化学工程导论 化学工程与工艺的科学基础

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3M Du Pont General Electric Union Carbide Texaco
Dow Chemical Exxon BASF Gulf Oil
B.F. Goodrich
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Aspen Plus
Aspen Plus即“过程工程的先进系统”（ Advanced System for Process Engineering ，简称ASPEN）是关于生产装置设计、稳 态模拟和优化的大型通用流程模拟系统,源 于美国能源部七十年代后期在麻省理工学 院（MIT）组织的会战.
化学工程导论
化学工程与工艺的科学基础
化学工程与工艺的科学基础
化学工业中存在着千变万化 的各种化学加工过程，即化工过 程。化工过程中不仅包含化学变 化的过程，而且还包含分离混合 物为较纯净的不同组分以及改变 其物理状态和性质的各种过程。
在某现有装置中进 行一台结晶器的安装
大规模装置（15万吨/年）
态
在Aspen Plus 基础上专门为模拟高分子聚合过程而开 础
发的层次产品，已成功地用于聚烯烃、聚酯等过程。 此
着
Aspen Dynamics：
过
在使用Aspen Plus 计算稳态过程的基础上，转入此软 Pe
件可接着计算动态过程。
专
油
Petro Frac：
软
专门用于炼油厂的模拟软件。
As
NE
Aspen HX-NET：
创新理念
AspenTech公司的工程软件产品已被用于 设计和改进工厂和工艺流程，以使装置全生 命操作周期的回报得以最大化；制造与供应 链软件产品则让企业提高工厂与供应链的利 润。把此两大产品系列结合在一起则创造出 了企业运营管理（Enterprise Operations Management，简称EOM）解决方案，它是 一个能让过程工业制造商显著改进操作性能 的集成化的企业级系统。
9. 水溶液数据库，包括900 种离子，主 要用于电解质的应用。
Aspen Plus 是唯一获准与DECHEMA(德 国化学工业协会)数据库接口的软件。该 数据库收集了世界上最完备的气液平衡 和液液平衡数据，共计二十五万多套数 据。用户也可以把自己的物性数据与 Aspen Plus 系统连接
2.2 换热
换热（加热和冷却操作的总称） 是以热量传递为主要理论基础的 一种单元操作。
2.3 蒸馏
蒸馏是利用液体混合物中各组分挥 发度的差异，从而实现液体混合物各 组分的分离的一种单元操作。
2.4 吸收
利用气体在液体中溶解度的差异 而分离气体混合物的操作称为吸收。
2.5 萃取
2、化学反应的操作方式
（1）间歇式操作 （2）连续式操作
3、反应器的形式
（1）釜式反应器 （2）固定床放应器 （3）流化床反应器
第三节 化工过程控制
1、化工过程控制的目的
化工过程控制的目的在于保证化工 装备平稳运行、从而使生产过程平稳、 多出合格产品。
2、化工过程控制的原理
（1）测量变送器
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SI制
绝对单位制 MKS制
长度m，质量kg,
单位制
CGS制 时间s,温度K,
物质量mol,电
流强度A,发光
强度Cd
工程单位制MKfS 力作基本单位
换算本质上都是乘以纯数1
工程单位制（重力制）
质量—以受1千克力时能产生1米/秒2加速度的质量为单 位（1千克力秒2/米）， 等于9.80655千克质量；
压强—以千克力/米2为单位，或以1米2面积上 受1千克 力时的压强为单位；
功—以千克力米（1kg·m）为单位，等于1千克力产生 1米位移所做的功；
功率—以能源每秒钟能做1千克力米功时的功率为单位 （1千克力米/秒）；
1马力（H·P）=75千克力米/秒=736瓦特。
经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理 量的数字之间的关系，又叫数字公式 。
Aspen Online： 在线工具，将Aspen Plus 离线模型与DCS 或装置数据 库管理系统联结，用实际装置的数据，自动校核模型， 并利用模型的计算结果指导生产。
目标
Aspen Plus在整个工艺装置的从研发、 工程到生产生命周期中，提供了经过验 证的巨大的经济效益。它将稳态模型的 功能带到工程桌面，传递着无与伦比 的 模型功能和方便使用的组合。利用Aspen Plus公司可以设计、模拟、故障诊断和管 理有效益的生产装置。
它的作用是测量实际温度（或其它物理量），并将其转 换成统一的标准信号。
（2）调节器
它接收变送器送来的温度信号，与事先设定的希望温度 值进行比较得出偏差，然后按照一定的运算规律进行运算 ，并将运算得出的调节命令用统一标准信号发送出去。
（3）执行器
通常指自动调节阀，它和普通阀门（手动阀门）功能一 样，只不过它能自动地根据调节器送来的调节命令改变阀 门的开度。
公式中所用的单位一般都是指定的，在计算中只要将数 字代入，算出结果，然后加上规定的单位就行了。
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Chemical engineer is either currently, or
has previously, occupied the CEO
B.税金
（4）提高经济效益的途径:
A.增加产出的价值； B.减少投入，降低消耗，降低成本。
第五节 单位及单位制
1.单位及单位制
基本量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导出量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。 导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相 乘、除而构成的 。 单位制：基本单位与导出单位的总和。
此装置有六台结晶器，此规 模中显示出其中的两台
结晶与精
馏结合用于 分离萘及其 衍生物
第一节 化工单元操作及设备
1、单元操作的概念 任何化工过程无论规模大小，都可
以分为一系列基本操作，如流体输送、 过滤、加热、冷却、蒸馏、萃取等等。 单元操作就是按照特定要求使物料发 生物理变化的这些基本操作的总称。
3、计算机控制系统的应用
（一）数据采集和数据处理系统 （二）直接数字控制系统
（Direct Digital Control）
第四节 化工技术与经济
1.概述
技术经济的基本任务是研究技术和经济 的相互关系，技术经济分析的目标是寻求 技术与经济的最佳结合。
2.技术经济的评价原则
往往同时涉及社会、环境、资源等方面 的问题，甚至有时还涉及政治、国防、生 态等问题。
As
Aspen Plus 可以为夹点技术软件直接提供其所需要的 可
各流段的热焓、温度和压力等参数。
技
B-JAC/ HTFS： 换热器详细设计（包括机械计算）的软件包，Aspen Plus 可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成，转 入设备设计计算。
Aspen Zyqad： 这是一个工程设计工作流集成平台，可以供多种用户环 境下将概念设计、初步设计、工程设计直到设备采购、 工厂操作全过程生命周期的各项工作数据、报表及知识 集成共享。Aspen Plus 有接口可与之自动集成。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制 造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的 用户.
完善的数据库
1. 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。 2. 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子
溶质估算电解质物性所需的参数。 3. Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的
利用混合物中的各个组分在溶剂 中溶解度的不同，而达到分离的目的。 用溶剂分离液体混合物中的组分，称 液-液萃取或溶剂萃取；用溶剂分离固 体混合物中的组分，称固-液萃取或称 浸取。
第二节 化学反应工程
1、化学反应工程的任务和内容
化学反应工程主要研究内容有 两方面，一是对化学反应规律的 研究，二是对反应器中传递规律 的研究。
3.经济效益分析
3.1 经济效益的概念
E(经济效益
)

V (生产成果 C(劳动消耗
) )

产出 投入
3.2投资
3.3成本
所谓成本，是生产一种产品时所消耗的 物化劳动和人力劳动的总和。构成化工产 品成本的主要组成部分有：
（1）原材料； （2）燃料及动力费； （3）工资和附加费； （4）折旧费； （5）企业管理费； （6）销售费。
2、单元操作的内容、原理及设备
如流体输送、沉降、过滤、搅拌 、加热、冷却、蒸发、蒸馏、萃取、 吸收、吸附、干燥、离子交换、膜分 离、结晶、粉碎、颗粒分级等等。
动量传递、热量传递和质量传递 三种 “传递过程” 是单元操作的科学 基础。
2.1 流体输送
借助流体输送设备（如泵和风机 等），使流体物料从一个设备输送 到另一个设备，或由上一工序送往 下一工序，形成完整Hale Waihona Puke Baidu生产流程。
功能
Aspen Plus 是Aspen 工程套件（AES）的 一个组份。AES 是集成的工程产品套件， 有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理 模型为基础，形成了针对不同用途、不同 层次的AspenTech 家族软件产品，并为这 些软件提供一致的物性支持。
在
Plu
Polymers Plus：
Henry 常数参数。 4. 二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave
、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交 互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合 物。
3.4 销售收入、税金和利润
（1）产量和销售量：产量不等于销售量。 （2）产值和销售收入： 产值----是一种产品的年产量与单位产品价 格的乘积，即：
产值=单价×产量
销售收入----是产品作为商品销售后的收入, 即：
销售收入=单价×销售量
（3）盈利、利润、税金：
A.盈利和净利润 盈利（毛利润）=销售收入-生产成本 净利润=毛利润-税金
5. PURE10 数据库，包括1727 种纯化物 的物性数据，这是基于美国化工学会开 发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数 据库。
6. 无机物数据库，包括2450 种组分（大 部分是无机化合物）的热化学参数。
7. 燃烧数据库，包括燃烧产物中常见的 59 种组分和自由基的参数。
8. 固体数据库，包括3314 种组分，主要 用于固体和电解质的应用。