化工计算与软件应用 教学课件 作者 包宗宏 武文良 主编5.ppt

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1、化工计算与软件应用第五章工业装置流程模拟1第五章工业装置流程模拟化工工业装置除了包含主要设备外，还要包含真实的管道、阀门、管件、仪表、以及采样、放净、排空、连通等设施。除了主生产流程，还包含开车、停车、事故时的备用设备与管线。所以，反映真实化工流程的管道及仪表流程图(PipingandInstrumentDiagram，PID图)看上去密密麻麻，繁复异常。实际的工艺流程图是表示过程单元的图标和进出单元的物料流线条的集合，强调的是化工过程中的物料流和能量流。模拟流程图是描述模拟过程单元和流股信息的计算机程序模拟单元的集合，强调的是信息

2、流。2第五章工业装置流程模拟用化工流程模拟软件模拟一真实化工流程，有可能在PID图完成之前，也可能在PID图完成之后。在化工设计之初，常用AspenPlus软件进行化工流程的物料衡算与能量衡算，由此产生工艺物料流程图(ProcessFlowsheetDiagram，PFD图)，进而产生PID图，这是设计型模拟计算。在对一现实化工流程进行核算时，则是在PID图完成之后，模拟人员要从PID图抽象出模拟流程，要把实际的工艺流程图转化为模拟软件中的模拟流程图，这是核算型模拟计算。3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

3、，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。对于设计型模拟计算，其计算结果对工艺流程的设计有重要影响。因此，模拟人员要根据工艺流程设计的原则，从技术、经济、社会、安全和环保等多方面进综合考虑，确定模拟计算的流程。对于核算型模拟计算，流程是确定的，模拟人员要仔细阅读流程图，理解原设计思路，搞清楚原流程中各设备的功能，删繁就简，抽象出模拟流程。45.1混酸过程苯硝化工艺中使用的硝化剂是混合酸，由硫酸和硝酸按一定比例配置而成。在实验室中，可以用两个烧杯和

4、一根玻璃棒搅拌完成。在工业上，为保证混酸装置能够连续、稳定、安全地生产，为循环利用硝化反应后分离出来的稀硫酸，为减少混酸过程中产生的NOx废气的污染，需要对混酸装置配置较多的设备、管道管件、仪表等，如图5-1所示。55.1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。65.1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

5、时，抽象出的模拟流程如图5-2所示。模拟结束后，在满足混合酸流率与质量指标的前提下，可以知道各种原料酸的流率、混合酸的流率、换热器的热负荷，由此可以编制PFD图。进一步地，可以计算管道管件尺寸、储罐大小、换热器选型与核算，为编制PID图和设备一览表提供数据。对图5-2混合过程的详细计算可看第二章的例2-1混酸过程。75.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂，广泛应用于医药、油漆、涂料、农药和橡胶等工业领域，主要用于生产己内酰胺和己二酸。工业上合成环己酮的工艺路线主要有苯酚加氢法和环己烷空气

6、氧化法。其中较经济的工艺路线是环己烷空气氧化法。该方法又分为无催化氧化法和催化氧化法（包括钴盐催化法和硼酸催化法）。目前，工业生产的环己酮有90%是通过环己烷空气氧化法获得的。环己烷空气氧化法生产环己酮的主要特点是低转化率、大循环量。环己烷单程氧化的转化率只有5%左右，约95%的环己烷需要通过精馏操作与产物（环己酮、环己醇）分离后再循环再利用，这种工艺将导致较大的分离能耗成本，因此该分离工序的能耗高低直接影响到环己酮生产成本的大小。85.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程例5-1.环己烷、环己酮、环己醇混合物三效精馏流程模

7、拟。⑴原始工艺条件。某工厂采用的环己烷、环己酮、环己醇混合物三效顺流精馏组合的工艺流程见图5-3。原料组成见附表1，原精馏工艺设计参数和塔设备设计参数见附表2。95.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程105.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程例5-1解。⑴流程模拟。环己烷、环己醇、环己酮三效精馏模拟计算流程图115.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程计算结果：三效精馏计算结果1---原料与产品组成125.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程为进一步提高能量利用率，降低环己烷精馏工段的能耗，可以考

8、虑以节能为目标的两个进一步优化方案流程。优化方案一135.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程优化方案一计算结果1---原料与产品组成四效精馏流程能耗节省28.9%。145.2环己烷、环己酮、环己醇混合物的高效分离过程优化方案