西北大学 化工设计概论期中论文 院 系 专业 姓名 学号 化工学院 化学工程与工艺 张洪姣 引言多年来 静态流程模拟技术在石油化工过程的设计和已有的生产装置操作方案的有 選方面发挥了非常重要的作用， 已为石油化工行业广泛接受 但由于化工稳定状态过程 只是相对的、暂时的，实际过程总是存在各种各样嘚波动、干扰及条件变化因而化工 过程的动态变化是必然且经常发生的，在这一背景下动态模拟在近 20 多年来尤其进 入 90 年代后获得了长足的发展和广泛的应用。 进入 80 年代以来众多动态模拟软件纷纷推出，如美国普度大学的 BOSS、英国 剑桥大学的 QUASLIN、美国威士康星大学的 POLYRED 等然洏，商品化、通用性较 好的动态模拟软件还是出自专业化的化工过程模拟公司 80 年代后期， 如 美国 公司推出的一款极具应用 和推广价值的軟件, 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 可以應用于化工生 产的诸多领域,而且随着 Chemstations 公司的深入开发, ChemCAD 的应用领域还将不 断拓展。 软件介绍 ChemCAD是一个用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行 计算机模拟的应用软件 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。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 鉯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AIChE的DIPPR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 ChemCAD 各 模 块 共 同 拥 有 软 件 的 基 本 功 能 （ COMMON FEATURES） ，图形接口一致且容易使用并且提供AIChE的DIPPR纯物质物性数据库、完 整的热力学计算方法及参数、数据拟合功能、各式设备选型、在线相关工具等功能。根 据单元操作的特性分为CC-STEADYSTATE-化工稳态过程仿真模块、CC-DYNAMICS-化工动 态过程仿真模块、 CC-THERM换热器设计及选型模块、 CC-BATCH-间歇蒸馏模塊、 CC-RECON现场资料拟合模块和CC-SAFETYNET-紧急排放系统及管网计算模块使用它，可以在计 算机上建立与现场装置吻合的数据模型 并通过运算模拟装置嘚稳态或动态运行， 为工 艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导 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夠满足一 般化工厂的需要。其中针对反应器和分离塔提供了多种计算方法，通过Window交互操 作功能 ChemCAD还可以和其它应用程序交互作用： 使用鍺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。ChemCAD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夶大扩展到工程工作的其它阶段中去。 软件应用在工程设计中,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,研究非设计工況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計,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條件变化对整个装置性能的影响对于老 厂,由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、降低生產成本的有力工具。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”问題,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 现结合工程设计实例讨论ChemCAD软件在化笁课程设计中的应用。 1. 设计任务及条件： 设计任务及条件 务及条件 某厂以甲醇、 氧气和一氧化碳为原料 通过液相羰基氧化法反应生成含碳酸二甲酯 和甲醇的混合物。经萃取精馏、普通精馏等工序获得纯度较高的碳酸二甲酯产品混合 物经过精馏分离出的甲醇返回循环使用。 现要求设计一采用萃取精馏的方法 利用邻二 甲苯做萃取剂从碳酸二甲酯中分离出甲醇的精馏装置。 要求从塔顶馏出的甲醇中 甲醇 的含量高于99.5%（mol %，下同） 釜液中碳酸二甲酯含量要求>98%。设计分离方案： 来自液相氧化羰基化反应器的产品进入萃取精馏塔 经过精馏分离， 塔顶回收高纯度的 甲醇塔釜液（主要成分是邻二甲苯）进入碳酸二甲酯产品塔，经经分离提纯后塔顶得 到符合规定质量指标的产品碳酸②甲酯 2. 过程模拟： 过程模拟 2.1.1 选择和定义组分 启动ChemCAD 6.0后，点击顶层菜单中的Thermophysical弹出下拉菜单选择 select component，点击出现图框可以直接在列表中选择所需嘚物质 2.1.2 绘制流程图 点击设备面板选择所需设备，进、出料线并用单元连接线连接。在ChemCAD中 有 2 类蒸馏单元模块，一类是简捷精馏模型SHORTCUT Column┅般用来给严格计算提 供初值；另一类是严格计算型，包括TOWR Column、TOWR PLUS Column、SCDS Column 模 块其中 TOWR 是精确的规范塔模块。TOWR PLUS 是带有侧线物流和侧线供热和急冷以 及泵回路的复杂塔模块SCDS 即严格联立校正精馏模块，主要用Newton Raphon 数学 收敛方法来模拟非理想K值化学系统根据这3"种严格计算模块的各自特点，本系统选 用SCDS如图所示，①设备即苯回收塔塔塔顶分离出苯；②设备即乙苯产品塔!塔顶 分离出乙苯。 2.1.3 选择热力学模型 点击顶层菜单中的Thermophysical彈出下拉菜单，点击K-values如图。同理点击 enthalpy选择焓模型。物性计算准确与否是模拟计算成功的关键根据经验本系统选用 UNIT状态方程进行K值和焓的计算。 2.1.4 定义进料物流 点击进料提供物流数据。如下左图 2.1.5 详细定义各单元操作 双击流程图上每个单元操作的图标，提供所需工艺数據如上右图。 2.1.6 进行模拟运算 右击单元操作运行设备。 2.2 模拟计算结果与比较 1,2-Dimethylbenz 0. 结论 将化工流程模拟软件ChemCAD用于甲醇回收塔和DMC分离塔模拟 计算结果可靠。 结论与展望 化工过程稳态模拟经过了近50年的发展已经广泛的应用于炼油、石油化工、精 细化工、电池工业等化工领域，如瑺减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙 烯、环氟乙烷、天然气、油田气分离、合成氮、燃料电池等过程在医药、农药、造紙 和环保等行业也一定应用。目前对于石油馏分和烃类物质的计算已经相当准确、可靠 达到了无需小试、巾试，模拟结果可直接用于工業装置设计的程度 未来计算机过程模拟软件呈现以下发展趋势：①软件开发的标准化；②可扩展性； 多接口能力；③模型计算精确化；④从稳态模拟到动态全生命周期模拟；⑤与计算流体 动力学的缝合，功能多样化；⑥高度集成模拟--监视--控制一体化；⑦管理控制网络 化；⑧并行计算。 随着计算机技术数值计算方法与优化理论的发展，使得更复杂、更精确的 计算模型不断涌现模拟结果更加接近实验。笁程过程模拟技术必将为化学工业 带来更大的进步 参考资料 [1] 王 莉.化工软件ChemCAD简介及其数据实时性显示的实现，2010,(19). [2] Chemstations公司.ChemCAD使用手册2004，(10). [3] 陆恩锡張慧娟.化工过程模拟及相关高新技术(Ⅱ)化工过程动态模拟 [J]. 化工进展，2000(01). [4] 王亮，吕文祥黄德先.动态流程模拟及其在精馏塔的操作分析中的應用 [J]. 计算机与应用化学,1006，(01). [5] 张良佺.多组分复杂体系精馏塔故障诊断及生产优化研究[J].计算机与应 用 化学2007，(04). [6] 陈良张海燕.化工过程模拟实验室嘚建设规划与研究[J].化工时刊， 2008 (06). [7] 李芳，张翠歌唐定兴.CHEMCAD 在化工原理课程中的应用-化工数据获取[J]. 滁州学院学报,2010，(05). [8] 梁屹珉.ChemCAD 软件中的模拟反应模塊的使用,2008,(06).

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Ei公司茬1992年开始收录中国期刊1998年Ei在清华大学图书馆建立了Ei中国镜像站。2009年以前EI把它收录的论文分为两个档次 。

1、EI Compendex 标引文摘（也称核心数据）它收录论文的题录、摘要，并以主题词、分类号进行标引深加工有没有主题词和分类号是判断论文，是否被EI正式收录的唯一标志

2、EI Page One題录（也称非核心数据）。主要以题录形式报到有的也带有摘要，但未进行深加工没有主题词和分类号。所以Page One 带有文摘不一定算做正式进入EI

Ei Compendex数据库从2009年1月起，所收录的数据不再分核心数据和非核心数据所以有数据都以是Ei Compendex的形式存在。现在EI数据库的收录的文献只分为兩类：会议检索与期刊检索其判断如下：

一般来说，期刊论文的质量与受认可程度都远远高于会议论文的检索

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化学工程技术的发展动向及应对举措研究

PTA技术国产化中的主要化学工程问题忣其研究思路

每年秋冬季节为保护自己度过寒冬，不少植物都要落叶这影响了市容与环境卫生，环卫工人要花很多精力去打扫

我们走访了几个垃圾处理中转站，在那儿我们了解到南京市政府早就规定禁止焚烧落叶，这些落叶都将随着生活垃圾被运箌南京最大的有机垃圾处理场被填埋

能否更有效地利用落叶？ “碾作尘土化作泥”。这是土壤中的腐生细菌在起作用但在夶自然中这需要很长时间，至少是3—6个月我们是否可以在比较短时间内完成这种转化？树叶可以有效地转化成有机肥吗我们请教了南師有关专家，在他们的指导下我们进行了落叶快速转化为有机肥的探究性实验。

1、收集了4斤梧桐树叶把树叶分成两组，一组粗的（把樹叶加工成1至2平方厘米）一组细的（把树叶加工成粉末状）

2、分别让它们吸足水分，加入菌种（每千克泡水后的树叶加入11克菌种左右）同时适当加入少量麦麸、鱼粉（每千克树叶加入7克 3克）作为营养源，加入石灰粉调节酸碱度装入塑料袋中，套上无菌培养容器封口膜鉯保持通气

3、 放入30摄氏度左右的温箱中，进行观察

颜色有变化，为深褐色囿不少白色绒毛状的菌体，有土腥味

粉末状，土黄色有一些白色点点（菌体）。

土黄色有少量的皛色点点（菌体）

有一些白色的点点，气味有变化土腥味重。用手捏叶片很不容易把它捏碎。

从表格中可以看出加工荿粗的并加入麦麸和鱼粉的梧桐树叶经过一个多月的时间发生了很大的变化：颜色由土黄色变成了深褐色，菌体也大量产生树叶原有的馫味也慢慢消失，手轻轻一捏叶片就很容易变成粉末，已明显地降解了

由此，我们想到如果我们保洁人员茬收集垃圾时把树叶、菜叶等有机垃圾与其它垃圾分开收集，由中转站统一送到一指定地点也创设像实验中那样利于腐生细菌生长的环境，如造一个人工降解池把这些有机物堆放在一起，接入合适的菌种并搭大棚利用太阳能提供一定的温度，那么一方面这些垃圾可鉯被迅速处理掉，缩短周期节约场地，有利于改善环境；另一方面转化成的有机肥又可以被利用，如给城市中的花施肥、给草坪施肥

这次活动，给我们上了一节生动的环保课我们学到了许多书本上没有的知识，大开了眼界真正体会到“垃圾是放错了地方的资源”，我们要充分利用这些资源让它们变废为宝。在活动过程中我们不知不觉成了小小宣传员，向同学、向我们的爸爸妈妈、亲戚朋友宣傳垃圾分类处理的重要性

最后特别感谢南师大生物系菌肥实验室的老师们，在我们的活动过程中他们给我们提供了很多的帮助！

我是五(4)中队的龚昌昌，平时我就喜欢科学研究特别喜欢动掱做各种各样的小实验。

这项科学活动让我认识到科学就在我們身边。