功能介紹及其案例相關(guān)

化工流程模擬軟件

-CHEMCADCHEMCAD-TheBestChoicetoImproveYourCompetitivenessWhatcanChemCADdoforyou?◎物性參數(shù)估算

◎流程及單元操作設(shè)計◎設(shè)備設(shè)計及成本核算◎環(huán)保和減廢設(shè)計◎反應(yīng)器放大◎控制策略評估

1. 獲取流程相關(guān)技術(shù)“knowhow”“knowwhy”2. 故障排除（Troubleshooting）3.去瓶頸（Debottle-neck）4. 流程優(yōu)化

Productivity,Recovery,Purity,Energy,Cost,Pollution,Safety5. 流程開發(fā)CHEMCAD 化工流程設(shè)計模擬系統(tǒng)CC-STEADYSTATE

穩(wěn)態(tài)流程模擬系統(tǒng)

CC-THERM

熱交換器設(shè)計評估系統(tǒng)CC-BATCH

間歇蒸餾模擬設(shè)計系統(tǒng)CC-Dynamics

動態(tài)流程模擬系統(tǒng)

CC-ReACS

動態(tài)反應(yīng)器模擬系統(tǒng)

CC-DCOLUMN

動態(tài)蒸餾模擬系統(tǒng)

CC-SAFETYNET

緊急排放管線網(wǎng)路系統(tǒng)

CC-ONLINE

數(shù)據(jù)矯正和參數(shù)估算系統(tǒng)物性數(shù)據(jù)庫和熱力學(xué)以AIChE（美國化學(xué)工程師協(xié)會）的DIPPR

數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)物性數(shù)據(jù)庫

電解質(zhì)數(shù)據(jù)庫汽相締合數(shù)據(jù)庫250+種原油數(shù)據(jù)庫熱力學(xué)模型:39K值計算模型和14H值計算模型

狀態(tài)方程式模型

:SRK,PR,API-SRK,GraysonStreed,MSRK,PSRK...活度系數(shù)模型:NRTL,UNIQUAC,Wilson,UNIFAC…特殊系統(tǒng)模型:Amine,Sourwater,TEG,…最新開發(fā)模型:SAFT,ESD,PRSK電解質(zhì)模型:Ideal,Pitzer,NRTLforelectrolytes…熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫收錄有數(shù)千多對二元交互作用參數(shù)（BIPs）供活度系數(shù)模型及電解質(zhì)模型使用數(shù)據(jù)回歸

–

純組分物性數(shù)據(jù)回歸多組分汽液/液液平衡數(shù)據(jù)回歸

（從使用者數(shù)據(jù)、UNIFAC或無限稀釋溶液數(shù)據(jù)回歸）電解質(zhì)數(shù)據(jù)回歸速率方程式數(shù)據(jù)回歸不同單元或不同塔板可以應(yīng)用不同的熱力學(xué)模型或不同的二元交互作用參數(shù)(BIPs)物性參數(shù)估算◎

物性:

蒸汽壓,泡點,露點,密度,比熱,反應(yīng)熱,粘度,熱導(dǎo)率,表面張力.......◎

反應(yīng)預(yù)測:化學(xué)反應(yīng)可能性預(yù)測

PropertiesofMixturePropertiesofPurecomponent動態(tài)流程模擬:動態(tài)精餾塔,間歇反應(yīng)器(動態(tài)),

動態(tài)緩沖槽,動態(tài)三相分相槽,

混合器,

分流器,

閥,

管線,

流量控制閥,

PID控制器,數(shù)控開關(guān),

ramp控制器,Excel控制器,計算器,延時

及

定時自動開關(guān)控制模塊…蒸餾,汽提,吸收,萃取,閃蒸,三相閃蒸,共沸蒸餾,三相蒸餾,反應(yīng)蒸餾,電解質(zhì)蒸餾…反應(yīng)器:平衡控制反應(yīng)器,速率控制反應(yīng)器,化學(xué)計量反應(yīng)器,Gibbs自由能反應(yīng)器,熱交換器,

壓縮機,

泵,加熱爐,控制器,

渦輪機,膨化機,管線模擬器,儲槽,組分分離器,氣液分離器,三相分離器…結(jié)晶罐,

離心機,旋風(fēng)分離器,

濕式旋風(fēng)分離器,

袋式過濾機,真空過濾機,

壓碎機,

研磨機,靜電收集器,

干燥機,

洗滌機,沉淀分離器…ChemCAD提供50種以上的單元操作模塊,同時提供將各單元操作串聯(lián)起來,形成完整流程的模擬功能。單元操作及流程模擬CC-THERM–熱交換器設(shè)計評估系統(tǒng)管側(cè)工藝類型

:無相變流體(汽相與液相)

強制蒸發(fā)

降膜蒸發(fā)

垂直熱虹吸

水平熱虹吸

垂直冷凝

回流冷凝

殼側(cè)工藝類型

:無相變流體(汽相與液相)

強制蒸發(fā)

池式蒸發(fā)

水平熱虹吸

水平冷凝

垂直冷凝

管殼式換熱器空氣冷卻器板式換熱器套管式換熱器設(shè)計和核算模型

；計算所有TEMA類型

◎ 經(jīng)濟評估-估算設(shè)備建造成本◎

蒸餾塔、吸收塔、汽提塔、萃取塔……

板式塔

(篩板、泡罩、浮閥)、

填充塔

(randompacking

和

structurepacking)◎

熱交換器的設(shè)計（Sizing）與評估(Rating)◎

管線、容器、孔板、控制閥和緊急泄放裝置系統(tǒng)(DIERS)（如安全閥、防爆片）?；卧O(shè)備設(shè)計與Sizing計算設(shè)備尺寸,物料及熱量衡算,環(huán)保設(shè)施及效用估算ChemCAD數(shù)據(jù)回歸系統(tǒng)□物性數(shù)據(jù)回歸

蒸汽壓,密度,比熱,粘度,熱導(dǎo)率,表面張力.......□熱力學(xué)數(shù)據(jù)回歸

(汽液平衡,液液平衡)多組分汽液平衡數(shù)據(jù)回歸多組分液液平衡數(shù)據(jù)回歸活度系數(shù)回歸利用UNIFAC回歸成汽液平衡參數(shù)利用UNIFAC回歸成液液平衡參數(shù)電解質(zhì)汽液平衡試驗數(shù)據(jù)回歸

□速率方程式回歸頻率因子活化能各組分反應(yīng)指數(shù)Workshop:Distillation1.蒸餾塔簡易及精確設(shè)計

(SCDS)設(shè)計一蒸餾塔

進料:

25℃,2bar(200kPa

)

,1000kg/hr甲醇

和1000kg/hr水

的混合物

產(chǎn)物: 塔底:水中甲醇濃度

<100ppm；

塔頂:

甲醇純度高于

0.999.

Step1: 先用“Short-Cut”粗略計算出理論塔板數(shù)，

回流比，進料位置，

塔底溫度…… Step2: 再用“Rigorousmodel”進行精確計算

，求出所有操作條件。

Step3: 用“Equip.Sizing”設(shè)計蒸餾塔的大小、規(guī)格Workshop:Distillation1(conti)◎環(huán)保減廢設(shè)計–有機廢氣的處理

Workshop:吸收塔

(洗滌塔)設(shè)計有機廢氣

：

流速

702.5kmole/hr利用洗滌塔將廢氣中丙酮的含量降至100ppm，需要耗水量？洗滌塔的直徑？塔高？填充物的規(guī)格？溫度:25oC壓力:101.3kPa組分

kmole/hr

氬

6.9

氧氣

144.3

氮氣

536.0

水

5.0

丙酮

10.3用

ChemCAD進行吸收塔模擬1Exitgas,250C,90kPaExitliquid,220C,101.3kPa液體吸收劑250C,101.3kPa進料氣250C,101.3kPakmole/hWater1943 kmole/h氬

6.9O2 144.291N2 535.983Water 22.0丙酮

0.05

kmole/hO2 0.009N2 0.017Water 1926.0丙酮

10.25

kmole/h氬

6.9O2 144.3N2 536.0Water 5.0丙酮

10.3去除丙酮

，使其濃度低于100ppm用靈敏度分析對主要變量進行評估洗滌水流量(板數(shù))目的: 1. 提高丁二烯產(chǎn)率 2. 減少電能和蒸汽的使用量1943-1980

furfural-water混合物當(dāng)溶劑，進行萃取蒸餾from1980

DMF當(dāng)溶劑，進行萃取蒸餾

去瓶頸

-- 去除汽提塔瓶頸

節(jié)約蒸汽和電能◎每年最高可額外創(chuàng)造收益320,000

Ref:ChemicalProcessing,July1993,p-35TexasPetrochemicalsCorp.(TPC)ChemCAD成功案例ChemCAD成功案例Ref:ChemicalProcessing,July1993,p-35Butadiene/DMF90%ButadeneNEWFlashVesselExtractiveDistillationTowerStripperTowerDMFRecoveryTowerStripperDMFDMFRefluxCrudeButadieneTexasPetrochemicalsCorp.(TPC)TexasPetrochemicalsplantwithMETA-Blocks:Entireplantruninasinglesimulationbytyingtogethersmallerflowsheets.AmmoniaSynthesisSimulation工廠建模-芳香烴萃取(sulfolane)製程SMprocess(fromEB)在線流程優(yōu)化系統(tǒng)控制系統(tǒng)ChemCAD車間模型狀況：二氧化氯是一種漂白劑,由于它無法被運輸,所以在工廠里進行制造.此外,EkaChem.公司在其它地方收購得到一些工廠需要進行監(jiān)測。問題：二氧化氯車間完全用電能作為動力.流程中包含有高功率熱能壓縮機.此外,大量關(guān)鍵條件的數(shù)據(jù)只能用通過頻繁的實驗室測試才可以獲得,成本昂貴.二氧化氯系統(tǒng)EKAChemicals公司位于瑞典,Bohus

的總部，通過ChemCAD進行在線管理成功案例。HMIDCSCC-OPCProcesssensorssenddatatoDCSProcessdatasenttoHMIfordisplayandhistoryProcessDataProcessdataforsimulationinputCHEMCADresultsfordisplaytooperatorand/ortohistorianforstorageDATA

HISTORIANSimulationresultsOperatorusesdisplayedguidancetodecideonDCSsettingsWhichrunstheplant在線流程管理…ProcesssensorssenddatatoDCSProcessdataforsimulationinputDATA

HISTORIANSimulationresults在線流程管理…DCSEXCEL“Softsensor”(虛擬傳感器)可以精確預(yù)測組分濃度;減少實驗室實測試費用和…減少用水量節(jié)省實驗室測試費用…$34,000/yr.節(jié)省水及其他成本…$3,000/yr.在線流程管理…

節(jié)約能源…$48,000/yr.連續(xù)計算壓縮機操作狀況，提供數(shù)據(jù)，使其工作在最佳狀態(tài)…在線流程管理…在線流程管理…Useoffewerinstrumentloopsinnewplants….Instrumentsavings…$42,000/plant.EKA已經(jīng)在七個車間安裝了這個系統(tǒng)

,共節(jié)約費用$2,009,000;他們計劃在另外十一個車間也安裝此系統(tǒng)

(將會節(jié)約費用

$5,346,000).在線流程模擬與管理IntegratedUsingInternetAccessTheManufacturingCockpitProcessCockpitEKAChemicalsTrenddisplaysChemCAD

基本功能steadystate(單一單元及具多重回流的流程)間歇蒸餾塔反應(yīng)器放大及熱危害分析緊急排放系統(tǒng)(DIERS)及火炬總管系統(tǒng)分析在線模擬及其應(yīng)用結(jié)論TheBestChoice-ChemCAD☆ PRICE/PERFORMANCE最合理☆

高度集成、界面好、親和性佳☆

容易學(xué)

解題快☆

提供本地技術(shù)支持☆

提供完整之訓(xùn)練課程最好的LocalTechnicalSupport完整之訓(xùn)練課程C7H8+HNO3→C7H7NO2+H2O根據(jù)文獻，甲苯單硝化反應(yīng)速率方程式為:其中

k0(頻率因子)和E(活化能)在

45℃，該反應(yīng)條件下k0=67.71/M1.5-minE=18400J/molea=1.2b=1.3甲苯與混酸反應(yīng)(硝酸/硫酸/水=28/56/16wt%)甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬文獻指出：甲苯與三種MNT異構(gòu)物熱分解溫度約在250℃左右

硝酸則分兩階段分解，第一分解峰在120℃，第二分解峰在150℃。

甲苯與混酸混合，70℃左右有一分解峰，70-200℃間進行第二階段熱分解，200℃后為第三階段分解反應(yīng)。甲苯單硝化反應(yīng)操作溫度不宜高于熱分解溫度70℃。實驗室反應(yīng)系統(tǒng)模擬反應(yīng)器（1公升），374ml甲苯+326ml混酸，控制等溫

45℃下反應(yīng)文獻指出:反應(yīng)約

12分鐘時，反應(yīng)達成率約為

90%實驗室間歇反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率隨時間變化圖使用ChemCAD-ReACS中間歇反應(yīng)器單元進行電腦模擬甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬Conversion%Time(min)工廠反應(yīng)系統(tǒng)放大模擬

反應(yīng)器(體積9.09m3）

套管冷卻水系統(tǒng)

PID控制器控制反應(yīng)器內(nèi)部溫度，設(shè)定點(setpoint)為45℃

置入3740公升甲苯和3260公升混酸反應(yīng)。甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬工廠間歇反應(yīng)，反應(yīng)物及產(chǎn)物摩爾分率變化圖BatchReactor2CompositionsinMoleFractions102030405060

min0.10.20.30.40.50.6MoleFractionsH2OMNTNHO3Toluene工廠間歇反應(yīng)，反應(yīng)器及夾層溫度變化圖BatchReactor2102030405060

min406080100120140160180200220C反應(yīng)器溫度夾層溫度反應(yīng)器溫度于4分鐘內(nèi)升高至210℃甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬用ChemCAD-ReACS模擬半間歇操作相同的反應(yīng)器及冷卻控制系統(tǒng)加裝一Ramp控制器以控制原料進料進程和進料速度經(jīng)濟方便的方法–采用半間歇操作甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬解決上述反應(yīng)失控的方法：

改善反應(yīng)器設(shè)計

改進冷卻系統(tǒng)，換為更低溫的冷凍系統(tǒng)

加裝內(nèi)蛇管冷卻系統(tǒng)

改為半間歇操作工廠半間歇反應(yīng)，反應(yīng)物及產(chǎn)物摩爾分率變化圖BatchReactor2CompositionsinMoleFractions246810121416

hr0.10.20.30.40.50.6MoleFractionsH2OHNO3MNTToluene工廠半間歇反應(yīng)，反應(yīng)器及夾層溫度變化圖BatchReactor2246810121416

hr25303540455055C反應(yīng)器溫度夾層溫度甲苯進料速率為1.5公升/小時甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬冷卻系統(tǒng)失效分析冷卻系統(tǒng)失效可能的原因控制閥故障

攪拌器故障控制系統(tǒng)失效模擬方法：將攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)為0來模擬攪拌器故障。切斷冷卻水來模擬冷卻系統(tǒng)失靈。246810121416

hr50100150200250300分析結(jié)果反應(yīng)器溫度由原來的25℃，上升至250℃以上半間歇操作(甲苯進料速率為1.5公升/小時)

，冷卻系統(tǒng)失效時，反應(yīng)器溫度隨時間變化圖。甲苯單硝化間歇反應(yīng)器放大模擬、熱危害分析及反應(yīng)器失控模擬1.有設(shè)計(Sizing)和評估(Rating)兩個模塊2.適用反應(yīng)及非反應(yīng)系統(tǒng)3.考慮氣液兩相流4.穩(wěn)態(tài)及動態(tài)流程均可使用5.反應(yīng)失控時，緊急泄放系統(tǒng)啟動的動態(tài)現(xiàn)象模擬排放模型

(Ventmodel)

a.HEM(HomogeneousEquilibriumModel) b.HNE(Henry-FauskeHomogeneousNonequilibrium) c.ERM(EquilibriumRateModel) d.非閃蒸液體模型(Non-flashingLiquidModel) e.單相蒸汽模型

(Single-phaseVaporModel)容器模型(Vesselmodel)

a.Homogeneous b.Bubby c.Churn-Turbulent火災(zāi)模型(Firemodel)

a.NFPA-30 b.API-520/521