化工过程模拟

第1章绪论

1.1概述

1.2化工过程模拟系统构成与基本方法

1.3化工过程模拟的主要功能

1.4化工过程模拟的分类

1.5化工过程稳态模拟的基本方法

1.6 Aspen Plus的简介

1.6.1Aspen Plus的主要特点

1.6.2Aspen Plus的主要功能

1.6.3Aspen Plus的图形界面

1.6.4AspenPlus的建模与模拟步骤

第2章过程模拟单元自由度分析

2.1混合器

2.2分流器

2.3平衡闪蒸

2.4换热器

2.5泵与压缩机

2.6精馏塔板

2.7通用分离器

2.8过程系统的自由度分析

第3章化工物性方法

3.1化工物性数据

3.1.1化工物性数据的分类

3.1.2化工物性数据的来源

3.1.3 Aspen Plus的物性数据库

3.2化工系统模拟中的物性方法

3.2.1理想模型

3.2.2状态方程模型

3.2.3活度系数模型

3.2.4特殊模型

3.2.5物性方法选择原则

3.3物性分析

3.3.1物性分析定义

3.3.2 Aspen Plus的物性分析

3.4物性估算

3.4.1物性估算常用方法

3.4.2 Aspen Plus的物性估算

3.5物性数据回归

第4章简单单元模拟…

4.1混合器/分流器

4.1.1混合器

4.1.2分流器

4.2倍增器/复制器

4.2.1倍増器

4.2.2复制器

4.3简单分离器

4.3.1两出口闪蒸器

4.3.2三出口闪蒸器

4.3.3液-液分相器

4.3.4组分分离器

4.3.5两出口组分分离器

第5章流体输送单元模拟

5.1泵Pump

5.2压缩机Compr

5.3多级压缩机MCompr

5.3.1多级压缩机操作模拟

5.3.2真空泵的模拟

5.5阀门Valve

5.6 管道Pipe与管线Pipeline系统

5.6.1 管道Pipe

5.6.2 管线Pipeline

第6章换热单元模拟

6.1 换热器Heater

6.2两股物流换热器HeatX

6.3调用EDR进行换热器设计

第7章精馏与吸收过程的建模与模拟…

7.1精馏塔简捷设计模块DSTWU

7.1.1DSTWU操作模拟

7.1.2确定最佳回流比

7.2精馏塔的简捷校核模块Distl

7.3精馏塔的严格计算模块RadFrac

7.3.1RadFrac操作模拟

7.3.2设计规定

7.3.3最佳进料位置

7.3.4塔效率设定

7.4吸收过程模拟

7.5反应精馏

7.6间歇精馏

第8章化学反应过程模拟

8.1概述

8.2基于物料平衡的反应器

8.2.1 化学计量反应器RStoic

8.2.2 产率反应器RYield

8.3基于化学平衡的反应器

8.3.1 平衡反应器REquil

8.3.2吉布斯反应器RGibbs

8.4动力学反应器

8.4.1全混釜反应器RCSTR

8.4.2平推流反应器RPlug

第9章化工过程分析与优化工具

9.1设计规定

9.2计算器

9.3灵敏度分析

9.4过程优化

第10章换热网络夹点分析

10.1概述

10.2 Aspen Plus直接进行夹点计算

10.3手动设计换热网络

10.4自动设计换热网络

第11章全流程建模与模拟

11.1概述…

11.2全流程收敛技巧和故障诊断

11.2.1计算顺序的收敛技巧

11.2.2断裂物流的收敛技巧

11.2.3设计规定的收敛技巧

11.2.4优化模块的收敛技巧

11.2.5计算器模块的收敛技巧

11.3全流程建模典型案例分析

11.3.1带循环的工艺流程

11.3.2煤/生物质制化工品过程

第12章化工过程动态模拟简介

12.1过程系统动态模拟的主要功能

12.2动态模拟与稳态模拟的对比

12.3化工过程动态模拟实例

参考文献

第1章绪论

1.1概述

化工过程模拟是过程系统工程（Process System Engineering,PSE）学科的基础内容，也是实现工艺设计、系统分析与优化的重要工程工具。它根据化工过程的数据，采用适当的模拟软件，将由多个单元操作组成的化工流程用数学模型描述，模拟实际的生产过程，得出所计算的整个流程或单元过程详细的物料平衡和能量平衡数据，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗，产品、副产品的产量、组成和质量，全部物料的相关性质以及设备尺寸、结构等重要参数。因此，化工过程模拟的实质是使用计算机程序定量计算一个化学过程中的特性方程，在计算机上准确地“再现”实际生产过程。

由于这一“再现”过程主要是借助计算机软件对流程结构、原料条件、设备条件、公用工程条件等参数进行设置，从而计算并得到与实际工况相符的结果，并不涉及实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，所以化工模拟人员具有足够的自由发挥空间，能够在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的计算、分析与优化。由此可见，与实验研究相比，化工过程模拟技术不仅可以大大节省研究开发的时间，也能有效降低研发成本和操作费用，使其成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导乃至企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着越来越大的作用。

1.2化工过程模拟系统构成与基本方法

化工过程模拟系统主要由输入系统、数据检查系统、调度系统和数据库构成（见图1-1）。

（1）输入系统：既可以采用图形界面，也可采用数据文件的方式输入，并且这两种方式之间可以相互转换。图形输入简单直观、方便，无须记忆输入格式和关键字，现已成为主要的输入方式。

（2）数据检查系统：数据输入完成后，由数据检查系统进行流程拓扑分析和数据检查，这个阶段的检查只分析数据的合理性、完整性，而不涉及正确性。若发现错误或是数据输入不完整，则返回输入系统，提示用户进行修改。

（3）调度系统：数据检查完成后进入调度系统，调度系统是程序中所有模块调用以及程序运行的指挥中心。调度系统的考虑是否完善，编制是否灵活、是否能为用户提供最大的方便，对模拟软件的性能至关重要。

（4）数据库：任何一个通用的化工过程模拟系统都需要物性数据库、热力学方法库、化工单元过程库、功能模块库、收敛方法库、经济评价库等。其中最重要的是化工单元过程库和热力学方法库，化工单元过程库关系着能否进行计算，热力学方法库关系着计算结果的准确性。

1.3化工过程模拟的主要功能

化工过程模拟的主要功能包括新装置设计、旧装置改造、新工艺开发、科学研究、生产调优与故障诊断和工业生产的科学管理等。

（1）新装置设计：物料衡算与能量衡算是化工装置设计的基础。化工过程模拟采用适当的模拟软件计算，得到整个流程或单元过程详细的物料平衡和能量平衡……