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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：1 稳态模拟模块| 动态模拟模块CC STEADY STATE稳态流程模拟模块CC-DYNAMIC动态流程模拟模块CC-THERM换热器设计与分析模块CC-BATCH间歇蒸f留设计模拟模块CC.*；AFFTV NFT紧急排放及管网设计分析模块表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、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Chem CAD界面如图1所示：图1: Chem CAD界面其中从上向下分别是标题栏，菜单栏，工具栏，左上方空白处为工作区，左下方 空白处为提示区。

二ChemCAD的应用现在分别针对Chem CAD中反应器，换热器，精馏塔进行详细分析：2.1反应器2.1.1模拟反应器的模型和特点在标准的ChemCAD软件中，常用的反应器有化学计量反应器(Stoichiometric reater)、平衡反应器(Equilibriumreacter)、Gibbs 反应器(Gibbs reacter)和动力学反应器(Kinetic reacter)等反应器模块这些反应器模型能基本满足一般 化学反应过程的工艺计算主要反应器类型如图1所示图2：化学反应器的类型其中化学计量反应器用于单一反应，该反应器采用用户给定的化学计量系数 和反应程度等条件，可以模拟得到反应过程的物料平衡和能量平衡的一系列热力 学数据平衡反应器可用于单一或多反应，该反应器采用用户给定的平衡或转化 率，可以模拟得到用户需指定关键组分的平衡或转化率，通过解平衡方程及质量 和能量平衡计算可以得到产率、组成、热条件等Gibbs反应器用于混合物反应, 该反应器用线性代数确定独立反应体系；该模块基于Gibbs自由能最小化来估算 反应程度，并假设反应速度相同、催化剂性能完好动力学反应器是用动力学速 率表达式模拟反应动力学的精确模型，并根据反应器的结构特点分为平推流式反 应器模型和连续搅拌釜式反应器模型；当定量给出反应速率、反应程度和反应器 容积时，动力学反应器模型可计算反应器尺寸。

区别信计量系数融器Stoich/只可用于模拟单反应 /不用考虑平衡和动力学影响化評衡価器Eq』|/可模拟单一或复合反应/其中包括用于甲烷化和水转换反应Gibbs反应器/基于吉布斯自由能最小化原理进行模拟/无需化学计量系数/预测反应发生的可能性动力学反应器Ki “tic：/设计或核算全混流反应器和活塞流反应器 /采用反应动力学方程计算表2： Chem CAD反应器功能分类2.1.2模拟反应过程的实现采用ChemCAD软件来模拟化学反应过程的操作比较简单首先要建立反应过 程模拟流程，输入反应组成和必要的热力学、动力学参数，选定热力学和动力学 模型，软件运行后可得到反应过程设计的基本数据现对化学平衡反应器模拟过程进行详细分析：以丙烯与双氧水制环氧丙烷为例，其主反应与副反应方程为：H2O2+C3H6 C3H6O + H2OC3H6O+H2O L±ZO C3HQ2H2O2+C3H6+CH3OH C4H10O2+H2O2H2O2 2H2O+O2模拟图如图3所示：图3：模拟图其中进反应器前的处理归为原料预处理，不做详细说明模拟效果如表3,表4所示：由表可知，在平衡反应器中反应充分进行，生成产物PO以及副产物丙二醇和丙二醇单甲醚，从反应结果数据可知，Chem CAD是对事实的模拟，它对化工Stream No.17Total flow3622.107Total flow unitkmol/hComp unitkmol/hWater1651.678Oxygen0Methanol1049.173Hydrogen Peroxid370.61S9Nitrogen0Propene550.633Propane0ld2-Propylene Ox0X2-Propylene Gl0Glycol Ether M0表3：反应器进口处物料的发展起到了巨大的推动作用。

Stream No.13Total flow3620.625Total flow unitkmol/hComp unitkmol/hWater2005.99Oxygen3.706189Methanol1047.32Hydrogen Peroxid12.97165Nitrogen0Piropene200.4031Piropane0lj2-Propylene Qx345.0462lj2-Propylene Gl3.33557Glycol Ether M1.S53O94表4：反应器出口处物料2.2换热器221模拟换热器的模型和特点换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备， 又称热交换器换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设 备，在生产中占有重要地位在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝 器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛换热器种类很多，但根据冷、热流体热 量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式在三类换 热器中，间壁式换热器应用最多换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递 的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流 程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备 之一。

在Chem CAD中根据用途将换热器分为:单股物流和两股物流的，其中，单股 物流分为：管壳式，板式，翅片式，空冷器，热质同时传递；而两股物流的可分为：管壳式，不同进出口方向型，液相进气液出型，釜式和U型管式如图4所示：单股物流：陌—IX官冗式：翅片式：热质同时传递:空冷器:两股物流:陌—IX官冗式:不同进出口方向型:液相进气液出型：釜式：图4：换热器2.2.2模拟换热过程的实现换热器在模拟过程中的作用是使物料从一个温度变为我们所需的温度，模拟图如图5所示：Utility RatingSpecificationsCost EstimationsPressure dropMPaID: 2Superheat stream 13—For design mode., enter only ONE of the following:T ernperdture of stream 13Vapor fraction of stream 13Subcooling stream 13Heat DutyDelta T stream 13 - stream 2Elackcalc Mode (for Autocalc):0 No back calculdtionCalculated Heat DutyLMTD (End points)LM T D Corr FactorUtility Flowrate (see Flating Case)图5：换热器模拟图模拟结果如表5,6所示:Stream No.2Stream NameTemp C40Pr&s MPaOlIXH.3图5：物流1温度压力图6：物流2温度压力从模拟效果可看出：此换热器按照规定将物料从20°C加热到40°C，模拟效 果很好，且符合真实现象。

2.3精馏塔2.3.1模拟精馏塔的模型和特点典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、再沸器、冷凝器等精馏塔 供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝，部分凝 液作为回流液返回塔顶，其余馏出液是塔顶产品位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品进料加在塔的中部，进料中的 液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔 上升在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质液相中的易挥发组 分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相对不形成恒沸物的物系，只要设计 和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组 分进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进 料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段两段操作的结合， 使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的产品精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离，关键在于回流的应用回流 包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸气两者返回塔中汽 液回流形成了逆流接触的汽液两相，从而在塔的两端分别得到相当纯净的单组分 产品。

塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为回流比，它是精馏操作的 一个重要控制参数，它的变化影响精馏操作的分离效果和能耗Chem CAD模拟分离过程：简捷分离，严格精馏，吸收过程精馏塔是实现 分离最常用的分离装置分离是利用混合物中各组分性质的差异，从而进行有效分离精馏塔是利用 各组分之间相对挥发度的差异对物料进行分离的Chem CAD 中精馏塔有：Sho。