chemcad介绍-

石油化工流程模拟软件Chemcad在石油化工工艺课程中的应用仇汝臣2007.9.24摘要：介绍了化工流程模拟软件Chemcad的特点、作用，以精馏过程的工艺设计为实例说明其应用。

关键词：Chemcad软件，设计，应用化工工艺计算是学习化工工艺基础知识、培养学生化工工艺设计能力的重要教学环节。

计算机辅助化工工艺过程计算是化工工艺的基本手段，有效地利用化工模拟计算软件进行化工设计工作可以极大地提高工作效率。

将模拟软件用于过程设计或过程模拟，对于当代的化工过程工程师已是一件很普通的工作。

本文主要介绍该软件特点、模块功能作用，并以精馏过程的工艺设计实例较详细地对该软件的应用进行说明。

1.CHEMCAD软件概述：CHEMCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件。

使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并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、优化操作和技术改造提供理论指导。

1.1使用CHEMCAD可以做的工作主要有以下几项：A.设计更有效的新工艺和设备使效益最大化B.通过优化/脱瓶颈改造减少费用和资金消耗C.评估新建/旧装置对环境的影响D.通过维护物性和实验室数据的中心数据库支持公司信息系统1.2CHEMCAD中的单元操作：CHEMCAD提供了大量的操作单元供用户选择，使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。

对反应器和分离塔，提供了多种计算方法。

ChemCAD可以模拟以下单元操作：蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏、反应器、热交换器、压缩机、泵、加热炉、控制器、透平、膨胀机等50多个单元操作。

1.3热力学物性计算方法：CHEMCAD提供了大量的最新的热平衡和相平衡的计算方法，包含39种K 值计算方法，和13种焓计算方法。

K值方法主要分为活度系数法和状态方程法等四类，其中活度系数法包含有UNIFAC 、UPLM (UNIFAC for Polymers)、Wilson 、T. K. Wilson 、HRNM Modified Wilson 、Van Laar 、Non-Random Two Liquid (NRTL) 、Margules 、GMAC (Chien-Null) 、Scatchard-Hildebrand (Regular Solution)等。

化工模拟软件——ChemCAD化工流程模拟就是用数学模拟表达一个由许多单元过程组成的化工过程，然后用计算机求解描述整个化工生产过程的数学模型，得到有关化工过程性能的信息。

ChemCAD就是其中一种。

一 ChemCAD的发展ChemCAD是由美国Chemstations公司1984年开发的全流程化工模拟软件。

ChemCAD是一个用于化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件，是对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。

使用它可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。

用户已有四千多家。

Chem CAD可作稳态模拟和动态模拟，如表1所示：表1：Chem CAD模拟用途Chem CAD中各模块共同拥有软件的基本功能（COMMON FEATURES），图形接口一致且容易使用，并且提供AIChE的DIPPR纯物质物性数据库、完整的热力学计算方法及参数、数据拟合功能、各式设备选型、在线相关工具等功能。

根据单元操作的特性分为CC-STEADYSTATE-化工稳态过程仿真模块、CC-DYNAMICS-化工动态过程仿真模块、CC-THERM换热器设计及选型模块、CC-BATCH-间歇蒸馏模块、CC-RECON-现场资料拟合模块和CC-SAFETYNET-紧急排放系统及管网计算模块。

Chem CAD提供了大量的操作单元供用户选择，使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。

其中针对反应器和分离塔，提供了多种计算方法，通过Window交互操作功能，Chem CAD还可以和其它应用程序交互作用：使用者可以迅速而容易地在Chem CAD和其它应用程序之间传送模拟数据。

Chem CAD在三个不同层次上支持这种交互操作性，这些新的功能可以把过程模拟的效益大大扩展到工程工作的其它阶段中去。

Chem CAD的特点有：安装简单，支持各种输出设备，切面体贴用户，详尽的帮助系统，作业和工况管理方便，使用灵活，强大的计算和分析功能，即时生成工艺流程图，多种报告格式，即成了设备标定模块及工具模块，支持动态模拟，经济评价功能，数据回归系统等等。

化工模拟软件——ChemCAD化工流程模拟就是用数学模拟表达一个由许多单元过程组成的化工过程，然后用计算机求解描述整个化工生产过程的数学模型，得到有关化工过程性能的信息。

ChemCAD就是其中一种。

一 ChemCAD的发展ChemCAD是由美国Chemstations公司1984年开发的全流程化工模拟软件。

ChemCAD是一个用于化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件，是对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。

使用它可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。

用户已有四千多家。

Chem CAD可作稳态模拟和动态模拟，如表1所示：表1：Chem CAD模拟用途Chem CAD中各模块共同拥有软件的基本功能（COMMON FEATURES），图形接口一致且容易使用，并且提供AIChE的DIPPR纯物质物性数据库、完整的热力学计算方法及参数、数据拟合功能、各式设备选型、在线相关工具等功能。

根据单元操作的特性分为CC-STEADYSTATE-化工稳态过程仿真模块、CC-DYNAMICS-化工动态过程仿真模块、CC-THERM换热器设计及选型模块、CC-BATCH-间歇蒸馏模块、CC-RECON-现场资料拟合模块和CC-SAFETYNET-紧急排放系统及管网计算模块。

Chem CAD提供了大量的操作单元供用户选择，使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。

其中针对反应器和分离塔，提供了多种计算方法，通过Window交互操作功能，Chem CAD还可以和其它应用程序交互作用：使用者可以迅速而容易地在Chem CAD和其它应用程序之间传送模拟数据。

Chem CAD 在三个不同层次上支持这种交互操作性，这些新的功能可以把过程模拟的效益大大扩展到工程工作的其它阶段中去。

Chem CAD的特点有：安装简单，支持各种输出设备，切面体贴用户，详尽的帮助系统，作业和工况管理方便，使用灵活，强大的计算和分析功能，即时生成工艺流程图，多种报告格式，即成了设备标定模块及工具模块，支持动态模拟，经济评价功能，数据回归系统等等。

用chemcad模拟年产15,000吨甲乙酮工艺过程罗胜（安徽工程科技学院生化系芜湖241000）摘要本文简要介绍了当前主流化工设计和流程模拟软件ChemCAD的应用范围、使用方法及其功能扩展。

ChemCAD是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件, 广泛应用于化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中,为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。

工业化生产甲乙酮主要有正丁烯两步法和丁烷液相氧化法2种方法。

国外主要生产厂家有ExxonMobil 化学公司、Shell 公司和日本丸善石油化学株式会社,国内生产厂家有新疆独山子天利高新技术有限公司,辽宁抚顺石油化工二厂,山东齐翔腾达化工有限公司、山东济南炼油厂等10 家。

2002 年我国甲乙酮的市场表观消费量为1712 万t ,主要消费区域在华南和华东。

2004年全球甲乙酮产能约130万t/ a,总需求量约为100万t/ a。

截至2005年上半年,我国甲乙酮的总生产能力约为21万t/ a;预计2010年我国甲乙酮的总生产能力将达3510万t/ a,总需求量将达到约3415万t /a。

关键词：ChemCAD；甲乙酮；生产方法；生产能力。

Simulating the Methyl Ethyl Ketone production of 1,500 tons peryear by ChemCADLuo sheng（Anhui University of Technology & Science The biochemistry engineering department luosheng241000）AbstractThe range of application,detailed operation method and function's expansion of ChemCAD,a software of design and simulation of chemical engineering process,has been introduced in this paper. ChemCAD produced by Chemstations Inc U.S.A is a process simulator for modeling steady state and unsteady state processsystems.It is used widely in many fields such as chemical engineering, petrochemistry, oil refining, oil gas process etc.N-Butylene based two-step process and butane based liquid oxidation process are the main commercial methods for methyl ethyl ketone production. The main foreign producers are Exxon Mobil , Shell and Maruze ,and there are 10 producer at home , i.e. Xinjiang Dushanzi Tianli Company ,Liaoning Fushun No. 2 Petrochemical Plant ,Shandong Qixiang Tengda Chemical Company and Shandong Ji’nan Refinery. In 2002 , the apparent consumption of methyl ethyl ketone in China was 17.120 million tons with the main consume area in east and south of China. In 2004 the global production capacity of methyl ethylketone was about 1.30million tons, total demand was 1 million tons. By the first half year of 2005, the production capacityofmethyl ethyl ketone was 210 thousand tons per year in China. It is forecasted that in 2010 the product capacity and demand would be 35.10 million tons and 34.15 million tons respectively.Keyword：ChemCAD；methyl ethyl ketone；commercial methods；product capacity.用chemcad模拟年产15,000吨甲乙酮工艺过程 (1)插图清单 (4)表格清单 (5)引言 (6)第1章概述 (7)1.1 ChemCAD流程模拟软件简介 (7)1.2 ChemCAD流程模拟软件的使用方法 (8)1.3 甲乙酮的性质及用途 (8)1.4 甲乙酮的生产技术 (8)1.5 世界甲乙酮的生产能力及消费现状 (10)第2章本次设计采用的甲乙酮生产方法和工艺流程简介 (13)2.1 本次设计采用的甲乙酮生产方法 (13)2.2 本次设计采用的甲乙酮工艺流程简述 (14)第3章用ChemCAD模拟甲乙酮的生产工艺过程 (18)3.1 画流程图 (18)3.2 用ChemCAD模拟工艺流程 (19)3.3 对MEK合成与精制工段（第四工段）物料衡算 (29)3.4 对MEK合成与精制工段（第四工段）进行能量衡算 (30)第4章设备设计 (34)4.1 画流程图 (34)4.2 用ChemCAD模拟工艺流程 (34)结论与展望 (37)致谢 (38)参考文献 (39)图2-1 间接水合工艺流程图. (13)图2-2 气相脱氢流程图 (14)图3-1 TPXY (24)图3-2 Binodal Plot (24)图3-3 7号塔Tower Profiles (25)图3-4 8号塔Tower Profiles (25)图3-5 7号塔Distillation Curves (26)图3-6 8号塔Distillation Curves (26)图3-7 3号换热器Heat Curves (27)图3-8 4号换热器Heat Curves (27)图3-9 16号换热器Heat Curves (28)图3-10 17号换热器Heat Curves (28)图4-1 设备设计流程图（ChemCAD图） (34)图4-2 Tower Profiles (36)大图1 第一，第二工段工艺流程图（AutoCAD图） (40)大图2 第三，第四工段工艺流程图（AutoCAD图） (41)大图3 板式精馏塔设计图（AutoCAD图） (42)大图4 厂房设计图（AutoCAD图） (43)大图5 第四工段工艺流程图（ChemCAD图） (44)表1-1 2004年世界甲乙酮主要生产厂家情况 (11)表1-2 2005 年我国甲乙酮主要生产厂家情况. (11)表3-1 流程图数据框 (18)表3-2 整个系统的物料平衡数据框 (19)表3-3 严格精馏塔数据框 (20)表3-4 闪蒸器数据框 (20)表3-5 换热器数据框 (20)表3-6 加热炉数据框 (21)表3-7 化学计量反应器数据框 (21)表3-8 泵数据框 (21)表3-9 控制器数据框 (21)表3-10 组分分离器数据框 (22)表3-11 所有流股性质数据框 (22)表3-12 严格精馏塔物料衡算表 (29)表3-13 闪蒸器物料衡算表 (29)表3-14 反应器物料衡算表 (30)表3-15 严格精馏塔能量衡算表 (30)表3-16 闪蒸器能量衡算表 (31)表3-17 换热器能量衡算表 (31)表3-18 化学计量反应器能量衡算表 (32)表3-19 泵进行能量衡算表 (32)表3-20 总物料焓变表 (32)表3-21 设备向系统提供的功率表 (33)表4-1 塔设备类型表 (34)表4-2 整个系统的物料平衡数据框 (35)表4-3 严格精馏塔数据框 (35)表4-4 所有流股性质数据框 (36)引言ChemCAD是由Chemstations公司推出的一款极具应用和推广价值的软件,它主要用于化工生产方面的工艺开发、优化设计和技术改造[1-3]。

第一章ChemCAD软件简介ChｅmCＡD是一个用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件,是工程技术人员用来对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。

使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型,并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。

1.１认识ＣheｍCAD１.１.1ＣｈｅｍCAD能为您做什么？ＣｈemCAD是一个化工生产计算机模拟软件，在工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造中都能发挥很大的作用。

（１)工程设计:在工程设计中，无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造,ＣhｅmCAD都可以用来选择方案，研究非设计工况的操作及工厂处理原料范围的灵活性。

工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误,还可用模拟模型来优化工艺设计, 同时通过进行一系列的工况研究，来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。

即使是在工程设计的最初阶段，也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。

(2)优化操作：对于老厂，由ＣhｅｍCＡD建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、提高产量的产率以及减少能量消耗的有力工具。

可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化。

该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。

这样的例子在一些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。

(3)技术改造： ChemCAＤ也可用模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题，或采用先进技术改善工厂状况的可行性，如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。

1.1.2CｈｅmCAＤ单元操作CheｍＣAD提供了大量的操作单元供用户选择,使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。

对反应器和分离塔,提供了多种计算方法。

ChemCＡD 可以模拟以下单元操作：单元操作:蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏反应器、热交换器、压缩机、泵、加热炉、控制器、透平、膨胀机、结晶罐、离心机、旋风分离器、湿式旋风分离器、文氏洗气器、袋式过滤机、真空过滤机、压碎机、研磨机、静电收集器、洗涤机、沉淀分离器、间歇蒸馏、间歇反应器、PIＤ控制模块、流量控制阀、记录器模块(选项）以上共50多个单元操作，当然ChemＣAD可将每个单元操作组织起来，形成整个车间或全厂的流程图,进而完成整个模拟计算。

CHEMCAD是一个用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件，是工程技术人员用来对连续操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具。

使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。

认识ChemCADCHEMCAD能为您做什么?ChemCAD是一个化工生产计算机模拟软件，在工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造中都能发挥很大的作用。

工程设计在工程设计中，无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造，ChemCAD都可以用来选择方案，研究非设计工况的操作及工厂处理原料范围的灵活性。

工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误，还可用模拟模型来优化工艺设计，同时通过进行一系列的工况研究，来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。

即使是在工程设计的最初阶段，也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。

优化操作对于老厂，由ChemCAD建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、提高产量的产率以及减少能量消耗的有力工具。

可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化。

该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。

这样的例子在一些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。

技术改造ChemCAD也可用模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题，或采用先进技术改善工厂状况的可行性，如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。

CHEMCAD单元操作ChemCAD提供了大量的操作单元供用户选择，使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。

对反应器和分离塔，提供了多种计算方法。

ChemCAD可以模拟以下单元操作：单元操作蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏反应器、热交换器、压缩机、泵、加热炉、控制器、透平、膨胀机结晶罐、离心机、旋风分离器、湿式旋风分离器、文氏洗气器、袋式过滤机、真空过滤机、压碎机、研磨机、静电收集器、洗涤机、沉淀分离器间歇蒸馏、间歇反应器、PID控制模块、流量控制阀、记录器模块(选项)以上共50多个单元操作，当然ChemCAD可将每个单元操作组织起来，形成整个车间或全厂的流程图，进而完成整个模拟计算。

CHEMCAD.2-数据库简介：CHEMCAD是一种流程模拟软件，广泛用于化工工艺的设计、优化和分析。

CHEMCAD 的核心是其数据库，其中包含了大量的化学物质和工艺流程模型。

本文将介绍CHEMCAD.2数据库的特点和功能。

特点：1. 大量的化学物质数据：CHEMCAD.2数据库包含了数千种化学物质的物理化学性质数据，包括密度、粘度、热容、蒸汽压等。

这些数据是基于实验结果和文献资料进行整理和归纳的，可以帮助工程师准确地模拟各种化学反应和物质转化过程。

2. 多种工艺模型：CHEMCAD.2数据库还包含了众多的工艺流程模型，涵盖了各个领域的化工工艺，包括油田开发、炼油、化肥生产、聚合物生产等。

这些模型是基于化工工程学原理和实际生产经验构建的，可以帮助工程师快速地搭建流程模拟和优化模型。

3. 可更新的数据：CHEMCAD.2数据库定期更新，以保持其中的数据和模型的准确性。

用户可以通过软件的更新功能，获取最新的物理化学性质数据和工艺模型，确保模拟结果的可靠性。

4. 用户自定义数据：CHEMCAD.2数据库还允许用户自定义和添加数据，以满足特定工艺的需求。

用户可以根据实验数据和自己的知识，添加新的物质数据或修改现有数据，以获得更准确的模拟结果。

功能：1. 物性计算：CHEMCAD.2数据库可以根据用户输入的物质组成和条件，计算相应的物理化学性质，如密度、粘度、蒸汽压等。

这些计算结果可以作为模拟的输入和输出，帮助工程师理解和分析工艺过程。

2. 流程模拟：CHEMCAD.2数据库提供了丰富的化学反应和工艺流程模型，可以帮助工程师构建复杂的流程模拟模型。

用户可以将不同的模块和单元组合起来，实现整个工艺流程的模拟和优化。

3. 优化分析：CHEMCAD.2数据库还提供了多种优化算法，用于寻找最佳的工艺参数。

用户可以设置优化目标和变量范围，让软件自动调整参数，以得到最优的工艺设计。

4. 可扩展性：CHEMCAD.2数据库支持与其他软件和数据库的集成，可以与CAD软件、ERP系统和数据库管理系统等进行数据交换和共享。