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浅述反应精馏塔的优点及设计摘要：反应精馏（Reactive distillation process）是化学反应和分离在同一精馏设备中完成的过程。
目前有皂化、酯化、醚化等多种生产过程实现了反应精馏的集成化操作。
这种操作既可以对难以用普通精馏过程分离的系统，通过添加某种组分，使之与被分离组分发生化学反应，从而实现混合物体系的分离；又可使反应混合体系中的某种组分不断从塔中分离出来，改变系统的相平衡和化学平衡，使之反应继续进行，提高转化率。
关键词：反应精馏塔，优点，设计一、反应精馏塔简介如果将化学反应以及精馏过程合二为一，即在一个设备中同时進行化学反应以及精馏过程，这样便产生了一个新的概念——反应精馏。
反应精馏塔做为化学工艺的一般过程可以分为以下三个部分：原料提纯、化学反应以及产物精制，原料提纯以及产品精制一般涉及分离工程学科的内容，尽管有化学吸附等有化学过程存在，但原料的提纯和精制过程大都属于相态变化的操作，而反应部分则主要涉及催化以及反应工程学科。
（一）反应精馏塔的优点反应精馏过程可以缩短生产流程、减少成本投资；对于多数放热反应还可以利用反应热供分离所需，降低所需能耗；同时作为一种新型分离技术，还可用于某些特殊精馏。
因此，研究反应精馏过程的优化设计具有重要的理论意义和实用价值。
（二）反应精馏塔过程设计Backhaus在1921年提出有关反应精馏的思想。
由于在精馏塔中反应的分离之间存在许多影响因素，即使板数、传热、速率、进料位置、停留时间、催化剂、副产物浓度以及反应物进料配比等参数的很小变化，都可能对过程产生很大影响，所以对该集成过程的研究要困难得多。
因此，早期在反应精馏领域的研究一直以特定体系的数学模拟和实验探索为主。
当生产过程的反应和分离条件与要求确定后，进行化学反应和精馏过程集成化设计的目的是为了确定过程的可行性，合理的设备结构设计参数。
要更好地发挥反应精馏过程的优点，从技术上考虑，反应精馏设备的选型，工艺流程和关键设计参数的选定起着十分关键的作用。
摘要:乙酸乙酯是一种非常重要的有机化工原料。
乙醇、乙酸酯化法是国内目前合成乙酸乙酯的主要工艺方法之一，尤其是乙醇储量丰富的地区。
本文将反应精馏及ChemCAD流程模拟软件等知识综合利用，涵盖了化工工艺学、化工分离过程、化工原理、化工热力学及流程模拟软件等多门学科。
运用计算机模拟，对反应精馏体系进行模拟计算。
关键词:乙酸乙酯反应精馏乙酸模拟计算1概述乙酸乙酯是工业领域广泛应用的一种脂肪酸酯溶剂，我们通常称之为醋酸乙酯。
目前，这种快干型溶剂因其高强溶解性能，在乙酸纤维、乙烯树酯、合成橡胶等生产领域发挥了重要作用。
1.1乙酸乙酯主要合成方法现阶段，国内外工业生产领域主要采用乙醇、乙酸酯化法、乙醇一步氧化法、乙烯加成法和乙醇脱氢法等制备工业乙酸乙酯。
1.2乙酸乙酯生产工艺在我国，大多数厂家都用醇酸酯化法制备乙酸乙酯。
该方法涉及酯化塔、提浓塔、精制塔、低酯回收塔、废水回收塔等几道工序，要求采用连续法依次操作。
工艺特点：酯化釜是进行酯化反应的主要设备，但是要借助共沸精馏脱水和脱醇完成分离过程。
在此期间，由于乙酸乙酯-水-乙醇三元共沸体系的特点，酯化塔塔顶有机相回流中含水量过大，使得回流带水能力与设计要求之间尚有一定差距，所以酯化塔回流只能达到4～6的水平，并且进入精制塔的粗酯含水量大，在这种情况下，为了确保乙酸乙酯的纯度、收率更接近设计值，塔顶回流比基本超过8。
此外，原工艺为了控制材料消耗，低酯回收塔、精制塔、废水塔均采出部分有机相回至酯化塔釜持续反应，使得部分水参与了工艺循环过程，后续分离塔内汽液负荷较大，生产能力达不到预期水平。
由此可见，只要严格控制酯化塔顶含水量，就能有效降低操作回流比，从而避免过量的水参与循环过程，最后通过控制能耗有效降低乙酸乙酯制造成本。
2乙酸乙酯反应精馏的模拟计算2.1反应精馏体系酯化反应在酯化塔中进行。
为了提高乙酸乙酯的产量，必须在溶剂中添加适量的催化剂，使化学溶剂充分反应，提高精馏分离效果。
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。
Chemcad在化工课程设计中的应用摘要：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，应用化工课程设计是学习化工设计基础知识、培养学生化工设计能力的重要教学环节。
计算机辅助化工过程设计以成为化工设计的基本手段，有效地利用化工模拟设计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。
基于此，本院购进美国Chemstations公司化工流程模拟软件Chemcad。
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。
基于ChemCAD软件对三氯氢硅精馏的模拟ChemCAD是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件，广泛应用于石油化工、工业安全、清洁生产等领域，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。
文章针对三氯氢硅精馏系统进行模拟，从而对实际生产中的系统运行进行优化，并对工艺开发、技术改造提供理论指导。
标签：ChemCAD；多晶硅；三氯氢硅；精馏塔；模拟西门子法多晶硅生产工艺中，三氯氢硅精馏单元是其核心关键工序之一，精馏产品的性质对整个多晶硅产品的质量、产量、生产能力和消耗定额等方面都有着重大影响，因此精馏单元的稳定运行和工艺优化对多晶硅生产有着重要意义。
通过化工流程模拟软件我们可以更科学更有效的实现对多晶硅精馏系统的工艺开发、流程设计、优化操作和技术改造，它不但能提供理论指导，还可实现动态模拟，提供技术诊断方案，从而指导实际生产[1]。
目前应用比较广泛的化工流程模拟软件有As pen Plus、Pro/Ⅱ和ChemCAD等，其中ChemCAD 是美国Chemstations 公司开发的全流程化工流程模拟软件，它以图形用户界面方式输入，具有严格的和最新的计算方法，针对精馏系统提供的模块较多，除基本上具备Aspen Plus和Pro/Ⅱ软件的各种功能，且价格相对低廉，因此对于三氯氢硅精馏系统选择ChemCAD是比较适合的[2]。
1 全流程模拟的建立1.1 流程模拟图本工艺流程为5塔流程，进料组成为：DCS（二氯二氢硅）1.8%、HEC（低沸物以BCl3为主）0.16%、TCS（三氯氢硅）68.3%、MDCS（甲基氯硅烷）1.2%、STC（四氯化硅）27.866%、LEC（高沸物以聚氯硅烷和PCl3为代表）0.68%，进料量3645.8kg/h，要求最终TCS和STC纯度不低于99.9%，塔的操作压力均为0.2MPaG，塔顶为全凝器。
1.2 选择计算单位打开菜单选项Format →Engineering Units，按照给定的已知条件，选择SI 国际单位制，压力选择MPaG，温度选择℃，点击OK保存。
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。
采用ChemCAD模拟乙酸丁酯催化反应精馏过程齐向娟Ξ 李士雨 天津大学化工学院 天津 300072摘要 采用美国Chemstation公司开发的化工流程模拟软件ChemCAD,模拟催化反应精馏法制备乙酸丁酯过程。
模拟过程中选用NRTL模型计算物系热力学性质,选用化学平衡反应器模型(EREA)模拟化学反应过程,选用同时校正法精馏塔模型(SCDS)模拟反应精馏过程。
关键词 反应精馏 ChemCAD 模拟 乙酸丁酯1 概述反应精馏是将化学反应与精馏分离结合在同一设备中进行的一种耦合过程。
同传统生产工艺相比,反应精馏具有选择性高、转化率高、生产能力高、产品纯度高、投资少、操作费用低和能耗低等特点,因而受到人们极大的关注[1]。
为了有效地设计、放大、操作和控制反应精馏过程,对其有效地进行计算机模拟是非常必要的。
然而,由于反应精馏过程特殊的复杂性,模拟计算存在很大难度,文献中比较多的作法是对特定的过程编写特定的计算机模拟程序[2-5]。
近年来,通用流程模拟软件也扩充了反应模块,反应精馏过程也可运用通用流程模拟软件模拟,但是,不同流程模拟软件的使用方法不尽相同。
ChemCAD是美国Chemstation公司开发的化工流程模拟软件,国际上约有300多个高校、800多个企业购买并使用该软件。
鉴于Chem2 CAD模拟反应精馏过程的案例尚少,本文以反应精馏法制备乙酸丁酯过程为背景,研究了利用ChemCAD模拟反应精馏过程的方法,通过比较实验结果和AspenPlus、Hysys软件的模拟计算结果验证ChemCAD模拟结果的可靠性,给出了ChemCAD模拟反应精馏过程的方法和案例。
2 过程模拟乙酸丁酯是一种重要的有机化工原料,广泛用于溶剂、涂料、医药、香料等工业[2,6]。
乙酸丁酯一般通过乙酸和正丁醇的酯化反应制得,该可逆反应一般需要强酸作催化剂,受化学平衡所限,至少应有1种反应产物连续采出,制备过程中反应精馏塔的使用可以提高反应转化率,同时实现分离目的,如图1所示。
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]。
化工原理课程设计精馏塔cad一、课程目标知识目标：1. 理解精馏塔的基本化工原理，掌握其结构与功能的关系；2. 学习并掌握使用CAD软件进行精馏塔的设计与绘制；3. 了解精馏塔在化工生产中的应用及其对分离效果的影响。
技能目标：1. 能够运用化工原理知识，进行精馏塔的初步设计与参数计算；2. 掌握CAD软件的基本操作，独立完成精馏塔的三维模型构建和工程图绘制；3. 培养解决实际工程问题、团队协作和动手操作的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣，激发学习热情；2. 增强学生的环保意识，认识到化工技术在环保领域的重要作用；3. 培养学生的创新意识和工程思维，提高对工程问题的解决能力。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合化工原理与CAD软件应用，以实际工程案例为背景，培养学生的实际操作能力。
学生特点：学生具备一定的化工原理基础知识，但对实际工程设计和CAD软件操作相对陌生。
教学要求：教师需结合学生特点，采用案例教学、任务驱动、分组合作等教学方法，引导学生掌握课程内容，实现课程目标。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。
后续教学设计和评估将以具体学习成果为导向，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 精馏塔基本原理：- 精馏塔的工作原理与结构特点（对应教材第3章第2节）；- 精馏过程中的相平衡与物料平衡（对应教材第3章第3节）。
2. 精馏塔设计与参数计算：- 精馏塔的设计方法与步骤（对应教材第4章第1节）；- 精馏塔关键参数的计算，包括理论板数、回流比等（对应教材第4章第2节）。
3. CAD软件操作与应用：- CAD软件的基本操作与功能介绍（对应教材附录A）；- 精馏塔三维模型构建与工程图绘制（结合教材实例与实际案例）。
4. 实践操作与案例分析：- 案例分析：精馏塔设计在化工生产中的应用（结合教材第5章实例）；- 实践操作：分组进行精馏塔设计与绘制，培养实际操作能力。
任务1 精馏设计与严格模拟知识目标：理解轻、重关键组分的概念，理解回流比的概念，理解严格精馏的操作条件的合理组合，理解灵敏度分析的概念，理解精馏从简捷设计到严格模拟，再到尺寸设计的过程。
技能目标：掌握简捷精馏设计中对轻、重关键组分的设定，掌握严格精馏的操作条件的设定，使用灵敏度分析来优化严格精馏的设计，能使用CHEMCAD进行精馏的简捷设计、严格模拟和尺寸设计。
一、采用ChemCAD进行精馏塔简捷设计计算精馏设计采用芬斯克－恩特伍德－吉利兰－Kirkbride公式（Fenske-Underwood-Gilli la-nd-Kirkbride），芬斯克公式求解精馏塔的最少理论塔板数；恩特伍德公式求解最小回流比；吉利兰计算实际回流比及其对应的塔板数；Kirkbride公式计算适宜的进料板位置，芬斯克公式也可以求解适宜的进料板位置。
例5-1-1使用简捷法设计一个脱乙烷塔，从含有6个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成mol%：甲烷 5，乙烷 35，丙烯 15，丙烷 20，异丁烷 10，正丁烷 15；进料状态为饱和液相，压力为2.736MPa。
对产物分离要求见设计条件表。
①求该塔的最小回流比，所需最少理论板数；②当实际回流比为最小回流比的1.25倍即R/R m=1.25时，该塔的实际塔板数和进料位置。
表5-1-1 脱乙烷塔的设计条件设计的分离要求馏出液中C2H6的回收率馏出液中C3H6的回收率0.915 0.063解题步骤：步骤1：新建文件名“简捷设计”；步骤2：建立流程图，精馏塔用简捷精馏塔（shortcut column ）的图标；流程如图5-1-1。
步骤3：选择流程的单位：点击“格式及单位制”菜单按钮，在其下拉菜单中选择“工程单位…”命令，以国际单位制为主，选择符合题意的单位（mol，K，MPa）。
步骤4：点击菜单按纽“热力学及物化性质”，在其下拉菜单中点击“选择组分…”命令，然后依次将组分甲烷（Methane或CH4）选中加入，将组分乙烷（Ethane或C2H6）选中加入，将组分丙烯（propene 或C3H6）丙烷（Propane和C3H8）选中加入，将组分异丁烷（i-butane 或i-C4H10）选中加入，将组分正丁烷（n-butane或n-C4H10）选中加入。
“OK”，软件弹出建议的K值与H值的方法（K=SRK，H=SRK），就采用系统提示的K值方法；步骤5：双击“物料 1”，在弹出的编辑物料信息窗口（如图5-1-2所示）的“压力 MPa”文本框中填入压力值2.736，在“气相分率”文本框填入数值0；各组分摩尔流量按题意填入即可，点击该窗口左上方的按钮“闪蒸”，软件算出温度和焓，点击“确定”；1123简捷精馏塔图5-1-1 简捷精馏塔流程图图5-1-2进料信息编辑窗口步骤6：双击流程图中单元设备精馏塔的图标或设备号①，弹出简捷精馏塔输入信息框；根据题目要求填写和选择如图5-1-3所示。
图5-1-3 简捷精馏塔的信息编辑窗口步骤7：点击“R”按钮，运行流程的模拟计算。
步骤8：查看设备1——简捷精馏塔的计算结果和相关信息。
如图5-1-4所示，点击菜单命令“结果报表／单元设备／选择单元设备…”，弹出“选择单元设备”窗口，用鼠标点击设备1或在窗口中输入数字1，“OK”；图5-1-4 设备结果信息查看的菜单命令部分结果如下：塔板数17.756最少塔板数8.4369进料板位置9.8332冷凝器换热量 MJ/h-1.112再沸器换热量 MJ/h 1.4334最小回流比Rmin 1.4583回流比计算值 1.8229二、精馏过程严格计算精馏塔的简捷设计常用于精馏塔的初步设计和经验估算，适用于非极性和弱极性的物质体系。
这样的的结果往往比较粗糙，还需要用精馏塔的严格模型进行校验，结合灵敏度分析工具，优化精馏的操作条件，如进料板的最佳位置，最佳回流比，塔板数等。
ChemCAD 中精馏的严格模型按照塔板上的MESH 方程联立，模型塔的示意如图5-1-5所示。
图5-1-5 精馏塔的模型结构该模型塔有N 块理论板，包括一个塔顶冷凝器和一个再沸器。
理论板的顺序是从塔顶向塔釜数，冷凝器为第一块板，再沸器为第N 块板，除冷凝器与再沸器外每一块板都有一个进料F ；气相侧线出料G ；液相侧线出料S 和热量输入或输出，若计算的塔不包括其中的某些项目，则设该参数为零，并假定每块板为一块理论板。
数学模型—MESH 方程组在平衡级的严格计算中，必须同时满足MESH 方程，它描述多级分离过程每一级达汽液平衡时的数学模型。
①物料平衡式（每一级有C 个，共NC 个，其中C 为组分数），即M 方程；ij j j i j ij j j ij j j j i j z F y V x U L y G V x L -=++-+-++--1,11,1)()(②相平衡关系式（每一级有C 个，共NC 个），即E 方程；ij ij ij x k y = （5-1-1）③摩尔分率加和式（每一级有一个，共有N 个），即S 方程；1=∑ij x 或1=∑ij y （5-1-2）④热量平衡式（每一级有一个，共有N 个），即H 方程；j Fj j j j j j j j j j j j Q H F H V h U L H G V h L +-=++-+-++--1111)()( （5-1-3）除MESH 模型方程组外，平衡常数和焓的关联式必须知道),,,(ij ij j j ij ij y x p T k k =NC 个 （5-1-4） ),,(ij j j j j x p T h h =N 个 （5-1-5） ),,(ij j j j j y p T H H =N 个 （5-1-6） 将上述N 个平衡级按逆流方式串联起来，有N c u =N (2C +3)个方程和N v u =[N (3C +9)–1]个变量。
设计变量总数N i u =NC +6N –1个，固定N (C +3)，可调3N –1如：1）各级F ij ，z ij ，T Fj ，p Fj ，N (C +2)个2）各级p j ，N 个3）各级G j (j =2,…,N )和S j (j =1,…,N –1)，2(N –1)个4）各级Q j ，N 个5）各级N ，1个在)32(+C N 个MESH 方程中，未知数为j j j ij ij T V L y x ,,,,，其总数也是)32(+C N 个,故联立方程组的解是唯一的。
精馏的MESH 方程是一个庞大的方程组，求解方法比较复杂。
根据求解方法，ChemCAD 提供两类严格的精馏求解模型：内-外环法（inside-out ）和联立校正法（simultaneous ）。
本节介绍如何应用ChemCAD 中精馏塔的严格模型SCDS ，对精馏过程进行物料衡算和精馏塔温度分布计算。
例5-1-2 已知塔的进料条件和操作要求如图5-1-6所示，求塔的温度分布和物料的各组分分布。
图5-1-6 例5-1-2的进料条件和操作要求本题思路：普通精馏塔的流程是一进两出，需要知道进料信息和塔的操作信息。
塔的操作信息主要有：①塔板总数，在CHEMCAD 中不把冷凝器和再沸器纳入塔板数，那么本题的塔板总数是11；②进料板的位置应为7－1＝6；③塔的操作压力或压力降，本题的塔压是2.76MPa ；④如果精馏塔有一个冷凝器，就至少再需要一个有关馏出液（汽）的操作条件，本题给出了两个，只需要用其中一个即可；⑤如果精馏塔有一个再沸器，就至少再需要一个有关釜液的操作条件，本题给出了两个，只需要用其中一个即可；解题步骤：步骤1：建新文件名为“精馏”；步骤2：建立流程图如图5-1-6所示，精馏塔使用SCDS图标；步骤3：选择流程的单位：点击菜单“格式及单位制”“工程单位...”，选择符合题意的单位（mol，K，MPa）。
步骤4．点击菜单按纽“热力学及物化性质”“选择组分...”，依次将组分甲烷（Methane或CH4）选中加入，将组分乙烷（Ethane或C2H6）选中加入，丙烷（Propane和C3H8）选中加入，将组分正丁烷（n-butane或n-C4H10）选中加入，将组分正戊烷（n-pentane或n-C5H12）选中加入。
“OK”，弹出软件建议的K值与H值的方法（K=SRK，H=SRK），就采用系统提示的K值方法；步骤5．双击“物料1”，弹出“编辑物料信息”窗口，如图5-1-7所示，在“温度 K”文本框中键入温度值313.7；在“压力 MPa”文本框中键入压力值2.76，各组分摩尔流量按题意填入即可，点击该窗口左上方的按钮“闪蒸”，点击“确定”；步骤6．双击流程图中单元设备精馏塔的图标或设备号①，弹出精馏塔输入信息框；根据题目要求,“精馏概况”页面填写如图5-1-8。
图5-1-7 例5-1-2的进料信息编辑窗口图5-1-8 CHEMCAD中精馏塔的设备信息步骤7．点击精馏塔输入信息窗口的“Specifications”活页，选择和填写如图5-1-9所示：图5-1-9 例5-1-2的精馏塔的分离要求组合1根据题目要求也可以用C2、C3回收率来确定两个条件代替，如图5-1-10所示：图5-1-10 例5-1-2的精馏塔的分离要求组合2当然根据已知条件还有多种选择。
步骤8．点击菜单“运行”，如图5-1-11所示，点击其下拉菜单中的“收敛…”，在弹出的“－收敛参数－”窗口左下方选上“显示跟踪窗口”，表示显示计算收敛过程，“OK”如图5-1-12所示；运行按钮图5-1-11 流程的运行命令菜单图5-1-12 流程的运行命令菜单步骤9：点击工具栏中的运行按钮“R”，（在图5-1-11中已经标出），弹出消息窗口，显示CHEMCAD对程序的检查结果，“CHEMCAD Message Box”窗口中显示该题输入数据的错误为零，随后点击窗口下方的按钮“Yes”。
步骤10：点击“CHEMCAD Trace Window －”窗口中的“Go”按钮，执行运算，计算完成后，“CHEMCAD Trace Window －”窗口显示收敛完成，运行结束。
步骤11：关闭上述窗口。
然后我们再产生一个这次流程模拟的结果文件：点击“结果报表”命令菜单，在弹出的下拉菜单中选择最下方的“统一完整的报表…”菜单命令，弹出“统一完整的报表”命令按钮窗口，点击第二个按纽“计算并给出结果”，CHEMCAD弹出结果文件，包含了所有物料和设备的信息。
步骤12：绘制温度分布图：点击“绘图”菜单命令，选择“单元设备信息绘图”“精馏塔信息随塔板分布图”子命令；图5-1-13 绘图的运行命令菜单步骤13：弹出“选择单元设备”窗口，让用户用鼠标选择设备。
步骤14：弹出绘制塔内各种变量分布图的选择窗口，选择如图5-1-14所示：图5-1-14 绘图信息选择窗口步骤15．点击图5-1-14中窗口中“OK”按纽，弹出塔板温度分布图如图5-1-15所示：图5-1-15 塔板温度分布图步骤16．同理绘制的塔板上汽相分布图和液相组分分布图如图5-1-16和图5-1-17所示：图5-1-16 塔板上汽相分布图图5-1-17 塔板上液相分布图采用灵敏度分析对该塔的进料板位置进行确定。
