第10章 工艺流程模拟

2018模拟工艺流程3学生版一、综合题1．硫酸锌被广泛应用于医药领域和工农业生产。

工业上由氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等）生产ZnSO4•7H2O的一种流程如图：（1）步骤Ⅰ的操作是____________。

（2）步骤Ⅰ加入稀硫酸进行酸浸时，需不断通入高温水蒸气的目的是______________。

（3）步骤Ⅱ中，在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，生成Fe(OH)3和MnO(OH)2两种沉淀，该反应的离子方程式为____________________________________________。

（4）步骤Ⅲ中，加入锌粉的作用是______________。

从硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作为________________、冷却结晶、过滤。

烘干操作需在减压低温条件下进行，原因是_________________________________。

（6）取28.70 g ZnSO4•7H2O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示。

分析数据，680℃时所得固体的化学式为______。

a．ZnO b．Zn3O(SO4)2c．ZnSO4d．ZnSO4•H2O2．铍铜是力学、化学综合性能良好的合金,广泛应用于制造高级弹性元件。

以下是从某废旧铍铜元件(含BeO 25%、CuS71%、少量FeS 和SiO2)中回收铍和铜两种金属的流程。

已知：Ⅰ．铍、铝元素处于周期表中的对角线位置，化学性质相似Ⅱ．常温下： K sp[Cu(OH)2]=2.2×10-20K sp[Fe(OH)3]=4.0×10-38K sp[Mn(OH)2]=2.l×10-13（1）原子序数为29 的Cu 的原子结构示意图为______________________。

（2）滤渣B的主要成分为___________________( 填化学式)。

写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的化学方程式___________________________________________。

《ChemCAD与化工过程模拟》教学大纲一、说明（一）本课程的目的、要求学生在完成化工工艺学、化工原理、化工热力学、化工设备、CAD制图等理论及实践课程的基础上，进行本课程的学习。

《ChemCAD与化工过程模拟》是化工专业的拓展课程，本专业技能的训练主要通过对CHEMCAD 流程模拟软件的学习和运用，让学生熟悉CHEMCAD 流程模拟软件的界面和使用环境，了解该软件的基本功能，通过一些模拟应用实例练习达到掌握建立过程模型的方法及初步掌握该过程模拟软件的使用方法，培养学生综合运用化工专业基础知识和实践技能的水平和能力，培养发现问题、分析问题、解决问题和创新思维能力。

计算机过程模拟技术在化学工业各领域广泛得到采用，计算机模拟应用软件是一个可广泛应用于化学化工行业各领域中的工艺过程，是工程技术人员用来对连续、半连续或间歇操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具，通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及操作优化提供理论指导。

通过本课程的学习，要求学生学会运用化学反应、化工热力学、动力学等基本理论知识，具体分析各类典型的反应过程，掌握化工工艺流程组织的一般规律，认识化学加工工业的共性特征，培养综合应用相关基础科学知识, 处理化学工业实际问题的能力。

培养学生应用已学过的基础理论解决工程实际问题的能力，重在培养学生的化工工艺意识、工程观点和实际分析、解决问题的能力。

（二）内容选取和实施中注意的问题《ChemCAD与化工过程模拟》是化工专业选修拓展课程，总共32学时。

课程内容主要集中在利用ChemCAD过程模拟软件在化工过程中的应用展开，尤其是其在化工的设计过程、操作过程的优化等进行，注重实践环节。

教师有针对性的要求学生完成相关实践案例的作业，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生逐步学会利用ChemCAD过程模拟软件进行一些化工过程的模拟、分析、优化等，同时要重视培养学生的独立思考、创新和自学能力。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第7期·2724·化 工 进展惠州石化有限公司连续重整装置工艺流程模拟与优化孟凡辉，纪传佳，杨纪（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）摘要：以惠州石化有限公司200×104t/a 连续重整装置为研究对象，采用英国先进技术公司KBC 的流程模拟软件Petro-SIM ，建立了预加氢部分、重整反应部分以及重整全流程模型，以期优化装置操作条件，改善装置的生产瓶颈。

应用该模型分别对重整加权平均反应入口温度以及重整装置的3条分馏塔进行了优化分析。

模拟结果得出，重整加权平均反应入口温度在520.7～521.7℃时，重整操作条件最优；预加氢产物汽提塔底温度在235℃、塔压在1.01MPa 、进料温度在171℃时达到最佳的分离效果；重整脱戊烷塔塔压在1.02MPa 、重整脱丁烷塔塔压在1.0MPa 时塔的操作最优。

通过实施优化措施，将重整加权平均反应入口温度由517.7℃提高至521℃，可增产芳烃2.7×104t/a ，氢气1.126×107m 3/a ；分别将汽提塔塔压、脱戊烷塔塔压以及脱丁烷塔塔压由1.1MPa 降至1.0MPa ，共节约燃料气3.528×106m 3，多回收C 6环烷烃2.306×104t/a 。

核算装置效益，全年可实现节能效益197.9万元，提升装置经济效益3128.8万元。

关键词：连续重整装置；模拟；模型；优化；节能中图分类号：TQ021.8 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）07–2724–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2078Process simulation and optimization for CNOOC Huizhou company’scontinuous reforming unitMENG Fanhui ，JI Chuanjia ，YANG Ji（CNOOC Huizhou Petrochemical Limited Company ，Huizhou 516086，Guangdong ，China ）Abstract ：Using the Petro-SIM software ，technicians established the pretreatment model ，the catalytic reforming reaction model and the complete continuous catalytic reforming （CCR ）process model which reflecting the actual operating conditions of 200×104t/a reforming unit in Huizhou company of China national offshore oil corporation （CNOOC ）．The results showed that the reforming conditions are optimal when the inlet temperature at 520.7—521.7℃. The hydrogenation product stripper’s bottom temperature at 235℃，the pressure at 1.01MPa and the feed temperature at 171℃. The best separation effect was obtained. The operation of the column is optimal when the reforming depentanizer’s pressure is at 1.02MPa and the reforming butane tower’s pressure at 1.0MPa. The models were applied to the analysis of reactor temperature and three fractionation columns ，such as increasing the average weighted temperature from 517.7℃ to 521℃，the aromatics increased by 2.7×104t/a and hydrogen increased by 1.126×107m 3/a. The pressures at the top of stripper tower ，depentanizer and the butane tower were reduced from 1.1MPa to 1.0MPa respectively. The flue gas was decreased by 3.528×106m 3 and C 6 naphthenic increased by 2.306×104t/a. Effective measures have been adopted to improve the operation of reforming unit ，energy savings for the unit totaled 1.979 million yuan and annual economic benefits totaled 31.288 million yuan. Key words ：continuous reforming unit ；simulation ；model ；optimization ；energy saving 中海油惠州石化有限公司连续重整装置采用美国环球油品公司第三代超低压连续重整专利技收稿日期：2016-11-14；修改稿日期：2017-01-04。

化工工艺流程模拟的一般步骤英文回答：The general steps for simulating a chemical process are as follows:1. Define the process: This involves identifying the specific chemical reactions, unit operations, and equipment involved in the process. For example, if we are simulating a distillation process, we need to define the feed composition, the number of stages in the column, and the reflux ratio.2. Collect data: Data on the properties of chemicals, reaction kinetics, heat transfer coefficients, and other relevant parameters need to be collected. This data can be obtained from literature, experimental studies, or from process databases.3. Build a mathematical model: The collected data isused to develop a mathematical model that describes the behavior of the process. This model can be based on fundamental principles, empirical correlations, or a combination of both. For example, in a reactor simulation, we may use a rate equation to describe the conversion of reactants into products.4. Validate the model: The model is validated by comparing its predictions with available experimental or plant data. This helps ensure that the model accurately represents the real process. If there are discrepancies,the model may need to be refined or adjusted.5. Simulate the process: Using the validated model, the process is simulated by solving the equations that describe the behavior of the system. This can be done usingsimulation software such as Aspen Plus or HYSYS. The simulation provides information on the process variables, such as temperature, pressure, flow rates, and compositions, at different points in the process.6. Analyze the results: The simulated results areanalyzed to gain insights into the behavior of the process. This can involve studying the effect of changing operating conditions, optimizing process parameters, or identifying potential bottlenecks or areas for improvement.7. Iterate and refine: Based on the analysis of the results, the model may need to be refined or adjusted. This may involve modifying reaction kinetics, adjusting equipment specifications, or incorporating additional process constraints. The simulation is then repeated to assess the impact of these changes.8. Finalize the model: Once the model accurately represents the process and provides meaningful results, it can be considered finalized. The model can then be used for various purposes, such as process optimization, troubleshooting, or design of new processes.中文回答：化工工艺流程模拟的一般步骤如下：1. 定义流程，这涉及到识别流程中涉及的具体化学反应、单元操作和设备。

限时规范训练一、选择题：本题共12小题，每小题只有一个选项符合题目要求。

1．我国明代《本草纲目》记载了烧酒的制造工艺：“凡酸坏之酒，皆可蒸烧”“以烧酒复烧二次……价值数倍也”。

这里用到的实验方法可用于分离()A．苯和水 B.乙酸乙酯和乙酸C．食盐水和泥沙 D.硝酸钾和硫酸钠解析选B。

“凡酸坏之酒，皆可蒸烧”，是指蒸馏操作，苯和水分层，用分液法分离，A不可行；乙酸乙酯和乙酸互溶，用蒸馏法分离，B可行；泥沙难溶于水，食盐水和泥沙用过滤法分离，C不可行；硝酸钾和硫酸钠用重结晶法分离，D不可行。

2．下列除去杂质的方法，正确的是()A．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋B．除去MgCl2溶液中的少量FeCl3：加入过量Fe2O3粉末，过滤C．除去HCl气体中的少量Cl2：将气体通入CCl4中，洗气D．除去CO2气体中的少量SO2：通入饱和食盐水，洗气解析选C。

Fe3＋与Al3＋均能与氨水反应生成沉淀，且不溶于过量的氨水，选项A错误；除去MgCl2溶液中的少量FeCl3应该加入过量MgO，加入Fe2O3会生成更多的FeCl3杂质，选项B错误；将气体通入四氯化碳或者二硫化碳中，因为氯气可以溶于其中，而氯化氢不能溶入而分离出来，选项C正确；饱和食盐水不能充分吸收SO2，不能用于除杂，选项D错误。

3．下列有关物质的分离与提纯的做法正确的是()①物质分离和提纯的物理方法有过滤、蒸馏、沉淀等②加热蒸发结晶操作中，至晶体全部析出时，停止加热③苯萃取碘水中的碘，上层为含碘的苯溶液④在混有FeCl2的FeCl3溶液中加入适量稀硫酸酸化的H2O2可达到提纯的目的⑤SO2中混有HCl可采用Na2SO3饱和溶液除去⑥用NaOH溶液除去镁粉中含有的少量铝粉A．全部 B.只有①②④⑤C．只有③⑥ D.只有⑥解析选C。

①沉淀为化学方法，错误；②蒸发结晶时，在蒸发皿中出现较多晶体时停止加热，错误；③苯的密度比水小，萃取后含碘的苯溶液在上层，正确；④稀硫酸酸化时引入了SO2－4杂质，错误；⑤SO2与Na2SO3反应，应用饱和NaHSO3溶液除去SO2中混有的HCl杂质，错误；⑥NaOH溶液与铝粉反应而不与镁粉反应，故能除去铝粉，正确。

第10章工艺流程模拟第10章是关于工艺流程模拟的，工艺流程模拟是指通过使用计算机软件对工艺过程进行虚拟仿真，以便提前预测和优化工艺参数，减少成本和风险。

本章将介绍工艺流程模拟的原理、应用及其在工艺优化中的作用。

一、工艺流程模拟的原理工艺流程模拟基于数学模型和计算机仿真技术，通过建立和求解数学方程来模拟工艺过程。

通常，工艺流程模拟包括以下几个步骤：1.建立数学模型：根据工艺过程的物理和化学原理，建立数学方程来描述工艺过程中的各种变化和相互作用。

2.模型求解：利用计算机算法和数值计算方法，对数学模型进行求解，得到工艺过程中各个参数和变量的数值结果。

3.结果分析：对求解结果进行分析和优化，评估和比较不同工艺参数的影响，找出最优解。

4.应用和验证：将模拟结果与实际工艺数据进行比较，验证模拟的准确性和可靠性。

二、工艺流程模拟的应用工艺流程模拟在工程设计、工艺优化和故障分析等方面具有广泛的应用。

1.工程设计：通过模拟，可以预测和优化工艺过程中的各种参数和变量，从而提前发现潜在的问题，减少设计周期和成本。

2.工艺优化：通过模拟和对比不同参数的影响，可以找出最佳的工艺条件和操作方法，实现工艺的高效化和能耗的降低。

3.故障分析：通过模拟故障场景，可以快速分析和定位故障原因，并提出相应的解决方案，减少故障对生产的影响。

三、工艺流程模拟在工艺优化中的作用工艺流程模拟在工艺优化中扮演着重要的角色，可以通过以下几个方面的作用来改善和优化工艺过程：1.预测结果：通过模拟，可以精确预测工艺过程中各个参数和变量的数值结果，从而提前进行计划和决策。

例如，在原料投入和生产调度的过程中，可以预测不同参数下的产出量和质量，为生产计划提供依据。

2.优化参数：通过模拟和对比不同参数的影响，可以确定最佳的工艺条件和操作方法。

例如，在反应过程中，可以通过模拟不同温度、压力和催化剂浓度等参数的影响，找出最佳的反应条件。

3.减少成本：通过模拟，可以提前发现潜在的问题和风险，从而减少成本和资源的浪费。

第10章工艺流程模拟作者：王丁丁孙兰义目录⏹10.1 带循环的工艺流程⏹10.2 工艺流程模拟10.1 带循环的工艺流程模拟⏹化工流程中的循环回路大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环：●组分循环（循环质量和能量）●热量循环（仅仅循环能量）PurgeCompositional RecycleProductFeedThermal Recycle●独立循环回路(Independent Loop)●嵌套循环回路(Nested Loop)●交叉循环回路(Interconnected Loop)U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9R1R2U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9R1R2U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8R1⏹循环回路的种类⏹化工流程模拟的计算方法●序贯模块法●联立方程法●联立模块法⏹在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II)，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法)，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。

⏹计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。

通常，过程原料物流的变量是指定的。

⏹如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。

⏹主流程处理顺序●从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow Processing Sequence)。

U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1●计算顺序必须包括所有的流程单元●计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1Recycle Stream Guessed Calculation SequenceR1U1，(U2，U3，U4，U5)，U6S3U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6S4U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6S6U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6主流程处理顺序⏹撕裂流●撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值在规定的容差范围内为止●撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样●要确定由Aspen Plus选择的撕裂流，可在ControlPanel（控制面板）中的“Flowsheet Analysis（流程分析）”页面查看●用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行规定●为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力推荐，否则缺省值为零）●如果输入了“回路”中的某个物流的信息，Aspen撕裂流举例S1S2S3S6S4S7S5MIXERB1MIXERB2FSPLITB3FSPLITB4●哪个是循环物流？●哪个可能是撕裂流？●哪个是最好的撕裂流选择？S7S6S7和S6S2和S4S3S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）⏹撕裂流举例⏹撕裂流与计算顺序的关系●在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小时的计算顺序●最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺序循环工艺流程⏹循环回路流程模拟的解决方法● 1.为循环物流提供合适的初始值● 2.选择合适的单元计算顺序在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的计算顺序；最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺序。

PRO/II与石油化工工艺过程模拟计算一、PRO/II简介1.1、概述PRO/II软件是美国SIMSCI公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件，该软件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程，对多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。

该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工艺装置的工艺流程模拟软件，同时作为装置标定计算、设备核算的软件。

PRO/II软件在我国的应用十分广泛，其中DOS系统的V3.3、V4.02版本和WINDOWS 操作系统的V4.13 WITH PROVISION V2.0以上版本是比较常用的。

PRO/II软件是很多炼油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一，同时也是炼油、化工等生产单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。

在实际工作中，有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题，而塔设备往往是需要进行标定或核算的重要设备之一，这时应用PRO/II软件提供的精馏、吸收、萃取等单元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。

1.2、主要计算模块或计算单元简介二、PRO/II热力学方法的初步分析PRO/II提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传递性能参数等热力学计算方法，由于每种热力学方法有一定的适用范围，在应用PRO/II 解决具体问题时，选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。

以下分类讨论PRO/II提供的主要的热力学方法。

2.1、普遍化方法普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的SRK方程、PR方程、BWRS方程、GS方程、IGS方程、BK10方程等，各方程的适用范围如下：2.2、液相活度系数方法液相活度系数方法主要包括用化工、石油化工物系气液、液液、气液液平衡及相关物性参数计算的NRTL（Non-Random Two Liquid）方程、UNIQUAC方程、WILSON方程、UNIFAC方程、VANLAAR方程、FLORY方程、MARGULES方程等，各方程的适用范围如下：2.3、专用数据包方法PRO/II专用数据包用于计算指定物系的气液、液液平衡及相关物性参数，主要包括GLYCOL数据包、SOUR WATER数据包、ALCOHOL数据包、AMINE数据包等，各专用数据包的适用范围如下：三、PRO/II在石油化工装置塔模拟采用的热力学方法石油化工装置种类繁多，以下将分类介绍PRO/II软件在部分装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包。

甲醇制取乙醇技术发布时间：2021-02-26T11:01:39.057Z 来源：《科学与技术》2020年29期作者：闫建国[导读] 针对甲醇制取乙醇技术的问题，在分析单塔、闫建国哈密广汇环保科技有限公司，哈密伊吾 839300摘要：针对甲醇制取乙醇技术的问题，在分析单塔、双塔以及三塔精馏工艺流程的基础上，根据实际生产情况基于ＡspenPlus软件建立三塔精馏工艺模型，并结合理论分析和降能的综合因素下，对各塔工艺环节中的关键参数进行优化。

经实践表明，优化后的工艺参数有效提升了甲醇的回收率，降低了甲醇精馏的能耗。

关键词：甲醇；工艺参数；乙醇引言甲醇是一种无色透明且具有浓烈气味极易挥发的有毒性液体，作为化工产业必不可少原料，可参与诸多化学反应以制备甲酸、乙酸、氯甲烷等有机产品。

近年来，随着我国化工行业的发展和能源结构的转变，甲醇的应用范围越来越广，应用量也越来越大。

在实际制备过程中，除了采用传统的有机物合成外还可采用人工合成蛋白制备甲醇。

然而，在实际制备过程中所得到粗甲醇中含有一定量的醚、酮以及高级醇等杂质。

为此，制备所得的粗甲醇还需经过精馏操作得到精甲醇。

经统计可知，基于当前的精馏流程其耗能占甲醇整个生产流程的20％，因此需对甲醇精馏工艺参数进行优化设计。

1甲醇制备工艺概述在具体生产环节，无论是使用哪种催化剂，因为反应过程中受到温度以及压力的作用，其产物中存在较多杂质，主要成分包括水、醚、酮等有机杂质混合液。

通常情况下，可以将粗甲醇划分为轻组分、甲醇以及重组分。

其中，轻组分属于沸点低于甲醇的杂质，重组分则是沸点高于甲醇的杂质。

粗甲醇的杂质主要包括水、有机物和乙醇。

三者中水的含量较少，具有特殊性，能够使用常规方法分离；乙醇含量较少，但是，对甲醇质量有较大的影响，因此，精馏的过程中应重视对其的处理。

粗甲醇的精馏工艺主要原理为：因为其中杂质和甲醇的挥发性存在差异，使用蒸馏法将其分离。

当下具体时间过程中的甲醇精馏流程可以分为单塔流程、双塔流程和三塔流程。