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第十四章 化工过程计算与仿真 南京大学化学化工学院 缪强 第十四章 化工过程计算与仿真 系统仿真是一门以专业技术为基础，建立在相似理论、控制理论、系统科学和计算机基础上的综合性和试验性学科，涉及多学科和多领域的知识和经验。 随着现代信息技术的高速发展，仿真技术在化工领域得到了越来越广泛的应用。 第十四章 化工过程计算与仿真 仿真本质上是一种知识处理的过程，仿真方法也就是模型研究方法。仿真技术是（物理、数学或非数学的）模型建立、验证和试验运行的技术。系统仿真建模的信息源主要来自三个方面： 先验理论、观测数据、专家经验。 第十四章 化工过程计算与仿真 在化工领域，计算机仿真系统有两类： 一类是仿真训练系统，以虚拟临场操作和训练为目的，例如北京化工大学的化工仿真训练系统PS； 另一类以工艺设计和开发为中心仿真软件，通过计算机推演获得工艺流程信息和工艺参数为目的。 第十四章 化工过程计算与仿真 本章主要介绍工艺过程的仿真。在第一节中，我们首先扼要介绍用于化工仿真计算的物性估算方法，第二节介绍一个在微机上运行的仿真软件PrSim。 在本章开始前，我们先将部分网上化工信息资源罗列在下面，它们提供化工各领域包括化工计算与仿真系统等方面的文献、数据、软件、和新闻信息。 第十四章 化工过程计算与仿真 中国化学化工信息资源(，)； American Institute of Chemical Engineers ()：美国化工学会； ChemI()：化工检索引擎； The Chemical Engineers‘ Resource Page ()：化工资源； ChemConnect()：化工商务； Chemical Engineering Links(http://www.fdgroup.co.uk/neo/fsi/chempro.htm)：化工资源链接； 第十四章 化工过程计算与仿真 Flow Simulations Engineering Links (http://www.fdgroup.co.uk/neo/fsi/englinks.htm)：仿真链接； Internet Connections for Engineering (/ice/ice-index.html)：工程资源链接； Science and Engineering Network News(/)：科学与工程网络新闻； University of Karlsruhe Worldwide List of Chemical Engineering URLs(http://www.ciw.uni-karlsruhe.de/chem-eng.html)：德国Karlsruhe大学的化工资源链接； 第十四章 化工过程计算与仿真 The WWW Virtual Library: Chemical Engineering (/WWW-CHE/index.html)：化工虚拟图书馆； sci.engr.chem(news:sci.engr.chem)化工新闻组； sci.chem(news:sci.chem) for chemistry化学新闻组； EEVLs Engineering Newsgroup Archive (http://www.eevl.ac.uk/cgi-bin/nwi) EEVL工程新闻组； Chemical Engineer()化工人力资源市场； Kinematrix Software (/index.htm) ChemPlant工具软件。 v 1 物性估算 在化工过程计算中，估算气体和液体的热力学性质有非常重要的作用。分离过程，如蒸馏、气体吸收和液体萃取需要对相平衡中的纯流体和流体混合物的容量性质进行估算。在涉及热效应的过程操作中，还必须估算焓、热容及系统中的熵变。 气体的容量性质 真实气体容量性质与理想气体的偏差一般用压缩因子形式来表示， ，对于理想气体，Z = 1。 应用曲线拟合方法，可以将以图表形式给出的真实气体的压缩因子表示为对比温度Tr 、对比压力Pr 和临界压缩因子Zc的函数。Hougen, Watson和Ragatz在Chemical Process Principles, Part II(1959, John Wiley)中提供了数据表。 气体的容量性质 应用一些已经导出的真实气体的状态方程也可以估算一定温度和压力下的摩尔体积或密度。物理化学课程中介绍的范德华方程和维里方程是较简单的气体方程形式。 下面是一些化工中常用的状态方程，但是每个方程都有它的适应范围和限制，不能期望用一种方程完成所有计算。 R-K(Redlich-Kwong)方程 R-K方程和它