化工设计概论与化工制图课件--计算机在化工设计中的应用

12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图1设计概论与化工制图12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图28计算机在化工设计中的应用•流程模拟软件•化工过程计算软件•化工厂三维软模型设计CAD技术12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图3§8-1流程模拟软件AspenProIIChemcadHysys12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图4一、PRO/II•PRO/II流程模拟程序,广泛地应用于化学过程的严格的质量和能量平衡。•美国SIMSCI公司是工业应用软件和相关服务的主要提供商。这些软件被广泛的应用在石油、石化、工业化工以及工程和制造相关专业。SIMSCI设计的软件产品可以降低用户的成本、提高效益、提高产品质量、增强管理决策。•PRO/II适用于：油/气加工、炼油、化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工/制药等行业，主要用来模拟设计新工艺、评估改变的装置配置、改进现有装置、依据环境规则进行评估和证明、消除装置工艺瓶颈、优化和改进装置产量和效益等。12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图5PRO/II功能及特征•PROII软件自80年代进入中国后，已得到广大用户的好评，发挥出良好的效益。特别是一些大的石化和化工设计院的应用，更能说明它的独具功能和特点。这些单位有：北京炼油设计院BDI、石化北京工程公司BPEC、寰球院、天辰院（2000年购买）、吉化院（2000年购买）、抚顺院、乌石化院、大庆油田院、大庆天然气公司等数十家单位（近年购买）。12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图6一、国内应用情况•1．2001年5月新发行的PROIIV5．5在功能上有很大进步，可以提供在线模拟。2．在实用性上，PROII要比其它同类软件更具优势，主要是该软件的开发思路就是针对炼油化工行业，SIMSCI的计算模型已成为国际标准，公司拥有一批技术专家从事售后支持，可以解答用户所遇到的疑难问题，这方面要优于其它软件公司；说明书中有大量的实用例子；使用户更加容易使用软件。这已被大院所认可。3．PROII有标准的ODBC通道，可同换热器计算软件或其它大型计算软件相连，另外还可与WORD、EXCEL、数据库相连，计算结果可在多种方式下输出。4．原使用ASPEN软件的单位如：BPEC、BDI、化工化一院（天辰）、环球公司等，认为PROII更具有工程实用性。一些化工院和石化院正准备购买PROII软件。12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图7二、软件功能特点•适用的行业：油/气加工、炼油、化工、化学工程、建筑、聚合物、精细化工/制药•模拟应用：设计新工艺、评估改变的装置配置、改进现有装置、依据环境规则进行评估和证明、消除装置工艺瓶颈、优化和改进装置产量和效益•PRO/II典型的化学工艺模型：合成氨、共沸精馏和萃取精馏、结晶、脱水工艺、无机工艺、液-液抽提、苯酚精馏、固体处理12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图8•聚合物：自由基聚合、一般目的的聚合（苯乙烯）、低密度聚合（乙烯）、聚合（甲基丙烯酸甲脂）、聚合（乙烯基乙酸脂）、链增长聚合、聚酯、酰胺-尼龙6，尼龙6/6，尼龙6/12、共聚、聚合（苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂）、聚合（乙烯-乙烯基乙酸脂）•炼油：原油预热、常压蒸馏、减压塔、FCC主分馏塔、焦碳塔、气体装置、汽油稳定、石脑油分离和气提、反应精馏、变换和甲烷化反应器、酸水分离器、硫和HF酸烷基化、脱异丁烷塔等•化工：乙烯分离塔、C3分离塔、芳烃分离塔、环己烷装置、MTBE分离制造厂、萘转化、烯烃生产、氧化生产、丙烯氯化•气体加工：胺脱硫、多级冷冻、压缩机组、脱乙烷塔和脱甲烷塔、膨胀装置、气体脱氢、水合物生成/抑制、多级、平台操作、冷冻回路、透平膨胀机优化•制药：间歇精馏、间歇反应12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图9•一般化的闪蒸模型：闪蒸、阀、压缩机/膨胀机、泵、管线、混合器/分离器方面Mixer/splitter•精馏模型：Inside/out,SURE,CHEMDIST算法、两/三相精馏、四个初值估算器、电解质、反应精馏和间歇精馏、简单模型、液-液抽提、填料塔的设计和核算、塔板的设计和核算、热虹吸再沸器•换热器模型：管壳式、简单式和LNG换热器、严格空冷器模型、区域分析、加热/冷却曲线•反应器模型：转化和平衡反应、活塞流反应器、连续搅拌罐式反应器、在线FORTRAN反应动力学、吉布斯自由能最小、变换和甲烷化反应器、沸腾釜式反应器、Profimatics重整和加氢器模型界面、间歇反应器•聚合物模型：连续搅拌釜反应器、活塞流反应器、擦膜蒸发器•固体模型：结晶器/溶解器、逆流倾析器、离心分离器、旋转过滤器、干燥器、固体分离器、旋风分离器12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图10•组分数据库：2000多纯组分库、以DIPPR为基础的库、固体性质、1900多组分/种类电解质库、非库组分、虚拟组分和性质化验描述、用户库、根据结构确定性质、多个化验混合、用于聚合物的VanKrevelen方法12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图11•混合物数据：用于3000多VLE二元作用在线二元参数、2200在线共沸混合物用于参数估算、专用数据包、酒精脱水、天然气脱水、带有三乙烯乙二醇、来自GPA(GPSWAT)的酸水包、气体和液体氨处理、硫醇等12:09设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图12热力学计算方法６０多种:•操作单元：•闪蒸罐，缩略图，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，相包络，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.12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图13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12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图14•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12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图15PROII软件除基本包以外，还提供给用户有如下模块：界面模块•·HTFS、PRO/II-HTFSInterface自动从PRO/II数据库检索物流物性数据，并用该数据创建一个HTFS输入文件。HTFS然后能输出该文件，以访问各种物流物性数据。•·HTRI、PRO/II-HTRIInterface从PRO/II数据库检索数据，并创建一个用于各种HTRI程序的HTRI输入文件。来自PRO/II热物理性质计算的物流性质分配表提供给HTRI的严格换热器设计程序。这减少在两个程序之间输入数据的重复。•·LinnhoffMarch，来自PRO/II的严格质量和能量平衡结果能传送给SuperTarget™塔模块，以分析整个分离过程的能量效率。所建议的改进方案然后就能在随后的PRO/II运行中求出值来。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图16应用模块•·Batch，搅拌釜反应器和间歇蒸馏模型能够独立运行或作为常规PRO/II流程的一部分运行。操作可通过一系列的操作方案来说明，具有无比的灵活性。•·Electrolytes，该模块严密结合了由OLISystems,Inc开发的严格电解质热力学算法。TheElectrolyteUtilityPackage（电解质应用包），作为该模块的一部分，进一步扩展了一些功能，如生成用户电解质模型和创建、维护私有类数据库。•·Polymers，能模拟和分析从单体提纯和聚合反应到分离和后处理范围内的工业聚合工艺。对于PRO/II的独到之处是通过一系列平均分子重量分率来描述聚合物组成，可以准确模拟聚合物的混合和分馏。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图17•常用版本：•ProIIv6.01•最新版本：•ProIIV7.112:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图18二、CHEMCAD•CHEMCAD是一个用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件，是工程技术人员用来对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。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、工程设计以及优化操作提供理论指导。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图19应用：•工程设计•在工程设计中，无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造，ChemCAD都可以用来选择方案，研究非设计工况的操作及工厂处理原料范围的灵活性。工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误，还可用模拟模型来优化工艺设计，同时通过进行一系列的工况研究，来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。即使是在工程设计的最初阶段，也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图20•优化操作•对于老厂，由ChemCAD建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、提高产量的产率以及减少能量消耗的有力工具。可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化。该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。这样的例子在一些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图21•技术改造•ChemCAD也可用模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题，或采用先进技术改善工厂状况的可行性，如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。•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：12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图22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•结晶罐、离心机、旋风分离器、湿式旋风分离器、文氏洗气器、袋式过滤机、真空过滤机、压碎机、研磨机、静电收集器、洗涤机、沉淀分离器•间歇蒸馏、间歇反应器、PID控制模块、流量控制阀、记录器模块(选项)•以上共50多个单元操作，当然ChemCAD可将每个单元操作组织起来，形成整个车间或全厂的流程图，进而完成整个模拟计算。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图23•ChemCAD的热力学和传递性质包对过程系统提供了计算K值、焓、熵、密度、粘度、导热系数和表面张力的多种选择。12:10设计概论化工制图2020/1/5设计概论与化工制图24热力学选项•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、13种焓计算方法。这些计算方法可以应用于天然气加工厂、炼油厂以及石油化工厂，可以处理直链烃以及电解质、盐、胺、酸水等特殊系统。•ChemCAD热力学数据库收录有8000多对二元交互作用参数供NRTL、UNIQUAC、MARGULES、WILSON和VANLAAR活度系数方法来使用。也可以采用ChemCAD提供的回归功能回归二元交互作用参数。•Che