1.化工工艺模拟计算入门
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化学工艺过程计算模拟与优化化学工艺过程的模拟和优化是现代化工生产中不可或缺的环节,通过对过程的深入研究,可以不断地提高产品的质量和产量、降低生产成本,提高企业的经济效益。
本篇文章将从化学工艺的模拟与优化两个方面进行探讨。
化学工艺的模拟化学工艺的模拟是指利用计算机数值计算和建立化学反应模型,模拟真实化工生产过程中各种物理化学现象,预测不同条件下反应物的转化率、反应速率和产物的选择性等参数。
化学工艺的模拟主要包括以下几个方面:1. 反应动力学模拟反应动力学模拟是通过对反应过程中物质的浓度变化、温度变化等进行数学建模,以分析反应速率、反应转化率等信息。
该模拟可以预测反应器的最佳反应条件,从而提高反应器的产率和选择性。
2. 流动和传质模拟流动和传质模拟是对包括液相、气相等在内的流动状态,以及由此产生的传质过程进行建模。
该模拟可以在反应器内提高物质转化率和混合度,预测流场变化及反应器内的温度分布,提高生产工艺的效率。
3. 过程控制模拟过程控制模拟是模拟化工生产业务按照预定目标实施,通过建立预测模型和实时模型来分析、测试和预测各种情况,以达到优化产量、质量、成本的目的。
化学工艺的优化化学工艺的优化是指通过运用各种工艺技术手段和控制策略,来达到较好的产品质量、产量以及生产效益的改进。
化学工艺的优化主要包括以下几个方面:1. 更优的催化剂选择催化剂选择对于提高化学反应效率和选择性至关重要。
通过重新制备催化剂、微改催化剂表面组成和结构等手段,可以提高催化剂的活性、稳定性和选择性,从而提高反应器的产量同时降低成本。
2. 优化反应器的设计反应器是生产化学工艺产品的关键设备之一。
通过改变反应器的结构形式和工艺参数,优化反应器的设计,可提高反应器的产率、反应器运行的稳定性同时降低生产成本。
3. 控制策略的优化通过合理的控制策略,可以实现反应过程的优化,进一步提高产品质量和产量。
通过分析反应物的浓度、温度等控制参数,实现自动化控制,减少生产过程中出现的人为误差,提高生产效率。
化工工艺计算说明书1. 引言本文档旨在提供化工工艺计算的详细说明和指导。
计算是化工领域中不可或缺的一部分,通过准确的计算可以帮助工程师制定科学的工艺流程和优化设备设计。
本文档将介绍常见的化工计算方法和工具,并提供示例以便读者更好地理解和应用。
2. 常见化工计算方法2.1 流体力学计算流体力学计算是化工工艺中最常见的计算之一。
它包括液体和气体在管道中流动的速度、流量、压力损失等参数的计算。
常用的流体力学计算方法有:•流速计算:通过引入质量和体积流量的定义,可以计算出流体在管道中的速度。
•压力损失计算:通过考虑流体的粘度、密度和管道长度等因素,可以计算出流体流动过程中的压力损失。
2.2 热力学计算热力学计算是研究能量转化和传递的关键计算方法。
在化工领域中,热力学计算被广泛应用于热传导、物质变化和能量平衡等方面。
常用的热力学计算方法有:•温度计算:通过考虑材料的热导率和热容量,可以计算出物体在不同条件下的温度分布。
•相变计算:通过考虑物质的相变热和变化过程中的能量平衡,可以计算出相变过程中的温度和物质的变化量。
2.3 反应工程计算反应工程计算是研究化学反应过程的一种重要方法。
它可以用于确定反应方程式、估计反应速率以及分析反应过程中的各种参数。
常用的反应工程计算方法有:•反应平衡计算:通过考虑反应物和生成物之间的化学平衡关系,可以计算出反应物的转化率和生成物的浓度。
•反应速率计算:通过实验数据,可以建立反应速率方程,并通过该方程计算出反应的速率常数和反应物的消耗速率。
3. 常见化工计算工具3.1 ExcelExcel是一种功能强大的电子表格软件,广泛应用于各个领域的计算和数据分析。
在化工领域中,可以利用Excel进行各种化工计算,例如流体力学计算、热力学计算和反应工程计算。
Excel具有易用性和灵活性,可以通过公式和函数进行复杂的计算和数据处理。
3.2 MATLABMATLAB是一种专业的数值计算和科学数据可视化软件,被广泛应用于化工领域的计算和分析。
A热流介质T1=64.0→T2=####B冷流介质t1=30.0→T2=####A蒸汽流量W=800.0A蒸汽蒸汽潜热r=1100.0A的比热容C= 2.5水的比热容 4.2循环水用量Y=选取总传热系数K=500.0需换热面积S=m m/s kg/m3j/kg.℃kj/kg kj/kg.℃kj/kg.℃w/m2.℃二、选择换热器型号根据管内水流一、换热器换热面积初算对数平均温差△tm=kg/h 冷凝器热负荷Q=校核循环水三、换热器传热系数核算1、管内传热系数ai核算管内循环水流核算:管内流速u= 1.0管内水的黏度μ=(30℃-40℃)0.000727管道雷诺数Re=选取换热器的内径di=0.02流体密度p=1000.0水的比热容4200.0当管内流体升温时管内换热系数ai=w/m.℃kj/kg w/m.℃取4到8m kg/m3mPa.s管内水的热导系数λ=(30℃-40℃)0.62.壳程传热系数ao的核算(壳程流体为蒸汽,工业多为膜状冷凝)A热流蒸汽的冷凝热1100.0A在冷凝温度液态热导系数λ=0.2当管内流体升温时管内换热系数ai=立式冷凝器壳程的传热系数ao=冷凝液密度р790.0液化温度的黏度Ч0.35重力加速度g 9.8饱和蒸汽温度与壳壁温度差⊿t5.03.总传热系数K的核算循环水阻垢系数Rsi=0.00034传热管长度L 3.0换热器总传热系数核算Ko=A热流蒸汽的阻垢系数Rso=0.00017换热管外径do 25.0换热管外径di20.027510.3大于10000为湍流w/m2.℃1543.91687.8w/m2.℃500.7w/m2.℃。
化工工艺模拟与计算化工工艺模拟与计算是指利用计算机技术,对化工过程进行模拟和计算,以预测和优化化工工艺的设计与操作。
它是化工领域中重要的技术手段之一,可以帮助工程师们更好地理解和改进化工过程,提高生产效率和产品质量。
化工工艺模拟与计算主要涉及到流体力学、传热传质、化学反应动力学等多个方面的知识。
通过建立数学模型和运用计算方法,可以对化工过程中的流体流动、传热传质、反应动力学等问题进行定量分析和预测。
这种方法不仅可以帮助工程师们更好地优化现有的工艺流程,还可以指导新工艺的设计与开发。
在化工工艺模拟与计算中,流体力学是一个重要的研究领域。
通过数值模拟方法,可以对流体在管道、反应器等装置中的流动行为进行模拟和计算。
这有助于工程师们了解流体的流速分布、压力分布以及混合效果等关键参数,从而进行合理的工艺设计。
同时,流体力学模拟还可以帮助工程师们优化管道和反应器的结构,提高传质效率和反应效率。
传热传质是化工过程中另一个重要的问题。
通过数值模拟方法,可以对传热传质过程进行模拟和计算,包括传热传质的速率、传热传质界面的温度和浓度分布等。
这有助于工程师们了解传热传质的规律,从而进行合理的传热传质设备的设计和操作。
同时,传热传质模拟还可以帮助工程师们优化传热传质设备的结构和操作条件,提高传热传质效率。
化学反应动力学是化工过程中的关键环节。
通过数值模拟方法,可以对化学反应过程进行模拟和计算,包括反应速率、反应物浓度和产物浓度的变化规律等。
这有助于工程师们了解化学反应的规律,从而进行合理的反应设备的设计和操作。
同时,化学反应动力学模拟还可以帮助工程师们优化反应设备的结构和操作条件,提高反应效率和选择合适的催化剂。
除了流体力学、传热传质和化学反应动力学,化工工艺模拟与计算还涉及到其他一些方面的内容,如多相流模拟、分离过程模拟和能量平衡计算等。
这些内容都是为了更好地理解和改进化工过程,提高产品的质量和产量。
化工工艺模拟与计算是一项重要的技术,可以帮助工程师们更好地理解和改进化工过程。
化工工艺计算方法培训简介化工工艺计算是化学工程中的重要组成部分,它涉及到物质的转化、传质、热力学等多个方面,是化工工程师必备的技能之一。
本文档旨在为化工工艺计算方法的初学者提供一个系统的培训指南,以帮助他们掌握基本的计算方法和技巧。
目录•计算方法简介•物质转化计算–化学反应平衡计算–化学反应速率计算–化学反应热力学计算•传质计算–扩散传质计算–对流传质计算•热力学计算–物质热力学性质计算–能量平衡计算计算方法简介化工工艺计算方法指的是运用数学和物理原理,对化工工艺中的各种物理现象进行定量描述,并进行计算的方法和技巧。
掌握化工工艺计算方法对于化学工程师而言至关重要,它可以帮助我们更好地了解和优化化工过程,提高生产效率和质量。
不同的化工工艺计算方法可以分为物质转化计算、传质计算和热力学计算三大类。
在接下来的内容中,我们将分别介绍这三类计算方法的基本原理和常用的计算技巧。
物质转化计算物质转化计算是化工工艺计算中的核心内容之一,它涉及到化学反应的平衡、速率和热力学等多个方面。
化学反应平衡计算化学反应平衡计算是指在化学反应中,反应物和生成物的摩尔比例达到最佳状态的计算过程。
化学反应平衡计算可以通过平衡常数和反应物浓度来实现。
平衡常数是反应物浓度的函数,通过计算平衡常数与反应物浓度之间的关系,我们可以确定反应物的最佳比例。
化学反应速率计算化学反应速率计算是指确定化学反应发生速率的过程。
根据反应物浓度和反应速率的关系,我们可以推导出反应速率方程,并通过实验数据拟合来确定反应速率常数。
掌握化学反应速率计算方法可以帮助我们估计反应的进行速率,从而更好地控制化工过程。
化学反应热力学计算化学反应热力学计算是指确定化学反应的热力学性质的过程。
热力学参数如焓变、熵变和自由能变等可以帮助我们评估反应的热效应,从而优化反应条件和选择最佳的工艺路线。
化学反应热力学计算主要涉及到热力学方程的应用和参数的计算。
传质计算传质计算是化工工艺计算中的另一个重要内容,它涉及到物质在流体中的传输和扩散现象。
掌握化工流程模拟你需要知道什么要掌握化工流程模拟,需要掌握以下几个方面的知识:1.化工工艺学基础:了解化工工艺学的基本概念、原理和流程,包括反应、传质、传热、分离等基本过程。
了解化工设备和装置的类型、工作原理和流程图。
2.过程模型与参数估计:掌握建立化工流程模拟的基本原理和方法。
了解过程模型的类型和应用,例如动态模型、静态模型、平衡模型等。
掌握参数估计的方法和技巧,包括数据拟合、统计分析和参数敏感性分析等。
3.传输过程的模拟:掌握传质、传热和动力学等传输过程的模拟方法。
了解质量传输模型、热传输模型和反应动力学模型的建立和求解技巧。
了解传质过程中的浓度分布、传热过程中的温度分布以及反应过程中的反应速率等关键参数的计算方法。
4.过程优化与控制:了解化工过程的优化和控制方法。
掌握优化策略和算法,包括线性规划、非线性规划、动态规划等。
了解过程控制方法,如PID控制、模型预测控制等。
了解多目标优化和鲁棒优化的相关理论和方法。
5. 软件工具的应用:熟悉化工流程模拟软件和仿真工具的使用。
掌握ASpen Plus、HYSYS等流程模拟软件的基本功能和操作方法。
了解其他化工工程软件和数据处理软件的使用,如MATLAB、Excel等。
除了上述基础知识外,还需要培养以下几个方面的能力:1.数学建模能力:具备分析和解决复杂问题的数学建模能力。
能够根据实际化工流程,建立适当的数学模型,并进行求解和分析。
2.实验技能:具备化工实验的基本技能,能够收集实验数据,并进行数据处理和分析。
能够根据实验结果验证和优化模型,提高模拟结果的准确性。
3.创新思维:具备创新思维和解决问题的能力。
能够针对实际工程问题,提出创新的模拟方法和策略,提高模拟结果的可靠性和准确性。
4.团队合作能力:具备与其他专业人员合作的能力。
化工流程模拟往往需要多个领域的专家共同合作,因此需要具备与其他人员有效沟通和协作的能力。
总之,化工流程模拟涉及广泛的领域,需要掌握化工工艺学基础知识、过程模型与参数估计、传输过程模拟、过程优化与控制以及软件工具的应用。
工艺流程模拟计算1、工艺流程模拟目的(1)物料衡算物料衡算就是根据质量守恒定律确定原料和产品间的定量关系,计算出原料和辅助材料的用量、各种中间产品、副产品、成品的产量和组成以及三废的排放量。
物料平衡是进行工艺设计和设备设计的基础,通常在完成物料衡算的基础上才能进行能量衡算,进行工艺方案的比选,指导设备的工艺计算及选型、仪表选型、管道尺寸计算等,完成化工过程的PFD和PID的设计。
另外,通过物料衡算还可以分析实际生产过程是否完善,从而找出改造措施来改进工艺流程,达到提高收率、减少副产物和降低三废排放量等目的。
(2)能量衡算在生产过程中能量消耗是一项重要的技术经济指标,他是衡量生产方法是否合理、先进的重要标志之一。
热量衡算是在物料衡算的基础上依据能量守恒定律,定量表示工艺过程的能量变化,计算需要外界提供的能量或系统可输出的能量,由此确定加热剂或冷却剂的用量、机泵等输送设备的功率以及换热设备的尺寸。
此外,通过整个工艺过程的能量衡算还可以得出过程的能耗指标,分析工艺过程的能量利用是否合理,以便节能降耗,提高过程的能量利用水平。
工艺专业在完成全过程物料、能量平衡计算后,应把主要物流计算结果列于物料平衡表,也可直接表示在工艺流程图上。
2、工艺流程模拟计算软件(1)工艺装置采用PRO/II软件、ASPEN PLUS软件或HYSYS软件;(2)火炬、装置空气等系统管网应采用INPLANT软件。
(3)当以上软件不适用时,可采用其它软件,但应通过工艺室技术组认可、主管副总或主管副总经理审定、公司技术委员会批准。
3、计算基础(1)计算所需的原始数据(如原料组成、产品要求等)。
(2)编制计算输入文件应依据确定的工艺流程方案。
4、计算步骤(1)根据工艺流程方案编制计算流程框图;(2)初步确定每个工艺操作单元的操作条件;(3)列出计算所需的所有组分,并检查这些组分是否为计算软件中的库组分,对于不是库组分的应按软件的要求查找有关数据建立非库组分;(4)应根据计算的组分和操作单元类型选取合适的热力学方法;(5)编制计算输入文件;(6)上机进行计算,并根据计算结果调整输入文件,以达到计算要求。
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列出进入和离开系统的物料种类和数量。
1 化工模拟计算入门
在20世纪20年代以前,化工过程设计几乎没有理论作指导,几乎是完全凭经验。
在20世纪20年代~60年代,化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导,可以定量计算设计,但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。
在20世纪60年代以后,计算机辅助化工过程设计得到了发展。
目前用的较多的化工流程模拟计算软件有
a)PRO/Ⅱ
b)ASPEN
c)Chem CAD
d)HYSYS
另外:
工程化学模拟系统
-----化工之星,青岛化工大学,还有待于发展和完善
5
1.1 Chem CAD简介
1.1.1 ChemCAD的程序界面
6
1.1.2 ChemCAD的的运行环境和文件管理
7
•2)绘制过程流程图
9
•3)定义系统物料组成和热力学方法
11
•输入组分
12
13
•4)定义流股和设备
14
5)运行模拟和模拟结果
15
ChemCAD计算输出结果
16
1.2 PRO/II 流程模拟软件简介
1.2.2 设计化工单元操作:
闪蒸罐,间歇精馏器,蒸馏器,液-液抽提精馏器,侧线塔,压缩机,结晶器,旋流器,减压设备,溶解器,膨胀机,闪蒸,带有固体的闪蒸,LNG多股流换热器,精确核算型换热器,简单换热器,严格空冷器模型,加热/冷却曲线,混合器,管道,聚合物反应器,泵,回流泵,阀,刮膜式蒸发器,平衡反应器,转换反应器,吉布斯反应器,塞流反应器,平推流反应器,全混流反应器,间歇式反应器,固态颗粒分离器,分裂器,单变量控制器,多变量的控制器,物流计算器,流程优化器,过程数据,用户自定义操作单元,(电解质模块,SIMSCI 外接的模块)等。
1.2.3 用户扩展功能:用户自定义物流属性包;增加用户组份数据;增加热力学计算方法;增加自定义操作单元模块120个;增加自定义计算模型7个;增加自定义电解质模型20个等。
1.2.4 分析工具:工况研究、优化器、单相变量控制器、多相变量控制器、加热/冷却曲线等。
1.3 三种化工模拟软件的对比
一般认为,PROII在炼油工业应用更为准确些,因其数据库中有不少经验数据;而ASPEN在化工领域表现更好。
HYSYS主要用于天然气的加工处理及炼油工业。
Aspen plus 计算较准确,数据库比较完善,考虑的方面非常全面,多用于化工设计。
1.
1.4 PRO/II工艺模拟计算入门
1.5 用PROII进行公益模拟的步骤
①设计流程
②输入组分
③确定热力学方法
④定义操作单元并设置规定
⑤运行与调试
作业1
某果汁厂一年可产生12吨废水,其中含乙醇10%(Wt),试通过PROII模拟计算回收99%的含量为93%的食品酒精,年操作时数为8000小时,设计工艺流程,汇总物料平衡数据表,确定塔内负荷数据,绘制理论级数与温度、气液相负荷图。
例题
某果汁厂一年可产生12吨废水,其中含乙醇10%(Wt),试通过PROII模拟计算回收99%的含量为93%的食品酒精,年操作时数为8000小时,设计工艺流程,汇总物料平衡数据表,确定塔内负荷数据,绘制理论级数与温度、气液相负荷图。