chemCAD解析ppt课件

化工流程模拟软件 CHEMCAD CHEMCAD TheBestChoicetoImproveYourCompetitiveness WhatcanChemCADdoforyou 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 knowhow knowwhy 2 故障排除 Troubleshooting 3 去瓶颈 Debottle neck 4 流程优化Productivity Recovery Purity Energy Cost Pollution Safety5 流程开发 CHEMCAD化工流程设计模拟系统CC STEADYSTATE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 SAFETYNET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 39K值计算模型和14H值计算模型状态方程式模型 SRK PR API SRK GraysonStreed MSRK PSRK 活度系数模型 NRTL UNIQUAC Wilson UNIFAC 特殊系统模型 Amine Sourwater TEG 最新开发模型 SAFT ESD PRSK电解质模型 Ideal Pitzer NRTLforelectrolytes 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 PropertiesofMixture PropertiesofPurecomponent 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 randompacking和structurepacking 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 Distillation1 蒸馏塔简易及精确设计 SCDS 设计一蒸馏塔进料 25 2bar 200kPa 1000kg hr甲醇和1000kg hr水的混合物产物 塔底 水中甲醇浓度 100ppm 塔顶 甲醇纯度高于0 999 Step1 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 Step2 再用 Rigorousmodel 进行精确计算 求出所有操作条件 Step3 用 Equip Sizing 设计蒸馏塔的大小 规格 Workshop Distillation1 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 1980furfural water混合物当溶剂 进行萃取蒸馏from1980DMF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 000Ref ChemicalProcessing July1993 p 35 TexasPetrochemicalsCorp TPC ChemCAD成功案例 ChemCAD成功案例 Ref ChemicalProcessing July1993 p 35 Butadiene DMF 90 Butadene ExtractiveDistillationTower StripperTower DMFRecoveryTower StripperDMF DMF Reflux CrudeButadiene TexasPetrochemicalsCorp TPC TexasPetrochemicalsplantwithMETA Blocks Entireplantruninasinglesimulationbytyingtogethersmallerflowsheets AmmoniaSynthesisSimulation 工廠建模 芳香烴萃取 sulfolane 製程 SMprocess fromEB 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 EkaChem 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 EKAChemicals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 ProcesssensorssenddatatoDCS ProcessdatasenttoHMIfordisplayandhistory ProcessData Processdataforsimulationinput CHEMCADresultsfordisplaytooperatorand ortohistorianforstorage DATAHISTORIAN Simulationresults OperatorusesdisplayedguidancetodecideonDCSsettings Whichrunstheplant 在线流程管理 ProcesssensorssenddatatoDCS Processdataforsimulationinput DATAHISTORIAN Simulationresults 在线流程管理 DCS Softsensor 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 Useoffewerinstrumentloopsinnewplants Instrumentsavings 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 UsingInternetAccessTheManufacturingCockpit EKAChemicals Trenddisplays ChemCAD基本功能steadystate 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 TheBestChoice 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LocalTechnicalSupport 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 71 M1 5 minE 18400J molea 1 2b 1 3 甲苯与混酸反应 硝酸 硫酸 水 28 56 16wt 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 374ml甲苯 326ml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 09m3 套管冷却水系统PID控制器控制反应器內部温度 设定点 setpoint 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 Ventmodel a HEM HomogeneousEquilibriumModel b HNE Henry FauskeHomogeneousNonequilibrium c ERM EquilibriumRateModel d 非闪蒸液体模型 Non flashingLiquidModel e 单相蒸汽模型 Single phaseVaporModel 容器模型 Vesselmodel a Homogeneousb Bubbyc Churn Turbulent 火灾模型 Firemodel a NFPA 30b API 520 521c OSHA1910 106d API 2000e Specialheatrate ventflowrateg Temperedrunawayreactionh Non temperedrunawayreaction DIERS DesignInstituteforEmergencyReliefSystems CC ReACS功能 未装紧急排放阀 A 0m2 A 0 001m2 A 0 005m2 A 0 05m2 ChemCAD模拟失控反应器 使用不同尺寸的紧急排放阀 内部压力变化图 A 阀口面积 A 0 01