养创新人才：培养具有跨学科知识和技能的人才
• 优化发酵工艺，提高抗生素产量和纯度
化工计算软件与工具的发展趋势与前景
化工计算软件与工具的发展趋势
• 多学科交叉：结合化学工程、数学、计算机科学等多学科知识
• 智能化发展：结合人工智能和机器学习技术，实现化工过程的自动控制和优化
• 云计算发展：利用云计算技术提高计算能力和数据共享
化工计算软件与工具的发展前景
• CFD：流体力学模拟软件
• Excel：数据处理和计算工具
化工计算软件与工具的应用案例分析
案例一：某化肥厂合成氨生产过程模拟与优化
• 利用ASPEN Plus软件分析合成氨生产过程
• 优化操作参数，提高氨产量和降低能耗
案例二：某制药厂抗生素生产过程模拟与优化
• 利用MATLAB软件分析抗生素生产过程
• 工艺调节：调整工艺流程，控制过程性能
• 优化控制：利用优化算法求解最优控制策略
第四章化工工艺计算
对于转化率较低或有一种反应物过量的反应系统，需将未反应的原料 与产物分离后，返回到反应器入口，构成物料循环。如此，增加了物料 衡算的复杂程度。
例2： 乙烯与氯气反应生产氯乙烯的过程如下图
Cl2 C2H4
A氯化 B次氯化
热裂解 C
HCl
D分离
C2H3Cl (VC)
在各反应器中发生如下反应 → C2H4Cl2 (DCE：二氯乙烷） DCE收率98%
（B)次氯化
C2H4 +2HCl + 0.5O2 → C2H4Cl2 +H2O DCE以乙烯为基准的收率为95%
以HCl为基准的收率为90%
（C)热裂解 C2H4Cl2 → C2H3Cl (VCM) + HCl VCM的收率为99%，HCl的收率为99.5%
PG 排放气量
FG 氢气进料量
（4）甲烷 0.05FG+PB/S=(1-YPH)PG 将（3）+ （4）得
（5）排放气量 PG=FG+PB(1-S)/2S=FG+PD 以（5）代入（3）得
（6）氢气进料量
F G S(0 .9 P B 5 Y P)H 1 1 2(1 Y P)H 1 (S)
1.1×5/0.47/0.9=13.0m3 进口管道通过能力=每批投料量/进料时间
=1.1×5/0.5
=11t/h =23.4m3/h 出口管道的通过能力=5.5/1.5
= 3.67t/h
（2）比率系数
对于一个较复杂过程，开始进行物料衡算时通常不能确切知道每吨产品 的原料消耗，可以任意选择一个进料数值，例如100kmol/h，待系统计算 完成得到产品数值时，再将各股物料乘该比例系数。
化工工艺设计涉及计算的软件介绍
10. 控制阀 Cv 计算 计算和选型
?
控制阀的计算 计算包括两个部分。 计算 首先是计算 计算分析得到控制阀对应的工作范围， 这是 Process Engineer 的工作。 通常我们要给出 Maximum, Normal 计算 和 Minimum 的压降及其对应的流量和物性来完成控制阀的工艺 工艺数据表。这部分工作没有特定的软件，可能涉及 工艺 工艺模拟， 管路压降计算 很多时候与泵的计算 计算， 计算回路相关。 总之， 充分了解工艺 工艺过程和设计要求 （比如说 Turndown 工艺 计算 计算 工艺 的要求），确定控制阀的操作区间，是设计好控制阀的关键。
控制阀尺寸和选型通常由仪表工程师完成，主要是计算 计算对应控制阀操作区间的 Cv。其实掌握这一计算工艺 计算工艺工 计算 计算工艺 工艺工程师要掌握好这类软件。业界最常用的就是 Fisher 的 FirstVue 软 程师进行设计非常有利。所以我认为工艺 工艺 件，界面一般，功能强大。另外，Fisher 出的《控制阀手册》是值得一看的。
泄放量的分析没有明确的办法，需要根据实际泄放情况来具体分析，有的情况还要通过模拟来得到。当然， 火灾工况的计算 计算可以通过标准的方法进行，较为简单。 计算
o
安全阀喉径的计算 计算可以通过厂家提供的程序计算 计算，象 Tyco 和 Farris 就有相应的软件，分别是 Safety Size 计算 计算
1. 工艺 工艺流程模拟：
? ?
ASPEN Plus Pro II HYSYS
2. 管道水力学计算 计算： 计算
通常是工程公司自备的 EXCEL 表格，没必要使用专用软件。当然，也可以自己编制，一般来说使用 CRANE 手 册提供的公式就足够了。
化工工艺计算说明书
化工工艺计算说明书1. 引言本文档旨在提供化工工艺计算的详细说明和指导。
计算是化工领域中不可或缺的一部分，通过准确的计算可以帮助工程师制定科学的工艺流程和优化设备设计。
本文档将介绍常见的化工计算方法和工具，并提供示例以便读者更好地理解和应用。
2. 常见化工计算方法2.1 流体力学计算流体力学计算是化工工艺中最常见的计算之一。
它包括液体和气体在管道中流动的速度、流量、压力损失等参数的计算。
常用的流体力学计算方法有：•流速计算：通过引入质量和体积流量的定义，可以计算出流体在管道中的速度。
•压力损失计算：通过考虑流体的粘度、密度和管道长度等因素，可以计算出流体流动过程中的压力损失。
2.2 热力学计算热力学计算是研究能量转化和传递的关键计算方法。
在化工领域中，热力学计算被广泛应用于热传导、物质变化和能量平衡等方面。
常用的热力学计算方法有：•温度计算：通过考虑材料的热导率和热容量，可以计算出物体在不同条件下的温度分布。
•相变计算：通过考虑物质的相变热和变化过程中的能量平衡，可以计算出相变过程中的温度和物质的变化量。
2.3 反应工程计算反应工程计算是研究化学反应过程的一种重要方法。
它可以用于确定反应方程式、估计反应速率以及分析反应过程中的各种参数。
常用的反应工程计算方法有：•反应平衡计算：通过考虑反应物和生成物之间的化学平衡关系，可以计算出反应物的转化率和生成物的浓度。
•反应速率计算：通过实验数据，可以建立反应速率方程，并通过该方程计算出反应的速率常数和反应物的消耗速率。
3. 常见化工计算工具3.1 ExcelExcel是一种功能强大的电子表格软件，广泛应用于各个领域的计算和数据分析。
在化工领域中，可以利用Excel进行各种化工计算，例如流体力学计算、热力学计算和反应工程计算。
Excel具有易用性和灵活性，可以通过公式和函数进行复杂的计算和数据处理。
3.2 MATLABMATLAB是一种专业的数值计算和科学数据可视化软件，被广泛应用于化工领域的计算和分析。
化工工艺计算
A热流介质T1=64.0→T2=####B冷流介质t1=30.0→T2=####A蒸汽流量W=800.0A蒸汽蒸汽潜热r=1100.0A的比热容C= 2.5水的比热容 4.2循环水用量Y=选取总传热系数K=500.0需换热面积S=m m/s kg/m3j/kg.℃kj/kg kj/kg.℃kj/kg.℃w/m2.℃二、选择换热器型号根据管内水流一、换热器换热面积初算对数平均温差△tm=kg/h 冷凝器热负荷Q=校核循环水三、换热器传热系数核算1、管内传热系数ai核算管内循环水流核算：管内流速u= 1.0管内水的黏度μ=（30℃-40℃）0.000727管道雷诺数Re=选取换热器的内径di=0.02流体密度p=1000.0水的比热容4200.0当管内流体升温时管内换热系数ai=w/m.℃kj/kg w/m.℃取4到8m kg/m3mPa.s管内水的热导系数λ=（30℃-40℃）0.62.壳程传热系数ao的核算（壳程流体为蒸汽，工业多为膜状冷凝）A热流蒸汽的冷凝热1100.0A在冷凝温度液态热导系数λ=0.2当管内流体升温时管内换热系数ai=立式冷凝器壳程的传热系数ao=冷凝液密度р790.0液化温度的黏度Ч0.35重力加速度g 9.8饱和蒸汽温度与壳壁温度差⊿t5.03.总传热系数K的核算循环水阻垢系数Rsi=0.00034传热管长度L 3.0换热器总传热系数核算Ko=A热流蒸汽的阻垢系数Rso=0.00017换热管外径do 25.0换热管外径di20.027510.3大于10000为湍流w/m2.℃1543.91687.8w/m2.℃500.7w/m2.℃。
第七章化工工艺计算-PPT
统 O2 0.109Wmol
N2 0.803Wmol
CO2 0.0555Wmol
产物(P) C2H4O 0.83mol
H2O Zmol
采用元素得原子守恒计算,即 C 平衡 2X=(0、83×2)+(0、0325W×2+0、0555W) H 平衡 4X=(0、83×4+2Z)+0、0325W×4
例1: 在银催化剂作用下,乙烯被空气氧化成环氧乙烷(C2H4O),副反应就是乙烯 完全氧化生成CO2与H2O。已知离开氧化反应器得气体干基组成就是:C2H43、 22%,N2 79、64% ,O2 10、81% , C2H4O 0、83% , CO2 5、5%(均为体积分数)。 该气体进入水吸收塔,其中得环氧乙烷与水蒸气全部溶解于水中,而其她气体不 溶于水,由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余全部循环回氧化反应器。
设新鲜原料气(FF)中C2H4得量为Xmol;空气为Ymol(含79%N2与21%O2); 弛放气Wmol;乙烯完全氧化生成得H2O量为Zmol。
RC
FF
MF
反应器
RP
水吸收塔 SP
W
A
B
P
围绕总系统做物料衡算。
C2H4
新鲜原料气 O2
（FF）
N2
Xmol 0.21Ymol 0.79Ymol
弛放气（W) 系
第七章化工工艺计算
§7、1 概述
化工生产过程:主副产品量、原材料消耗、能量消耗、三废指标
化工工艺计算 物料衡算、热量衡算 进行化工设计、过程经济评价、节能分析与过程优化得基础
1、物料衡算与热量衡算得主要步骤
(1)收集计算数据:化工装置得生产操作数据,如输入与输出物料得 流量、温度、压力、浓度等,涉及物质物化常数,如密度、热容等。 (2)写出相关反应方程式(包括主副反应)并配平,标明相对分子量。 (3)绘出流程得方框图,标明相关参数。
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1 化工模拟计算入门
在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎是完全凭经验。
在20世纪20年代～60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。
在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。
目前用的较多的化工流程模拟计算软件有
a)PRO/Ⅱ
b)ASPEN
c)Chem CAD
d)HYSYS
另外：
工程化学模拟系统
-----化工之星，青岛化工大学，还有待于发展和完善
5
1.1 Chem CAD简介
1.1.1 ChemCAD的程序界面
6
1.1.2 ChemCAD的的运行环境和文件管理
7
•2)绘制过程流程图
9
•3)定义系统物料组成和热力学方法
11
•输入组分
12
13
•4)定义流股和设备
14
5)运行模拟和模拟结果
15
ChemCAD计算输出结果
16
1.2 PRO/II 流程模拟软件简介
1.2.2 设计化工单元操作：
闪蒸罐，间歇精馏器，蒸馏器，液－液抽提精馏器，侧线塔，压缩机，结晶器，旋流器，减压设备，溶解器，膨胀机，闪蒸，带有固体的闪蒸，LNG多股流换热器，精确核算型换热器，简单换热器，严格空冷器模型，加热/冷却曲线，混合器，管道，聚合物反应器，泵，回流泵，阀，刮膜式蒸发器，平衡反应器，转换反应器，吉布斯反应器，塞流反应器，平推流反应器，全混流反应器，间歇式反应器，固态颗粒分离器，分裂器，单变量控制器，多变量的控制器，物流计算器，流程优化器，过程数据，用户自定义操作单元，(电解质模块，SIMSCI 外接的模块)等。
1.2.3 用户扩展功能：用户自定义物流属性包；增加用户组份数据；增加热力学计算方法；增加自定义操作单元模块120个；增加自定义计算模型7个；增加自定义电解质模型20个等。
1.2.4 分析工具：工况研究、优化器、单相变量控制器、多相变量控制器、加热/冷却曲线等。
1.3 三种化工模拟软件的对比
一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而ASPEN在化工领域表现更好。
HYSYS主要用于天然气的加工处理及炼油工业。
Aspen plus 计算较准确，数据库比较完善，考虑的方面非常全面，多用于化工设计。
1.
1.4 PRO/II工艺模拟计算入门
1.5 用PROII进行公益模拟的步骤
①设计流程
②输入组分
③确定热力学方法
④定义操作单元并设置规定
⑤运行与调试
作业1
某果汁厂一年可产生12吨废水，其中含乙醇10%(Wt)，试通过PROII模拟计算回收99%的含量为93%的食品酒精，年操作时数为8000小时，设计工艺流程，汇总物料平衡数据表，确定塔内负荷数据，绘制理论级数与温度、气液相负荷图。
例题
某果汁厂一年可产生12吨废水，其中含乙醇10%(Wt)，试通过PROII模拟计算回收99%的含量为93%的食品酒精，年操作时数为8000小时，设计工艺流程，汇总物料平衡数据表，确定塔内负荷数据，绘制理论级数与温度、气液相负荷图。