化工计算与软件应用(包宗宏)2
化工计算与软件应用--设备工艺计算(PPT 31页).ppt
以间歇操作。间歇操作时，只要设计好搅拌，可以使釜温均
一，浓度均匀，反应时间可长可短，可以常压、加压、减压
操作，范围较大。反应结束后出料容易，清洗方便。
南
京
工
业 大
连续操作时，可以多釜串联反应，物料一端进料，另一端
学 出料，形成连续流动，停留时间可有效控制。多釜串联时，
包 宗
可以认为形成活塞流，反应物浓度和反应速度恒定，反应釜
8
4.1 塔设备
例4-1。分离一股芳烃混合物，其中含苯1272 kg/h，甲苯 3179 kg/h，邻二甲苯3383 kg/h，正丙苯321 kg/h，温度50℃， 压力3 bar。精馏塔塔顶压力1.5 bar，塔底压力2 bar。要求苯 中甲苯质量分数不超过0.0005，塔底产物苯质量分数不超过 0.005。求：
⑴苯塔的理论塔板数、进料位置、回流比、再沸器能耗；
⑵如果精馏段的墨弗里效率（Murphree Efficiencies）为
0.65，提馏段的墨弗里效率为0.75，试求满足分离要求所需的
塔板数、加料板位置、回流比、再沸器能耗、水力学参数
南 （Hydraulic parameters）；
京 工
⑶填料塔设计。使用SULZER公司的MELLAPAK-250X型
⑤Aspen Shell and Tube Mechanical (formerly Aspen Teams)；
南 京
⑥Aspen
Plate
Exchanger
(formerly
Aspen
Plate+)；
工 业
⑦Aspen
HTFS
Research
Network。
大 学
用EDR软件设计换热器需要提供的条件比ASPEN PLUS多，
化工计算与软件应用(包宗宏)2
OVHD
FEED
COLUMN
5000 lbmol/hr
10 mole % acetone
90 mole % water
BTMS
南
京 工
Specification: 99.5 mole % acetone recovery
业
大 学
Ideal
Equation of
Activity Coefficient
“App”文件夹：对对 子各于 组电分种解，化质各过级工程电过，离数过程据程完包的文反整件应模中方包程拟含式的了、体化文系学件中 反的 应；全 平部 衡分 常子 数组 与分 各与 离离 子
对的二元交互作用参数。以软件自带的“.bkp” 数据包文件作为模
拟计算的起点，可以免除物性方法选择、反应方程式输入等步骤，
8/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(2) 选择合适的物性计算方法。ASPEN PLUS软件把模拟计 算一个流程所需要的热力学性质与传递性质的计算方法与计算 模型都组合在一起，称之为性质方法，每种性质方法以其中主 要的热力学模型冠名，软件中共有80多种性质方法供操作者选 择使用。针对不同的模拟体系，选择合适的性质方法用于模拟 过程是获得正确计算结果的前提。
(2)选定计算基准。温度的因次可采用“℃”或“K”，压力 的因次可采用“kPa”、“atm” 或其它，压力基准可选用绝对压 力或表压。
物流量的计算基准可选质量基准、摩尔基准、体积基准。对
南 京
于连续生产，以“s、h、d”作为投料量或产品量的时间基准。
工 业
用模拟软件进行衡算时，以单位时间的投料量为起点进行计
包
Approach State Approach Model Approach
2.热泵精馏技术应用于异丁烷精馏的节能比较(1)
热泵精馏技术应用于异丁烷精馏的节能比较叶阳1（1中国石油大学（北京）化学工程学院，北京102249）摘要：常规精馏分离正丁烷-异丁烷小温差体系的能耗较高，为此本文将两种机械蒸汽再压缩（MVR）热泵精馏工艺，即塔顶蒸汽压缩式热泵工艺和塔底液相闪蒸式热泵工艺应用于正丁烷-异丁烷的分离研究。
利用Aspen Plus化工流程模拟软件中的严格精馏模块Rad Frac.和压缩机模块Compr.等，选用PENG-ROB方程计算物性数据，在与常规精馏相同的操作条件下得到常规精馏和热泵精馏的工艺以及设备参数。
结果表明：与常规精馏工艺相比，以上两种MVR热泵精馏工艺节能分别为83.76%和83.66%，节能明显且效果不相上下。
以上两种工艺是分离该体系较为合适的方法。
关键词：正丁烷-异丁烷；热泵精馏；模拟；节能中图分类号：TQ028Energy-saving comparison of isobutane distillation by usingheat-pump technologiesYE Yang1(1College of Chemical Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249)Abstract：Because high energy consumption for separation of small temperaturedifference system like n-butane and isobutane through conventional rectification, thispaper investigated two kinds of mechanical vapor recompression (MVR) heat-pumpdistillation processes, tower top vapor recompressed heat-pump distillation and towerbottom liquid flash recompressed heat-pump distillation. Based on the minimum energyconsumption for separating n-butane and isobutane. The simulations for the two schemeswere performed by Aspen Plus with the Radfrac. module Compr. module and PENG-ROB equation. The suitable operating parameters and device parameters were obtainedunder the same operating conditions with conventional rectification. The researchshowed that the two MVR heat-pump distillation processes can save energy by 83.76%and 83.66% respectively compared with the conventional distillation process. Energy-saving effect is obvious and comparable, indicating both of the two Heat-pumpTechnologies would be suitable for the system.Key words：n-butane and isobutane; heat-pump distillation; simulation; energy-saving正丁烷异构为异丁烷，是生产异丁烷的主要工艺之一，该工艺主要包括原料脱水、丁烷异构和产品分离3部分。
Aspen plus 化工物性数据和相平衡数据的查询与估算
系统数据库
SOLIDS COMBUS
包括3314个固体组分的参数，该 数据库用于固体和电解质应用， 该数据库大部分被INORGANIC替 代了，但它对于电解质应用来说 13 仍然是必要的。
BINARY
1.1 化工物性数据的查询 了解软件数据库的内容与功能，为的是在化工设计过程中 应用。在工艺设计之初，大量时间被用于查找物性数据。化工 模拟软件的普及，为物性数据查找提供了极大的便利。 例1-1.查询硫化氢和硫磺的全部纯组分物性. 为保护环境，工业废气中的硫化氢都采用CLAUS工艺转化 为液态硫磺进行回收。请从ASPEN PLUS 系统数据库中查询 硫化氢和硫磺的全部纯组分物性。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
3
1.1 化工物性数据的查询 1.1.1从文献中查找 1.1.1.1 中文工具书 ⑴ 化工辞典，王箴主编，化学 工业出版社出版. 最新版本是2000年出的第4版， 共收词16000余条。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
4
1.1.1从文献中查找 1.1.1.1 中文工具书 ⑵ 石油化工基础数据手册,卢焕章 主编，化学工业出版社1982. 共两篇，第一篇介绍各种化工介质 物理、化学性质和数据的计算方 法；第二篇将387个化合物的各 种数据列成表格．以供查阅。 这些数据包括临界参数，及其在一 定温度、压力范围内的饱和蒸汽 压、汽化热、热容、密度、粘度、 导热系数、表面张力、压缩因子、 偏心因子等16个物理参数。 1993年,化学工业出版社出版了由 马沛生主编的石油化工基础数据 手册续编，包含552个新化合物 的21项物性。
包 宗 宏
11
1.1 化工物性数据的查询 1.1.2从ASPEN PLUS软件数据库中查找 在化工设计过程中，物性数据的查找是耗时最多的工作。 能够熟练地查找数据、判断数据的可靠性是化工专业人员的 基本功之一。 图书馆内关于化工物性数据的专著、手册、图册、教材琳 琅满目，对于新加入化工领域的学生来说，往往无从下手。 而使用大型化工流程模拟软件查找、计算、估算化工物性 数据，则为他们提供一条查找物性数据的快捷通道。 即是使经验丰富的化工工程师，掌握软件的物性数据估算、 计算功能，也会对他们的设计工作提供一个事倍功半的利器， 大大提高工作效率，成为他们设计工作中爱不释手的有力工 具。
5 工业装置流程模拟 化工计算与软件应用 课件
京 工
管件、仪表等，如图5-1所示。
业
大
学
包 宗 宏
5
5.1 混酸过程
在图5-1中，除了硫酸、硝酸、稀硫酸储罐外，还设置了混合 酸循环罐、混合酸储罐、换热器、流体泵、气体吸收文丘里 设备和相应的管道管件。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
6
5.1 混酸过程
在做物料衡算与热量衡算时，设计人员关心的是三股原料酸 与混合产品酸的流率与组成、换热器的热负荷。因此，基于 图5-1的混酸过程，在用AspenPlus 进行稳态过程模拟时，抽 象出的模拟流程如图5-2所示。
化工计算与软件应用
第五章 工业装置流程模拟
1
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
第五章 工业装置流程模拟
不管是设计型模拟计算，或核算型模拟计算，模拟人员首要任 务是充分理解基本工艺路线，明确本流程的主干与枝干，选择 软件中合适的模块、或模块组合构成流程，以反映流程的模拟 需求。
冷凝器E-5005用循环冷却水（CWS，进口33℃，400 kPa，
出口43℃）作为冷凝冷却介质。冷凝器E-5006用循环冷冻水
南 京
（RWS，进口0℃，400
kPa，出口10℃）作为冷凝冷却介质。
工
业
大
学
包 宗 宏
21
5.3 75 kt/h丙烯腈工艺废水四效蒸发浓缩过程
第一、二、三、四效蒸发器的二次蒸汽冷凝液汇总后(物流号 80) 在换热器E-5007内与汽提塔 (T-5001) 的一股釜液 (物流号 83) 换热升温，然后送入汽提塔进行汽提处理，以脱去冷凝液 中残存的轻组分。
目前，丙烯腈装置三废处理是根据污染物不同形态，采取高处 排放、焚烧、四效蒸发、掩埋等措施进行处理。
Aspen 物料衡算与能量衡算
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
6/40
(5)画出工艺流程示意图。着重考虑物流热流的流向，对设 备的外形、尺寸、比例等并不严格要求，与物料、能量衡算有 关内容必须无一遗漏，所有物流热流管线均须画出。
2.1.3 衡算的基本步骤 (6) 根据工艺流程图抽象出模拟流程。要充分理解基本工艺 路线，明ห้องสมุดไป่ตู้本流程的主干与枝干，选择软件中合适的模块、或 模块组合构成软件模拟流程，以反映流程的模拟需求。 (7)校核计算结果。当计算全部完成后，对计算结果进行整 理，编制物料热量平衡表或绘制物料流程图。通过物料热量平 衡表可以直接检查计算是否准确，分析结果组成是否合理，并 易于发现存在问题，从而判断其合理性，提出改进方案。
工 业 大 学
对于含电解质的过程，要考虑可能存在的离子反应，借助于软 件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶 包 宗 化合物。
宏
16/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (4)熟悉模块功能及其计算方法。软件中的模块本质上是计算 方法的图形显示，有的一个模块仅对应一种算法，有的一个模 块可包含几种算法，可根据运算操作者意愿选择运行。熟悉软 件的模块功能，可快速正确地建立起物料衡算的模拟流程。
化工原理实验数据处理与分析中的计算机软件实践运用
化工原理实验数据处理与分析中的计算机软件实践运用【摘要】本文主要探讨了化工原理实验数据处理与分析中计算机软件实践的运用。
通过实验数据采集与处理，使用常见的数据处理软件和数据分析方法，结合软件实践案例分析和数据结果展示，展现了计算机软件在化工实验中的重要作用。
结论部分讨论了计算机软件在化工实验中的应用优势，并展望了未来的发展方向。
总结与建议部分对实验数据处理与分析中计算机软件的应用提供了一些具体建议。
本文旨在提高化工实验数据处理效率和准确性，推动化工领域的数字化转型，为化工工作者提供更好的实验数据处理工具和方法。
【关键词】化工原理实验、数据处理、分析、计算机软件、实践运用、数据采集、数据处理软件、数据分析方法、实践案例、数据结果展示、优势、未来发展方向、总结、建议。
1. 引言1.1 背景介绍化工原理实验数据处理与分析已经成为化工领域中不可或缺的一部分。
随着科学技术的发展和实验手段的不断完善，化工实验所产生的数据量也在不断增加。
在过去，化工实验数据的处理与分析主要依靠手工计算和书写记录，效率低下且容易出现错误。
为了提高数据处理和分析的效率和精度，计算机软件在化工实验中的应用逐渐得到了重视。
化工原理实验数据处理与分析中的计算机软件实践运用，不仅可以帮助实验人员快速、准确地完成实验数据的处理和分析工作，还可以提供丰富多样的数据展示方式，从而更好地理解实验结果。
计算机软件还可以帮助实验人员优化实验设计，提高实验效率，减少实验次数，降低实验成本。
本文将研究化工原理实验数据处理与分析中的计算机软件实践运用，探讨其在化工领域中的重要意义和应用前景。
通过实例分析和数据展示，展示计算机软件在化工实验中的优势，并对未来发展方向做出展望。
1.2 研究目的研究目的是为了探究在化工原理实验数据处理与分析中，计算机软件的实践运用对提高实验效率和准确性的作用。
通过研究，我们可以揭示计算机软件在化工实验中的具体应用方式，探讨其在数据处理和分析过程中的优势和价值。
Aspen物料衡算与能量衡算
(4)确定计算任务。根据工艺流程示意图和化学反应方程式， 分析物流热流经过每一过程、每一设备在数量、组成、及物流 热流走向所发生的变化。
南
京 工
(5)画出工艺流程示意图。着重考虑物流热流的流向，对设
业 大
备的外形、尺寸、比例等并不严格要求，与物料、能量衡算有
学 关内容必须无一遗漏，所有物流热流管线均须画出。
学 件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶
包 宗
化合物。
宏
16/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(4)熟悉模块功能及其计算方法。软件中的模块本质上是计算 方法的图形显示，有的一个模块仅对应一种算法，有的一个模 块可包含几种算法，可根据运算操作者意愿选择运行。熟悉软 件的模块功能，可快速正确地建立起物料衡算的模拟流程。
醛醛醛醛
酮酮 酮酮
酯酯酯
酮酮酮酮
酯酯酯
醇醇醇醇
二二醇二醇二醇醇
水水水水
11
含极性物质
PR, LK-PLOCK,
PR-BM, PKS, RKSBM及其衍生方程
模拟 体系
南
京
不含极性物质
工
业
大
学
包 宗 宏
全是真实组分
CHAO-SEA, GRAYSON, BK10
P>0.1MPa
含虚拟组分 真空
BK10, IDEAL
(5)了解软件对物性术语的缩写。ASPEN PLUS是全英文软
件，操作界面上的指令都用英文全名表示，易于理解。但物流
的物性均用缩略语表示，很难记忆。在编制物料平衡表时，需
南 京
要同时列出各物流的物性，这就要向软件提出输出特定物性数
Aspen 设备工艺计算
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
4.3.1 釜式反应器 例4-4．用釜式反应器合成乙酸乙酯。 正反应方程式: CH3CH2OH + CH3COOH → CH3CH2COOCH3 + H2O 5.95 107 8 r1 k1 Cethanol Cacid 1.9 10 exp( )Cethanol Cacid RT 逆反应方程式 : CH3CH2COOCH3 + H2O → CH3CH2OH + CH3COOH
化工计算与软件应用
第四章 设备工艺计算
1
化工流程设计、物料衡算、热量衡算完成之后，化工工艺 设计的另一重要工作是进行设备的工艺计算、选型与核算， 为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供依据。 设备的工艺计算、选型与核算知识与方法在多门化工专业 基础课程中都有介绍，这些基础知识将有助于人们更好地使 用ASPEN PLUS 软件进行化工设备的工艺计算。
4.3.1 釜式反应器 解：
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
23/30
4.3.2 管式反应器 管式反应器的特点是传热面积大，传热系数较高，反应可以 连续化，流体流动快，物料停留时间短，可以控制一定的温度 梯度和浓度梯度。根据不同的化学反应，可以有直径和长度千 差万别的型式。此外，由于管式反应器直径较小(相对于反应 釜)因而能耐高温、高压。由于管式反应器结构简单，产品稳 定，它的应用范围越来越广。 管式反应器可以用于连续生产，也可以用于间歇操作，反应 南 京 物不返混，管长和管径是反应器的主要指标，反应时间是管长 工 业 的函数，管径决定于物料的流量，反应物浓度在管长轴线上， 大 浓度梯度分布，不随时间变化。 学
4.3 反应器 对于存在化学反应的化工过程，反应器是整个化工工艺流程 的核心，是化工装置的关键设备，反应物在反应器内通过化学 反应转化为目标产物。由于化学反应种类繁多、机理各异，反 应器的类型和结构也差异很大。反应器操作性能的优良与否， 与设计过程息息相关。 反应工程课程对反应器的基础理论、设计方程等均进行了详 细地介绍。这些基础理论不仅是手工设计反应器的依据，也是 南 京 编制各种模拟软件的依据。由于涉及反应器的各种设计方程异 工 业 常繁复，手工计算往往令人望而却步，或是采用简化方法进行。 大 学 现在各种模拟软件的普及，为反应器的严格设计计算提供了条 包 件。
化工工程设计中计算机软件技术的应用分析
化工工程设计中计算机软件技术的应用分析摘要：随着社会经济与科学技术的进步与发展，化工工程设计也逐步受到人们的关注，人们对其要求也随之提升，怎样提高化工工程设计质量与效率已然成为当今所面临的主要问题之一。
近年来，随着计算机技术的普及，计算机技术在化工工程设计方面的应用也逐渐加深。
为此，在本文中，主要对化工工程设计中计算机软件技术的应用进行研究与分析。
关键词：化工工程设计；计算机软件技术；应用分析前言：化工工程设计主要是以社会经济与科学技术的日益进步为前提，并在此基础之上，使得工业生产体系得以进一步完善，进一步凸显出其现代化特点。
化工工程设计主要指的是工程设计人员在经过一系列化学实验后，借助较为先进的科学技术手段，模拟化工工程生产期间所发生的一系列化学反应，并在模拟过程当中针对某些不合理流程进行优化处理。
在这一过程中，人们通过合理利用计算机软件技术，不仅可以对化工工程设计起到一定的辅助效果，还可以有效提高化工工程设计诸多方面的水平。
在本文中，主要对化工工程设计中计算机软件技术的应用进行研究与分析。
一、化工工程设计（一）化工工程设计的概念针对化工企业而言，化工工程设计使其发展的前提基础，同时也为该企业稳定发展提供动力。
化工工程设计指的是通过利用化学反应原理，对生产流程进行科学合理且具有可执行性的模拟生产，在该过程当中，需要从企业自身角度出发，综合考量工厂的布局，生产设备，生产条件等多项问题，既要符合理论上的规定，又不能与现实情况相违背。
为此，在设计过程当中，需要对现实情况加以重视，通过科学合理的设计，为后续各项化工作业的开展打好数据基础，确保化工生产得以逐步稳定开进。
（二）化工工程设计的特点化工工程设计主要有计算量大、综合性强以及规范性强等三个显著特点。
首先，计算量大，人们在开展化工工程设计之前，为确保后续设计的准确性，做到实事求是，贴近现实，降低后续工作量，务必要进行计算。
然而，该过程中计算量巨大且复杂，变量较多，且多为非线性计算。
化工工程设计中计算机软件技术的应用
化工工程设计中计算机软件技术的应用发布时间：2021-07-01T15:33:36.380Z 来源：《科学与技术》2021年7期作者：孙大东吴广飞王艳会[导读] 化工行业是我国社会经济的重要支柱，我国一直致力于化工行业的发展研究中，计算机技术的不断突破，孙大东吴广飞王艳会江苏斯尔邦石化有限公司江苏省连云港市 222000摘要：化工行业是我国社会经济的重要支柱，我国一直致力于化工行业的发展研究中，计算机技术的不断突破，让化工工程设计水平有了更多的发展可能。
利用计算机工程设计软件，可以让工程设计体系更加完善合理，具备现代化的工程设计特点以及水平，在化工设计过程中基于不同的设计环节，使用相应的软件辅助完成工程的设计工作，有效的提高化工设计水平和质量。
关键词：化工工程设计；计算机软件技术；应用1化工工程设计的特点①计算量大。
在进行化工工程设计前必然要进行化工工程计算，以此来保证后续的设计进行能够更加准确，贴合需求情况，尽量减少后续设计的工作量和纰漏，在这一过程中所进行计算的量相对较大，且较为复杂多变，各种变量也相对较多，大多都是非线性计算，每次计算所需要的公式也相对较为复杂，整体工作量较大。
②综合性强。
设计人员在进行相应的设计时，其所用到的学科知识不仅仅只是所需设计工程所用的知识，其在设计时往往需要查阅大量的资料，必要时还需要别的领域的专业人士前来协助才能够完成，同时设计师在设计时还需要考虑多种因素，才能使的所设计的产品能够达到需求。
③规范性强。
化工项目因其所涉及的项目接触的易燃、易爆、高温、高压、有毒等危险性物品较多，具有较高的危险性，在开展化工项目时，极易发生重大危险性事故或造成严重的环境污染，故在进行化工工程设计时，为了保证整个项目的安全性，减少危险事故的发生，加强环境保护，在设计化工工程时，设计人员会严格按照各种国家制定的化工建设及行业有关设计规范、规定和标准进行设计，具有较强的规范性。
2化工工程设计中计算机软件的基础作用因化工工程设计计算量大、综合性强、规范性强等特点，在进行化工工程设计时若只采用人力进行设计，其整体进度相对较慢，会延缓整个化工项目的落地实施，因此为了提高化工工程设计的效率、质量，在化工工程设计当中合理的应用计算机软件是有必要的。
四氢呋喃现有四氢呋喃-乙醇-水的混合物溶剂需要分离回收【仅供参考】
《分离工程Ⅱ》研究性课题现有四氢呋喃现有四氢呋喃-乙醇-水的混合物溶剂需要分离回收，其含量为（质量分数）：四氢呋喃0.936，乙醇0.0635，水0.0005，流率为300kg/h。
要求把混合物分离为四氢呋喃与乙醇两股产品，其中：（1）四氢呋喃中的乙醇含量低于0.0005，水低于0.0007；（2）四氢呋喃与乙醇的质量回收率大于0.93。
公用工程自己合理选择。
1. 分离方法的选择四氢呋喃和乙醇都是有用的有机化工原料，大量应用于工业生产中。
四氢呋喃是一类杂环有机化合物。
它是强的极性醚类之一，在化学反应和萃取时用做一种中等极性的溶剂。
无色易挥发液体，有类似乙醚的气味。
溶于水、乙醇、乙醚等，常压下沸点为65℃。
乙醇是一种常见有机物，能与水任意比混溶，常压下沸点为78.8℃。
在Aspen plus中使用tools-Conceptual Design-Azeotrope Search工具对四氢呋喃、水、乙醇形成的三元物系进行分析，得出该三元物系两两组合都可形成共沸物，如下图1-1所示。
因为进料当中水的质量分数很小，只有0.0005，所以主要考虑四氢呋喃与乙醇形成的共沸物的分离。
由分离工程的知识可知，对于共沸物体系，通常不能采用普通精馏分离，而需要采用特殊精馏进行有效分离。
通过查阅文献，我了解到目前对于四氢呋喃和乙醇的分离方法主要包括萃取精馏[1,2,3]和高低压双塔精馏[4,5,6]。
萃取精馏通过向体系添加萃取剂而选择性分离出一种物质，但是缺点是需要分离出萃取剂，同时需要补充萃取剂而可能在产品里引入新的杂质。
高低压双塔精馏和萃取精馏一样也需要两座塔，但是不需要引入另一种物质，而只需通过改变塔压来改变共沸物的组成实现有效分离，原理简单，操作易行，不会在产品中引入新的杂质。
因而高低压双塔精馏比萃取精馏更具可行性。
在方法比较的基础上，我选择高低压双塔精馏来实现该体系的分离，并借助Aspen Plus流程模拟软件实现工艺计算。
化工计算与软件应用(包宗宏)2讲解
5/40
2.1.3 衡算的基本步骤 (3)确定化学反应方程式。列出各个过程的主、副化学反应 方程式，明确反应和变化前后的物料组成及各个组分之间的定 量关系，若计算反应器大小，还需要掌握反应动力学数据。 (4)确定计算任务。根据工艺流程示意图和化学反应方程式， 分析物流热流经过每一过程、每一设备在数量、组成、及物流 热流走向所发生的变化。
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
南 京 工 业 大 学
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项 包 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热 宗 宏 量衡算。
4/40
2.1.3 衡算的基本步骤 (1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。 (2)选定计算基准。温度的因次可采用“℃”或“K”，压力 的因次可采用“kPa”、“atm” 或其它，压力基准可选用绝对压 力或表压。 物流量的计算基准可选质量基准、摩尔基准、体积基准。对 南 京 于连续生产，以“s、h、d”作为投料量或产品量的时间基准。 工 业 用模拟软件进行衡算时，以单位时间的投料量为起点进行计 大 学 算比较方便。当系统介质为固体或液体时，一般以质量为计算 包 基准，对气体物料进行计算时，一般选体积作为计算基准。
化工计算与软件应用
第二章 物料衡算与能量衡算
1
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
物料衡算是化工生产过程中，用以确定物料比例和物料转 变定量关系的计算过程，这是化工工艺计算中最基本、最重 要的内容之一。 物料衡算的结果也是能量衡算的依据，掌握物料带入或带 出体系的能量多少，以计算化工过程需要提供或移除的热量， 控制能量的供给速率和放热速率，进—步算出物质之间交换 的热量以及整个过程的热量分布情况。 因此，物料衡算与能量衡算是进行化工工艺设计、过程经 济评价、节能分析以及过程最优化的基础。 在用化工模拟软件进行流程的物料衡算与能量衡算时，虽 然可以大大提高计算的速率，但仍然需要遵守物料衡算与能 量衡算的基本规则，把规则应用于软件的操作之中，软件计 算结果才可能合理与可行。
化工原理实验数据处理与分析中的计算机软件实践运用
化工原理实验数据处理与分析中的计算机软件实践运用在化工领域的研究和实验中，数据处理和分析是至关重要的环节。
传统的数据处理方法往往需要大量的人力和时间，而且容易出现误差。
为了提高工作效率和数据分析的准确性，计算机软件的实践运用变得至关重要。
本文将从实验数据处理和分析的角度探讨化工原理中计算机软件的应用，以期提高化工实验的工作效率和数据分析的准确性。
一、实验数据采集与处理在进行化工原理实验时，通常需要采集一系列的数据，并对这些数据进行处理和分析。
在传统的方法中，实验员需要手动记录数据，然后进行手工计算。
这种方法不仅效率低下，而且容易出现误差。
而借助计算机软件，实验数据的采集和处理可以大大简化。
现阶段，常用的数据采集软件有Vernier Logger Pro, LabVIEW等，这些软件可以与各种实验设备进行连接，实时采集数据，并以图表的形式直观展示。
在数据处理方面，Excel是一个非常常用的工具，其强大的数据处理功能可以帮助实验员进行数据的排序、筛选、求平均值等处理工作。
通过这些软件的实践运用，实验数据采集和处理的效率大大提高，而且减少了数据处理中的人为误差。
二、实验数据分析在化工原理实验中，数据的分析是非常重要的一环。
正是通过对数据的合理分析，可以得到实验结果，并为后续实验和工作提供重要依据。
在数据分析方面，计算机软件发挥了重要的作用。
MATLAB是一个非常强大的数学分析软件，它可以进行各种复杂的数据分析和计算。
在化工领域，我们经常需要对数据进行拟合、求导、积分等操作，这些操作都可以借助MATLAB进行实现。
通过MATLAB的实践运用，我们可以得到更加精确和准确的实验数据分析结果。
Origin是另一个常用的数据分析软件。
它可以用于曲线拟合、统计分析等方面。
对于一些特殊的数据处理需求，Origin也提供了非常丰富的工具和功能，可以满足不同实验的数据分析需求。
通过Origin软件的实践运用，我们可以对实验数据进行更加细致和系统的分析，为实验研究提供更加全面的数据支持。
化工设计竞赛经验分享和竞赛指导
听听前辈声音，您还敢参加大学生全国化工设计竞赛么？之“三井杯”化工设计竞赛经验分享“三井杯”全国大学生化工设计竞赛至今已经举办了九届，从最初几个学校的参与到如今五个赛区二百多所高校参与，化工设计竞赛已经被大家所认可。
作为一名曾经两度参与此竞赛的成员，写出一些经验的分享，希望可以为准备参加这个竞赛的同学们提供一个参考。
1、比赛认知参与任何比赛都要先了解这个比赛的核心宗旨是什么，如果不知道比赛的核心宗旨那么怎么会取得一个理想的成绩？化工设计竞赛要求同学设计出一套工艺，并通过流程计算、设备计算、图纸绘制等一系列软件进行模拟、绘图等，最后做出文字材料。
化工设计竞赛全流程可以看作为简单的工艺包设计，因此就需要参与的同学去接触了解如何进行工程设计，而不是天马行空的任由自己的想法去完成这个竞赛。
2、组队成员很多同学都在纠结如何去进行组队，比赛需要团队成员的共同努力，因此在选取队员的时候首先应该明确他是否有能力、有毅力来坚持做完这个比赛。
在化工设计竞赛这条路上走过来的学长们有共同的体会，做比赛是一件枯燥、需要耐心的事情。
有很多团队因为其中成员的退出导致最后团队的瓦解，因此希望同学们能够在组队时认真挑选成员。
当然，这个比赛建议跨学科组队，因为需要进行工艺设计、设备设计、图纸绘制、经济概算等多方面任务，就需要相关专业的同学来完成相应的工作。
3、赛前准备很多的同学都在问要参加这个比赛都需要准备什么，都需要掌握哪些知识，都需要学习哪些软件。
借鉴了许多化工大拿的经验分享，在这个浮躁的时代，作为大学生更应该去将基础做好，不要好高骛远，更不能丢下基本原理去胡乱设计。
很多学生为了尽快的做出计算模型取得一个所谓的“无错误、无警告”的结果而忽略了化工最基本原理。
软件只是一个计算机辅助工具，它没有真正的“认知”，当你对其进行赋值后，它必然会给你一个结果，而其真正的准确与否软件无法辨别。
当你赋予不同的参数条件，软件都会为你“忠心耿耿”的计算，无论你在设计精馏塔塔压是一个大气压还是一百个大气压，只要它在计算上能通过，就是无错误的。
Aspen 物料衡算与能量衡算(教学材料)
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(2) 选择合适的物性计算方法。ASPEN PLUS软件把模拟计 算一个流程所需要的热力学性质与传递性质的计算方法与计算 模型都组合在一起，称之为性质方法，每种性质方法以其中主 要的热力学模型冠名，软件中共有80多种性质方法供操作者选 择使用。针对不同的模拟体系，选择合适的性质方法用于模拟 过程是获得正确计算结果的前提。
Case Study - Acetone Recovery
Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
包
Approach State Approach Model Approach
宗 宏
Predicted number of stages
11
7
42
required
专业课件
Approximate cost in dollars 520,000
2.1 衡算方法
2.1.1基本概念 物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中
不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。
在化工过程中，能量衡算是根据能量守恒定律，利用能量传
递和转化的规则，以确定能量比例和能量转变定量关系的过程。
能量衡算的理论依据是热力学第一定律，即体系的能量总变化
南 (ΔE)等于体系所吸收的热减去环境对体系所做的功。
京
工
业 大
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的
化工计算与软件应用(包宗宏)2
南 京 工 业 含极性 大 学 物质 包 宗 宏
不含 电解质 P>1MPa 含电 解质
无二元 交互作 用参数
液液 平衡
汽液 平衡
有汽相 缔合
UNIFAC 及其衍生方程
无汽相 缔合
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 若性质方法选择不当，只要模拟过程收敛，即使结果不合理， 软件也不会提示出错信息。 另一方面，即使性质方法选择正确，但使用不当也会产生错误 结果。因为性质方法计算的准确程度由模型方程式本身和它的 用法所决定，如热力学模型的使用往往涉及原始数据的合理选 取、模型参数的估计、从纯物质参数计算混合物参数时混合规 则的选择等问题，均需要正确处理。
Approximate cost in dollars
Ideal Approach
11 520,000
Equation of State Approach
7 390,000
Activity Coefficient Model Approach
42 880,000
常见有机化合物极性增加顺序：
烃 烃 烃
对的二元交互作用参数。以软件自带的“.bkp” 数据包文件作为模 拟计算的起点，可以免除物性方法选择、反应方程式输入等步骤， 直接进行流程绘制与物流输入，模拟计算结果正确的可能性要大得 “Asy”文件夹：提供原始实验数据，包含了全球各地原油的实 多。如果“.bkp” 数据包文件中的组分与操作者欲模拟计算过程的 沸点数据； 组分有少量的差异，也可以对数据包文件中的组分进行调整。 南 京 工 业 大 学 包 宗 宏 对于电解质过程，数据包文件中包含了体系中的全部分子组分与离
京 工 业 大 学
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的 能量衡算手工计算非常困难，而任何情况下使用模拟软件进行 包 宗 化工过程的能量衡算都是很方便的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
COLUMN
5000 lbmol/hr 10 mole % acetone 90 mole % water 南 京 工 业 大 学
BTMS
Specification: 99.5 mole % acetone recovery
包 宗 宏 Predicted number of stages required
“Elecins”文件夹：综合过程数据包与电解质过程数据包，包含 93个电解质过程的“.bkp” 数据包文件；
“Datapkg” 文件夹：包含了15个综合化工过程的“.bkp” 数据包 文件。 18/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (7)学会判断计算结果的正确性。当一个模拟过程运算正常收 敛后，软件状态栏上提示 “Results Available”，表示计算有了 结果，这并不表示结果正确。 结果是否正确，不能指望模拟软件提供结论, 而应依靠自己的 判断。判断的基础是运算操作者对模拟过程的细致了解、化工 专业知识的深刻领会、模拟过程工业背景的熟悉程度、工业装 置的现场操作数据等综合评价。
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
南 京 工 业 大 学
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项 包 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热 宗 宏 量衡算。
4/40
2.1.3 衡算的基本步骤 (1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。 (2)选定计算基准。温度的因次可采用“℃”或“K”，压力 的因次可采用“kPa”、“atm” 或其它，压力基准可选用绝对压 力或表压。 物流量的计算基准可选质量基准、摩尔基准、体积基准。对 南 京 于连续生产，以“s、h、d”作为投料量或产品量的时间基准。 工 业 用模拟软件进行衡算时，以单位时间的投料量为起点进行计 大 学 算比较方便。当系统介质为固体或液体时，一般以质量为计算 包 基准，对气体物料进行计算时，一般选体积作为计算基准。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
使用图2-1的前提是已知模拟过程的物流组成、体系压力、温 度范围。 图2-1并未概括软件中所有的物性方法，随着软件版本的更新， 新的物性方法也会不断充实进来，但该图给出了一个物性方法 的选择方向。
15/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (3)输入组分的数量要完整。用软件进行物料衡算时，首先必 须向软件输入组分名称，通知软件调用数据库中该组分的全部 物性数据参与运算。 在模拟计算起始向软件输入组分时，一定要把化学反应中可能 新生成的组分添加进去。 对于非数据库组分，可按照1.3节介绍的方法，将运行模式改成 “Property Estimation”，对非数据库组分的物性进行估算后， 南 京 再将软件运行模式改成 “Flowsheet”进行物料衡算。
2/40
2.1 衡算方法 2.1.1基本概念 物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中 不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。 在化工过程中，能量衡算是根据能量守恒定律，利用能量传 递和转化的规则，以确定能量比例和能量转变定量关系的过程。 能量衡算的理论依据是热力学第一定律，即体系的能量总变化 (ΔE)等于体系所吸收的热减去环境对体系所做的功。 南
8/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(2) 选择合适的物性计算方法。ASPEN PLUS软件把模拟计 算一个流程所需要的热力学性质与传递性质的计算方法与计算 模型都组合在一起，称之为性质方法，每种性质方法以其中主 要的热力学模型冠名，软件中共有80多种性质方法供操作者选 择使用。针对不同的模拟体系，选择合适的性质方法用于模拟 过程是获得正确计算结果的前提。 几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质与传递性质的计算, 南 其中主要有逸度系数、相平衡常数、焓、熵、Gibbs自由能、 京 工 密度、粘度、导热系数、扩散系数、表面张力等。 业
工 业 大 学
对于含电解质的过程，要考虑可能存在的离子反应，借助于软 件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶 包 宗 化合物。
宏
16/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (4)熟悉模块功能及其计算方法。软件中的模块本质上是计算 方法的图形显示，有的一个模块仅对应一种算法，有的一个模 块可包含几种算法，可根据运算操作者意愿选择运行。熟悉软 件的模块功能，可快速正确地建立起物料衡算的模拟流程。
化工计算与软件应用
第二章 物料衡算与能量衡算
1
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
物料衡算是化工生产过程中，用以确定物料比例和物料转 变定量关系的计算过程，这是化工工艺计算中最基本、最重 要的内容之一。 物料衡算的结果也是能量衡算的依据，掌握物料带入或带 出体系的能量多少，以计算化工过程需要提供或移除的热量， 控制能量的供给速率和放热速率，进—步算出物质之间交换 的热量以及整个过程的热量分布情况。 因此，物料衡算与能量衡算是进行化工工艺设计、过程经 济评价、节能分析以及过程最优化的基础。 在用化工模拟软件进行流程的物料衡算与能量衡算时，虽 然可以大大提高计算的速率，但仍然需要遵守物料衡算与能 量衡算的基本规则，把规则应用于软件的操作之中，软件计 算结果才可能合理与可行。
京 工 业 大 学
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的 能量衡算手工计算非常困难，而任何情况下使用模拟软件进行 包 宗 化工过程的能量衡算都是很方便的。
宏
3/40
2.1.2 衡算方程式 化工工艺计算中的物料平衡是指“在单位时间内进入衡算系 统的全部物料质量，必定等于离开该系统的全部物料质量、加 上损失掉与积累起来的物料质量。”
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
6/40
(5)画出工艺流程示意图。着重考虑物流热流的流向，对设 备的外形、尺寸、比例等并不严格要求，与物料、能量衡算有 关内容必须无一遗漏，所有物流热流管线均须画出。
2.1.3 衡算的基本步骤 (6) 根据工艺流程图抽象出模拟流程。要充分理解基本工艺 路线，明确本流程的主干与枝干，选择软件中合适的模块、或 模块组合构成软件模拟流程，以反映流程的模拟需求。 (7)校核计算结果。当计算全部完成后，对计算结果进行整 理，编制物料热量平衡表或绘制物料流程图。通过物料热量平 衡表可以直接检查计算是否准确，分析结果组成是否合理，并 易于发现存在问题，从而判断其合理性，提出改进方案。
对的二元交互作用参数。以软件自带的“.bkp” 数据包文件作为模 拟计算的起点，可以免除物性方法选择、反应方程式输入等步骤， 直接进行流程绘制与物流输入，模拟计算结果正确的可能性要大得 “Asy”文件夹：提供原始实验数据，包含了全球各地原油的实 多。如果“.bkp” 数据包文件中的组分与操作者欲模拟计算过程的 沸点数据； 组分有少量的差异，也可以对数据包文件中的组分进行调整。 南 京 工 业 大 学 包 宗 宏 对于电解质过程，数据包文件中包含了体系中的全部分子组分与离
宗 宏
5/40
2.1.3 衡算的基本步骤 (3)确定化学反应方程式。列出各个过程的主、副化学反应 方程式，明确反应和变化前后的物料组成及各个组分之间的定 量关系，若计算反应器大小，还需要掌握反应动力学数据。 (4)确定计算任务。根据工艺流程示意图和化学反应方程式， 分析物流热流经过每一过程、每一设备在数量、组成、及物流 热流走向所发生的变化。
南 京 工 业 含极性 大 学 物质 包 宗 宏
不含 电解质 P>1MPa 含电 解质
无二元 交互作 用参数
液液 平衡
汽液 平衡
有汽相 缔合
UNIFAC 及其衍生方程
无汽相 缔合
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 若性质方法选择不当，只要模拟过程收敛，即使结果不合理， 软件也不会提示出错信息。 另一方面，即使性质方法选择正确，但使用不当也会产生错误 结果。因为性质方法计算的准确程度由模型方程式本身和它的 用法所决定，如热力学模型的使用往往涉及原始数据的合理选 取、模型参数的估计、从纯物质参数计算混合物参数时混合规 则的选择等问题，均需要正确处理。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
19/40
2.2 简单物理过程 2.2.1 混合过程 多股物料的混合与一股物料分流成多股物料是化工生产中 常见的操作，其物料衡算可以用ASPEN PLUS 中的混合器与 分流器进行模拟。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
不含极性物质
P>0.1MPa
含虚拟组分
真空
BK10, IDEAL
P<1MPa
SR-POLAR, PRWS, RKSWS 及其衍生方程
不含电解质
有二元交互 作用参数 P>1MPa
含极性物质
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
模拟 体系
含电解质
无二元交互 作用参数
不含极性物质
ELECNRTL, PITZER 及其衍生方程
大 学 包 没有任何一个热力学模型与传递模型能适用于所有的物系和所 宗 宏 有的过程。因此，性质方法的恰当选择和正确使用决定着计算
结果的准确性、可靠性和模拟成功与否。
9/40
Case Study - Acetone Recovery Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
7/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (1) 选择合适的因次模板。因次模板是ASPEN PLUS软件为 不同工艺过程编制的因次集，分为普通模拟过程与石油加工过 程两大类，每大类又含有若干套，每套都包含英制与公制两种 因次集，如表2-1。