化工工艺模拟与计算..
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析（可编辑）
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析2 化工过程系统稳态模拟与分析概述通过对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析也就是对过程系统建立模型并对模型进行求解可以解决下述三方面的问题①过程系统的分析与模拟②过程系统设计③过程系统参数优化①过程系统的分析模拟对某个给定的过程系统模型进行模拟求解可得出该系统的全部状态变量从而可以对该过程系统进行工况分析如图21所示②过程系统设计当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求如图22所示③过程系统参数优化过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决策变量优化变量从而实施最佳工况如图所示 2 化工过程系统稳态模拟与分析相关的基本概念 1 系统为了某种目标由共同的物料流或信息流联系在一起的单元组合而形成的整体称为系统 2 子系统组成系统的系统下一层次的事物简单系统子系统就是某个单元复杂系统它的子系统又可能包含有子系统基本概念 3 系统的特性由两方面构成 1系统内各个单元的特性复杂系统则是各子系统的特性 2系统流程的结构特性树结构和再循环结构的概念 4 过程拓扑将过程流程图转换为信息流程图再把信息流程图转变为过程矩阵的过程称为过程拓扑过程流程→信息流程用有向线段表示信息流用方框表示设备或节点信息流程→过程矩阵将信息流程数字化使计算机可以识别根据信息流图可以得出过程矩阵 2．1 过程系统模拟的基本方法过程系统模拟计算量大且复杂手工计算难以完成计算机和计算技术的发展为过程系统的整体研究提供了技术手段各种类型的过程系统模拟软件不断出现但就其模拟计算求解方法而言可以归纳为三类序贯模块法 Sequentia1 Modular Method 面向方程法 Equation Oriented Method 联立方程法联立模块法 Stmultaneously Modular Method 2 11过程系统模拟的序贯模块法序贯模块法按照由各种单元模块组成的过程系统的结构序贯的对各单元模块进行计算从而完成该过程系统的模拟计算的方法序贯模块法对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础依据单元模块入口的物流信息以及足够的定义单元特性的信息计算出单元出口物流的信息序贯模块法的优点与实际过程的直观联系强模拟系统软件的建立维护和扩充都很方便易于通用化计算出错时易于诊断出错位置序贯模块法的主要缺点计算效率较低尤其是解决设计和优化问题时计算效率更低序贯模块法计算效率低的原因只能根据模块的输入物流信息计算输出物流信息在进行系统模拟的过程中对有再循环物流单元模块的计算需要考虑断裂物流收敛计算使问题复杂 2 12 过程系统模拟的面向方程法面向方程法将描述整个过程系统的数学方程式联立求解从而得出模拟计算结果的方法面向方程法又称联立方程法面向方程法的优点可以根据问题的要求灵活地确定输入输出变量而不受实际物流和流程结构的影响模型中所有的方程可同时计算和同步收敛面向方程法的问题形成通用软件比较困难不能利用现有大量丰富的单元模块缺乏与实际流程的直观联系计算失败之后难于诊断错误所在对初值的要求比较苛刻计算技术难度较大等 2 13 过程系统模拟的联立模块法联立模块法将过程系统的简化模型方程与单元模块严格模型交替求解又被称作双层法 2．2 过程系统模拟的序贯模块法 2．2．1序贯模块法的基本原理单元模块依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序如图28 a 中的闪蒸单元可依据闪蒸单元模型和算法编制成闪蒸单元模块单元模块的单向性结定单元模块的输入物流变量及参数可计算出相应的输出物流变量但不能由检出变量计算输入变量也不能由输入输出变量计算模块参数序贯模块法的基本思想从系统入口物流开始经过对该物流变量进入的单元模块的计算得到输出物流变量这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量依次逐个的计算过程系统中的各个单元最终计算出系统的输出物流计算得出过程系统中所有的物流变量值即状态变量值 2．2．2 再循环物流的断裂当涉及的系统为无再循环流的树形结构时序贯模块法的模拟计算顺序可以按过程单元的排列顺序一一顺利完成用序贯模块法处理具有再循环物流系统的模拟计算时需要用到系统分解断裂 Tearing 和收敛 Convergence 等多项技术 Step1 假定断裂物流S4的变量值然后依次计算单元模块ABC得到物流S4的变量值 Step2利用收敛单元比较S4与S4的相应变量值若不等则改变S4为新的变量值重复Step1过程直到S4与S4两个变量值相等为止问题收敛单元设置在哪个物流处既如何选择断裂物流本问题中不仅可以是物流S4处也可以设置在物流S2或S3处对于复杂系统收敛单元设置的位置不同其效果也将不同究竟设置在何处为好这要通过断裂技术去解决如何得到新的S4变量值如何保证计算收敛如何加快收敛取决于收敛算法还与断裂物流变量的特性有关 2．2．2 再循环物流的断裂 1 断裂的基本概念首先考察方程组的断裂假设有一个由四个方程四个未知变量组成的方程组也可以由另外的方式进行求解例如假设x2的猜值则 f1解出x3 f2解出x4 f3解出x1 最后利用f4来检验最初没定的猜值x2 是否正确如果f4为零则可认为得到了方程组的解若此处的f4 不为零则需修正x2的值再重新进行迭代计算这样可将四维求解问题降阶成了四个一维问题通过迭代计算把高级方程组降阶为低级方程组的办法称为断裂考察过程系统中的不可分隔子系统如图211断裂物流可以选为S10当然也可以选为S11选择不同的断裂物流则其相应的迭代序列也不一样从表面上看上列的两种计算序列似乎没有什么很大的区别但由于系统中各物流及其变量特性的不同在收敛计算上常是有很大差异的如变量个数的多少方程求解的难易程度等如何选择断裂物流确定迭代序列是实施序贯模块法进行过程系统模拟计算过程中必须要解决的问题 2 断裂方法的研究早在20世纪60年代初就有人提出了断裂的思想此后随着流程模拟技术的不断发展有关研究断裂的文章不断出现他们提出判断最佳断裂的准则分为四类 1 断裂的物流数最少 2 断裂物流的变量数最少 3 断裂物流的权重因子之和最少 4 断裂回路的总次数最少另一种归纳 1断裂的流股数目最少 2断裂流股包含的变量数目最少 3对每一流股选定一个权因子该权因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的困难程度应当使所有的断裂流股权因子数值总和最小4选择一组断裂流股使直接代入法具有最好的收敛特性四条准则是一般性的原则 3 回路矩阵过程系统中的简单回路可以用回路矩阵 1oop／stream Matrix 表示矩阵中的行代表回路列代表物流若某回路i中包括有物流J则相应的矩阵元素aij＝1否则为空白或零不独立的列 f 1 与 f 值较大的列相比较若某列中的非零元素与 f 值较大列的非零元素同行则该列相对于 f 值大的列不独立如S2的f 值较大与其余小于它的列相比较会发现S2的非零元素为C行和A行而S1列C行非零 S3A行非零其余列中无与S2同行的非零的元素则判别出 S1 S3相对于S2不独立表示为 S1 S3 S2 S5 S6 S4 流股断裂方法一L - R 分解法 L – R分解法遵循的原则断裂流股数目最少且将所有循环路打开例现有一个为最大循环网的不可分割子系统其信息流图如下1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 4流股断裂方法分析在这个信息流程图中有 8个流股S1S2 S8 五个节点12345构成了ABCD四个环路 1 4 2 5 3 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 A D C B在Lee – Rudd 法中首先分析信息流图再用环路矩阵表示出来 A B C D 环路S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 01 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 01 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 流股 f R 1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8A C DB 矩阵做法Si 流股若在 A 环中出现则标 1若不出现则标 0例如 A 环由S2S3 两流股构成其余为零矩阵中还有加和行用f 表示它由每一列中的非零元素加和构成加和列R它将每一行非零元素加和构成 f 称为环路频率代表某流股出现在所有环路中的次数R 称为环路的秩代表某环路中包含的流股总数经运算可得出加和 f 和R值环路矩阵成为下面样子 A B C D S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 10 R 2 2 3 4 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列 A B C D S1 S2 S3 S4 S5S6 S7 S8 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 R 2 2 34 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列基本概念工艺流程图过程流程过程拓扑举例信息流图-13 序贯模块法的基础是单元模块子程序通常单元模块与过程单元是一一对应的过程单元的输入物流变量即为单元模块的输入单元模块的输出即为过程单元的输出物流变量如 A B H G F E C D 系统分解对复杂系统将所有模型方程全部联立求解很困难直接用序贯法又存在相互影响这时可将该系统分成几个相对独立的部分各自联解再序贯求解将大的复杂系统分解为若干个小的子系统的过程称为大系统的分解目的是识别出不可分割子系统 AB H G F ECD 不可分割子系统不相关子系统 A B H G FE C D A B C A B CG F E D 流股断裂 Tearing 一般对于大系统分解得到的子系统已是不可分隔的如ABC构成的当这样的子系统仍很复杂时联立求解仍困难若断开某一个流股则可采用序贯法求解而断开的流股变量则作为迭代变量选择断裂流股是该技术的关键 A B H G F E C D 断裂物流迭代计算步骤如下该方程组可以通过联立求解得到它的解图210 描述了断裂的过程其中流股x2称为断裂流股该流股只有一个变量x2 称为迭代变量流股的收敛性指的就是其中变量x2 的收敛性能问题如果不选择流股x2是否可达到简化的目的。
化工工艺设计涉及计算的软件介绍
化工工艺设计涉及大量的计算，主要的有工艺流程的模拟，管道水力学计算，公用工程管网计算，换热器设计计算，容器尺寸计算，转动设备的计算和选型，安全阀泄放量和所需口径的计算，火炬泄放系统，控制阀Cv计算和选型，等等。
这些计算过程通常都有专用的商业软件或者是工程公司自行开发的软件或者计算表格。
大的设计公司通常也会指定公司用于以上设计过程的软件或经过确认的表格。
下面就我的经验来看看常用的一些软件。
1.工艺流程模拟：ASPEN PlusPro IIHYSYS2.管道水力学计算通常是工程公司自备的EXCEL表格，没必要使用专用软件。
当然，也可以自己编制，一般来说使用CRANE手册提供的公式就足够了。
两相流的水力学计算相当复杂，自己编制费力不讨好，用公司内部经过验证的表格就可以了。
3.公用工程管网计算我用过Pipe 2000，肯塔基大学教授的出品，包括Gas 2000, Water 2000, Steam 2000等一系列。
Pipenet也是不错的选择。
有人用SimSCI的InPlant。
没用过，有用过的朋友可以介绍一下。
4.换热器设计计算HTRIHTFS这两个软件都可以。
常见的介质用HTRI更好，因为它的物性数据是经过实验得到的。
HTFS使用了ASPEN或HYSYS的物性数据，很多都是计算得到的，所以精度可能稍差。
5.压力容器尺寸计算（长度与内径）工程公司往往使用自制的EXCEL表格来计算容器尺寸。
内构件一般要提交供货商来设计。
计算容器尺寸首先要确定容器的用途：气液分离，液液分离，还是气液液三相分离。
然后要确定容器是卧式还是立式。
最后要根据物料属性，考虑是否使用Wire Mesh或其他内构件来除去微小雾滴。
以上三项是影响计算的主要因素。
6.塔设备计算塔设备的计算和内构件的计算通常要由主要的供货商来进行。
软件比如说Koch-Glitsch的KG-Tower和Sulzer 的SULCOL。
工程公司一般只提供过程模拟的结果。
化工行业中的工艺过程模拟技术的使用注意事项
化工行业中的工艺过程模拟技术的使用注意事项化工行业是一个高风险产业，工艺过程的安全和效率对企业的发展至关重要。
为了提高工艺过程的设计和运行效率，模拟技术被广泛应用于化工行业。
工艺过程模拟技术利用计算机软件模拟化学反应、传质、传热等过程，对工艺条件进行优化和改进。
然而，在使用工艺过程模拟技术时，我们需要注意以下几个方面。
首先，我们必须准确地了解工艺过程及其相关参数。
在进行模拟之前，我们需要收集足够的数据，并准确地描述工艺过程中的各种化学反应、物质流动以及能量转移等过程。
这些数据包括物料的物理性质、反应速率常数、传质传热系数等。
只有获得准确、完整的数据，我们才能确保模拟结果的准确性。
其次，我们需要选择适当的模拟软件。
化工行业中有许多可供选择的模拟软件，如ASPEN Plus、HYSYS等。
这些软件拥有不同的功能和特点，我们需要根据工艺过程的具体要求选择最适合的软件。
同时，我们还需要掌握这些软件的使用方法，熟悉其界面和操作流程，确保能够正确地使用和解读模拟结果。
在进行模拟前，我们还需要验证所选模拟软件的准确性和可靠性。
为了保证模拟结果的可信度，我们可以使用实验室数据或现场实测数据对模拟结果进行验证。
通过与实际数据的对比，我们可以评估模拟软件的准确性，并对其进行适当的修正和调整。
在模拟过程中，我们还需要定期更新模拟模型。
化工工艺过程常常会受到多种因素的影响，如原料质量的变化、设备磨损、环境温度的变化等。
这些因素都可能导致模拟模型的偏离，影响模拟结果的准确性。
因此，我们需要定期检查和更新模拟模型，以确保其与实际情况的一致性。
此外，我们在使用工艺过程模拟技术时，还需要考虑到安全和环保等方面的要求。
化工行业的工艺过程往往涉及危险物质的处理和运输，任何失误都可能导致重大事故和环境污染。
在模拟过程中，我们需要对潜在的安全风险进行评估和控制，并确保模拟结果符合相关的安全和环保法规。
最后，我们需要将模拟结果与实际运行数据进行对比和分析。
化工过程分析与计算机模拟
PART FIVE
Aspen Plus： 广泛应用于化工、 石油化工、生物 化工等领域，可 以进行物料平衡、 能量平衡、设备
尺寸计算等。
Pro/II：主要用 于石油化工、天 然气加工、炼油 等领域，可以进 行工艺流程模拟、 设备选型、经济
评价等。
HYSYS：广泛应 用于石油化工、 天然气加工、炼 油等领域，可以 进行工艺流程模 拟、设备选型、
模拟化学反应、 模拟材料性能、 模拟生物系统、 模拟大气、水、 模拟建筑、机 模拟市场、投
流体流动等过 结构等特性 药物作用等过 土壤等环境过 械等工程设计 资等经济金融
程
程
程
过程
过程
优势：可以模拟复杂的化学反 应过程，提高实验效率
优势：可以预测化学反应的结 果，减少实验成本
局限性：模拟结果可能受到模 型和参数设置的影响
,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
添加标题
原料：包括原料的种 类、性质、数量等
添加标题
设备：包括设备的类 型、规格、数量等
添加标题
工艺流程：包括工艺 流程的步骤、顺序、 时间等
添加标题
控制参数：包括温度、 压力、流量等控制参 数
添加标题
产物：包括产物的种 类、性质、数量等
团队协作：与团队 成员共同探讨、分 享经验，提高分析 水平
汇报人：
软件类型：过程模拟软件、反应器模拟软件、工艺流程模拟软件等
应用实例：使用Aspen Plus进行化工过程设计，使用HYSYS进行反应器模拟，使用 Pro/II进行工艺流程模拟等
应用效果：提高化工过程设计效率，降低生产成本，提高产品质量等
选择合适的模拟 软件：根据化工 过程的特点和需 求选择合适的模 拟软件
化工中的模拟方法及其应用
化工中的模拟方法及其应用化工中的模拟方法及其应用模拟指的是使用计算机等技术对现实世界中的物理、化学、生物等过程进行数值模拟和仿真。
在化工领域中，模拟方法可以帮助工程师和科学家更好地理解化学反应、传质、质量传递等复杂的过程，从而提高产品研发的效率和安全性。
本文将介绍化工中的模拟方法及其应用。
一、分子动力学模拟方法分子动力学模拟方法（MD）是一种基于牛顿力学的计算方法，它能够模拟物质分子的运动和相互作用，包括分子间力、化学反应、吸附等。
MD方法已被广泛应用于材料科学、生物医学、化学工程等领域。
例如，MD可用于研究聚合物的物理化学性质、纳米材料的形成和反应机理、酶的功能等。
在化工领域中，MD可用于模拟化学反应、传质和吸附等行为。
通过计算分子间作用力和相互作用的速度，可预测化学反应的速率和生成物的数量。
MD还可用于研究膜分离、萃取等传质过程。
例如，可以通过MD研究两种液体之间分子交换的速度和量，从而确定最佳操作条件。
二、计算流体力学模拟方法计算流体力学模拟方法（CFD）基于数值算法，通过对流体流动、传热、传质、反应等过程的模拟来预测和优化工业过程。
CFD已广泛应用于化工工艺设计、设备优化和安全性评估。
例如，CFD可用于研究反应器内的流体流动、反应温度和物料分布等，有助于预测反应器行为和优化反应器结构。
CFD还可用于模拟气体的扩散、火灾爆炸等安全事故，从而确定最佳的安全措施和应急响应。
例如，CFD可用于研究建筑物内火灾蔓延情况，优化疏散路线和安装灭火系统。
三、多相流模拟方法多相流模拟方法是一种在系统中同时考虑多种流体相和相变行为的模拟方法。
它可用于研究气液两相、气固两相、液固两相甚至是三相流动过程。
多相流模拟在化工工业中应用广泛，例如在炼油、化学制品生产和环境保护等方面。
在炼油工业中，多相流模拟可用于模拟管道内的油气混合物、油水混合物等流动情况，从而进行设备优化和安全评估。
在化学制品生产中，多相流模拟可用于研究固体颗粒和气体混合物之间的相互作用，优化物料流动性质和协调设备运转。
化工过程模拟与优化
02
化工过程模拟的原理与技术
单元操作模拟
总结词
单元操作模拟是针对化工过程中单个操作单元的模拟，通过 数学模型描述单元内部物料和能量的传递、转化和平衡。
详细描述
单元操作模拟基于物理化学原理，通过建立数学模型来描述 单元设备的内部过程，如流体流动、传热、传质等。通过单 元操作模拟，可以预测设备性能、优化操作参数和提高设备 效率。
04
化工过程模拟的挑战与解决方案
数据缺失与不确定性
总结词
数据缺失和不确定性是化工过程模拟中的常见问题，需要采用数据填充、概率建模和蒙特卡洛模拟等 方法进行处理。
详细描述
在化工过程中，由于实验成本高昂或历史数据不足等原因，常常存在数据缺失的情况。为了减小数据 缺失对模拟结果的影响，可以采用插值、回归等方法对缺失数据进行填充。同时，可以采用概率建模 和蒙特卡洛模拟等方法来处理不确定性问题，为决策提供更全面的信息。
目的
优化化工过程，提高产品质量、降低 能耗和减少环境污染，实现经济效益 和环境效益的双重提升。
模拟的重要性
提高生产效率
通过模拟，可以预测和优化化工过程 的操作条件，提高生产效率。
降低实验成本
通过模拟，可以在实验室内进行大量 虚拟实验，避免了实际生产中的高昂 成本和安全风险。
优化产品设计
通过模拟，可以对新产品的设计和开 发进行预测和优化，缩短产品开发周 期。
总结词
优化算法用于寻找化工过程的最优操作 参数和配置，以提高生产效率和降低能 耗。
VS
详细描述
优化算法基于数学规划、梯度下降等方法 ，通过迭代搜索最优解。常见的化工过程 优化算法包括线性规划、非线性规划、遗 传算法等。通过优化算法的应用，可以找 到最优的操作参数和配置，提高生产效率 和降低能耗，实现化工过程的节能减排和 可持续发展。
化工专业工艺计算说明书
化工专业工艺计算说明书1. 引言本说明书旨在提供化工专业工艺计算的基本原理和步骤，帮助化工从业人员正确进行工艺计算，并提供一些常用的计算范例。
2. 工艺计算的基本原理工艺计算是化工工程中不可或缺的环节，它主要包括物料平衡、能量平衡和传递过程等计算。
以下是工艺计算的基本原理：•物料平衡：物料平衡是指根据输入和输出的质量流量来分析和计算各种物质在化工过程中的流动和转化情况。
物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即输入和输出的质量必须保持平衡。
•能量平衡：能量平衡是指根据输入和输出的能量流量来分析和计算系统内能量转化的情况。
能量平衡的基本原理是能量守恒定律，即输入和输出的能量必须保持平衡。
•传递过程：传递过程是指物料在化工过程中从一种状态转化为另一种状态的过程，例如传热、传质、传动力学等。
传递过程的计算主要基于一些基本原理和工艺参数。
3. 工艺计算步骤工艺计算主要包括以下步骤：3.1 收集数据在进行工艺计算之前，需要收集相关的数据和参数，包括原料成分、反应条件、物料流量、温度、压力等。
这些数据是进行工艺计算的基础。
3.2 物料平衡计算物料平衡计算是根据输入和输出的质量流量，计算各种物质在化工过程中的流动和转化情况。
物料平衡计算可以采用代数法、图解法或者计算软件进行。
3.3 能量平衡计算能量平衡计算是根据输入和输出的能量流量，计算系统内能量转化的情况。
能量平衡计算可以包括传热计算、传质计算、功率计算等。
3.4 传递过程计算传递过程计算是针对具体的传递过程进行计算，例如传热计算可以采用热传导方程、传质计算可以采用质量守恒方程等。
传递过程的计算一般需要根据实际情况选择合适的计算方法。
4. 工艺计算范例以下是一些常用的工艺计算范例：4.1 反应物料平衡计算假设有一个反应过程：A + B → C，已知反应物A和B的输入流量，求产物C的输出流量。
根据反应物料的平衡，可以得到以下公式：输入A的质量流量 + 输入B的质量流量 = 输出C的质量流量4.2 热平衡计算假设有一个加热过程，已知输入的能量流量和输出的能量流量，求加热器的热效率。
化工工艺计算说明书
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。
化工过程模拟与计算(第1章绪论)
3
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“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化 等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、 蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、 吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反” 为化学反应过程。
1.4.2 旧装置改造
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1.4.3 新工艺.
1.4.5 科学研究 1.4.6 工业生产的科学管理 1.4.7 动态模拟、实时优化的基础
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1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.5.1 模拟系统的主要组成部分
➢ 模拟系统的分类： • 专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。 • 通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何 工艺流程。
国际单位制三种单位）
（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。 （3）热力学方法：对准确性起决定性作用。 （4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成 （5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有
的约束条件。
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1.6 课程内容及要求
1.6.1 课程内容
第2章 化工过程模拟及相关高新技术 第3章 石油馏分 第4章 热力学方法 第5章 化工单元过程计算 第6章 蒸馏过程计算
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图1-1 稳态模拟系统的结构
流程图
数据文件
流程图拓扑分析及数据检查
调度系统
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物 热 库化 功 收 经 系输
性 力 工 能 敛 济 统出
数 学单 模 方评 文
据 方元 块 法价 件
库 法过 库 库库 生
库程
成
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PROII与石油化工工艺过程模拟计算
PRO/II与石油化工工艺过程模拟计算一、PRO/II简介1.1、概述PRO/II软件是美国SIMSCI公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件，该软件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程，对多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。
该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工艺装置的工艺流程模拟软件，同时作为装置标定计算、设备核算的软件。
PRO/II软件在我国的应用十分广泛，其中DOS系统的V3.3、V4.02版本和WINDOWS 操作系统的V4.13 WITH PROVISION V2.0以上版本是比较常用的。
PRO/II软件是很多炼油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一，同时也是炼油、化工等生产单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。
在实际工作中，有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题，而塔设备往往是需要进行标定或核算的重要设备之一，这时应用PRO/II软件提供的精馏、吸收、萃取等单元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。
1.2、主要计算模块或计算单元简介二、PRO/II热力学方法的初步分析PRO/II提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传递性能参数等热力学计算方法，由于每种热力学方法有一定的适用范围，在应用PRO/II 解决具体问题时，选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。
以下分类讨论PRO/II提供的主要的热力学方法。
2.1、普遍化方法普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的SRK方程、PR方程、BWRS方程、GS方程、IGS方程、BK10方程等，各方程的适用范围如下：2.2、液相活度系数方法液相活度系数方法主要包括用化工、石油化工物系气液、液液、气液液平衡及相关物性参数计算的NRTL（Non-Random Two Liquid）方程、UNIQUAC方程、WILSON方程、UNIFAC方程、VANLAAR方程、FLORY方程、MARGULES方程等，各方程的适用范围如下：2.3、专用数据包方法PRO/II专用数据包用于计算指定物系的气液、液液平衡及相关物性参数，主要包括GLYCOL数据包、SOUR WATER数据包、ALCOHOL数据包、AMINE数据包等，各专用数据包的适用范围如下：三、PRO/II在石油化工装置塔模拟采用的热力学方法石油化工装置种类繁多，以下将分类介绍PRO/II软件在部分装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
第10章 工艺流程模拟
目录
10.1 带循环的工艺流程 10.2 工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）
Purge
Product
Compositional Recycle
撕裂流举例
S7
B1
B2
B3
B4
S1
S2
S3
S4
S5
MIXER
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
➢ S7 ➢ S6
哪个可能是撕裂流？
➢ S7和S6 ➢ S2和S4 ➢ S3
哪个是最好的撕裂流选择？
➢ S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
U5
U6
U7
R1 S9
R2
交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S8
S1
S2
S3
S4
S5
化工工艺计算
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.℃。
第七章 化工工艺计算.
故，H2S的摩尔分数为 44.91/281.4=0.16 H2的摩尔分数为 236.49/281.4=0.84
⑤ 核对 。
⑥ 列物料衡算表，如下。
例7-5 P257
乙烷 99%
甲烷 1%
乙烷
裂解炉
炭
裂解气
H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6
, m
（2）单程转化率和全程转化率
为了提高原料的利用率，采用循环反应系统。
新鲜原料
循环物料
混合
反应
驰放物料 分离 产品
单程转化率——反应器
X
A
组分A在反应器中的转化量 新鲜原料中组分 A的量＋循环物料中组分
A的量
全程转化率——反应系统
X A,tot
组分A在反应器中的转化量 新鲜原料中组分 A的量
SP
W
B
P
对物料输入口节点A：FF+RC=MF 对物料输出口节点B: RC+W=SP 对分离器：RP=P+SP=P+RC+W 对整个反应：FF=P+W 对反应器：MF=RP
例1： 在银催化剂作用下，乙烯被空气氧化成环氧乙烷（C2H4O），副反应是 乙烯完全氧化生成CO2和H2O。已知离开氧化反应器的气体干基组成是： C2H43.22%，N2 79.64% ，O2 10.81% ， C2H4O 0.83% ， CO2 5.5%(均为体积 分数)。该气体进入水吸收塔，其中的环氧乙烷和水蒸气全部溶解于水中，而 其他气体不溶于水，由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外，其余全部循环回氧 化反应器。
➢ H2进气量=10800×103 / 22.4×10-3=482.1kmol; m=964Kg
化工工艺设计中过程模拟优化的应用
化工工艺设计中过程模拟优化的应用化工工艺设计中的过程模拟优化是指利用计算机模拟化工过程，通过模拟和优化技术来改进工艺设计和操作，以实现生产成本的降低、产品质量的提高和能源的节约。
过程模拟优化技术已经成为化工工艺设计中不可或缺的重要环节，对于提高工艺设计的精准度和可靠性具有重要意义。
一、过程模拟的优势1. 降低成本：过程模拟可以在计算机上对化工过程进行模拟和优化，替代传统的试错法则，减少了试验成本和时间，降低了产品开发成本。
2. 提高生产效率：通过对工艺流程的模拟和优化，可以找出最佳工艺条件，提高生产效率，提高企业的经济效益。
3. 降低风险: 通过模拟优化技术，可以在不同的设计方案中做出选择，并预测可能出现的问题，降低了生产风险。
4. 促进创新：过程模拟可以帮助工程师快速生成多种方案，从而促进创新和技术进步。
二、模拟优化原理及方法1. 模拟原理：化工过程模拟主要基于质量守恒、能量守恒和动量守恒定律，运用数学模型、流体力学和传热传质等基本原理模拟和描述化工过程中的物理和化学现象。
2. 优化方法：过程模拟的优化方法主要包括数学规划方法、启发式算法和进化算法等。
数学规划方法包括线性规划、整数规划、动态规划等，而启发式算法主要包括遗传算法、模拟退火算法和粒子群优化算法等。
这些算法能够帮助优化工业过程的生产能力和成本效益。
三、应用案例1. 石油炼制工艺中的模拟优化：石油炼制是化工工艺中的一个重要领域，通过对炼油过程的模拟和优化，可以提高产品的纯度和产量，降低生产成本。
2. 化学反应工艺中的模拟优化：模拟优化技术可以针对不同的化学反应过程进行模拟和优化，以找出最佳的反应条件，提高产品的质量和产量。
3. 能源系统的模拟优化：能源系统是化工工艺中重要的环节，通过模拟和优化技术，可以找出最佳的能源利用方案，实现能源的节约和环境保护。
四、发展趋势1. 多物理场耦合模拟：未来，多物理场耦合模拟将成为过程模拟优化的发展趋势，包括流动、传热、传质和化学反应等多种物理现象的联合仿真。
化学工程师中的化工流程模拟的方法
化学工程师中的化工流程模拟的方法化学工程师在生产过程中扮演着重要的角色，他们负责优化和改进化工流程，提高生产效率和产品质量。
在实际工作中，化工流程模拟成为了一种重要的方法。
本文将介绍化学工程师中常用的化工流程模拟方法，以及其应用和优势。
一、背景介绍化工流程模拟是指利用计算机软件对化工过程中的各种物理和化学过程进行数值模拟和分析的方法。
它可以对流程参数进行预测和优化，减少实际试验次数，提高工艺设计的准确性和可靠性。
化工流程模拟是化学工程师在实际工作中必备的技能之一。
二、常用的化工流程模拟方法1. 物料平衡模拟物料平衡模拟是化工流程模拟的基础，它通过对化工系统中物质的输入和输出进行平衡计算，确定各种原料和产物的流量和浓度。
物料平衡模拟可以解决化工系统中的传质、反应等问题，为后续的流程优化提供基础数据。
2. 传热传质模拟传热传质是化工过程中的重要环节，传热传质模拟可以用于预测和分析反应器、分离设备等的传热传质性能。
基于物理学原理和数学模型，传热传质模拟可以模拟不同工艺条件下的温度、浓度等参数变化，为优化设计提供依据。
3. 反应模拟反应模拟是化工流程模拟的核心内容之一，其目的是预测反应器中的反应动力学行为和产物分布。
通过反应模拟，可以确定最佳的反应条件，提高反应效率和产物纯度。
反应模拟可以结合传热传质模拟，分析反应过程中的温度和浓度分布，优化反应器的设计。
4. 流体流动模拟流体流动模拟可以模拟和分析化工系统中的液体和气体的流动行为。
通过建立流体动力学方程和边界条件，可以模拟不同操作条件下的流量、速度和压力分布等参数。
流体流动模拟可以用于优化管道和设备的设计，提高能源利用效率和流体携带物的输送效果。
三、应用和优势化工流程模拟方法在实际工作中有着广泛的应用和重要的优势。
1. 改进流程设计化工流程模拟可以通过模拟不同参数对流程性能的影响，优化流程设计。
例如，通过模拟不同温度和压力条件下的反应动力学行为，可以确定最佳的操作条件，提高反应器的效率和产物纯度。
化工工艺设计中过程模拟优化的应用
化工工艺设计中过程模拟优化的应用
过程模拟优化是化工工艺设计中的重要工作之一，通过模拟计算和优化，可以有效地提高工艺的效率和经济性。
下面是过程模拟优化在化工工艺设计中的应用。
1. 高效能源利用：通过过程模拟优化，可以确定最佳的反应条件、操作参数和设备配置，从而提高反应的效率和产率。
可以通过优化热力学循环、改进换热器和蒸汽系统，实现能源的最大利用，减少能源消耗和排放。
2. 产品品质改进：通过过程模拟优化，可以模拟预测不同操作变量对产品质量的影响，从而确定最佳操作条件，优化产品的品质。
可以通过优化反应条件和精炼工艺，减少副产品的生成，提高产品的纯度和质量。
3. 生产能力提升：通过过程模拟优化，可以确定最佳的流程布局、操作参数和设备配置，优化生产线的各个环节，提高生产线的吞吐量和生产能力。
可以通过优化原料和助剂的使用，减少废料和损耗，提高生产线的效率和经济性。
4. 节能减排：通过过程模拟优化，可以分析和优化反应系统的能耗、污染物排放和环境影响，降低对环境的负面影响。
可以通过优化工艺条件和改进工艺流程，减少能源消耗和排放，实现绿色和可持续发展。
5. 安全可靠性提升：通过过程模拟优化，可以模拟预测不同工艺条件和操作方式下的安全性能，评估和优化工艺的安全设计。
可以通过优化操作参数和改进设备配置，提高工艺的可靠性和安全性，减少事故和风险的发生。
过程模拟优化在化工工艺设计中具有重要的应用价值。
通过模拟计算和优化，可以提高工艺的效率和经济性，改善产品品质，提升生产能力，降低能源消耗和排放，增强工艺的安全性和可靠性。
这对于化工企业的技术创新、产品竞争力和可持续发展具有重要意义。
化工工艺的仿真与模拟技术
云计算与大数 据技术的结合： 实现仿真与模 拟的智能化和
自动化
云计算与 模拟技术的快
速发展
06
化工工艺仿真与模拟技术的挑战与展望
面临的挑战
模型准确性：如何提高仿真模 型的准确性和可靠性
计算效率：如何提高仿真计算 的效率和速度
模型验证：如何验证仿真模型 的准确性和可靠性
物理模型法
原理：通过建立物理模型来模拟化工过程 优点：直观、易于理解 缺点：需要大量的实验数据，耗时长 应用：在化工工艺设计、优化和故障诊断等方面有广泛应用
半物理模型法
半物理模型法的定义：结合物理模型和数学模型的方法，用于化工工艺的仿真与模拟。
半物理模型法的特点：结合物理模型和数学模型的优点，具有较高的仿真精度和模拟效率。
定义与作用
化工工艺仿真与 模拟技术：通过 计算机模拟化工 生产过程，预测 生产结果，优化 生产工艺
定义：利用计算 机技术，对化工 生产过程进行模 拟和仿真，以预 测生产结果，优 化生产工艺
作用：提高生产 效率，降低生产 成本，减少环境 污染，提高产品 质量
应用领域：化工、 石油、制药、食 品等行业
石油化工生产过程的智能控制 与优化
精细化工领域的应用案例
精细化工产品研发：通过仿真模 拟技术，优化产品配方和生产工 艺，提高产品质量和生产效率
精细化工设备设计：通过仿真模 拟技术，优化设备设计和选型， 提高设备性能和生产效率
添加标题
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精细化工生产过程优化：通过仿 真模拟技术，优化生产工艺参数， 降低生产成本，提高生产效率
近年来：仿真与模拟技术在化 工领域得到广泛应用，成为重 要的研究工具和设计工具
仿真与模拟技术的应用领域
PROII和石油化工工艺过程模拟计算
PROII和石油化工工艺过程模拟计算PRO和II是常用的石油化工工艺过程模拟计算软件，它们在工程设计、优化和运营中起着重要的作用。
本文将介绍PRO和II的基本概念、特点，以及其在石油化工工艺过程模拟计算中的应用。
PRO（Process and Reactions Optimization）是由ProSim公司开发的一套工艺模拟和优化软件。
PRO的主要特点是能够对复杂的石油化工过程进行全面的热力学、动力学和流程模拟，并提供多种优化算法进行过程的最优化设计。
PRO能够模拟各种化工工艺，如炼油、裂解、聚合等，并提供各种建模工具，如热力学模型、物性数据库和反应机理等。
PRO的优化功能可以根据用户设定的目标和约束条件，通过改变操作变量和设备参数来实现工艺的最优化设计。
II（Intelligent Implantation）是由Honeywell公司开发的一套工艺模拟和优化软件。
II的主要特点是能够对石油化工过程进行快速准确的计算，并提供灵活的用户界面和动态模型库。
II可以模拟各种化工工艺，如提炼、气体处理、化工合成等，并提供各种模拟和优化工具，如动态模拟、灵敏度分析和多目标优化等。
II的优化功能可以根据用户设定的目标和约束条件，通过改变操作变量和设备参数来实现工艺的最优化设计。
PRO和II在石油化工工艺过程模拟计算中的应用非常广泛。
首先，它们可以用于工程设计中的工艺优化。
通过建立准确的数学模型，结合优化算法，可以对工艺进行全面的分析和调整，从而获得更高的产能、更低的成本和更高的能源效率。
其次，它们可以用于工程操作中的工艺优化。
通过实时监测和模拟，可以对工艺进行实时的优化调整，以提高生产效率和产品质量。
另外，它们还可以用于事故分析和模拟预测。
通过建立事故模型，可以对潜在的事故进行模拟和分析，以制定相应的应急措施。
最后，它们还可以用于新工艺的研发和评估。
通过建立新工艺的模拟模型，可以对其进行全面的评估和优化，从而提高新工艺的可行性和经济性。
化工工艺流程模拟实训
化工工艺流程模拟实训引言化工工艺流程模拟实训是一种重要的培养化工工程技术人才的教学方法。
通过模拟真实的化工工艺流程，学生能够掌握相关的基础理论知识，并将其应用到实际的工程项目中。
这种实训模式可以帮助学生在学习过程中获得更多实践经验，并提高解决问题的能力。
本文将介绍化工工艺流程模拟实训的意义、实施方法和效果评估。
1. 意义化工工艺流程模拟实训对于培养学生的综合能力和创新能力具有重要意义。
1.1 培养学生的综合能力通过实际操作和模拟实训，学生可以了解化工工艺流程的各个环节，并掌握相关的理论知识。
这包括物料的选择、工艺参数的调整、设备的操作等。
通过实操，学生能够将理论知识与实际操作相结合，提高问题解决的能力。
同时，实训还能够培养学生的团队合作意识和沟通能力，为将来从事与化工工艺相关的工作做好准备。
1.2 提高学生的创新能力化工工艺流程模拟实训需要学生根据实际情况进行参数调整和工艺优化。
这要求学生具备创新思维和分析问题的能力。
通过实际操作和实践，学生可以不断尝试和改进，找到最佳的工艺方案。
这进一步提高了学生的创新能力，为未来在化工工程领域的创新和发展打下基础。
2. 实施方法化工工艺流程模拟实训的实施方法可以分为以下几个步骤：2.1 确定实训内容根据教学目标和学生的专业需求，确定化工工艺流程模拟实训的具体内容。
可以选择不同的化工工艺流程进行模拟，如溶剂萃取、蒸馏、反应等。
同时，还需要确定实验材料和设备的选择。
2.2 设计实训方案根据实训内容，设计实训方案。
包括实验步骤、参数调整策略、工艺优化等。
同时，还需要设计实训讲义，包括理论知识的讲解和实训步骤的介绍。
2.3 实施实训按照实训方案进行实训。
学生根据讲义的指导，进行实际操作。
在实训过程中，教师可以提供指导和帮助，解答学生的问题。
2.4 总结与评估实训结束后，学生需要对实训过程进行总结和评估。
可以进行实训报告的撰写，包括实训的目的、实施过程、问题分析和解决方案等。
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《化工工艺模拟与计算》气体分馏装置工艺模拟与优化研究
化工1271班第1组
指导老师：钟立梅
完成日期2015. 7 . 1
目录
第一章崔涛 1201710124对先脱乙烷流程工艺的研究
(4)
摘要
通过计算和Aspen模拟，对气体分馏装置工艺进行模拟和优化。
通过简捷计算、严格计算等方法确定回流比、塔板数等，通过分馏序列调整进行流程比较，确定最优操作条件，完成热力学和水力学分析以及设备选型等问题的研究，以最终获得达到分离要求的工艺流程。
ABSTRACT
Through the calculation and Aspen simulation, simulation and optimization of gas fractionation unit process. By simple calculation, such as strict calculation method to determine the reflux ratio, plate number, etc., through the adjustment of fractional distillation sequence process, determine the optimal operating conditions, thermodynamics and hydraulics analysis and study the problems of the equipment type selection, to ultimately meet the requirements of separation process.
一对先脱乙烷流程工艺的研究
1、工艺初始数据
原料组成(mol%)：甲烷2.02%，乙烷3.38%，丙烷7.43%，丙烯41.62%，异丁烷12.40%，正丁烷3.01%，丁烯15.47%，异丁烯6.59%，反二丁烯4.09%，异戊烷3.98%。
2、进料条件
T=30℃，P=1100kPa，F=1200,2200kg/h
3、工艺流程图
如图，进料经泵和换热器后，经脱乙烷塔由分离混合C2产品，重组分进入脱丙烷塔将C3和C4分离，C3经泵输送进丙丙塔，将丙烯和丙烷彻底分离得到产品。
4、设计内容
表1 各组分参数
x/mol％Fi/mol/h k 甲烷 2.02 444.4 13
乙烷 3.38 743.6 2.4
丙烷7.43 1634.6 0.88
丙烯41.62 9156.4 1.05
异丁烷12.40 2728 0.42
正丁烷 3.02 662.2 0.31
丁烯15.47 3403.4
异丁烯 6.59 1449.8
反二丁烯 4.09 899.8
异戊烷 3.98 875.6 0.145 5、模拟计算
5.1简捷设计
根据已知条件，输入物料和单元各项参数
由于模拟报错，将物料初始温度修改为0℃。
由模拟结果得
脱乙烷塔
有图可得，脱乙烷塔的最小理论塔板数24，最小回流比21.7，实际回流比34.9
回流比与理论板数关系曲线
同理可得
脱丙烷塔最小理论塔板数16，最小回流比0.8，实际回流比1，进料位置15
回流比与理论板数关系曲线
丙丙塔最小理论塔板数127，最小回流比60.3，实际回流比126.8，进料位置84
回流比与理论板数关系曲线
5.2 校核计算
按上述简捷设计给出的参数进行校核计算，最后得出结果不满足设计要求，在适当调整脱丙烷塔的塔顶产品与进料摩尔流率比后，最终产品达到99.8％，符合要求。