ChemCAD

Chemcad知识简介
前言
ChemCAD是由Chemstations公司推出的一款极具应用和推广价值的软件，它主要用于化工生产方面的工艺开发、优化设计和技术改造。

由于ChemCAD内置的专家系统数据库集成了多个方面且非常详尽的数据,使得ChemCAD可以应用于化工生产的诸多领域,而且随着Chemstions公司的深开发, ChemCAD的应用领域还将不断拓展。

一. ChemCAD界面简介
ChemCAD把屏幕分成4个区，顶行是状态区，显示作业目录、版本号等；第二行显示顶层菜单，这些菜单项经过精心安排，从左至右正是使用ChemCAD进行模拟计算的逐个主要步骤。

每个顶层菜单下是一套弹出式菜单，这些菜单包括了ChemCAD内嵌的各个功能，使用这些菜单可以完成模拟计算中所需进行的绝大部分工作。

主屏幕由流程窗口占据；屏幕最下面一行被称为onelinehelp，为当前操作提供简单描述。

屏幕布置简洁，以菜单系统为基础，输入简明扼要，如此友好的图形人机对话界面使初学者很容易上手。

通过window交互操作功能，第5版最大的好处是可使ChemCAD 和其它应用程序交互作用：使用者可以迅速而容易地在ChemCAD和其它应用程序之间传送模拟数据。

第5版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。

二.ChemCAD的使用步骤及应用领域
1.使用ChemCAD主要有以下步骤：A.画出您的流程图；B.选择组分；C.选择热力学模型；D.详细指定进料物流；E.详细指定各单元操作； F.运行；
G.计算设备规格；H.研究费用评估方案；I.评定环境影响；J.分析结果/按需优化；K.生成物料流程图/报告。

2.ChemCAD的应用领域：A、蒸馏/萃取(间歇 &连续)；B、各种反应(间歇 &连续)；C、含电解质的工艺；D、热力学-物性计算；E、汽/液/液平衡计算；F、设备设计；G、换热器网络；H、环境影响计算；I、安全性能分析；J、投资费用估算；K、火炬总管系统；L、公用工程网络。

ChemCAD的应用范围包含了化学工业细分出来的多个方面，如炼油、石化、气体、气电共生、工业安全、特化、制药、生化、污染防治、清洁生产等。

它可以对这些领域中的工艺过程进行计算机模拟并为实际生产提供参考和指导。

ChemCAD内置了功能强大的标准物性数据库, 它以A IChE的D IPPR数据库为基础，加上电解质共约2000多种纯物质，并允许用户添加多达2000个组分到数据库中,可以定义烃类虚拟组分用于炼油计算,也可以
通过中立文件嵌入物性数据,从5. 3版开始还提供了200多种原油的评价数据库,是工程技术人员用来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和现场装置吻合的数据模型,并通过运算模拟装置的稳态和动态运行,为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。

在工程设计中，无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造, ChemCAD都可以用来选择方案，研究非设计工况的操作以及工厂处理原料范围的灵活性。

工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误,还可用模拟模型来优化工艺设计,同时通过一系列的工况研究,
来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。

即使是在工程设计的最初阶段,也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。

对于老厂,ChemCAD建立的模型，可作为工程技术人员用来改进工厂操作以提高产量产率、减少能量消耗、降低生产成本的有力工具。

可模拟确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化，也可模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题，或模拟采用先进技术改善工厂状况的可行性，如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。

三.ChemCAD的特点
1.即时生成PFD图
ChemCAD为用户形成工艺流程图（PFD）提供了集成工具。

使用它，可以迅速有效地建立PFD。

对指定流程，可以建立多个PFD。

如果以某种方式改变了流程，此改变情况会自动影响到所有相关的PFD，如果重新进行了计算，新结果也会自动传送到所有相关的PFD。

在PFD中，可以方便地加入数据框（热量和物料平衡数据）、单元数据框（单元操作规定和结果）、标题、文字注释、公司代号等。

报告格式可选
ChemCAD允许用户按照要求输出报告。

在报告中，可以选择输出的流股、单元操作，对流股中包含的数据也可以进行定义。

对蒸馏塔，可以输出包括回流比、温度、压力、每块板上的汽液相流率等详细数据；对换热器，可以输出加热曲线。

报告的格式也可以进行定义，可以由用户决定小数点后的位数等。

集成了设备标定模块及工具模块!
ChemCAD集成了对蒸馏塔、管线、换热器、压力容器、孔板和调节阀进行设计和核算的功能模块，包括专门进行空气冷却器和换热器设计和核算的CC-Therm模块。

这些模块共享流程模拟中的数据，使得用户完成工艺计算后，可以方便地进行各种主要设备的核算和设计。

ChemCAD还提供了设备价格估算功能，用户可以对设备的价格进行初步估算。

ChemCAD在工具菜单中含有CO2固体预测、水合预测、减压阀和数据回归多个功能模块。

其中CO2固体预测模块计算CO2固体形成的逸度和初始温度；水合预测模块估算有关烃和气体形成水合物的条件，同时也计算以游离水
为基准的水合相组成；减压阀模块计算紧急和正常情况下泄压阀的性能，包括燃烧模型和泄压模型；
2.设备设计和核算。

ChemCAD是一个化工生产计算机模拟软件，在工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造中都能发挥很大的作用。

在工程设计中，无论是建立一个新厂或是对老厂进行改造，ChemCAD都可以用来选择方案，研究非设计工况的操作及工厂处理原料范围的灵活性。

工艺设计模拟研究不仅可以避免工厂设备交付前的费用估算错误，还可用模拟模型来优化工艺设计，同时通过进行一系列的工况研究，来确保工厂能在较大范围的操作条件内良好运行。

即使是在工程设计的最初阶段，也可用这个模型来估计工艺条件变化对整个装置性能的影响。

对于老厂，由ChemCADchemcad建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、提高产量的产率以及减少能量消耗的有力工具。

可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化。

该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。

这样的例子在一些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。

ChemCAD 也可用模拟研究工厂合理化方案以消除“瓶颈”问题，或采用先进技术改善工厂状况的可行性，如采用改进的催化剂、新溶剂或新的工艺过程操作单元。

3.ChemCAD单元操作
ChemCAD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。

对反应器和分离塔，提供了多种计算方法。

ChemCAD可以模拟以下单元操作：蒸馏、汽提、吸收、萃取、共沸、三相共沸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏结晶罐、离心机、旋风分离器、文氏洗气器、袋式过滤机、真空过滤机、研磨机、静电收集器、干燥机、洗涤剂、沉淀分离器器以上共50个單元操作，当然ChemCAD可将每个单元操作串起来，完成整个过程的模拟。

Chemcad输入系统采用了专家检测系统,使用户不必费心检查输入是否有遗漏或语句错误。

专家系统会自动指引你下一步应当输入什么数据，并显示每一步骤是否已正确地完成。

运用ChemCAD可以在作工艺计算的同时进行经济评价，用户能够估算基建费用和操作费用，并进行过程的技术经济评价。

ChemCAD的技术经济评价方法与工业界应用的方法密切结合。

经济评价可以使用于工作的任何阶段，从工艺过程的研究开发、设计、工厂建设以至工厂操作等过程。

在使用全部经济评价系统功能时，ChemCAD自模拟结果取出计算设备尺寸所需数据，然后进行全面的经济核算。

用户还可将自身的价格指标和计算关系式存入系统，作为计算的依据。

使用ChemCAD用户可以定义新增组分、图标和符号，用户也可以利用简单的计算机语言建立自己的设备模型和计算程序。

ChemCAD还考虑到多个
用户使用同一台计算机时的情况，不同的用户可以在不同的目录中定义自己的组分、图标和符号，互不干扰。

ChemCAD提供了大量的最新的热平衡和相平衡的计算方法，包含39种k值计算方法、13种焓计算方法。

这些计算方法可以应用于天然气加工厂、炼油厂以及石油化工厂，可以处理直链烃以及电解质、盐、胺、酸水等特殊系统。

提供了各种技术规范便于用户使用。

用户可以指定冷凝器，再沸器或塔板条件。

各种技术规范，诸如整体摩尔流动速度，热负荷，回流比，沸腾比，温度，摩尔分率，回收率，相对流动速度，产品的重量和分子量等在其中都有明确的说明。

当所模拟的装置或物流数量较多，就可以使用。

它可模拟带有侧线汽提塔，泵回路，侧线供热、急冷和侧线产品的塔。

它是为模拟塔而设计的，但它也可以模拟任何单塔计算，其中包括蒸馏塔，吸收塔，再沸吸收塔和汽提塔。

侧线汽提塔，泵回路都看作是模块的一部分并且与主塔计算同时进行，不需要再循环计算。

冷凝器中自由水的分离可以由用户设定从任意塔板上流出。

一个工艺流程图中最多允许个塔单元操作。

在动态模拟过程中，用户可以随时调整温度、压力等各种工艺变量，观察它们对产品的影响和变化规律。

还可以随时停下来，转回静态。

ChemCAD 提供了pid控制器、传递函数发生器、数控开关、变量计算表等进行动态模拟的控制单元，利用它们可以完成对流程中任何指定变量的控制。

四. ChemCAD功能扩展
ChemCAD 的功能扩展可以通过用户新建流程图来实现。

ChemCAD内置了强大的数据库,用户可以新建或在已有流程图的基础上进行修改。

由于面板中所提供的设备有限, ChemCAD提供了画设备的工具,用户可以按照自己的需要画好一个符号,然后设置好相关的参数,便可作为一种设备使用。

此外,开发ChemCAD的Chemstations公司也在不断扩大其数据库,有些现在还不能处理的生产流程,可以将方案提交给Chemstations公司来处理。

相信在不久的将来,ChemCAD的功能将更为强大,应用领域将更加广泛。

五.参考文献
1.屈一新.化工过程数值模拟及软件.北京：化学工业出版社.2006.5
2.邬慧雄，刘劲松.ChemCAD经典应用实例. 化学工业与炼油工
业.2006.5
3.夏清，陈常贵.化工原理.天津：天津大学出版社.2006.
4.林世雄主.石油炼制工程.石油大学出版社.2000.
5.陈国桓.化工机械基础.北京：化学工业出版社.200
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