天津大学工业化学基础课件第一章-化工模拟计算软件.ppt

1、化工模拟计算软件,一、使用软件的必要性,工程设计和解决实际问题的需要 1. 计算结果的准确性 2. 模型的复杂性和求解的困难准确的热力学模型 一般比较复杂，如描述汽液平衡的NRTL和WILSON模型、流体性质如焓、密度、粘度等的计算，手工计算相当繁复 3. 数值求解方法一般要迭代求解，有收敛性问题 4. 数据库一般商业软件都自己配有比较全面的数据库，手工查询和使用起来工作量大,可行性 计算机技术的迅速发展使原来复杂、繁琐、费时的化工过程计算变得简便快捷，许多原来无法进行、只能简化近似的计算变得可能和精确，对于计算中所涉及的物性数据检索、物料衡算和能量衡算以及复杂的热力学模型的求解，都可以由计算

2、机来完成。随着软件技术的发展，出现了很多用于化工模拟的商业软件，这些软件界面友好，使用简单，功能强大，已经成为进行工程设计和指导实际操作不可缺少的重要工具和必要手段。,二、主要的化工模拟软件,用于化工设计的计算机软件可以分为：物性数据检索、化工过程模拟、计算机辅助绘图设计（CAD）、计算机辅助工程设计（CAE）等 化工过程模拟或流程模拟软件是进行化工工艺计算常用和有效的化工模拟软件。目前常用的有ASPEN、PRO/II、HYSYS、ChemCAD等。,ASPEN PLUS (Advanced System for Process Engineering 由美国麻省理工学院（MIT）于1976年

3、开始设计的。它功能强大，可用于计算稳态过程的物料平衡、能量平衡和设备尺寸，并可对过程投资进行经济成本分析。 可以和ASPEN公司的其它软件模块如动态分析、换热器模拟等相互传递数据。,PRO/II系列软件是美国Simulatin Sciences Inc. 开发的流程模拟软件，它广泛用于炼油、石油化工、化学工业等各个领域的工艺设计、流程模拟、系统优化、单元过程设计等。它具有很广泛的功能：设计新工艺；估算新工厂的投资；旧厂挖潜改造；环境评估；工厂事故诊断；工厂收率与利润的优化与提高等,HYSYS最初由总部设在加拿大的HYPROTECH公司开发，现己和ASPEN公司合并。烃类系统的数据比较准确，在炼

4、油行业中有较广泛的应用,三、应用实例,平衡闪蒸计算 合成氨过程中，反应器出来的产品为氨、未反应的N2和H2以及原料物流带入的并通过反应器的少量氩、甲烷等杂质。反应器出来的产品在-33.3和13.3MPa下进入分凝器中进行冷却和分离。进料流率为100kmol/h，计算分凝器出来的各物流流率和组成。进料组成为（摩尔分率）：N2：0.220；H2：0.660；NH3：0.114；Ar：0.002；CH4：0.004,甲醇制造甲醛的反应器 CH3OH+1/2O2HCHO+H2O 反应物及生成物均为气态，若使用50%的过量空气，且甲醛的转化率为75%，反应在绝热反应器中进行，原料温度为120 ，计算反应

5、后气体混合物的摩尔组成和温度。 计算基准为1kmolCH3OH，根据反应方程式，需要0.5kmolO2，由于空气过量50%，因此： O2：1.50.5=0.75kmol N2：0.75 (79/21)=2.82kmol,四、软件的局限,尚不能完全智能化，需要人为的干预，如流程选择，单元操作的选择，热力学模型的选择，迭代方法的选择 需要使用者具备较丰富的化工计算知识 数据库中的数据是有限的，需要从其它地方获得或近似处理,五、热力学模型的选用,热力学模型的选择是模拟过程中的关键问题，直接影响到计算结果的准确性 体系性质：计算之前，必须知道系统包括哪些组分，形成什么样的体系，强极性还是弱极性？体系所

6、处的温度、压力范围 水的考虑：体系中是否含有水，是否会出现分相，如果有分相，水是作为严格的第二相，还是作近似处理？作为严格的第二相需采用适用于两液相的热力学模型,炼油和气体处理体系,水的考虑：用烃类热力学模型中水的简单处理方法水倾析模型完全可以满足要求。如：SRK、PR、BK10、GS 低压原油系统（常减压塔）：BK10、GS/IGS、SRK、PR 高压原油系统：GS、SRK/PR 重整和加氢系统：SRK/PR，用API计算液相密度,润滑油和溶剂油沥青系统：SRK/SRKP、SRKM 天然气系统 SRK/PR/BWRS对于大部分烃和水烃体系 SRKKD对于水烃高压系统，不包含极性组分 SRKM

7、/PRM包含水和其它极性组分，严格两相 SRKP/PRP包含水和其它极性组分，严格两相 乙二醇干燥系统：GLYCOL 酸水系统：SOUR、GPSWAT 胺系统：AMINE,石油化工中的应用,轻烃系统 SRK/PR/BWRS水为纯水相，用COSTALD计算 液相密度 SRKKD水为严格第二相，用用COSTALD计算 液相密度 芳烃系统 LIBRATY低压下适用 GS/SRK/PR高压下适用 芳烃/非芳烃系统 SRKM/PRM/SRKH/PRH/NRTL/UNIFAC,非烃系统 WILSON不能用于两液相体系 NRTL/UNIQUAC可用于两液相体系 NRTL/PRH/SRKM/PRM对高压或大量非重要气 体系统，单液相和两液相均可用 SRKP/PPP同上条，但结果不如上条 乙醇脱水系统 ALCOHOL NRTL/UNIQUAC用户提供有效的二元交互作用参数,化学方面的应用,非离子体系 WILSON不能用于两液相体系 NRTL/UNIQUAC可用于两液相体系 SRKH/PRH/SRKM/PRM对高压或大量非重要气 体系统，单液相和两液相均可用 SRK