化工分析过程与模拟.docVIP

宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸 2011～～ 主考教师签名： 200 年 月 日 浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟 稳态 装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计化工模拟相结合[]。 国外化工模拟软件起步很早[]，上个世纪50年代中、后期，美国M.W.Kellogg公司就开发了第一个化工模拟程序—Flexible Flowsheeting。到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。模拟计算的准确性、可靠性也大大增强.应用范围不断拓展。这一时期，美国Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Siences。公司的PRO/II，，加拿大Hypro Teh公司的HYSIM等商业化软件正式走国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。70年代末化工部第五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的EC模拟系统软件ECSS化工之星研究成功，并商业化[]。 化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[]。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指态拟。它是根据化工过程的态数据，诸如物料的压力、温度、流、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料等，采用适当的拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的和等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上再现实际的生产过程。由于这一再现过程并不涉及到实际的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度可以在计算机上为所欲为地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于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愈来愈大的作用[]。 当前化工过程稳态模拟主要应用于炼油，石油化工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氛等。在医药、农药、造纸和环保等行业也有一定应用。随着科学技术的进步，目前对于石油馏分和烃类物质的已经相当准确、可靠，达到了无需小试、中试，模拟结果可直接用于工业设计的程度。 稳态模拟系统的构成图所示。 现代的模拟系统既可以用流程图，也可采用数据文件的方式。且这两种方式之间可以相互转换。输人之后便进行流程拓扑分析和数据检查[]。调度系统相当于指挥中心，程序根据输人信息，进行物流、热力学方法、单元过程及其他过程模块的匹配和调度，动态地组织流程，进行计算，直至收敛。模拟系统的组成部分中，最为重要的当推热力学方法库和化工[]单元过程库。有无适当的化工单元模块，决定了该化工过程是否能够进行计算。而有无适当的热力学方法，又决定了计算结果是否准确可靠。当前通过长期深人研究，大多数单元过程都有了准确、严格的算法。而热力学方法的研究，相对来说还不能完全满足实际工作的需要。尤其在处理极性物质方面，在相当大的程度上还取决于是否有足够的、准确的实验数据[]。因而在进行化工过程模拟时，首先必须考虑的是应选择适合所计算物系的准确的热力学方法。往往热力学方法已成为模拟是否成功的决定性工稳态过程模拟的应用十分广泛，其主要应用场合及功能如⑴新装置设计 化工稳态模拟的主要应用之一是新装置的设计。当前炼油、石化和化工装置的设计都要采用过程模拟来求得整个装置的物料平衡和能量平衡[11]。如前所述，随着科学技术的进步，过程模拟的结果已经可以直接用于某些工业装置的设计，而无需小试或中试的配合。尤其是对于乙烯装置、炼油工业中的常减压、催化裂化、气体分馏等装置。过程模拟已经可以提供十分准确的数据，以至于达到了可以用模拟结果作为标准，反过来检验现场的生产操作是否存在问题。国外从60年代末开始，已在工程设计中大量应用过程模拟技术。国