编号：
毕业论文(设计)
题目PRO/II 化工流程模拟软件的应用—脱异丁烷塔指导教师杨卫华
学生姓名刘书晓
学号201000901113
专业化学工程与工艺
教学单位德州学院化学化工学院（盖章）
二零一四年六月一日
德州学院毕业论文（设计）课题说明书
2014年3月5日
注：本表由拟担任毕业论文（设计）指导任务的教师填写。教学单位存档。
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
2014年3月15日
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院(系)：化学化工学院专业：化学工程与工艺2014年4月20日
目录
摘要及关键词 (1)
1 引言 (1)
2 文献综述 (1)
2.1 PRO/II简介 (1)
2.2 PRO/II 在化工过程模拟中的应用进展 (2)
3 运用PRO/II 模拟化工流程 (3)
3.1 设计工艺流程图 (3)
3.2 设置单位制默认值 (4)
3.3 定义组分 (5)
3.4 组分物性 (6)
3.5 选择合适的热力学方法 (6)
3.6 定义进料物流参数 (8)
3.7 定义工艺条件 (8)
3.8 定义加热曲线 (11)
3.9 运行 (12)
4 结论 (15)
参考文献 (16)
英语摘要 (17)
致谢 (18)
独创性说明 (19)
Contents
Abstract and Keywords (1)
1 Introduction (1)
2 Literature review (1)
2.1 Introduction of PRO/II (1)
2.2 Progress in the application of PRO/II in chemical process design (2)
3 Application of PRO/II in simulation of chemical processes (3)
3.1 Design process flow diagram (3)
3.2 Setting the system default values (4)
3.3 Defining the components (5)
3.4 Property components (6)
3.5 Selecting the appropriate thermodynamic method (6)
3.6 Define logistics parameters (8)
3.7 Defining process conditions (9)
3.8 Defining the heating curve (12)
3.9 Running (12)
4 Conclusions (17)
References (18)
Abstract (19)
Acknowledgements (20)
Originality statment (21)
PRO/II化工流程模拟软件的应用
——脱异丁烷塔
刘书晓
（德州学院化学化工学院山东德州 253023）
摘要：PRO/II 软件广泛地应用于油/气加工、炼油、化工、化学工程、聚合物、制药等行业,尤其在炼油化工行业更具优势。本文利用PRO/II 软件模拟脱异丁烷塔的工作流程。通过设计工艺流程图、定义组分、选择合适的热力学方法、定义物流参数、定义工艺条件、定义加热曲线等对脱异丁烷塔的工作流程模拟。通过PRO/II 化工流程模拟软件模拟得到设定条件下最优结果。
关键词：PRO/II；流程模拟；应用；脱异丁烷塔
1 引言
现今，化工模拟软件被广泛应用，主要用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务[1]。PRO/II 软件是美国模拟科学公司(SIMSCI)开发的大型工艺流程模拟软件，主要用于新建装置设计、老装置的调优操作和技术改造等[2]。
PRO/II 广泛应用于化工行业中，可以对各种化工过程进行严格的质量和能量衡算[3]。它还可用于流程的稳态模拟、物性计算、设备设计、费用估算/经济评价、环保评测以及其他计算[4]。PRO/II 软件现已可以模拟整个生产厂区，包括从管道、阀门到复杂的反应与分离过程在内几乎所有的装置和流程，并在油气加工、炼油、化学、化工、制药等行业得到广泛应用[5]。
2文献综述
2.1PRO/II 简介
PRO/II 是由美国SimSci 公司开发的，是一个历史最久的通用性的化工流程模
拟软件。它是由于SimSci 公司开发的世界上第一个蒸馏模拟器SP05 发展来的，SimSci 在1973年开发出流程图模拟器，1979年开发出了PRO/II 模拟软件的前身基于PC 机的流程模拟软件Process，很快在世界各地得到广泛应用。
PRO/II 软件在国内的使用也非常广泛。从80年代引进起已有超过80家设计院，工程公司，科研机构以及超过20所高等院校在使用PROII 软件。例如，吉化院（2000年购买）、抚顺院、石化北京工程公司BPEC、寰球院、大庆天然气公司、天辰院（2000年购买）、北京炼油设计院BDI、乌石化院、大庆油田院等数十家单位。
PRO/II 化工流程模拟软件物性数据库十分完善，同时热力学物性计算系统也十分强大。PRO/II 主要应用于工艺流程模拟，在制气、炼油、石油化工、化学工程、制药、工程建设与施工中进行过程设计、过程操作分析、设计和操作过程优化[6]。PRO/II 在新工艺设计时能完成各类装置配置的评估，同时能够优化和改进现有的装置。PRO/II 的推广使用已使很多企业达到优化生产装置、降低生产成本、节能降耗等目的，生产的经济效益非常可观[7]。
2.2 PRO/II 在化工过程模拟中的应用进展
2.2.1 工艺过程的设计及模拟
PRO/II 软件拥有完善的组分库热力学方法和单元操作模型，可对化工过程进行精确的模拟，刘保柱[8]利用PRO/II 和Excel 求解精馏塔的最优回流比，不依赖具体的实物，结果准确，便于推广。
王硕，张金辉，张帆[9]利用PRO/II 化工流程模拟软件模拟计算煤焦油考伯斯蒸馏工艺流程。计算结果得出，模拟可得到各设备精确的气液相负荷，对于蒸馏塔的设计有很大的指导作用。
为降低HFC-134a 装置运行成本，研究PRO/II 工艺流程模拟软件在氟化工业的应用，马小红，贺辉龙，蒋涌[10]分析各个精馏塔压力参数及其他参数发生的变化，提出精馏单元各塔错做调整的优化方向，确保精馏单元稳定操作。
田旭，刘小英，秦丽萍[11]等采用PRO/II 化工流程模拟软件对甲醇精馏工艺的双塔流程、三塔流程及四塔流程进行了模拟计算、分析与比较。从而提高甲醇装置的大型化和工艺流程的优化控制，能够做到节能降耗、提高经济效益。
为了扩大环丁砜芳烃抽提装置的生产能力，魏奇业，高维平，华贲[12]运用PRO/II 化工流程模拟软件对环丁砜芳烃抽提生产进行模拟分析。与实际数据对比表明，该方法计算结果正确。PRO/II 软件的使用为芳烃生产的操作优化及扩产改造提供依据。
2.3.2 工艺改造和优化
为解决发酵法的丙酮—丁醇精馏工艺中能耗较高的问题，李春利，刘艳稳，方静[13]等运用PRO/II 化工流程模拟软件对丁醇塔进行模拟计算，考察理论塔板数、进料位置、回流比对分离性能的影响，对丁醇塔进行改进，塔顶流出物中水的质量分数降低，蒸汽消耗量比原丁醇塔降低52.6%。
针对某天然气处理厂甲醇回收装置运行不稳地、操作难度大等问题。王新星[14]等利用PRO/II 化工流程模拟软件对含醇污水甲醇回收精馏塔运行参数模拟优化。利用软件模拟不同操作工况下塔的运行情况，优化了精馏塔的运行参数并提出了稳定运行的对策，保证了精馏塔的高效、平稳运行。
于婷婷[15]利用PRO/II 化工流程模拟软件对乙烯装置急冷系统工艺模拟及改进研究分析了现工艺在热量回收及稀释蒸汽回收利用上的不足，对原工艺进行了改进。对提高装置操作水平，回收高能位热量，降低能耗和乙烯装置的工艺改进方面具有重要的指导意义。
为了对金陵石油化工公司炼油厂I套催化裂化装置吸收稳定系统的技术改造与
操作优化，胡海荣[16]利用PRO/II 化工流程模拟软件模拟进行了多次技术改造，通过改造吸收塔和再吸收塔内构件，采取提高吸收塔压，降低吸收温度，提高补充吸收油流量等措施，使干气中C3=体积分数降到4%以下，符合乙苯装置原料要求，提高经济效益。
3运用PRO/II模拟化工流程
3.1 设计工艺流程图
单击工具条“On/Off ”图标，或者在PRO/II 窗口主菜单中选择“View”菜单。从PFD 浮动工具条中选择相应的图标，“distillation”(蒸馏塔），“Heating Curves”（加热曲线）。在主窗口中相应的位置放置图标，并调节装置的大小。最后，完成工
艺流程图的设置。如下图。
3.2 设置单位制默认值
单击单位制图标或从“Input ”菜单中选择“Unit of Measure”，将弹出单位制数据输入窗口。本实验单位制选用国际通用单位制。
3.3 定义组分
所有组分的性质允许定义或覆盖，同时可以自己定义库中没有的组分。如可以从在线组分库中获取，用UNIFAC 法以分子结构估算，或输入为“non-library”组分。可以用PRO/II 中的DATAPREP 程序查看和操作纯组分的性质数据，也可以用它生成自定义组分（即non-library 组分）的性质数据。
在工具条上单击组分选择图标或者从“Input”菜单中选择“Component Selection”，从列表中选择组分或直接键入组分的名字，每一个选择的组分将出现右边的选择组分列表框中。本实验所用成分为PROPANE(丙烷）、BUTANE（正丁烷）、IBUTANE(异丁烷）、IPETANE(异戊烷）。选择过程如下图。
3.4 组分物性
使用者可以通过选项修改组分库中组分的物性，也可以自定义组分的物性。下图中分别给出了组分的分子量、标准液密度、标准沸点。
3.5 选择热力学方法
PRO/II 流程模拟软件在流体的焓、熵、密度、气液平衡常数、液液平衡常数和其他传递性能参数等给出了多种热力学计算方法。因为不同的热力学方法适用于不同的问题，所以在应用PRO/II 模拟软件解决具体问题时，选择合适的热力学方法是正确模拟工艺过程的关键。通用类中的热力学方法适用于大多数工艺问题，几乎所有的气体加工厂和炼油厂进行计算是比较理想的。这些方法设置如下：
Soave-Redlich-Kwong(SRK)、Peng-Robinson(PR)、Grayson-Streed(GS) 、Braun
K-10(BK10) 、Ideal 、NRTL UNIQUAC 和UNIFAC。
本实验所用热力学方法为“Grayson-Streed”。在工具条上单击择热动力学选择图标或者从“Input”菜单中选择“Thermodynamic Data”。在第一个列表里选择“Most
Commonly used”,在这个通用类中选“Grayson-Streed”。单击“Add”按钮，则“GS01”是所选择的热力学方法。
关于“Grayson-Streed”介绍如下：
3.6 定义进料物流参数
对工艺流程图上的物流进行数据输入，要编辑的物流数据输入窗口，可以输入当前的所有数据（包括默认值）。双击要编辑的物流或者在物流图标上单击右键并选择“Data Entry…”按钮或者从“Input”菜单中选择“Data Entry…”物流的名称可以被自动标识，也可以修改，如果该物流中间产品物流，可以对该物流进行初始估计。
进料热状况：温度140.00 F，压力200.00 psia。
3.7 定义工艺条件
3.7.1 定义压力曲线
设置塔顶压强为145.00 psia，塔压降为8.5000 psi。
3.7.2 定义进料和产品
定义在35层塔板出进料：
3.7.3 定义冷凝器
冷凝器压力为140.00 psia，混合温度为10.000 F。
3.7.4 定义规格和变量
任何单元操作的性能规格都可以使用一个控制器控制。此外，flash 等单元操作和分离器的性能可以通过内部控制规格。PRO/II 软件允许大量的单元操作参数选择规格，所有规格可能只是设定工艺参数指定的值。
3.8 定义加热曲线
通过加热/冷却曲线数据输入主窗口流程图中的物流所在的下拉列表中选择想要生成的物流。选择好物流后，单击“Edit Data”按钮打开加热/冷却曲线数据输入窗口，这个窗口可用来先择曲线的类型、曲线的点数、曲线的边界和报告选项。曲线的类型和边界必须被定义，曲线是流体的露点或泡点曲线或者可用等温增量、等负荷增量表示。露点和泡点可以在定义温度或压力时被计算出来。
曲线上结果的点，可以自己定义。此次模拟设置为默认值11。相界交叉时，补充点被添加到转变点报告中去。生成曲线的装置包括闪蒸、换热器和精馏塔。3.9 运行
从运行工具栏中选择“Run”按钮，当模拟在逐步运行或停止时，我们可以选择对模拟状态的审查。单击运行工具栏中的“Message”按钮，可以在一个信息窗口中查看流程的收敛过程。使用“Message”按钮去查看到目前为止已经计算出的计算记录。这个功能可以在模拟正在运行的时候，或者模拟运行到结尾之后，或者是模拟运行到一个断点的时候使用。
气体比率，液体比率和温度的关系如下图：
各层塔板的参数如下：Tray(塔盘）、Temperature(温度）、Pressure(压力）、Net Liq.Rate(净液体比率）、Net Vap.Rate(净蒸汽比率）、Feed To Tray(塔盘进料）、Product From Tray(塔盘出料）、Heater Duty(加热器责任周期）。