ChemCAD功能介绍及其案例相关.pptVIP

化工流程模拟软件 -CHEMCAD,CHEMCAD - The Best Choice to Improve Your Competitiveness,What can ChemCAD do for you?, 物性参数估算 流程及单元操作设计 设备设计及成本核算 环保和减废设计 反应器放大 控制策略评估,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 稳态流程模拟系统 CC-THERM 热交换器设计评估系统 CC-BATCH 间歇蒸馏模拟设计系统 CC-Dynamics 动态流程模拟系统 CC-ReACS 动态反应器模拟系统 CC-DCOLUMN 动态蒸馏模拟系统 CC-SAFETY NET 紧急排放管线网路系统 CC-ONLINE 数据矫正和参数估算系统,物性数据库和热力学,以AIChE（美国化学工程师协会）的DIPPR 数据库为基础的标准物性数据库 电解质数据库 汽相缔合数据库 250+种原油数据库,热力学模型: 39 K值计算模型和14 H值计算模型 状态方程式模型 : SRK, PR, API-SRK, Grayson Streed, MSRK, 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,不同单元或不同塔板可以应用不同的热力学模型或不同的二元交互作用参数(BIPs),物性参数估算, 物性: 蒸汽压, 泡点, 露点, 密度, 比热, 反应热, 粘度, 热导率, 表面张力. 反应预测: 化学反应可能性预测,Properties of Mixture,Properties of Pure component,动态流程模拟: 动态精馏塔, 间歇反应器(动态), 动态缓冲槽, 动态三相分相槽, 混合器, 分流器, 阀 , 管线, 流量控制阀, PID 控制器, 数控开关, ramp控制器 ,Excel控制器, 计算器, 延时 及 定时自动开关控制模块,蒸馏, 汽提, 吸收, 萃取, 闪蒸, 三相闪蒸, 共沸蒸馏, 三相蒸馏, 反应蒸馏, 电解质蒸馏,反应器: 平衡控制反应器, 速率控制反应器, 化学计量反应器, Gibbs 自由能反应器, 热交换器, 压缩机, 泵, 加热炉, 控制器, 涡轮机, 膨化机, 管线模拟器, 储槽, 组分分离器, 气液分离器, 三相分离器,结晶罐, 离心机, 旋风分离器, 湿式旋风分离器, 袋式过滤机, 真空过滤机, 压碎机, 研磨机, 静电收集器, 干燥机, 洗涤机,沉淀分离器,ChemCAD 提供50种以上的单元操作模块, 同时提供将各单元操作串联起来,形成完整流程的模拟功能。,单元操作及流程模拟,CC-THERM 热交换器设计评估系统,管侧工艺类型 : 无相变流体(汽相与液相) 强制蒸发 降膜蒸发 垂直热虹吸 水平热虹吸 垂直冷凝 回流冷凝,壳侧工艺类型 : 无相变流体(汽相与液相) 强制蒸发 池式蒸发 水平热虹吸 水平冷凝 垂直冷凝,管壳式换热器 空气冷却器 板式换热器 套管式换热器,设计和核算模型 ；计算所有TEMA 类型, 经济评估-估算设备建造成本, 蒸馏塔、吸收塔、汽提塔、萃取塔 板式塔 (筛板、泡罩、浮阀)、 填充塔 (random packing 和 structure packing) 热交换器的设计（Sizing）与评估(Rating) 管线、容器、孔板、控制阀和紧急泄放装置系统(DIERS)（如安全阀、防爆片）。,化工单元设备设计与Sizing,计算设备尺寸, 物料及热量衡算, 环保设施及效用估算,ChemCAD 数据回归系统, 物性数据回归 蒸汽压, 密度, 比热, 粘度, 热导率, 表面张力. 热力学数据回归 (汽液平衡, 液液平衡) 多组分汽液平衡数据回归 多组分液液平衡数据回归 活度系数回归 利用UNIFAC回归成汽液平衡参数 利用UNIFAC回归成液液平衡参数 電解质汽液平衡试验数据回归 速率方程式回归 频率因子 活化能 各组分反应指數,Workshop: Distillation 1. 蒸馏塔简易及精确设计 (SCDS),设计一蒸馏塔 进料: 25,2 bar(200 kPa ) ,1000 kg/hr 甲醇 和1000 kg/hr 水 的混合物 产物: 塔底: 水中甲醇浓度 100 ppm； 塔顶: 甲醇纯度高于 0.999.,Step 1: 先用“Short-Cut” 粗略计算出理论塔板数， 回流比，进料位置， 塔底温度 Step 2: 再用 “Rigorous model” 进行精确计算 ，求出所有操作条件。 Step 3: 用 “Equip. Sizing”设计蒸馏塔的大小、规格,Workshop: Distillation 1 (conti), 环保减废设计 有机废气的处理,Workshop: 吸收塔 (洗涤塔) 设计,用 ChemCAD进行吸收塔模拟,去除丙酮 ，使其浓度低于100ppm,用灵敏度分析对主要变量进行评估,洗滌水流量,(板數),目的: 1. 提高丁二烯产率 2. 减少电能和蒸汽的使用量 1943-1980 furfural-water 混合物当溶剂，进行萃取蒸馏 from 1980 DMF 当溶剂， 进行萃取蒸馏 去瓶颈 - 去除汽提塔瓶颈 节约蒸汽和电能 每年最高可额外创造收益 320,000 Ref: Chemical Processing, July 1993, p-35,Texas Petrochemicals Corp.(TPC),ChemCAD 成功案例,ChemCAD 成功案例,Ref: Chemical Processing, July 1993, p-35,Butadiene/DMF,90% Butadene,Extractive Distillation Tower,Stripper Tower,DMF Recovery Tower,Stripper DMF,DMF,Reflux,Crude Butadiene,Texas Petrochemicals Corp.(TPC),Texas Petrochemicals plant with META-Blocks: Entire plant run in a single simulation by tying together smaller flowsheets.,Ammonia Synthesis Simulation,工廠建模 - 芳香烴萃取 (sulfolane) 製程,SM process (from EB),在线流程优化系统,控制系统,ChemCAD 车间模型,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.,二氧化氯系统,EKA Chemicals公司位于瑞典,Bohus 的总部，通过ChemCAD进行在线管理成功案例。,HMI,DCS,CC-OPC,Process sensors send data to DCS,Process data sent to HMI for display and history,Process Data,Process data for simulation input,CHEMCAD results for display to operator and/or to historian for storage,DATA HISTORIAN,Simulation results,Operator uses displayed guidance to decide on DCS settings,Which runs the plant,在线流程管理,Process sensors send data to DCS,Process data for simulation input,DATA HISTORIAN,Simulation results,在线流程管理,DCS,“Soft sensor”(虚拟传感器) 可以精确预测组分浓度; 减少实验室实测试费用和,减少用水量,在线流程管理,节约能源 $48,000/yr.,在线流程管理,在线流程管理,Use of fewer instrument loops in new plants.,Instrument savings $42,000/plant.,EKA 已经在七个车间安装了这个系统 ,共节约费用$2,009,000; 他们计划在另外十一个车间也安装此系统 (将会节约费用 $5,346,000).,在线流程模拟与管理,Using Internet Access The Manufacturing Cockpit,EKA Chemicals,Trend displays,ChemCAD 基本功能 steady state (单一单元 及 具多重回流的流程) 间歇蒸馏塔 反应器放大及热危害分析 紧急排放系统(DIERS) 及 火炬总管系统分析 在线模拟及其应用,结论,The Best Choice - ChemCAD, PRICE/PERFORMANCE 最合理 高度集成、界面好、亲和性佳 容易学 解题快 提供本地技术支持 提供完整之训练课程,最好的 Local Technical Support,完整之訓練課程,C7H8 + HNO3 C7H7NO2 + H2O 根据文献， 甲苯单硝化反应速率方程式为: 其中 k0(频率因子)和E(活化能) 在 45，该反应条件下 k0= 67.7 1/M1.5-min E= 18400 J/mole a= 1.2 b= 1.3,甲苯与混酸反应(硝酸/硫酸/水 = 28/56/16 wt %),甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,文献指出：甲苯与三种MNT异构物热分解温度约在250左右 硝酸则分两阶段分解，第一分解峰在120，第二分解峰在150。 甲苯与混酸混合，70左右有一分解峰，70-200间进行第二阶段热分解，200 后为第三阶段分解反应。 甲苯单硝化反应操作温度不宜高于热分解温度70。,实验室反应系统模拟 反应器（1公升），374 ml甲苯 + 326 ml混酸， 控制等温 45 下反应 文献指出: 反应约 12 分钟時，反应达成率约为 90%,实验室间歇反应，转化率随时间变化图,使用ChemCAD-ReACS中间歇反应器单元进行电脑模拟,甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,Conversion %,Time (min),工厂反应系统放大模拟 反应器(体积9.09 m3） 套管冷却水系统 PID控制器控制反应器內部温度，设定点(set point)为45 置入3740公升甲苯和3260公升混酸反应。,甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,反应器温度于4分鐘內升高 至 210 ,甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,用ChemCAD-ReACS模拟半间歇操作 相同的反应器及冷却控制系统 加装一Ramp控制器以控制原料进料进程和进料速度,经济方便的方法采用半间歇操作,甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,解决上述反应失控的方法： 改善反应器设计 改进冷却系统，换为更低温的冷冻系统 加装内蛇管冷却系统 改为半间歇操作,工厂半间歇反应，反应物及产物摩尔分率变化图,甲苯进料速率为1.5公升/小時,甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,冷却系统失效分析 冷却系统失效可能的原因 控制阀故障 搅拌器故障 控制系统失效 模拟方法： 将搅拌器转数设为0来模拟搅拌器故障。 切断冷却水来模拟冷却系统失灵。,分析结果 反应器温度由原来的25，上升至250以上,半间歇操作(甲苯进料速率为1.5 公升/小时) ，冷却系统失效时，反应器温度随时间变化图。,甲苯单硝化间歇反应器放大模拟、热危害分析及反应器失控模拟,1. 有设计(Sizing)和评估(Rating)两个模块 2. 适用反应及非反应系统 3.考虑气液两相流 4.稳态及动态流程均可使用 5.反应失控时，紧急泄放系统启动的动态现象模拟,排放模型 (Vent model) a. HEM (Homogeneous Equilibrium Model) b. HNE (Henry-Fauske Homogeneous Nonequilibrium) c. ERM (Equilibrium Rate Model) d. 非闪蒸液体模型(Non-flashing Liquid Model) e. 单相蒸汽模型 (Single-phase Vapor Model),容器模型(Vessel model) a. Homogeneous b. Bubby c. Churn-Turbulent,火灾模型(Fire model) a. NFPA-30 b. API-520/521 c. OSHA 1910.106 d. API-2000 e. Specia