Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системный анализ химико-технологических процессов с использованием программы ChemCad. Учебно-методическое пособие
.pdf
Варианты проектных требований
точка росы
пропана в
%
Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Наивысшая
потока 5, °С
Содержание
потоке 9,
масс.
Исходные данные:
Параметры потока сырья:
Температура, °С 25.00;
Давление, бар 15.00;
Покомпонентный массовый расход сырья, кг/ч:
. Азот 1500;
1
2. Метан 33500;
3. Этан 7500;
4. Пропан 4500;
5. Изобутан 500;
Спецификация теплообменника 1:
Тип теплообменника кожухотрубчатый.
Перепад давления между входом и выходом
для межтрубной стороны
Перепад давления между входом и выходом
для трубной стороны
Мольная доля пара в выходном потоке
межтрубной стороны
Спецификация теплообменника 2:
Тип теплообменника кожухотрубчатый.
Перепад давления 0.3 бара.
Температура выходного потока -20 °С.
-3.9 -3,1 -3,2 -3,3 -3,4 -3,5 -3,6 -3,7 -3,8 -4
1 2 1,5 0,5 0,75 1,25 1,75 0,8 1,3 2,5
6. Н-бутан 500;
7. Изопентан 1000;
8. Н-пентан 400;
9. Н-гексан 600.
0.3 бара.
0.3 бара.
1.0.
Спецификация сепаратора 3.
умолчанию используется как устройство разделения фаз при
температуре и давлении входного потока.
В данном примере сепаратор по
41
Спецификация клапана 4:
Выходное давление 9 бар.
Спецификация колонны 5:
Число тарелок 12;
Поток питания подается на верхнюю тарелку;
Тип тарелок клапанные;
Давление верха колонны 9 бар;
Перепад давления в колонне 0.3 бара;
Режим работы кипятильника:
Массовый расход кубового остатка 1000 кг/ч;
Оценка температуры верха колонны 40 °С;
Оценка температуры низа колонны 120 °С.
Метод расчета термодинамических свойств:
Расчет констант фазового равновесия по методу Пенга-Робинсона.
Расчет энтальпии по методу Пенга-Робинсона.
Параметры сходимости:
Расчет сходимости рециклов по методу Вегстейна.
Частота ускорения 3.
Режим расчета последовательный.
3. Для текущего задания используется система единиц измерения Alt SI.
С помощью команды Format/Engineering Units (Формат/ Единицы
измерения) установить в окне Engineering Unit Selection (Выбор
единиц измерения) систему единиц измерения Alt SI
(Модифицированная система СИ).
3.4. Выбор компонентов
В соответствии с этапами моделирования следующим шагом является
задание списка химических компонентов, участвующих в процессе.
Выбор компонентов проводится из банка данных программы. Каждое
вещество банка данных имеет свой уникальный идентификационный
номер (ID). Для встроенного банка данных СhemCad используется
диапазон номеров 1-4999. Для дистилляционных кривых 5000-5999. Для
нефтяных фракций 6
пользователем, зарезервированы порядковые номера от 8000 до 9999.
Для формирования списка компонентов используется команда
T
hermoPhisical/Component List (Термофизика/Список компонентов)
или кнопка на панели инструментов, которые доступны в режиме
000-7999. Для веществ, добавляемых в банк данных
42
Simulation (Моделирование). После выполнения команды на экран
ID
номер
Название
Брутто
-
формула
выводится окно Component Selection (Выбор компонента) (см. рис. 3.4).
Рис. 3.4. Окно выбора компонентов химической смеси
В области C
omponent Databank (Банк данных компонентов)
перечислены все компоненты баз данных чистых веществ и локальных
пользовательских баз данных. Список компонентов составлен по
возрастанию их ID номеров. В поле Search for (Поиск по) поиск
компонента проводят либо по ID номерам, либо по названиям или
брутто-формулам. С помощью кнопки Next (Следующий) можно
перемещаться к следующему компоненту в соответствии с введенным в
поле Search for поисковым контекстом.
В левой части окна в области Selected Components (Выбранные
компоненты) отображается список компонентов, используемых в
задании. Для выбора нужного компонента следует либо найти его при
помощи поля Search for и нажать клавишу [ENTER], либо указать
мышью нужный компонент в списке и щелкнуть по кнопке Аdd
(Добавлять). Выбранный компонент выводится в области Selected
Components.
− Аdd (Добавить) новые компоненты в список.
Созданный список компонентов можно изменять:
43
− Insert (Вставить) новые компоненты в список. Для этого надо
установить курсор мыши в списке Selected Components на том
компоненте, перед которым будет вставляться новый, выбрать нужный
компонент в области Component Databank и щелкнуть по кнопке
Insert.
− Delete (Удалить) компонент из списка. Для этого в списке Selected
Components следует выбрать удаляемый компонент и щелкнуть по
кнопке Delete. Все ссылки на удаленный компонент также убираются из
задания.
− Clear (Очистить) все присутствующие в списке компоненты.
Для сохранения созданного списка компонентов надо щелкнуть по
кнопке ОК. ChemCad запишет эти данные в папку с заданием и
вернется в рабочее окно в режим M
3.5. Упражнение. Выбор компонентов
1. Загрузить задание TUTOR1.
2. Выполнить команду ThermoPhisical/Component List
(Термофизика/Список компонентов) и ознакомиться с опциями окна
Component Selection (Выбор компонентов).
3. Ввести следующие компоненты: Nitrogen (Азот), Methan (Метан),
Ethan (Этан). Для ввода компонентов использовать различные способы.
4. Добавить в список компоненты: Propane (Пропан), I-Butane
(Изобутан), N-Butane (Н-бутан), N-Pentane (Н-пентан), N-Hexane (Нгексан). Вставить перед компонентом N-Pentane (Н-пентан) компонент
I-Pentane (Изопентан). Для сохранения созданного списка компонентов
нажать кнопку ОК.
ode: Simulation.
3.6. Выбор термодинамических моделей
Термодинамические свойства химической системы определяются
заданием любых двух параметров из следующих: температура,
давление и доля пара.
Чтобы получить точные результаты расчетов, необходимо выбрать
метод, наиболее подходящий для данной химической системы. Выбор
термодинамических моделей сводится к выбору пригодных методов
расчета констант фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотности,
44
вязкости, теплопроводности и поверхностного натяжения смеси,
состоящей из выбранных пользователем компонентов. Перечень
используемых методов расчета констант фазового равновесия,
энтальпии, теплофизических свойств веществ представлен в
Приложении 3. Для выбора термодинамических методов используются
команды меню ThermoPhisical (Термофизика), доступные в режиме
Mode: Simulation (Режим: Моделирование).
3.6.1. Wizard система
ChemCad предоставляет возможность использования советующей
Wizard системы для выбора моделей расчета констант равновесия и
энтальпии. Система на основе известных компонентов смеси, заданных
условий моделирования процесса, имеющихся термодинамических
данных выбирает подходящий метод для решения задачи. Пользователь
может отменить рекомендацию Wizard системы.
Для работы с Wizard системой используется команда
hermoPhisical/K Value Wizard (Термофизика/Советчик расчета
T
равновесия). На экран выводится окно Thermodynamic Suggestions
(Термодинамические рекомендации) (см. рис. 3.5), в котором надо
заполнить поля Temperature Min (Минимальная температура),
Temperature Max (Максимальная температура), Pressure Min
(Минимальное давление), Pressure Max (Максимальное давление). Эти
значения указываются, исходя из имеющихся сведений обо всем
моделируемом процессе. По заданному диапазону температур и давлений
система решает, какая модель равновесия подходит для этих условий.
В том случае, если пользователь не хочет учитывать влияние на
равновесие отдельных компонентов смеси, он может указать эти
компоненты в списках области Select components to ignore (Укажите
игнорируемые компоненты).
Поле Bip data threshold (Пороговые значения Параметра
Бинарного Взаимодействия (ПБВ)) корректируется только для
модели активности.
После заполнения полей нажимается кнопка ОК и на экран
выводится окно с выбранным системой методом расчета равновесия и
энтальпии.
45
Затем ChemCad
ран
K Value
Options (Модели
, в
ске
Global K Value
модель констант
выводит на эк
окно
констант
равновесия)
котором в спи
Option
(Глобальная
равновесия)
установлен
выбранный метод.
Рис. 3.5. Опции окна Wizard системы
.6.2. Выбор моделей расчета констант равновесия
3
Имеется возможность самостоятельного выбора модели расчета
констант фазового равновесия. Для этого используется команда
ThermoPhisical/K Values (Термофизика/Константа равновесия) или
кнопка на панели инструментов. На экран выводится окно K Value
Options (рис. 3.6).
В списке Global K Value Option по умолчанию установлена модель
SRK (Соаве-Редлиха-Квонга). Рекомендации по использованию
моделей приводятся в Приложении 3. Остальные опции служат для
задания особых условий расчета равновесия.
Опции Ethan/Ethylene, Propan/Propylene: (Этан/Этилен,
Пропан/Пропилен:) позволяют, при использовании моделей SRK или
Peng-Robinson (Пенг-Робинсона), выбрать Regular (Cтандартные) или
Spesial (Cпециальные) ПБВ для систем этан/этилен, пропан/ пропилен.
Для ряда соединений, например, карбоновых кислот, которые
необходимо учитывать их тенденцию димеризоваться и даже
полимеризоваться в паровой фазе. Опции V
(Ассоциация в паровой фазе:) позволяют учитывать (или нет) этот
эффект.
apor Phase Association:
46
Рис. 3.6. Опции окна K Values Options
Использование опций Vapor Fugasity/Poynting Correction:
(Коррекция фугитивности пара по Пойтингу) позволяет проводить
коррекцию фугитивности паровой фазы в процедуре расчета фазового
равновесия. При отсутствии коррекции фугитивности летучесть пара
рассчитывается по уравнению состояния SRK. Обычно допустимо
пренебрегать коррекцией при низких давлениях паровой фазы.
Опции SRK/PR Alpha function (Соаве-Редлих-Квонг/Пенг-
Робинсон Альфа функция) используются при расчете коэффициентов
активности для метанольных систем с легкими газами и/или водой По
умолчанию установлены Standartd SRK/PR (Стандартные SRK/PR)
уравнения состояния Soave-Redlich-Kwong и Peng-Robinson. Опция
Boston-Mathias extrapolation (Экстраполяция Бостон-Матиаса)
используется для повышения точности расчета давления паров
полярных компонентов.
Опции G
выполнить расчет равновесного состояния для трехфазной системы –
пар, жидкость, твердое вещество, либо при наличии двух
lobal Phase Option: (Глобальные опции фаз:) позволяют
47
несмешивающихся жидкостей, пара и твердого вещества. По
умолчанию это три фазы Vapor/Liquid/ Solid (Пар/Жидкость/Твердое
вещество). Опции доступны только в моделях, предсказывающих
образование двух жидких фаз (MARGULES, NRTL, UNIFAC,
UNIQUAC и др.).
Опции Water/Hydrocarbon Solubility (Растворимость в системе
вода/ углеводороды) используются для расчета констант равновесия в
случае присутствия воды, Miscible (Смешиваемой) или Immiscible
(Несмешиваемой) с другими компонентами. Если вода несмешиваема, то
все компоненты, кроме воды, считаются по выбранному методу расчета
константы фазового равновесия.
Для систем, содержащих в разных концентрациях различные соли, в
списке Wilson model salt (Позиция соли для модели Wilson)
выбирается компонент, обозначенный как соль. Используется для
модели Wilson Salt Effect (Солевой эффект Вильсона).
hemCad позволяет для каждого метода расчета коэффициентов
C
активности использовать до 10 наборов ПБВ. Причем один набор
можно использовать в одной части технологической схемы, а другой
набор – в другой. Обычно это используется при наличии двух жидких
фаз в конденсаторе ректификационной колонны. В поле No. of BIP Sets
(Число наборов ПБВ) задается число наборов ПБВ. По умолчанию
установлен один набор ПБВ.
В поле Default BIP Set (Набор ПБВ по умолчанию) определяется
набор ПБВ, используемый программой глобально.
Опция Clear all local K Models/BIP’s (Очистить все локальные
модели/ ПБВ) используется для удаления всех локальных моделей
расчета равновесия и наборов ПБВ и возврата к глобальной модели.
Опция Clear all tray BIP’s (Очистить ПБВ для всех тарелок)
удаляет наборы ПБВ, заданные для тарелок колонн.
Опция Set local K Models/BIP’s (Локальная модель констант
фазового равновесия/ПБВ) позволяет назначить индивидуальные
модели расчета равновесия и набор ПБВ для отдельных единиц
оборудования. По завершению работы с окном K
выводится окно выбора оборудования. Для выбранного оборудования
выводится окно L
равновесия и опции ПБВ), где указывается, какую модель равновесия
или набор параметров бинарного взаимодействия следует применить
для выбранной единицы оборудования.
ocal K Model and BIP Options (Локальная модель
Values Options
48
Опция Set Tray BIP’s (Задать ПБВ тарелки) позволяет по
завершению работы с окном K Values Options задать интервал
номеров тарелок и набор параметров бинарного взаимодействия,
используемых на данном интервале.
Опция Set Henry components (Задать компоненты,
подчиняющиеся закону Генри) используется для указания тех
компонентов смеси, которые могут быть рассчитаны по закону Генри.
3.6.3. Выбор моделей энтальпии
Для расчета энтальпии используется команда ThermoPhisical/
Enthalpy (Термофизика/Энтальпия) или кнопка на панели
инструментов.
В левом верхнем углу окна E
(рис. 3.7) расположен список Global Enthalphy Option: (Глобальные
модели энтальпии:). Рекомендации по использованию моделей даны в
Приложении 3.
nthalpy Options: (Опции энтальпии:)
Рис. 3.7. Опции окна Enthalpy Options
Иногда необходимо в расчетах энтальпии учитывать теплоты
растворения как функции концентраций раствора, например, при
расчете энтальпий по методам SRK, PR, скрытой теплоты и др. Эти
данные формируются пользователем в файле с именем: <имя
задания>.HTS.
of solution file (Использовать файл с данными по теплотам
растворения).
Если такой файл создан, то назначается опция Use heat
49
Опция Use electrolyte enthalpy (Использовать энтальпию
электролитов) позволяет отключить учет теплоты диссоциации в
энтальпии при использовании моделей для электролитов, которые
самостоятельно учитывают эту теплоту. В случае выбора модели для
неэлектролитов опция влияния не оказывает.
Опция Heat of Mixing by Gamma (Теплота смешения Гамма)
позволяет учесть теплоту смешения в тепловом балансе. Она
учитывается при расчете коэффициента активности.
Опция Compressed Water pressure correction for steam table
(Коррекция давления воды по таблицам водяного пара) позволяет
при высоких давлениях вводить поправку в расчет энтальпии воды.
Список Ideal gas heat capacity: (Теплоемкость идеального газа:)
используется для выбора Polinomial (Полиномиального) или DIPPR
уравнений в расчетах теплоемкости газа при использовании ряда моделей
энтальпии.
Для отмены использования локальных моделей и переходу к
глобальной модели используется опция C
(Удалить все локальные модели энтальпии).
Опция Specify local H models (Определить локальные модели
энтальпии) позволяет определить различные модели для конкретных
единиц оборудования технологической схемы. Выбор единиц
оборудования проводится по завершению работы с окном Enthalpy
Options.
lear all local H mоdels
3.6.4. Транспортные свойства
Для расчета транспортных свойств потоков моделируемого процесса
используется команда ThermoPhisical/Transport Properties
(Термофизика/Транспортные свойства). На экран выводится
одноименное окно со списками моделей расчета транспортных свойств
потоков (см. рис. 3.8):
− Liquid density model (Модель плотности жидкости) – модели расчета
плотности жидкости. По умолчанию установлена Library (Библиотечная)
модель;
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]