化工计算的内容学习课件

绪论绪论 0.1 化工计算的内容化工计算的内容（1）化工计算基础内容）化工计算基础内容（2）化工过程物料衡算）化工过程物料衡算（3）单一化工过程能量衡算）单一化工过程能量衡算（4）典型化工过程工艺计算）典型化工过程工艺计算绪论绪论 0.2 化工计算的作用化工计算的作用（1）在化工过程开发中的作用）在化工过程开发中的作用（2）在化工设计中的作用）在化工设计中的作用（3）在技术革新和技术改造中的作用）在技术革新和技术改造中的作用（4）在化工操作方面的作用）在化工操作方面的作用（5）在化工生产的组织和管理中的作用）在化工生产的组织和管理中的作用绪论绪论 0.3 化工计算课程的学习方法化工计算课程的学习方法（1）基础知识的复习巩固）基础知识的复习巩固（2）计算机、计算软件的应用能力）计算机、计算软件的应用能力（3）理论联系实际）理论联系实际（4）严谨、细致的工作作风）严谨、细致的工作作风 化化工工计计算算的的核核心心内内容容是是：如如何何查查找找物物性数据，并应用于化工过程开发。性数据，并应用于化工过程开发。就化工就化工计算研究对象和核心内容而言，本计算研究对象和核心内容而言，本课程完全可以撇开基础理论，围绕课程完全可以撇开基础理论，围绕“如何如何查找物性数据，并应用于化工过程开发查找物性数据，并应用于化工过程开发”来展开，要完成这样的教学，还必须利用来展开，要完成这样的教学，还必须利用化工流程模拟软件在教学中的辅助作用。化工流程模拟软件在教学中的辅助作用。任务一、任务一、CHEMCAD的启动，工作文件的的启动，工作文件的命名及保存，命名及保存，单位制的选择及换算单位制的选择及换算，内部文，内部文件浏览。件浏览。任务二、纯组分的任务二、纯组分的物性查询物性查询，绘制物性数据，绘制物性数据图图。任务三、自定义组分的创建，根据实验数据任务三、自定义组分的创建，根据实验数据回归回归饱和蒸汽压公式参数，饱和蒸汽压公式参数，回归回归理想气体热理想气体热容公式中参数以及其它物性数据公式的参数。容公式中参数以及其它物性数据公式的参数。作实验数据、公式计算值的数据对比图作实验数据、公式计算值的数据对比图。化工化工计算的九个任务计算的九个任务任务四、应用气体状态方程任务四、应用气体状态方程SRK方程或方程或PR方程计算气体的方程计算气体的P-V-T性质，并出具物料性质，并出具物料的所有物性计算结果。的所有物性计算结果。任务五、绘制二元组分汽液相平衡图任务五、绘制二元组分汽液相平衡图，溶，溶液模型的选择，根据二元组分相平衡实验液模型的选择，根据二元组分相平衡实验数据回归回归溶液模型的二元交互作用参数据回归回归溶液模型的二元交互作用参数。数。任务六、闪蒸的模拟。任务六、闪蒸的模拟。任务七、精馏塔的模拟。任务七、精馏塔的模拟。任务八、物性数据的估算。任务八、物性数据的估算。任务九、任务九、Gibbs反应器模拟反应的极限并计反应器模拟反应的极限并计算反应的平衡常数，用平衡反应器模拟反算反应的平衡常数，用平衡反应器模拟反应的结果。应的结果。任任务务一一、CHEMCAD的的启启动动，工工作作文文件件的的命命名名及及保存，单位制的选择及换算，内部文件浏览。保存，单位制的选择及换算，内部文件浏览。1什么是什么是ChemCAD ChemCAD系系列列软软件件是是美美国国Chemstations公公司司开开发发的的化化工工流流程程模模拟拟软软件件。ChemCAD根根据据Microsoft Windows设设计计标标准准采采用用了了Microsoft工工具具包包及及Windows Help系系统统，使使得得ChemCAD具具有有容容易易使使用用、高高度度集集成成、界界面面友友好好等等特特点点，对对用用户户来来说说，外外观观及及感感觉觉和和用用户户熟熟悉悉的的其其它它Windows程序十分相似。程序十分相似。（1）画出用户自己的流程图；）画出用户自己的流程图；（2）选择组分；）选择组分；（3）选择热力学模型；）选择热力学模型；（4）详细说明进料物流信息；）详细说明进料物流信息；（5）详细说明各单元操作的信息；）详细说明各单元操作的信息；（6）运行；）运行；（7）计算设备规格；）计算设备规格；（8）研究费用评估方案；）研究费用评估方案；（9）评定环境影响；）评定环境影响；（10）分析结果）分析结果/按需优化；按需优化；（11）生成物料流程图）生成物料流程图/报告。报告。2ChemCAD6.0 的运行界面的运行界面3ChemCAD6.0 的单位制的选择的单位制的选择米制单位制米制单位制Metric国际单位制国际单位制SI4ChemCAD6.0 的的单单位位换换算算功功能能键键“F6”的使用的使用 5ChemCAD6.0 的内部工作文件浏览的内部工作文件浏览 1-1 在某次试验中需要气体压力为在某次试验中需要气体压力为2atm，试求此压力相当于多少：（，试求此压力相当于多少：（1）Pa；（2）kgf/cm2；（；（3）psia；（；（4）bar。1-2 水以水以50m3/h的流速移动，试求此流的流速移动，试求此流量相当于：（量相当于：（1）m3/min；（2）litre/hr；（；（3）cc/sec；（；（4）gph；（5）ft3/hr；（；（6）lmp gpm。1-3 20时煤油的密度以时煤油的密度以CGS制表示为制表示为0.845g/cm3，试换算成，试换算成SI制、米制工程单制、米制工程单位、英制单位。位、英制单位。1-4 一表面张力为一表面张力为0.005lbf/ft，换算成，换算成dyn/cm、J/m2、N/m。1-5 500kcal热能，热效率为热能，热效率为75%，在，在10分钟内传给物体，求传热速率，用下列分钟内传给物体，求传热速率，用下列单位表示：（单位表示：（1）kcal/s；（；（2）kW；（3）hp（马力）；（马力）；（4）kgf m/s；（5）Btu/s。1-6 20%蔗糖溶液，蔗糖溶液，20时的粘度为时的粘度为1.967厘泊（厘泊（cP），换算成：（），换算成：（1）kg/(m h)；（2）kgf s/m2；（；（3）N s/m2；（4）mPa s；（；（5）lb/(ft s)；（6）lbf s/ft2。1-7 一桶原油换算为多少升？一桶原油换算为多少升？1-8 汞汞20的导热系数为的导热系数为6.8kcal/(m h)，换算成，换算成SI单位，英制单位，英制单位。单位。1-9 由手册查得下列液体在由手册查得下列液体在68 时导热系时导热系数为：醋酸数为：醋酸=0.099Btu/(ft h )、煤油、煤油=0.086Btu/(ft h )。换算成：（。换算成：（1）液体）液体温度用温度用表示；（表示；（2）导热系数用）导热系数用SI单位单位表示。表示。1-10 由一温度已知值，计算下列所有温度由一温度已知值，计算下列所有温度KFR（1）500（2）-10（3）104（4）6001-11 丁烯（气体）于丁烯（气体）于158 时之热容为时之热容为0.366Btu/(lb )，换算成，换算成kcal/(kg)及及kJ/(kg)。1-12 铜的热容为铜的热容为cp=5.44+0.1462 10 2T cal/(mol)，式中，式中T的单位为的单位为。试求：。试求：（1）将上式换算成）将上式换算成cp用用Btu/(lb-mol R)表示，式中表示，式中T用用 R表示。表示。（2）求）求60时铜之时铜之cp值，单位用值，单位用Btu/(lb-mol R)表示。表示。1-13 一反应器的水银压力表读数为一反应器的水银压力表读数为26.5英寸英寸汞柱真空度。当日气压读数为汞柱真空度。当日气压读数为763mmHg柱。柱。求容器内绝压为多少？用磅力求容器内绝压为多少？用磅力/英寸英寸2、磅力、磅力/英尺英尺2、巴、巴、mmHg柱、英寸汞柱及毫米水柱、英寸汞柱及毫米水柱表示。柱表示。1-14 一种三组分的液体混合物，其中含一种三组分的液体混合物，其中含A10kg、B为为25%（质量（质量%）以及每）以及每1molB含含1.5molC。A、B、C三组分的分子量分别三组分的分子量分别为为56、58、72；比重分别为；比重分别为0.58、0.60、0.67。计算（。计算（1）混合物的摩尔百分数）混合物的摩尔百分数（mol%）及体积百分数。（）及体积百分数。（2）混合物的）混合物的平均分子量。平均分子量。任务二、纯组分的物性查询，绘制物性数据图任务二、纯组分的物性查询，绘制物性数据图 化工过程的开发，化工生产过程规律化工过程的开发，化工生产过程规律的探索离不开对物性数据的依赖。纯的探索离不开对物性数据的依赖。纯组分的物性都是通过各个时期的科学组分的物性都是通过各个时期的科学工作者长期、认真、耐心、反复的测工作者长期、认真、耐心、反复的测量积累而成的。他们在探索各种自然量积累而成的。他们在探索各种自然常数以及传播这种知识中的现身精神，常数以及传播这种知识中的现身精神，是应用科学赖以取得成就的基础。是应用科学赖以取得成就的基础。CHEMCAD集成了集成了DIPPR（美国物（美国物性数据研究院）物性数据库，每一性数据研究院）物性数据库，每一种纯组分的物性主要有：分子量，种纯组分的物性主要有：分子量，临界常数，饱和蒸汽压，密度，表临界常数，饱和蒸汽压，密度，表面张力，粘度，热容等等。下面就面张力，粘度，热容等等。下面就以水为例，介绍如何查询这些物性以水为例，介绍如何查询这些物性数据。数据。习习 题题2-1 查询乙醇的物性数据，写出其中的查询乙醇的物性数据，写出其中的“所需的最少数据所需的最少数据”，并把所查得的有关热，并把所查得的有关热容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方程中。具体方程中。2-2 查询甲醇的物性数据，写出其中的查询甲醇的物性数据，写出其中的“基本数据基本数据”，并把所查得的有关热容、密，并把所查得的有关热容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方程中。程中。2-3 查询丙烯的物性数据，写出其中的查询丙烯的物性数据，写出其中的“所需的最少数据所需的最少数据”，并把所查得的有关热，并把所查得的有关热容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方程中。使用具体方程中。使用Antoine方程和方程和DIPPR库库方程计算方程计算200K下的饱和蒸汽压。使用理想下的饱和蒸汽压。使用理想气体热容的多项式方程和气体热容的多项式方程和DIPPR库方程计库方程计算算200K下的热容下的热容CP。2-4 绘制异丁烷的理想气体热容图，饱绘制异丁烷的理想气体热容图，饱和蒸汽压图。把数据导出，手工绘制。和蒸汽压图。把数据导出，手工绘制。任务三、自定义组分的创建，根据实验任务三、自定义组分的创建，根据实验数据回归饱和蒸汽压公式参数，回归理数据回归饱和蒸汽压公式参数，回归理想气体热容公式中参数以及其它物性数想气体热容公式中参数以及其它物性数据公式的参数。作实验数据、公式计算据公式的参数。作实验数据、公式计算值的数据对比图。值的数据对比图。CHEMCAD提供的提供的DIPPR物性数据库中，物性数据库中，数据都是灰色的，不让用户修改数据都是灰色的，不让用户修改 CHEMCAD提供了三种创建自定义组提供了三种创建自定义组分的命令：分的命令：“创建新的组分创建新的组分”菜单命令：菜单命令：“复制组分复制组分”菜单命令：菜单命令：“导入自定义组分物性数据导入自定义组分物性数据文件文件”菜单命令：菜单命令：例例3-1 通过复制丙烯组分来创建自定义通过复制丙烯组分来创建自定义组分，并用中文名称命名。已知丙烯的组分，并用中文名称命名。已知丙烯的饱和蒸汽压测量数据如表饱和蒸汽压测量数据如表c-1：温度温度 K72.9598.49 124.02149.55 175.08 200.62压力压力 mmHg4.24E-101.34E-040.07042.9635.5209226.15251.68277.2