ChemCAD用于氨气的溶解度计算

分类号 单位代码 密 级 学 号 学生毕业设计（论文）题 目ChemCAD用于氨气的溶解度计算作 者院 (系)化学与化工学院专 业过程装备与控制工程指导教师答辩日期年 月 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日2榆林学院本科毕业设计（论文）摘 要在化工行业中，经常会用到各种物质的溶解度数据，为了方便使用，一些物质在常用的溶剂中的溶解度在各种化工手册中都以图表的形式给出了，但是，由于化工行业的的不断发展，手册上的数据已经越来越难以满足要求，很多物质在溶剂中的溶解度数据在手册中都难以查到，这促使人们开发出各种计算方法来计算溶解度，但涉及的计算较为复杂，般的工艺人员通常难以掌握，但是如果能采用计算机软件辅助进行计算则可以很好地解决计算困难的问题，使之方便地运用于工程领域成为可能。本课题是将chemcad用于氨气的溶解度的计算，通过模拟不同浓度的氨气在不同温度、压强下在水中的溶解度，必要的时候可以作出相关的图和表使得结果更加清晰明了，并与文献数据进行对比，并模拟出氨溶解于水的工业化的相关过程使计算结果可用于工程估算，计算值与实际测量值误差在可接受范围内。 关键词：ChemCAD；计算；溶解度榆林学院本科毕业设计（论文）Application of ChemCAD in Calculation of Ammonia SolubilityABSTRACTIn the chemical industry,often used in various substances of solubility data,in order to facilitate the use,some substances in common solvent solubility in various chemical handbook in chart are given in the form of,but ,due to the chemical industry continues to develop,the Handbook on data has become more and more difficult to meet the requirements,many substances in solvent solubility data in the manual are hard to find,this has prompted the development of a variety of computational methods to calculate the solubility,but involves the computation is complex,as the process is usually difficult to grasp,but if you can use computer software for calculation can well solve the difficult problem of the calculation,which conveniently applied to the engineering field as possible. This topic is ChemCAD for ammonia solubility calculation,through simulating different concentrations of ammonia in different temperature,pressure and the solubility in water,when necessary,can make the relevant charts and tables makes the results more clearly,and with the literature data are compared,and the simulation of ammonia water soluble industrialized process the calculation results can be used for engineering calculation,calculation and actual measurement error in the acceptable range.Key words：ChemCAD；Calculation；Solubility榆林学院本科毕业设计（论文）目 录摘 要IABSTRACTII1 11.1 11.1.1 11.1.2 21.2 21.2.1 21.2.2 21.2.3 2参考文献3致 谢41.氨气溶解度的计算过程氨是一种常用的化工原料，因此氨在各种溶剂中的溶解度数据经常用到，氨在水中的溶解度在化工手册中都可以查到，具体数据如下：首先，我们采用ChemCAD计算氨在水中的溶解度情况：1.1：画出流程图利用ChemCAD做出氨气溶于水的工艺流程图，首先，在打开ChemCAD的工作主窗口后，在视图区的右边会显示出绘制流程图的制图面板，如下图1所示，在我所研究的将ChemCAD用于氨气的溶解度计算的这一课题中，我们只需要用到Stream、Flash 1、Heat exchanger1、feed、product这5个控件，然后将这5个控件按照所需的顺序依次连接起来，绘制完毕的工艺流程图如图2所示 图1 制图面板 图2 流程图1.2 建立化学模型1.2.1 Format：用于选择工程单位、设置图形格式选项等。作为一个化工模拟软件，在建立合适的热力学模型之前，选择合适的工程单位是必不可少的，ChemCAD为我们提供了非常方便的选择方法。点击菜单栏上的Format命令按钮下的Engineering Units命令后出现如下图3所示的选项框。 图3 工程单位选相框English,英制单位，是工程单位的缺省选项。我们可根据自己的需要选择其他的单位标准，例如：Alt SI、SI（国际单位制）、Metric（米制）中的任何一个我们还可以通过点击任意一个选项右方的下拉菜单来选择ChemCAD所提供的不同单位。为了便于模拟，我们将自己所需要的几个量的单位设置成我们常用的单位。其中：Time（时间）、Mass（质量）、Temperature（温度）、Pressure（压力）但单位分别设置为h（小时）、kg（千克）、（摄氏度，图上显示为C）、Mpa（兆帕）。1.2.2 Thermophysical：用于选择组分及当前模拟的“K”值。（1）Select Components，添加组分。流程图绘制好了以后，需要添加组分，具体的方法是点击菜单栏上的Thermophysical下拉菜单的Select Components选项会出现如图4所示的组分选项框。ChemCAD提供了2200多种组分供我们选择，我们可以直接从左侧的Available Comoonents组分表中选择组分NH3和Water到右侧的Select Components列表中中，还可以在下侧的search for框中输入组分的分子式或序号（该组分存在于此列表中），组分列表中的光标就会自动的定位于输入的组分，找到所需的组分之后，点击add按钮，或是在改组分的光标条上双击鼠标左键添加该组分，组分就会自动的添加到右侧的Select Components列表中，如果错误的添加了我们不需要的组分，可以用Delete来删除或用Clear清空已选择的组分，选择完成后，点击ok键保存好刚才的选择。 图4 添加组分选项框 在选择完组分之后，系统将会自动弹出在模拟过程中系统中组分温度及压力的变化范围的选项框，如下图5所示，我们把温度的变化范围规定为2060，把压力的变化范围规定为101600Kpa. 图5 温度和压力变化选项卡（2）K values，选择“K”值计算方法。点击菜单栏上的Thermophysical下拉菜单的K-values选项，就会出现如图6所示的“K”值选项框。根据氨气和水的物理化学性质的需要，我们将“K”值选择为Sour Water. 图6 “K”值选项框（3）Enthalpy,选择焓值的计算方法，在选择焓值的计算方法是，ChemCAD提供了一个专家系统帮助我们选择。因此，在我们将“K”值选择为Sour Water时，系统自动的帮助我们将焓值选择为SRK,如下图7所示 图7 焓值选项框1.2.3 Specifications：用于输入、编辑流股及单元操作的数据。（1）Select streams，选择要编辑的流股。当提示对话框出现后，输入要编辑的流股序号来选择与之相对应的流股，或者是直接在流程图上双击流股来实现此功能，规定流股的选项框如图8所示。通过这个选项框，我们可以定义流股名（Stream name）及设置流股的温度（Temp）、压力（Pres）、汽相分率（Vapor Fraction）和焓值（Enthalpy MMBtu/h）四个热力学属性。对于一定的混合物，如果给定了它的组成，在它的四个性质中，只要我们规定了其中的任意两个，那么另外两个性质也就随之确定了。例如，我们给定了混合物的组成（氨气和水），温度（20）和压力（101Kpa），那么该混合物的汽相分率和焓值也就唯一的确定下来了。其中，汽相分率为0.，焓值为-1.在ChemCAD这个化工模拟软件中，焓值是通过与之相应数据统计而得到的，即焓值可以自动缺省计算，因此ChemCAD不允许我们输入流股焓值，否则，会提示出现错误。但有时候也会出现例外，那就是一旦规定了流股的总流量为0时，则流股的焓值就相当于为单元设备规定了热负荷，所以，在使用的过程中我们要注意这点。图8 规定流股选项框（2）规定单元设备 通过菜单选项Specificationgs下的Select unitops，或是双击流程图中的闪蒸器，闪蒸器的设备对话框如图9所示 图9 闪蒸器设备对话框对话框包括一般规定和成本估算两个页面。Flash Mode,闪蒸模式。ChemCAD为我们提供了9种闪蒸模式： 使用进料流股的T、p，计算V/F（汽相分率）和Heat（热负荷）； 指定V/F、p计算闪蒸的T、Heat； 指定T、p，计算闪蒸的V/F、H（等温闪蒸）； 指定T、H，计算闪蒸的V/F、p（H=0为绝热闪蒸）； 指定V/F、T计算闪蒸的p、Heat； 指定p、H，计算闪蒸的V/F、T； 指定p，等熵闪蒸； 指定T，等熵闪蒸； 指定p，计算水的露点温度； 指定T，计算水的露点压力。选定其中的模式后，在如图9所示的选项框中输入相应的制定量，本课题要求在进料温度和压力条件下进行闪蒸，即第一种闪蒸模式。闪蒸单元的第二个页面可进行闪蒸罐的成本估算，如果要进行估算，选择计算单元设备后进行成本估算，然后依次规定参数，如下图10所示 图10 对话框成本估算页面Type，闪蒸罐的类型。有卧式压力容器（Horizontal pressure vessel）、立式压力容器（Vertical pressure vessel）和储罐式压力容器（Storage tank）三种类型.下面是规定容器的参数。Diameter，容器的直径； Length，容器长度； Vessel thickness，容器壁厚； Straight flange，直边长度。Heat type，容器封头类型。有椭圆形、半球形、冲压型和平板型四种类型。Vessel material，容器材质。有碳钢合金、不锈钢、卡式镍钢合金、镍、蒙乃尔合金、鉻镍铁合金、耐热鉻镍铁合金和钛材质类型。Metal density，金属密度。Storage tank material，储罐材质。有碳钢合金、不锈钢、镍、蒙乃尔合金、鉻镍铁合金、锆、钛、带砖和橡胶衬里的钢，带橡胶和铅衬里的钢、聚酯或玻璃纤维、铝、铜和混凝土等十几种材质类型。Total weight，容器的质量。Total volume，容器的体积。Install factor，安装因子，指购买价格和安装价格的比值。本例中，不需要进行闪蒸罐的成本计算，因此本页面不做规定。1.2.4 运行模式 选择菜单RunRun all选项，运行模式。查看运行结果，各流股的摩尔组成如下。Stream No. 1 2 3Temp C 20.0000 20.0000 20.0000Pres Kpa 101.0000 101.0000 101.0000Enth MMBtu/h -1.6868 -0. -1.6676Vopor Mole frac. 0. 1.0000 0.0000Total Kmol/h 8.4868 0.4002 8.0865Total Kg/h 150.0000 6.8252 143.1748Total std L ft3/hr 6.3848 0.3858 5.9987Total std V scfh 6717.52 316.78