化工过程模拟与计算(第1章绪论)
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化工计算绪论及第一章
5q 0.625 kcal / s 1Btu 2.48 Btu s
0.252 kcal
6q 266.9kgf m / s 1lbf 3.2808 ft
0.4536kgf 1m 1929.6lbf ft s
1－6 20％蔗糖溶液，20ºC粘度为1.967cp，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。（1cp=0.01p)
例1-1 25℃时水的粘度为0.8937厘泊，换算成千 克/米·时及帕·秒。（1厘泊=0.01泊，1泊=1克/厘 米·秒）
解：1、找出比例形式（熟了后该步可忽略）
1k g 1000 g
100cm 1m
3600s 1h
2. 0.8937cp 0.8937102. g 1kg 100cm 3600s
第二节
单位换算
1— 4单位换算的方法
单位换算，是用不同单位制表示同一物理量。
连接单位法：将所有单位（原单位及所需换算 成单位）写出来，根据量与量间关系及单位间关 系写成数字与单位连乘连除式。
连接单位法步骤:
1、先查出同一因次不同单位制的换算系数，写 成比例形式（其比例 实质为1 ）
2、将需换成的量和单位根据其间关系写成数字 附带单位连乘连除的式子进行运算。
每个比值间垂直线相当于乘号，注意所乘比例
与要求单位间换算关系。
例2 将R=0.08205 atm.l.mol-1.K-1→SI单位
解:
R 0.08205 atm.l mol.K
101325Pa 1atm
1N 1Pa m 2
1m3 1000l
8.314N m mol1 K 1 8.314J mol1 K 1
0.252 kcal
6q 266.9kgf m / s 1lbf 3.2808 ft
0.4536kgf 1m 1929.6lbf ft s
1－6 20％蔗糖溶液，20ºC粘度为1.967cp，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。（1cp=0.01p)
例1-1 25℃时水的粘度为0.8937厘泊，换算成千 克/米·时及帕·秒。（1厘泊=0.01泊，1泊=1克/厘 米·秒）
解：1、找出比例形式（熟了后该步可忽略）
1k g 1000 g
100cm 1m
3600s 1h
2. 0.8937cp 0.8937102. g 1kg 100cm 3600s
第二节
单位换算
1— 4单位换算的方法
单位换算，是用不同单位制表示同一物理量。
连接单位法：将所有单位（原单位及所需换算 成单位）写出来，根据量与量间关系及单位间关 系写成数字与单位连乘连除式。
连接单位法步骤:
1、先查出同一因次不同单位制的换算系数，写 成比例形式（其比例 实质为1 ）
2、将需换成的量和单位根据其间关系写成数字 附带单位连乘连除的式子进行运算。
每个比值间垂直线相当于乘号，注意所乘比例
与要求单位间换算关系。
例2 将R=0.08205 atm.l.mol-1.K-1→SI单位
解:
R 0.08205 atm.l mol.K
101325Pa 1atm
1N 1Pa m 2
1m3 1000l
8.314N m mol1 K 1 8.314J mol1 K 1
化工行业化工过程自动化方案
化工行业化工过程自动化方案第一章绪论 (2)1.1 行业背景分析 (2)1.1.1 化工行业概述 (2)1.1.2 化工行业发展趋势 (3)1.1.3 项目目标 (3)1.1.4 项目意义 (3)第二章自动化系统总体设计 (3)1.1.5 系统架构概述 (4)1.1.6 系统架构组成 (4)1.1.7 系统架构功能 (4)1.1.8 系统集成概述 (4)1.1.9 系统集成内容 (5)1.1.10 系统集成兼容性 (5)第三章传感器与检测技术 (5)1.1.11 传感器选型原则 (5)1.1.12 传感器应用实例 (6)1.1.13 检测技术概述 (6)1.1.14 检测技术优化 (6)第四章控制系统与执行器 (6)1.1.15 控制策略概述 (7)1.1.16 控制算法 (7)1.1.17 执行器概述 (7)1.1.18 执行器选型 (7)1.1.19 执行器应用 (8)第五章数据采集与处理 (8)1.1.20 概述 (8)1.1.21 数据采集技术的发展 (8)1.1.22 数据采集技术的应用 (8)1.1.23 概述 (9)1.1.24 数据处理方法 (9)1.1.25 数据分析应用 (9)第六章网络通信与实时监控 (10)1.1.26 网络架构概述 (10)1.1.27 设计原则 (10)1.1.28 网络架构设计 (10)1.1.29 实时监控系统概述 (11)1.1.30 系统搭建 (11)第七章安全生产与预警系统 (12)1.1.31 概述 (12)1.1.32 安全生产管理 (12)1.1.33 安全生产技术措施 (12)1.1.34 概述 (13)1.1.35 预警系统架构 (13)1.1.36 预警系统关键技术 (13)1.1.37 预警系统实施策略 (13)第八章信息化管理与应用 (14)1.1.38 系统架构 (14)1.1.39 系统功能 (14)1.1.40 某化工企业生产管理系统 (15)1.1.41 某化工企业设备维护系统 (15)1.1.42 某化工企业安全监控系统 (15)1.1.43 某化工企业质量管理与控制系统 (15)1.1.44 某化工企业人力资源管理系统 (15)第九章自动化系统运行与维护 (15)1.1.45 概述 (15)1.1.46 运行管理策略 (15)1.1.47 运行管理制度 (16)1.1.48 运行管理实施 (16)1.1.49 概述 (16)1.1.50 系统维护 (16)1.1.51 系统优化 (16)1.1.52 维护与优化实施 (17)第十章项目实施与效果评估 (17)1.1.53 项目实施目标 (17)1.1.54 项目实施步骤 (17)1.1.55 项目实施保障措施 (17)1.1.56 效果评估指标 (18)1.1.57 效果评估方法 (18)1.1.58 效果分析 (18)第一章绪论科学技术的快速发展，化工行业在国民经济中的地位日益重要。
化工热力学第1章绪论-热力学
系。
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲
《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程考核大纲一、课程编号4300918二、课程类别专业任选课三、编写说明本大纲根据《化工过程模拟与ASPEN软件应用》课程教学大纲的要求编写，它是化学工程与工艺专业《化工过程模拟与ASPEN软件应用》（32学时）课程考核的基本依据，适用于化学工程与工艺专业。
四、课程考四、核要求与知识点第一章绪论1. 识记：（1）化工过程模拟；（2）Aspen Plus软件。
2. 理解：（1）Aspen Plus软件。
3. 掌握或运用：（1）Aspen Plus软件。
第二章图形界面与流程建立1. 识记：（1）流程建立过程。
2. 理解：（1）流程建立过程。
3. 掌握或运用：（1）流程过程建立。
第三章物性方法1. 识记：（1）Aspen Plus数据库。
2. 理解：（1）Aspen Plus中的主要物性模型，物性方法的选择和物性数据回归。
3. 掌握或运用：（1）Aspen Plus数据库、Aspen Plus中的主要物性模型和物性方法的选择。
第四章简单单元模拟1. 识记：（1）简单单元模拟。
2. 理解：（1）混合器/分流器、两种调节器和简单分离器的参数操作。
3. 掌握或运用：（1）混合器/分流器、两种调节器和简单分离器的参数操作。
第五章流体输送单元模拟1. 识记：（1）流体输送单元模拟概述。
2. 理解：（1）泵Pump、压缩机Compr、多级压缩机MCompr、阀门Valve、管段Pipe、管线系统Pipeline的参数设定。
3. 掌握或运用：（1）泵Pump、压缩机Compr、多级压缩机MCompr、阀门Valve、管段Pipe、管线系统Pipeline的参数设定。
第六章换热器单元模拟1. 识记：（1）换热器单元模拟概念。
2. 理解：（1）换热器Heater、换热器HeatX和换热器MHeatX的模拟操作。
3. 掌握或运用：（1）换热器Heater、换热器HeatX和换热器MHeatX的模拟操作。
《化工分析》第一章绪论测试题
《化工分析》第一章测试题说明：考试班级：大专工艺二(1) (2) (3)；时间：100分钟一、单项选择题（答案写在答题卡上，每小题3分，共36分）1、按被测组分含量来分，分析方法中常量组分分析指含量（）。
A、＜0、1％B、＞0、1％C、＜1％D、＞1％2、分析工作中实际能够测量到的数字称为（）。
A、精密数字B、准确数字C、可靠数字D、有效数字3、pH=5.26中的有效数字是（）位。
A、0B、2C、3D、44、分析纯化学试剂标签颜色为（）A、绿色B、棕色C、红色D、蓝色5、在数据1.34×10－3有效数字是（）位。
A、6B、5C、3D、86、物质的量单位是（）。
A、gB、kgC、molD、mol /L7、下列数据中可认为是三位有效数字的是（）A、0.85B、0.203C、7.90D、1.5×1048、测定某铁矿石中硫的含量，称取0、2952g，下列分析结果合理的是（）A、32%B、32、4%C、32、42%D、32、420%9、以下各项措施中，可以消除分析测试中的系统误差的是（）。
A、进行仪器校正B、增加测定次数C、增加称样量D、提高分析人员水平10、下列各数中，有效数字位数为四位的是（）。
A、[H+]=0.0005 mol·L-1B、pH=10.56C、W(MgO) =18.96%D、300011、在不加样品的情况下，用测定样品同样的方法、步骤，对空白样品进行定量分析，称之为（）A、对照试验B、空白试验C、平行试验D、预试验12、有效数字是指实际上能测量得到的数字，只保留末一位（）数字，其余数字均为准确数字。
（）A、可疑B、准确C、不可读D、可读二、判断题（答案写在答题卡上，每题2分，共20分）1、将7.63350修约为四位有效数字的结果是7.634。
( )2、空白试验可以消除试剂和器皿带来杂质的系统误差。
（）3、电子分析天平的稳定性越好，灵敏度越高。
（）4、水洗涤玻璃仪器时，使其既干净又节约用水的方法原则是少量多次。
化工过程模拟与计算(第1章绪论)
递现象》出版，“三传一反”特征确立； 第三次飞跃？ 过程系统工程、产品工程、多尺度。
3
.
“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
12
.
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
14
.
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。
18
.
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
15
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
.
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
16
3
.
“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
12
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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
14
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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。
18
.
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
15
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
.
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
16
化工原理 第一章 绪论
3-1
导出量
F— N (kgm/s2) P— Pa (kg/ms2) ρ— kg/m3
M—公斤·s2/m P—公斤/m2 ρ—公斤·s2/m4
2 换算关系(SI制与工程制之间) a) F：工程制中1公斤力规定为：SI制中1kg的物体在9.81 m/s2的力场中所受到的重力，据F=ma有： 1公斤=1kg*9.81 m/s2 = 9.81 kg· m/s2= 9.81N.......(1) b) M：工程制中质量为导出量，据M=F/a 其导出单位为： 1公斤/(9.81 m/s2)=1/9.81 公斤*s2/m (工程制质量单位) ∵ 1公斤=9.81 kg· m/s2 ∴ 1 公斤· s2/m=9.81kg......(2) C) P：因为P = F/A 所以(1)式两边同除以1m2得： 1公斤/m2 = 9.81N/m2 = 9.81 Pa......(3) D) ρ：因为ρ=m/V 所以(2)式两边同除以1m3得： 1公斤· s2/m4 = 9.81 kg/m3......(4)
应用化学、生物工程 高分子材料与工程 专业核心课程、学位课程 专业核心课程、专业必选课
课程内容：
绪论（第一章） 流体的流动和输送（第二章） 热量传递（第四章） 吸收(第五章) 化学反应器（第七、八章）
考核方式：
平时表现、期中考试、期末考试 总成绩=平时成绩×30%+期中成绩×20%+期末成绩×50%
2、内容：三传一反
研究对象-化工生产
化工、石油、煤炭、钢铁、 食品、建材(硅酸盐)、纺织、生 物工程、制药、精细化工。
化工生产--多行业—多品种--一百多万种产 品，而产品不同，流程各异，如：
H2SO4：FeS2碎矿—焙烧(900℃)—SO2旋风除尘、除雾— SO2加热—(SO2)氧化(SO3)—冷却—吸收—冷却—H2SO4。
化工系统工程课件 第一章 绪论
2 化工过程系统工程学产生的基础 化工生产过程的综合性不断增强，化工企业朝 着多品种、跨学科的方向发展 化工装置日趋大型化，对放大技术的要求越来 越高，小试到规模生产的周期越来越短。 能源紧缺，能源的有效及合理利用成为人们越 来越关心的问题。 产品竞争日益加剧，一个品种的改变要求跟着 企业迅速改变，以适应市场的变化 环境意识的提高，要求企业对污染加以严格的 控制，提出了如何减少污染，合理的综合利用 资源的问题。
过程系统分析与模拟： 建立过程系统的数学模型并在计算机上模拟计 算的整个过程称为过程系统分析与模拟。
过程系统的模型：对实际过程系统的描述。 包括：数学模型与实物模型。
数学模型：建立数学表达式，在建立过程 中运用逻辑关系、规则、概念。 模拟计算：首先要寻求有效的数学模型求 解的方法，并将模型的求解过程转变为计 算程序，然后计算得出直观形式的输出结 果.
1.3.1 化工过程系统的分析
化工过程分析：对过程系统的运行机制、影响因素、 过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况 下的最佳操作参数等进行分析。 例：某年产30万t 乙烯装置改扩建为45万t 装置，竣 工投产后达到了预期的产量，但能耗超标。 如何选择对策，就要对工艺装置进行分析，在对过 程进行系统分析的同时，必需要对单元、物料、能 量利用情况进行分析。
所需系统结构
定义：按照规定的系统特性
寻求
子系统性能 按规定的目标最优组合，寻求理想过程系统。 具有最优的系统结构
〈２〉理想的过程系统
具有最合适的子系统
系统结构的概念
例：某化工过程系统由Ｂ+Ｃ为原料生产Ａ，且副 产Ｐ，其可能的过程流程一：树结构流程
Ａ+Ｂ+Ｃ
B 混 合 分 离
化工安全工程课件第一章-绪论
化工安全工程的发展历程
初期阶段
化工安全工程的发展始于20世纪初，当时人们对化工生产中的危险因素开始有所认识， 但尚未形成系统的理论和方法。
发展阶段
20世纪中叶以后，随着工业生产的快速发展，化工安全工程逐渐受到重视。人们开始对 化工生产中的危险因素进行深入研究，并形成了系统的理论和方法。
成熟阶段
进入21世纪，化工安全工程已经发展成为一门成熟的学科。在理论体系、技术手段和实 践应用等方面都取得了显著进展，为保障化工生产的安全、稳定和高效发挥了重要作用。
应急响应与救援技术研究
研究如何有效地应对化工事故，包括 应急预案的制定、救援装备和技术的
研发等。
工艺流程与设备安全性研究
对化工生产过程中的工艺流程和设备 进行安全性分析和优化，降低事故发 生的可能性。
安全管理理论与实践研究
探讨化工企业安全管理的有效方法， 总结实践经验，推动安全管理理论的 发展。
04
许可
政府主管部门对企业的安全生产条件 进行审查，符合条件的企业方可获得 生产许可。
THANKS
感谢观看
全员参与原则
化工安全工程需要全体员工共同 参与，通过培训和意识培养，使 每个人都能够认识到自己的安全 责任。
化工安全工程的任务
识别和评估风险
对化工生产过程中的潜在风险进行识 别和评估，为制定相应的预防措施提 供依据。
制定安全策略和标准
根据风险评估结果，制定相应的安全 策略和操作标准，确保生产过程的安 全可控。
化工安全工程标准
01
02
03
国家安全生产标准
由国家安全生产监督管理 总局制定，包括各类化工 企业的安全生产规范和标 准。
行业标准
由相关行业协会或组织制 定，针对特定行业的安全 生产要求和规范。
化工过程分析与模拟-I
外部变量－系统输入变量，控制变量。 内部变量－系统给定输入变量后出现的变量，不可控制变量。 状态变量－系统内部在某一时间t所处状态的一组变量。
函数关系－描述组成模型的各种常数、参数、变量之间的相互关系， 通过函数关系可建立所需数学模型。
13
§2. 化工过程的数学模型与数学模拟
数学模型的包含的内容：
化工过程模拟培训
主要内容
§1. 过程系统工程简介 §2. 化工过程的数学模型与数学模拟
§3. 化工过程模拟的基本方法
§4. 化工流程动态模拟
§5. 稳态模拟实例及化工流程模拟软件简介
2
§1. 过程系统工程简介
过程系统工程：是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术等学
科的边缘上产生的一门综合性学科，它以处理物料－能量－信息流的过程系统为 研究对象。
操作训练 发展标准化工厂操作技术
过程信息管理 监控工厂表现
7
过程模拟在节能中的应用
以节能为目标的装臵操作模拟优化——装臵（设备）模拟 换热网络的模拟——流程模拟
常三中II
323 11 9 17
27
18
减二中I
316 7
常四线
340 5 3
渣油I
378
219/227
1 15 13 1
303/303
对过程参数的约束。模拟某些过程时，必需注意客观存在的对某些参数 变化范围的约束。
14
§2. 化工过程的数学模型与数学模拟
模型的简化：
科学的简化 ——能更深刻地反映事物的本质
——解决复杂过程与有限手段和方法的矛盾
简化的要求：
主要矛盾、重要变量得以反映
满足过程模拟的需要或其他目的 适应当前的实验条件和数学描述
函数关系－描述组成模型的各种常数、参数、变量之间的相互关系， 通过函数关系可建立所需数学模型。
13
§2. 化工过程的数学模型与数学模拟
数学模型的包含的内容：
化工过程模拟培训
主要内容
§1. 过程系统工程简介 §2. 化工过程的数学模型与数学模拟
§3. 化工过程模拟的基本方法
§4. 化工流程动态模拟
§5. 稳态模拟实例及化工流程模拟软件简介
2
§1. 过程系统工程简介
过程系统工程：是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术等学
科的边缘上产生的一门综合性学科，它以处理物料－能量－信息流的过程系统为 研究对象。
操作训练 发展标准化工厂操作技术
过程信息管理 监控工厂表现
7
过程模拟在节能中的应用
以节能为目标的装臵操作模拟优化——装臵（设备）模拟 换热网络的模拟——流程模拟
常三中II
323 11 9 17
27
18
减二中I
316 7
常四线
340 5 3
渣油I
378
219/227
1 15 13 1
303/303
对过程参数的约束。模拟某些过程时，必需注意客观存在的对某些参数 变化范围的约束。
14
§2. 化工过程的数学模型与数学模拟
模型的简化：
科学的简化 ——能更深刻地反映事物的本质
——解决复杂过程与有限手段和方法的矛盾
简化的要求：
主要矛盾、重要变量得以反映
满足过程模拟的需要或其他目的 适应当前的实验条件和数学描述
第1章 绪论
化学工业出版社
体积,V----volume, m3 (或l, ml) 压力，p----absolute pressure, MPa (atm,) 能量，E----energy, Joule, J(Nm)
化学工业出版社
化学工业出版社
推算这些性质，需要输入物质的基 础数据，如分子量、正常沸点、临界参 数、蒸汽压甚至混合物的共沸点等性质。 教材的附录中列出了部分物质的基础数 据。
化学工业出版社
●热力学基本概念回顾 热力学基本概念回顾
▲系统与环境→物质与能量的交换 封闭系统 敞开系统 孤立系统 ▲ 强度性质与容量性质 与系统的物质量无关的性质称为强度性质， 如系统的温度T、压力P等。反之，与系统中 物质量的多少有关的性质称为容量性质，如 系统的总体积Vt、总内能Ut等。单位质量的容 量性质即为强度性质。
面向21世纪课程教材 面向 世纪课程教材
化工热力学
陈新志、蔡振云、胡望明等编
化学工业出版社
绪论 Introduction
●化工热力学的目的、意义和范围
▲Thermo-dynamics，是讨论热与功的转化规律。经 典热力学建立在热力学三个基本定律之上。运用数 学方法，可以得到热力学性质之间的关系。 ▲本课程的主要目的是运用经典热力学原理来解决如 下实际问题： (1)过程进行的可行性分析和能量有效利用； (2)平衡状态下的热力学性质计算。即流体的性质随 着温度、压力、相态、组成等的变化。 计算机的广泛应用为化工过程设计所需热力学 数据的获取，以及模型化提供了强有力的基础。
化学工业出版社 ห้องสมุดไป่ตู้
●热力学基本量纲
关于热力学SI（International System of Units) Time , t----second, s Length, l----meter, m Mass, m----kilogram, Kg Force, F----newton,N (F=ma) Temperature,T----Kelvin tem., K (temperature,t---- Celsius tem., ℃ Fahrenheit tem., ℉) T(K)=t(℃)+273.15 t(℉)=1.8t(℃)+32
体积,V----volume, m3 (或l, ml) 压力，p----absolute pressure, MPa (atm,) 能量，E----energy, Joule, J(Nm)
化学工业出版社
化学工业出版社
推算这些性质，需要输入物质的基 础数据，如分子量、正常沸点、临界参 数、蒸汽压甚至混合物的共沸点等性质。 教材的附录中列出了部分物质的基础数 据。
化学工业出版社
●热力学基本概念回顾 热力学基本概念回顾
▲系统与环境→物质与能量的交换 封闭系统 敞开系统 孤立系统 ▲ 强度性质与容量性质 与系统的物质量无关的性质称为强度性质， 如系统的温度T、压力P等。反之，与系统中 物质量的多少有关的性质称为容量性质，如 系统的总体积Vt、总内能Ut等。单位质量的容 量性质即为强度性质。
面向21世纪课程教材 面向 世纪课程教材
化工热力学
陈新志、蔡振云、胡望明等编
化学工业出版社
绪论 Introduction
●化工热力学的目的、意义和范围
▲Thermo-dynamics，是讨论热与功的转化规律。经 典热力学建立在热力学三个基本定律之上。运用数 学方法，可以得到热力学性质之间的关系。 ▲本课程的主要目的是运用经典热力学原理来解决如 下实际问题： (1)过程进行的可行性分析和能量有效利用； (2)平衡状态下的热力学性质计算。即流体的性质随 着温度、压力、相态、组成等的变化。 计算机的广泛应用为化工过程设计所需热力学 数据的获取，以及模型化提供了强有力的基础。
化学工业出版社 ห้องสมุดไป่ตู้
●热力学基本量纲
关于热力学SI（International System of Units) Time , t----second, s Length, l----meter, m Mass, m----kilogram, Kg Force, F----newton,N (F=ma) Temperature,T----Kelvin tem., K (temperature,t---- Celsius tem., ℃ Fahrenheit tem., ℉) T(K)=t(℃)+273.15 t(℉)=1.8t(℃)+32
化工过程模拟与分析(第一章绪论)
考虑多个目标函数的优化问题，通过 权衡各个目标之间的关系，寻找最优 解。
智能优化算法
借鉴自然界中的优化机制，如遗传算 法、蚁群算法、粒子群算法等，用于 解决复杂的优化问题。
过程强化技术
通过改进设备结构、优化操作条件等 手段，提高化工过程的效率和经济性。
04 化工过程模拟与分析的应 用领域
石油化工过程中的模拟与分析
现代阶段
当前，化工过程模拟与分析已经发展成为一门综合性的学科，涵 盖了化学工程、计算机科学、数学等多个领域的知识和技术。
化工过程模拟与分析的研究内容和方法
研究内容
化工过程模拟与分析的研究内容包括化工过程的建模 、模拟、优化和控制等方面。
研究方法
研究方法包括数学建模、数值计算、实验验证和案例 分析等。其中，数学建模是化工过程模拟与分析的核 心方法，通过建立数学模型来描述化工过程的本质和 规律。数值计算则是利用计算机对数学模型进行求解 和分析，得出化工过程的性能指标和优化方案。实验 验证是对模拟结果进行验证和评估的重要手段，而案 例分析则是对实际化工过程进行模拟和分析的常用方 法。
ChemCAD
一款易于使用的化工过程模拟 软件，支持多种单元操作和工 艺流程设计。
gPROMS
一款基于方程的化工过程模拟 软件，支持自定义模型和算法
开发。
03 化工过程分析的基本方法
化工过程的热力学分析
热力学基础
研究物质在平衡状态下的性质，包括热容、 热传导、相平衡等。
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用，用于计算 系统的能量变化。
程、传递函数等。
传递过程动力学
研究动量、热量和质量传递过程的科 学，包括流体力学、传热学和传质学 等。
过程模拟与优化
智能优化算法
借鉴自然界中的优化机制，如遗传算 法、蚁群算法、粒子群算法等，用于 解决复杂的优化问题。
过程强化技术
通过改进设备结构、优化操作条件等 手段，提高化工过程的效率和经济性。
04 化工过程模拟与分析的应 用领域
石油化工过程中的模拟与分析
现代阶段
当前，化工过程模拟与分析已经发展成为一门综合性的学科，涵 盖了化学工程、计算机科学、数学等多个领域的知识和技术。
化工过程模拟与分析的研究内容和方法
研究内容
化工过程模拟与分析的研究内容包括化工过程的建模 、模拟、优化和控制等方面。
研究方法
研究方法包括数学建模、数值计算、实验验证和案例 分析等。其中，数学建模是化工过程模拟与分析的核 心方法，通过建立数学模型来描述化工过程的本质和 规律。数值计算则是利用计算机对数学模型进行求解 和分析，得出化工过程的性能指标和优化方案。实验 验证是对模拟结果进行验证和评估的重要手段，而案 例分析则是对实际化工过程进行模拟和分析的常用方 法。
ChemCAD
一款易于使用的化工过程模拟 软件，支持多种单元操作和工 艺流程设计。
gPROMS
一款基于方程的化工过程模拟 软件，支持自定义模型和算法
开发。
03 化工过程分析的基本方法
化工过程的热力学分析
热力学基础
研究物质在平衡状态下的性质，包括热容、 热传导、相平衡等。
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用，用于计算 系统的能量变化。
程、传递函数等。
传递过程动力学
研究动量、热量和质量传递过程的科 学，包括流体力学、传热学和传质学 等。
过程模拟与优化
化工计算第一章绪论
二、化工工艺过程的构成与分类
构成
预处理过程——化学反应过程——后处理过程 分类
1.连续
2.间歇 3.半连续半间歇
本课程的学习方法
1．正确分析化工计算的任务
2．正确收集和处理有关化工基础数据
3．合理选择计算方法
4．多动手、勤思考
5．培养严谨、细致的工作作风
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化工计算
葛婉华
主编 化学工业出版社
第一章 绪论
本章主要内容：
一、化工计算的目的及意义 二、化工计算的内容 三、化工工艺过程的构成与分类 四、化工计算的作用 五、本课程的学习方法
化工计算的目的及意义
一、化工计算的目的
工艺流程的确定
设备的设计 操作参数的选定 经济分析
二、化工计算的意义改善Leabharlann 作 降低成本化工计算的内容
1.化工基础数据的获取；
2.物料衡算：对化工过程物料的流量及组
成进行计算；
3.能量衡算：对化工过程能量变化进行计
算，在许多情况下，操作所涉及的能量
只有热能，这时能量衡算即为热量衡算。
化工工艺过程的特征、构成与分类
一、化工工艺过程的特征
按 — 定程序使原料发生种种物理和化学变化加工成为 所需要的产品的过程，都可称为化工工艺过程。
提高产品质量 减少生产过程的盲目性
化工计算的内容
1.因次与单位制 1.化工过程基本参数如温度、压力、流量、浓度的计算；
2.基础物理性质,特别是混合物物理性质的计算；
3.物科衡算：计算生产过程中各种物料的数量与组成的关系； 4.能量衡算：计算生产过程中各种物料的状态与能量变 化 的关系。 5.物能联算
化工过程模拟与计算(第1章绪论)
化工过程的数学模型
总结词
数学模型是用来描述化工过程中物质 和能量变化的数学表达式，包括代数 方程、微分方程、偏微分方程等。
详细描述
建立数学模型是进行化工过程模拟的 基础，通过数学模型可以描述化工过 程的动态行为和稳态行为，预测不同 操作条件下的过程性能。
化工过程模拟的步骤与方法
总结词
化工过程模拟通常包括建立模型、设定边界条件和初始条件、求解数学模型、结果分析和优化等步骤 。
详细描述
质量守恒方程，也称连续性方程，表述了质量在流体运 动过程中守恒的规律；动量守恒方程，也称NavierStokes方程，表述了牛顿第二定律在流体运动中的表 现形式，即流体的动量变化率等于作用在流体上的力； 能量守恒方程，表述了热力学第一定律在流体运动中的 表现形式，即流体所吸收或释放的热量等于其温度变化 的热力学能的变化。这些方程是描述流体运动的数学模 型，为计算流体力学的数值模拟提供了基础。
化学工业
化学工业是化工过程模拟与计算的重要应用领域，包括合 成氨、尿素、硫酸、硝酸等基础化工产品的生产过程的模 拟与优化。
制药工业
制药工业中涉及许多复杂的化学反应和分离过程，通过化 工过程模拟与计算可以实现对药物合成、分离、纯化等过 程的预测和优化。
环境工程
环境工程领域中涉及许多化学反应和传递过程，如污水处 理、烟气脱硫脱硝等，通过化工过程模拟与计算可以实现 对这些过程的优化和控制。
此外，随着工业4.0和智能制造的兴起，化工过程 模拟与计算将面临如何与工业生产实际相结合的 挑战，需要加强与工业界的合作与交流，推动理 论与实践的结合。
THANKS
感谢观看
Simulink
总结词
基于图形的仿真工具
详细描述
化工原理-绪论和第一章
λ=ρ8uτ2 【引入摩擦系数，层流和湍流的摩擦系数值要分别讨论】
hf
=λ l
d
u2 2
管壁粗糙度对摩擦系数的影响
在层流时，摩擦系数与管壁粗糙度无关。
湍流时①层流内层厚度δb大于壁面的绝对粗糙度 ε，即δb＞ε，管壁粗糙度对摩擦系数的影响与层流接近。 ②层流内层厚度δb小于壁面的绝对粗糙度 ε，即δb＜ε，管壁粗糙度对摩擦系数的影响是重要因素。
热损失百分数=13.7÷(257.3-47.8)=6.54％
0.095Kg/s
25℃溶液 1.0kg/s
80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
第 1 章 流体流动
❀ 流体的物理性质 ☆流动性 液体和气体统称为流体。流体抗剪和抗张的能力都很小，在外力的作用下，流体内部会发生相对
最大速率
umax
=Δpf
4μl
R2
☆边界层 ①形成 流体流经固体壁面时，由于流体具有黏性，在 垂直于流体流动方向上产生速度梯度。在壁面附近
存在着较大速度梯度的流体层，称为流动边界层，简称边界层。
湍流边界层
us
us 层流边界层
δ
xc
层流内层
3
②发展
平板上边界层的厚度
层流边界层
xδ=R4e.6x04.5
或熔融体、油脂、淀粉悬浮液、蛋黄浆和油漆等。 ③涨塑性流体 特点：表观黏度随剪切速率的增大而增加
假塑性流体 牛顿型流体
涨塑性流体
du dy
或γ̇
2
举例：很少，玉米粉、糖溶液、湿沙和某些高浓度的粉末悬浮液等。 2.与时间有关的黏性流体
在一定剪切速率下，表观黏度随剪切力作用时间的延长而降低或升高的流体 ①触变性流体 特点：表观黏度随剪切力作用时间的延长而降低 举例：某些高聚物溶液、某些食品和油漆等。 ②流凝性流体 特点：表观黏度随剪切力作用时间的延长而增加 举例：某些溶胶和石膏悬浮液等。 3.黏弹性流体 特点：介于黏性流体和弹性固体之间，同时表现出黏性和弹性。在不超过屈服强度的条件下，剪切力除去以
化工概论第一章绪论
过程的、价格、运输及贮存 2、产品的质量、数量、价格 3、运行中安全、周期、失控的对策 4、水源、电力供应 5、工艺操作条件 6、三废治理
绿色化学和清洁生产
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，是 用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用。
原料：
1、起始原料： 是人类开采、种植等得到的原料。 1）空气： 2）水： 3）矿物资源： 4）生物原料：粮食： 2、基本原料：是从起始原料经过加工制得的原料。 3、中间原料是从基本原料加工得到的原料。
产品
化工产品：化工原料经过单元过程和单元操作而制得的可作为 生产资料和生活资料 的成品。
单元过程： 与化学变化有关的操作。 氧化、还原、氢化、水合、卤化、硝化、磺化、胺化、 碱熔、烷基化、酯化、聚合等
单元操作： 与物理变化有关的操作。
流体的输送、固体的输送、固体的流化、气体的液化、蒸 发、冷却、过滤、冷凝、蒸溜、精 溜、萃取、浸取、吸附、干燥、粉碎、筛选等。
化工生产过程必须考虑的因素 化工生产过程是将原料经过化学反应转变为产品的工艺过程。它 包括原料处理、化学反应、产品精制。
过程选择 技术上的可行性、经济上的合理性
2、按原料资源分
3、按产品的性质用途及加工过程相似的原则分为十九个 门类：P1-2
第二节 化工概论
一、什么是化工概论？
化工概论是研究化学工业及其规律的科学。
化学：主要研究化学反应过程的一门科学。 化工概论：除研究化学反应过程外，还要研究工业规模的具 体产品的生产过程。
融化学、化学工艺学、化学工程学以及能源、环境、信息 与管理科学为一体。
3、现代化学工业的特点(P2-3) 1）生产规模的大型化。 2）原料和生产方法的多样化。 3）产品的精细化和专业化。 4）加强“三废”治理和综合利用。使用了计算机
绿色化学和清洁生产
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，是 用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用。
原料：
1、起始原料： 是人类开采、种植等得到的原料。 1）空气： 2）水： 3）矿物资源： 4）生物原料：粮食： 2、基本原料：是从起始原料经过加工制得的原料。 3、中间原料是从基本原料加工得到的原料。
产品
化工产品：化工原料经过单元过程和单元操作而制得的可作为 生产资料和生活资料 的成品。
单元过程： 与化学变化有关的操作。 氧化、还原、氢化、水合、卤化、硝化、磺化、胺化、 碱熔、烷基化、酯化、聚合等
单元操作： 与物理变化有关的操作。
流体的输送、固体的输送、固体的流化、气体的液化、蒸 发、冷却、过滤、冷凝、蒸溜、精 溜、萃取、浸取、吸附、干燥、粉碎、筛选等。
化工生产过程必须考虑的因素 化工生产过程是将原料经过化学反应转变为产品的工艺过程。它 包括原料处理、化学反应、产品精制。
过程选择 技术上的可行性、经济上的合理性
2、按原料资源分
3、按产品的性质用途及加工过程相似的原则分为十九个 门类：P1-2
第二节 化工概论
一、什么是化工概论？
化工概论是研究化学工业及其规律的科学。
化学：主要研究化学反应过程的一门科学。 化工概论：除研究化学反应过程外，还要研究工业规模的具 体产品的生产过程。
融化学、化学工艺学、化学工程学以及能源、环境、信息 与管理科学为一体。
3、现代化学工业的特点(P2-3) 1）生产规模的大型化。 2）原料和生产方法的多样化。 3）产品的精细化和专业化。 4）加强“三废”治理和综合利用。使用了计算机
化工过程分析与合成-张卫东-第一章绪论
A B
反响
C 精馏
B+C
B
E C+D
D
反响
分别
C
过程
客观事物从一个状态到另一个状态的 转移。
在工艺生产上，对物料流进展物理或 化学的加工工艺称作过程工艺。
化工过程 冶金过程 石油炼制过程 医药生产过程
1.1 化工过程
以自然物料为原料经过物理或化学 的加工制成产品的过程。
❖ 原料制备
❖ 化学反响
FLOWSHEET， 美国Houston大学开发的CHESS〔Chemical
Engineering Simulation System 〕 其次代〔70年月〕 美国Monsanto公司开发的FLOWTRAN 美国Braun公司开发的PF10〔Process Flow〕 日本千代田工程公司开发的CAPES
这种模拟包括建立神经元 〔脑细胞〕模型，以 及它们相互间传递信 息的网络构造模型。 这就是人工神经网络
Expert System
关键组成是学问库与推理机制，适用于求解非数 值的，不确定的或模糊的问题
70年月中期以前多属于解释型和诊断型。70年月 后期消失了设计型、规划型、掌握型等其它 类型的专家系统
系统可行性分析、先进掌握系统方案设 计 日本的一些大型化工建设工程公司将动态模 拟技术用于进展新建大型化工厂工艺及
1.5 化工企业CIPS技术
化工过程分析与合成的任务是以高产、优质、低 耗为目标，寻求工艺生产中的设备、流程的 合理配置方案以及最优生产工况的操作
在生产实践中人们生疏到，寻求化工过程优待工 况依据不仅来自工艺过程本身，而必需遵循 的根本性依据是企业的经营决策
50年月后期，数学模拟。根本上解决了大局 部单元过程的开发放大问题
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递现象》出版，“三传一反”特征确立； 第三次飞跃？ 过程系统工程、产品工程、多尺度。
3
.
“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。
70年代末至80年代初：国内模拟软件水平已经相当接近 国外的先进水平。
80年代引进风的兴起导致70年代的兴旺为昙花一现。
1987年，青岛化工学院（现青岛科技大学）推出了“工 程化学模拟系统（ECSS）”可谓一枝独秀。
11
.
1.4 化工过程模拟的功能 1.4.1 新装置设计
➢ 石化和化工装置的设计都要用
15
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
.
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
16
.
➢ 调度系统的作用： ① 单位制的匹配； ② 热力学方法的调用； ③ 物流和单元过程的动态组合； ④ 动态的组织流程、调用相关单元过程，指挥计算机按照
“三传一反”概括了化工生产过程的全部特征，传 递过程被认为是单元操作的理论基础，开辟了化学 工程发展过程的第二个历程。
4
.
1.1.2化学工程模拟的概念
➢ 化工过程模拟是一种高科技手段； ➢ 它根据化工单元过程和热力学的基本方程，应用现
代数学方法，编制成计算机软件，使之能够模拟实 际的化工生产过程。
.
化工过程模拟与计算
1
.
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 化工过程模拟分类 1.3 化工过程模拟发展简史 1.4 化工过程模拟的功能 1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.6 课程内容及要求
2
.
1.1 概述
1.1.1化学工程学科发展的三次飞跃
第一次飞跃： “单元操作”概念的提出； 第二次飞跃：“传递过程”概念的提出，Bird《传
拓扑分析确定的流程顺序进行计算。 ⑤ 在给定的迭代次数内给出流程计算是否收敛的信息。
➢ 调度系统是程序逻辑性、完善性、灵活性、使用性最重要 的体现，对其组织、编制和逻辑处理的技巧要求是最高的。
17
.
1.5.2 模拟软件的基本输入数据——五大输入部分
除了模拟计算流程图外，还需用户输入五部分内容： （1）计算总说明：输入计算的单位制（英制、公制和
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。
18
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
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
深入发展期：90年代开始，特点：从“离线”走向“在 线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单纯 的稳态计算发展到和工业装置紧密相联。
10
.
1.3.2国内
起源：60年代末。
兴旺期和大发展期：化工部第四、五、六、八、九设计 院，化工部设计公司，燕山石化设计院，上海医药工业 设计院等许多单位均投入相当的人力物力进行模拟系统 的开发。
19
.
1.6.2 要求
✓ 背景课程：化工原理、化工热力学、传递过程 原理。
✓ 一门计算机高级语言。
20
成长壮大期：模拟技术得到了工业界的普通承认，该时 期比较优秀的软件有：美国Monsando公司的Flowtran 和Simulation sciences公司的Process。
9
.
成熟期：进入80年代后，模拟软件的开发走向专业化、 商品化。特点：模拟计算的准确性、可靠性大大增强， 应用范围不断拓宽，功能日益丰富，使用越方便。
1.4.2 旧装置改造
12
.
1.4.3 新工艺、新流程的开发研究 1.4.4 生产调优、疑难问题诊断
13
.
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
14
.
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。
7
.
➢ 化工过程动态模拟
• 它是计算装置的某个或数个参数发生变动时，其他所有参数 如何随时间而发生变化。
• 它的计算永远不会终结，对于任何一个参数的变动，计算结 果都是系统中所有工艺参数及相应的性质随时间变化的关系 曲线。
• 用途：过程动态特性分析、控制方案的制定、开停车方案的 优化以及操作工培训软件的开发等。
8
.
1.3 化工过程模拟发展简史
1.3.1国外
起源：20世纪50年代中后期，1958年美国的 M.W.Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序---Flexible Flowsheeting。
初始发展期：整个60年代，国外各有关大学、研究机构 和炼油、石化公司纷纷开始研究自己的模拟系统。特点： 功能简单，计算范围较窄，计算能力较差，收敛能力存 在较多问题。
5
.
1.2 化工过程模拟的分类 化工过程稳态模拟 化工过程动态模拟
6
.
➢ 化工过程稳态模拟：
• 为通常所说的化工过程模拟或流程模拟； • 根据化工过程的稳态数据，如物料的压力、温度、流量、
组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及 一定的设备参数，如蒸馏塔的板数，进料位置等，采用 适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态过程，得出 所计算的整个流程或单元过程详细的物料平衡和热量平 衡数据。 • 得到的重要参数：材料消耗、公用工程消耗，产品、副 产品的产量、组成和质量等重要参数。
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。
70年代末至80年代初：国内模拟软件水平已经相当接近 国外的先进水平。
80年代引进风的兴起导致70年代的兴旺为昙花一现。
1987年，青岛化工学院（现青岛科技大学）推出了“工 程化学模拟系统（ECSS）”可谓一枝独秀。
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1.4 化工过程模拟的功能 1.4.1 新装置设计
➢ 石化和化工装置的设计都要用
15
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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➢ 调度系统的作用： ① 单位制的匹配； ② 热力学方法的调用； ③ 物流和单元过程的动态组合； ④ 动态的组织流程、调用相关单元过程，指挥计算机按照
“三传一反”概括了化工生产过程的全部特征，传 递过程被认为是单元操作的理论基础，开辟了化学 工程发展过程的第二个历程。
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1.1.2化学工程模拟的概念
➢ 化工过程模拟是一种高科技手段； ➢ 它根据化工单元过程和热力学的基本方程，应用现
代数学方法，编制成计算机软件，使之能够模拟实 际的化工生产过程。
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化工过程模拟与计算
1
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第1章 绪论
1.1 概述 1.2 化工过程模拟分类 1.3 化工过程模拟发展简史 1.4 化工过程模拟的功能 1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.6 课程内容及要求
2
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1.1 概述
1.1.1化学工程学科发展的三次飞跃
第一次飞跃： “单元操作”概念的提出； 第二次飞跃：“传递过程”概念的提出，Bird《传
拓扑分析确定的流程顺序进行计算。 ⑤ 在给定的迭代次数内给出流程计算是否收敛的信息。
➢ 调度系统是程序逻辑性、完善性、灵活性、使用性最重要 的体现，对其组织、编制和逻辑处理的技巧要求是最高的。
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1.5.2 模拟软件的基本输入数据——五大输入部分
除了模拟计算流程图外，还需用户输入五部分内容： （1）计算总说明：输入计算的单位制（英制、公制和
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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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
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
深入发展期：90年代开始，特点：从“离线”走向“在 线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单纯 的稳态计算发展到和工业装置紧密相联。
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1.3.2国内
起源：60年代末。
兴旺期和大发展期：化工部第四、五、六、八、九设计 院，化工部设计公司，燕山石化设计院，上海医药工业 设计院等许多单位均投入相当的人力物力进行模拟系统 的开发。
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1.6.2 要求
✓ 背景课程：化工原理、化工热力学、传递过程 原理。
✓ 一门计算机高级语言。
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成长壮大期：模拟技术得到了工业界的普通承认，该时 期比较优秀的软件有：美国Monsando公司的Flowtran 和Simulation sciences公司的Process。
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成熟期：进入80年代后，模拟软件的开发走向专业化、 商品化。特点：模拟计算的准确性、可靠性大大增强， 应用范围不断拓宽，功能日益丰富，使用越方便。
1.4.2 旧装置改造
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1.4.3 新工艺、新流程的开发研究 1.4.4 生产调优、疑难问题诊断
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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。
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➢ 化工过程动态模拟
• 它是计算装置的某个或数个参数发生变动时，其他所有参数 如何随时间而发生变化。
• 它的计算永远不会终结，对于任何一个参数的变动，计算结 果都是系统中所有工艺参数及相应的性质随时间变化的关系 曲线。
• 用途：过程动态特性分析、控制方案的制定、开停车方案的 优化以及操作工培训软件的开发等。
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1.3 化工过程模拟发展简史
1.3.1国外
起源：20世纪50年代中后期，1958年美国的 M.W.Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序---Flexible Flowsheeting。
初始发展期：整个60年代，国外各有关大学、研究机构 和炼油、石化公司纷纷开始研究自己的模拟系统。特点： 功能简单，计算范围较窄，计算能力较差，收敛能力存 在较多问题。
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1.2 化工过程模拟的分类 化工过程稳态模拟 化工过程动态模拟
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➢ 化工过程稳态模拟：
• 为通常所说的化工过程模拟或流程模拟； • 根据化工过程的稳态数据，如物料的压力、温度、流量、
组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及 一定的设备参数，如蒸馏塔的板数，进料位置等，采用 适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态过程，得出 所计算的整个流程或单元过程详细的物料平衡和热量平 衡数据。 • 得到的重要参数：材料消耗、公用工程消耗，产品、副 产品的产量、组成和质量等重要参数。