化工流程模拟技术及应用_杨光辉

收稿日期:2008-08-01

作者简介:杨光辉(1979-),男,河北邢台人,助理工程师,硕士,主要从事石油化工科研工作,E-m a i l :y a n g g u a n g h @y a h o o .c o m .c n 。

计算机与信息化

化工流程模拟技术及应用

杨光辉

(中海油天津化工研究设计院,天津天津　300131)

摘要:流程模拟技术与应用在当今的化工领域倍受关注,文章综述了化工流程模拟技术在国内外的发展历程和应用情况,同时,分析了目前我国在该项技术发展中存在的问题。最后阐述了化工流程模拟技术的发展趋势,并提出充分利用现代化的流程模拟技术是企业挖潜增效、节能降耗的有效途径。关键词:化工流程模拟技术;应用;发展趋势

中图分类号:T Q 018 文献标识码:A 文章编号:1008-021X (2008)01-0035-04

C h e m i c a l P r o c e s s S i m u l a t i o nT e c h n i q u e a n dA p p l i c a t i o n

Y A N GG u a n g -h u i

(C N O O CT i a n j i n R e s e a r c h ＆D e s i g n I n s t i t u t e o f C h e m i c a l I n d u s t r y ,T i a n j i n 300131,C h i n a )A b s t r a c t :P r o c e s ss i m u l a t i o nt e c h n i q u ea n d a p p l i c a t i o na r eg i v e nm u c h a t t e n t i o n i nn o w c h e m i c a l i n d u s t r y .I n t h e p a p e r ,t h e d e v e l o p m e n t h i s t o r y a n d a p p l i c a t i o n o f c h e m i c a l p r o c e s s s i m u l a t i o n t e c h n i q u e a t h o m ea n d a b r o a d w e r e r e v i e w e d .A t t h es a m e t i m e ,t h e e x i s t i n g p r o b l e m so ft h i st e c h n i q u e d e v e l o p m e n t i n o u r c o u n t r y w e r e a n a l y z e d .I n t h e e n d ,i t s p r o g r e s s t e n d e n c i e s w e r e s u m m a r i z e d a s w e l l .A n d i t w a s a l s o p r o p o s e d t h a t t a k i n g f u l l u s e o f m o d e r n p r o c e s s s i m u l a t i o n t e c h n i q u e w a s o n e o f e f f e c t i v e m e t h o d s f o r e n t e r p r i s e st oe x p l o r i n gp o t e n t i a l i t i e s ,i n c r e a s i n ge c o n o m i ce f f i c i e n c y ,s a v i n ge n e r g ya n d r e d u c i n g m a t e r i a l c o n s u m p t i o n .

K e y w o r d s :c h e m i c a l p r o c e s s s i m u l a t i o n t e c h n i q u e ;a p p l i c a t i o n ;p r o g r e s s t e n d e n c y 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础,采用数学方法来描述化工过程,通过应用计算机辅助计算手段,进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析,作出环境和经济评价

[1]

。它是化学工程、化工热力学、系

统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物,是近几十年发展起来的一门新技术。

应用化工流程模拟技术可以节省过去由试验(小试与中试)探索最佳工艺工况条件所消耗的大量资金、时间和人力,该技术能够使我们从整个系统的角度来认识、分析、预测生产中深层次的问题,进行装置调优、流程剖析和过程综合,达到优化生产、节约资源、环境友好、提高经济效益的目的。

这一技术已成为化学工程设计、原有工程改造优化的强有力工具,得到世界各国重视,特别是在当

今能源紧张、自然资源短缺和市场竞争激烈的背景下,人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注更是与日俱增。

1　国内外化工流程模拟技术的发展概况

作为一种研究手段,流程模拟技术与实验研究同样可靠,并能进行一些用实验无法完成的研究工作,降低成本消耗,因此有时比实验研究更为有效,其近几十年的发展和应用极大地促进了化学工业的发展

[2]

。

化工流程模拟技术从20世纪50年代开始开发至今,已历经四代

[3～9]

。1958年美国K e l l o g g 公司

推出了世界上第一个化工模拟程序--F l e x i b l e F l o w s h e e t ,并在当时的化学工程界产生了很大的影响。开发初期主要应用于工程设计中单元操作设备的工艺计算,到上世纪70年代逐步发展为全装置的

物料平衡和热平衡计算。从上世纪70年代起,过程模拟逐渐进入了它的成长壮大期,随后出现了一系列稳态流程模拟软件,如A S P E N、P R O C E S S、S P E E D U P、H Y S I M等软件都是这一时期比较优秀的软件,它们在化学工程领域产生了重要影响并发挥了巨大的作用,当时模拟软件的运行环境主要是大型计算机。到上世纪80年代中后期,化工流程模拟软件在技术上日益成熟,功能不断增强,可靠性大大加强,应用范围不断拓宽,应用成本亦急剧下降,化工流程模拟走向了它的成熟期。模拟软件的开发、研制主要由专门的化工软件公司进行,A s p e n T e c h、S i m u l a t i o n S c i e n c e、H Y P R O T E C H公司成为著名的通用流程模拟软件供应商,这时,计算环境已从大型机转向小型机、工作站和微机。而且,从1986年以来,随着能源的短缺和市场的激烈竞争,国外流程模拟软件的应用领域已由工程设计单位为主转向以生产企业为主,以石油化工行业的应用为代表,成为该行业的计算机辅助工程(C A E)的核心和计算机集成制造系统(C I M S)的基础,效益明显,稳态模拟技术已趋成熟,国际上化工流程模拟领域有代表性的而且应用较好的通用流程模拟软件有A s p e np l u s、H Y S I M(已被美国A s p e nT e c h公司收购)和P R O/Ⅱ,这种应用已成为一种趋势。从上世纪90年代开始,化工流程模拟技术进入深入发展期,稳态模拟技术进一步推广应用。最主要的特点是,从"离线"走向"在线",从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化,从单纯的离线稳态计算发展到和工业装置紧密相连的动态模拟。这一时期,动态模拟得到了长足的发展,新的模拟软件不断问世。如加拿大H Y P R O T E C H公司的H Y S Y S、美国A s p e nT e c h公司的C u s t o m M o d e l e r和D Y N A M I C S等。另外,人工智能的开发也是这一时期化工流程模拟技术的重要发展方向,上世纪90年代后,神经元网络(A N N)在化学工程各个领域中的应用(即A N N优化技术)增长很快[10～12]。这一时期,化工流程模拟获得了大范围的推广应用,成为工业界的重要技术手段。过程模型化和模拟的价值已获得大家公认,采用商业化软件已比用户自行开发在经济上更为合算。

国内也进行了流程模拟技术的开发,并取得了一定的进展[1,2,9～13]。早在上世纪60年代中期,兰州石化设计院就开始从事流程模拟应用软件的开发工作。到上世纪70年代前期,北京石化工程公司、洛阳石化工程公司和北京设计院相继成立计算机站,开展流程模拟软件开发的应用工作。特别是上世纪80年代后期,兰州石化设计院和大连理工大学合作开发的合成氨模拟程序、青岛化工学院的E C S S 系统(国内唯一一套完整的通用流程模拟软件)、北京设计院的催化裂化反应一再生模拟软件C C S O S 等具有较高水平,这批程序在设计中应用,对提高设计效率和设计水平起着重要作用,取得了一定效果。但是,在应用深度和广度,软件的商品化程度,以及软件的开发投入和延续性等各个方面,与国外模拟软件相比,还存在较大差距。1983年化工部计算中心引进A s p e n T e c h公司的A s p e n p l u s软件,大大缩短了在流程模拟技术上我国与世界先进水平的差距。现阶段,国内的一些大型化工生产企业、石化公司、设计单位和科研院校也都引进了A s p e np l u s、P R O/Ⅱ、H Y S Y S等国外的新款流程模拟软件,但就国内综合水平看,普及程度和应用深度上远不及国外发达国家。

2　化工流程模拟技术的应用

国内外应用情况表明,流程模拟技术通过离线或在线采集装置工艺实时数据,通过模拟计算结果,为技术人员或工人进行工艺技术分析提供了方便,使之能够调整操作条件,消除"瓶颈",优化操作,从而达到节能降耗,提高产品收率和质量的目的。在1991年A s p e n全球年会上,来自美国、西欧、日本等25个国家和地区的213家公司,介绍了A s p e n在生产中的应用经验和产生的效益,每年效益多则上百万美元,少的也有十几万美元。流程模拟技术已经成为发达国家和地区确保石油化工生产技术领先的"秘密武器"和"尖端武器"[10]。在2008年A s p e n中国用户大会上,A s p e n相关的技术产品在燕山石化、镇海炼化、大庆油田、扬子石化-巴斯夫以及上海石化等国内项目的使用上也都取得了很好的效果和经济效益[14]。流程模拟技术的应用主要体现在以下几个方面:

(1)科研开发强有力的工具。以过程模拟代替中间试验,进而构建工艺过程流程方案,提高工作效率和质量,节省大量资金、时间和人力[15～17]。实例一[16]:国内某石化装置的一种助剂原来主要靠进口,为了降低生产成本,技术人员采用流程模拟技术,成功地进行了该助剂试的生产操作条件的测算以及可能出现的问题分析以及对策研究,结果新产

品的试生产非常成功。

(2)工艺设计的基础。通过过程模拟可以方便地在不同的过程方案中比较,从而筛选出最优方案。实例二[16]:某石化公司欲利用闲置的塔器设备进行增产芳烃的工艺方案研究,该项目可能采取的技术路线达十多个,通过流程模拟软件研究分析各种可能的增产方案,对相对更优的方案进行详细的研究和计算,从而确定了最佳的生产工艺路线,每年增产混合二甲苯4万t。

(3)操作优化的基础。通过流程模拟,实现操作优化,消除"瓶颈",为装置的技术改造提供依据,实现传统产业高新化[13,16,18～21]。实例三[16]:对国内某催化裂化装置进行了增产柴油的优化研究,采用流程模拟优化技术对装置进行优化计算后,新的操作方法可以使装置的柴油收率提高5%～7%,总的轻油收率提高2%～3%,经济效益十分显著。实例四[13]:A s p e nT e c h公司为三个炼油厂应用A s p e n p l u s和换热程序研究混合原油加工、产品性质估计,一个500×104t/a炼厂一年新增效益100～400万美元。

(4)优化控制的基础。从D C S(集散控制系统)采集的装置操作数据和从化验分析部门来的分析数据,经过数据拟合分析后,这些数据被送入过程模拟软件中运行,进行工况研究和优化[9,13,21]。实例五[14]:A P C(先进过程控制)技术在中国石化燕山分公司乙烯厂的应用,在燕山乙烯装置现有三套D C S系统的基础上,采用A s p e n T e c h公司的模拟技术产品,全面实施先进控制,优化运行后,提高了生产装置运行稳定性,装置实现了卡边操作,取得了良好的经济效益。我国安装有D C S装置的企业,生产过程控制水平大部分仍停留在维持生产的一般正常运行上,D C S的作用只是取代常规仪表的单回路控制,因此,开展一些力所能及的过程模拟、先进控制和过程优化技术,发挥D C S系统的潜力具有很大的价值。

(5)仿真技术的基础。动态仿真系统用来模拟装置的实际生产,它不仅能得到稳态的操作情况,更重要的是,借助动态仿真技术可以随意改变某些可调量,人为造成过程条件的动态变化,从而系统地考察干扰存在时系统行为的变化,其仿真效果一目了然[13,15,20]。

3　化工流程模拟技术的发展趋势

当今世界计算机技术的快速发展,为流程模拟工作开辟了更加广阔的前景。化工流程模拟优化技术同任何一门新的科学技术一样,都不是万能的和孤立的,需要不断完善和发展。需要对其有一个充分的认识和了解,应正确地认识和估计它的能力及限制。

目前,化工流程模拟技术的发展趋势呈现出以下特点:

(1)在发展和应用通用化工流程模拟系统的基础上,注重开发专用化工流程模拟系统。

对于某些化工生产的特定单元,因涉及到复杂的物料、流场、设备结构和反应机理,用通用流程模拟软件进行模拟的结果显得不够深入,达不到要求的精确度。因此,需要用户自行研究开发针对特定单元的模拟软件模块,将用户开发的特定模块与通用流程模拟软件所包含的模块进行集成,可综合各自的优势,以达到精确模拟整个系统的效果。目前,各大专业模拟公司也已推出用于各个专用领域的模拟产品[14,15,22～26]。

(2)稳态模拟与动态模拟技术有合并的趋势

有些模拟系统软件既可作稳态模拟,又可进行动态模拟,使设计、离线分析与在线调优等过程有机地结合起来。

(3)向计算机集成化过程系统(C I P S,C o m p u t e r

i n t e g r a t e d p r o c e s s s y s t e m)发展,将稳态模拟软件与其它过程工程软件集成化。

该集成系统将囊括过程工程的全部活动范围,即包括研究开发、过程设计、过程工程、过程控制、工厂操作(决策支持、操作培训和在线优化)等[9,14,27～28]。

(4)引人人工智能。

人工智能和系统科学、化学工程科学相结合产生了新兴的智能过程工程(I n t e l l i g e n tp r o c e s s e n g i n e e r i n g),这使化工过程设计、分析、合成、建模、优化、管理和控制的理论和方法更为丰富[9,27]。

4　结束语

化工流程模拟技术发展至今已有50余年的历史,随着计算机技术在2l世纪的迅猛发展,化工流程模拟技术将会得到更快的发展和完善,进一步与相关高新技术(如先进控制和实时优化)很好地结合,成为石油、化工企业提高经济效益、降低生产成

本、增强创新能力和综合竞争力的主要技术手段之一。

现阶段,化工行业日趋大型化、集中化和连续化,对生产过程的优质高产、节能低耗.以及环境友好等方面提出了更高的要求,特别是在当今能源紧张、自然资源短缺的情况下,如何实现生产过程的最优化,最大限度的提高生产效率是工业上亟待解决的问题。

充分利用现代化的流程模拟技术是企业挖潜增效、节能降耗的有效途径,这对企业提高在国内外市场中的创新力、应变力、适应力和综合竞争力方面都会起到很好的促进作用。同时,对具有我国自主知识产权的流程模拟技术和产品,加大其开发力度,完善其商品化程度,打破国外产品在流程模拟技术和市场应用上的垄断局面,以便维持我国化工信息技术的健康发展。

参考文献

[1]雷培德,李端阳,汪静,等.化工过程模拟技术及H Y S I M

模拟系统在化工生产中的应用[J].湖北化工,2002,

(6):4～6.

[2]刘正庚,赵建华,李制.石油化工流程模拟与应用[J].计

算机与应用化学,1993,10(3):161～170.

[3]经文魁.化工过程稳态模拟技术的现状和发展趋势[J].

现代化工,1995,(2):17～20.

[4]R o d r i g u e s A E,M i n c e v a M.M o d e l i n g a n ds i m u l a t i o ni n

c h e m i c a l e n g i n e e r i n g:T o o l s f o r p r o c e s s i n n o v a t i o n[J].

C o m p u t e r s a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,2005,29(6):1167

～1183.

[5]A s p e n T e c h.A s p e nP l u s O L I i n t e r f a c e2006.5U s e r G u i d e

[M].A s p e nT e c h n o l o g y I n c,2007.

[6]P R O/ⅡC o m p r e h e n s i v e P r o c e s s S i m u l a t i o n.P r o c e s s

E n g i n e e r i n g S u i t e[M].I n v e n s y s S i m s c i e s s c o r I n c,2005.

[7]Z h a oCC.I n t r o d u c t i o n o f a u s e f u l i n d u s t r i a l f l o w s h e e t

s i m u l a t i o n p r o g r a m-A s p e nP l u s[J].P o w e r S y s t e m

E n g i n e e r i n g,2003,19(2):56～58.

[8]F a b i a n o ANF e r n a n d e s.U s e o f p r o c e s s s i m u l a t o r s f o r t h e

u n i t o p e r a t i o n s e d u c a t i o n o f u n d e r g r a d u a t e c h e m i c a l

e n g i n e e r s[J].C o m p u t e r A p p l i c a t i o n s i nE n g i n e e r i n g

E d u c a t i o n,2002,10(3):155～160.

[9]胡克林,罗金生.化工模拟技术进展及趋势[J].新疆工

学院学报,1997,18(4):254～256.

[10]庄芹仙,张志檩.石油化工流程模拟技术进展[J].现

代化工,1993,(6):10～13.[11]王健红,陈晓春,魏杰,等.化工装置动态模拟与优化工

艺软件平台[J].化工进展,1997,16(4):49～51. [12]李文波,毛鹏生,王长英,等.化工流程模拟技术的现状

与发展[J].化工时刊,1998,12(6):3～6.

[13]雷培德,李端阳,汪静.化工流程模拟及其应用:一种认

识,分析,预测生产中深层次问题,优化操作条件的强

有力工具[J].节能,1994,(3):6～8.

[14]金宗贤,瞿笑蕾,等.2008艾斯本中国用户大会论文集

[C].杭州:A s p e n会务组,2008:185～196.

[15]刘世艳.流程模拟技术在化工领域的运用[J].大众科

技,2005,(4):66～67.

[16]任吉芳,李奎武.培训是化工流程模拟优化技术应用

推广的关键--流程模拟优化技术在石化企业中的应

用及培训方法的探讨[J].数字石油和化工,2007,

(5):49～52.

[17]X i eYa n d S h e nQY.A p p l i c a t i o no f d i s t i l l a t i o n m o d u l e

A s p e n p l u s i nd i s t i l l a t i o ns y s t e m[J].C h e m i c a l

P r o d u c t i o na n d T e c h n o l o g y,1999,6(3):17～24. [18]冯权莉.通用化工流程模拟技术进展与应用[J].云南

工业大学学报,1996,12(1):581～583.

[19]Z h uJ G.A p p l i c a t i o no f p r o c e s s s i m u l a t i o n s o f t w a r e t o

d e v e l o p m e n t o f n e wp r o c e s s[J].F i n e C h e m i c a l s,2001,18

(9):553～557.

[20]赵琛琛.工业系统工程模拟利器--A S P E NP L U S[J].

电站系统工程,2003,19(2):56～58.

[21]竺建敏.A S P E NO N E先进控制和优化集成解决方案

[J].世界仪表与自动化,2006,10(5):35～38. [22]吴志辉,程华农,李秀喜,等.化工流程模拟中的模块集

成技术及其应用[J].华南理工大学学报,2005,33

(5):87.

[23]黄仲涛,李雪辉,王乐夫.2l世纪化工发展趋势[J].化

工进展,2001,20(4):1～4.

[24]郑文刚,舒继和,王爱东.A s p e nO r i o n调度系统在镇海

炼化公司成功实施[J].数字化工,2005,(6):39～43.

[25]王雷,郑东风,邓方义,等.A s p e n Z y q a d软件在工程设计

中的应用前瞻[J].炼油技术与工程,2004,34(4):39

～42.

[26]C a s a v a n t TE,C o t e RP.U s i n g c h e m i c a l p r o c e s s s i m u l a t i o n

t o d e s i g n i n d u s t r i a l e c o s y s t e m s[J].J o u r n a l o f C l e a n e r

P r o d u c t i o n,2004,12(8),901～908.

[27]陆恩锡,张慧娟,尹清华.化工过程模拟及相关高新技

术[J].化工进展,1999,18(4):63～64.

[28]孙红先,赵听友,蔡冠梁.化工模拟软件的应用与开发

[J].计算机与应用化学,2007,24(9):1285～1288.

简述各种化工流程模拟软件的特点及优缺点

简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点 化学工艺09级1班 摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本 文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus 2.1 Aspen Plus简述 “如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争 力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过

高考化学化工流程题的答题技巧

2019年高考化学化工流程题的答题技巧 首先，要对“化工流程图”试题的结构有全面充分的认识，通过对试题结构的分析可知，该类试题一般可由以下几个部分组成。 1.“化工流程图”试题主要分三部分： （1）题干部分：介绍原材料及所要得到的目标产品，以图表、化学反应方程式、文字表达等提供解决问题的信息。 （2）流程图部分：呈现整个化工生产过程。 一般流程图也可分为三部分： 即原料的预处理，物质的分离提纯（题目的关键部分）和产品获得。有的流程图在这三部分中还包括三条线索，主线主产品、侧线副产品、回头线为可循环利用的反应物。 （3）问题部分：提出了所要解决的问题。 2. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得 到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与 要点，并注意语言表达的科学性，在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。 分析流程图需要掌握的技巧是： ①浏览全题，确定该流程的目的———由何原料获得何产物（副产物），对比原料和产物； ②了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；

③解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原、溶解度、溶液中的平衡）？每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。努力做到以下几点： （1）正确解读试题信息，理解问题的实质。这是准确回答试题的前提。 （2）善于运用化学学科思想、观点、方法分析问题，正确沟通现实问题与学科知识的关系，找到解决问题的途径、思路。 （3）能熟练调动和运用已学知识并与问题提供的信息整合起来。这是正确解答试题的关键。 （4）能正确运用规范的化学用语，清晰、严密地组织和表述答案。这是成功解答试题的保证。 总之，在紧张的高考总复习的冲刺阶段，我们在掌握化学知识的同时，更应该对所学过的化学知识都能形成知识体系，以规律指导学习，这样才能更好顺应高考这种选拔人材的考试。

计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用

计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用 在本文开篇，我先粗略介绍一下计算机仿真模拟技术。 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。（选自百度百科计算机仿真摘要） 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。（选自百度百科） 计算机仿真模拟的原理是依靠计算机的迭代运算， 所以这是一门依靠计算机技术所衍生的一门有着实际意 义的学科，它与我们的生活息息相关。计算机仿真模拟技 术在科学技术、军事、国民经济、汽车、电子行业、体育、 交通运输、金融、管理、航空航天方面都有广泛的应用。 它的研究范围小到原子，大到宇宙，可以说在现实生活中 应用极为广泛。 传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系 统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假 设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和 验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。 如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对 客观系统的某一层次的仿真目的为止。 模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。 随着专门用于仿真的计算机——仿真机的出现，计算机仿真技术日趋成熟，现在已经趋于完善。随计算机技术的飞速发展，在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。 为了建立一个有效的仿真系统，一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统，除仿真机外，还需配有控制和显示设备。 本文将主要从航空航天方面对计算机仿真模拟进行探讨。 航空技术是从上世纪60年代前苏联发射第一颗人造卫星开始，人类开始了对太空的探索。

分子动力学模拟

分子动力学模拟 分子动力学就是一门结合物理,数学与化学的综合技术。分子动力学就是一套分子模拟方法,该方法主要就是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量与其她宏观性质。 这门技术的发展进程就是: 1980年:恒压条件下的动力学方法(Andersenの方法、Parrinello-Rahman法) 1983年:非平衡态动力学方法(Gillan and Dixon) 1984年:恒温条件下的动力学方法(能势‐フーバーの方法) 1985年:第一原理分子动力学法(→カー?パリネロ法) 1991年:巨正则系综的分子动力学方法(Cagin and Pettit)、 最新的巨正则系综,即为组成系综的系统与一温度为T、化学势为μ的很大的热源、粒子源相接触,此时系统不仅同热源有能量交换,而且可以同粒子源有粒子的交换,最后达到平衡,这种系综称巨正则系综。 进行分子动力学模拟的第一步就是确定起始构型,一个能量较低的起始构型就是进行分子模拟的基础,一般分子的其实构型主要就是来自实验数据或量子化学计算。在确定起始构型之后要赋予构成分子的各个原子速度,这一速度就是根据玻尔兹曼分布随机生成,由于速度的分布符合玻尔兹曼统计,因此在这个阶段,体系的温度就是恒定的。另外,在随机生成各个原子的运动速度之后须进行调整,使得体系总体在各个方向上的动量之与为零,即保证体系没有平动位移。 由上一步确定的分子组建平衡相,在构建平衡相的时候会对构型、温度等参数加以监控。 进入生产相之后体系中的分子与分子中的原子开始根据初始速度运动,可以想象其间会发生吸引、排斥乃至碰撞,这时就根据牛顿力学与预先给定的粒子间相互作用势来对各个例子的运动轨迹进行计算,在这个过程中,体系总能量不变,但分子内部势能与动能不断相互转化,从而体系的温度也不断变化,在整个过程中,体系会遍历势能面上的各个点,计算的样本正就是在这个过程中抽取的。 用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能,进而计算构型积分。 作用势的选择与动力学计算的关系极为密切,选择不同的作用势,体系的势能面会有不同的形状,动力学计算所得的分子运动与分子内部运动的轨迹也会不同,进而影响到抽样的结果与抽样结果的势能计算,在计算宏观体积与微观成分关系的时候主要采用刚球模型的二体势,计算系统能量,熵等关系时早期多采用Lennard-Jones、morse势等双体势模型,对于金属计算,主要采用morse势,但就是由于通过实验拟合的对势容易导致柯西关系,与实验不符,因此在后来的模拟中有人提出采用EAM等多体势模型,或者采用第一性原理计算结果通过一定的物理方法来拟合二体势函数。但就是对于二体势模型,多体势往往缺乏明确的表达式,参量很多,模拟收敛速度很慢,给应用带来很大困难,因此在一般应用中,通过第一性原理计算结果拟合势函数的L-J,morse等势模型的应用仍非常广泛。 分子动力学计算的基本思想就是赋予分子体系初始运动状态之后,利用分子的自然运动在相空间中抽取样本进行统计计算,时间步长就就是抽样的间隔,因而时间步长的选取对动力学模拟非常重要。太长的时间步长会造成分子间的激烈碰撞,体系数据溢出;太短的时间步长会降低模拟过程搜索相空间的能力,因此一般选取的时间步长为体系各个自由度中最短运动周期的十分之一。但就是通常情况下,体系各自由度中运动周期最短的就是各个化学键的振动,而这种运动对计算某些宏观性质并不产生影响,因此就产生了屏蔽分子内部振动或其她无关运动的约束动力学,约束动力学可以有效地增长分子动力学模拟时间步长,提高搜索相空间的能

初三化学工业流程题

1. 煤是社会生产、生活中最重要的能源，工业上常把煤进行气化和液化处理，使煤变成清 洁能源。煤气化和液化流程示意图如下：(提示：2SO2+O2=2SO3 ) （1）第①步操作发生的是（填“物理”或“化学”）变化。 (2) 第②步是精炼煤与水蒸气的反应，化学方程式为。（3）第③步反应的基本类型属于。 (4) 含硫化合物洗液经过提炼后，可用来制硫酸，过程是：含硫化合物氧化得到SO2, SO2进一步氧化得到X, X与水反应得到H2SO4，则X的化学式为。 (5)从“绿色化学”的角度分析,“煤的汽化和煤的液化”生产流程的优点。2．华裔科学家高锟因提出“以高纯度的石英玻璃制造光纤”，获得2009年诺贝尔奖. 工业 上以石英砂（主要成分SiO2）制取高纯度石英玻璃的生产原理如下： 请回答下列问题： （1）已知反应①的另一产物是有毒气体，其化学式为。 （2）已知反应②为化合反应，该反应的化学方程式为。 （3）已知反应③除生成二氧化硅外还有一种气体生成，则反应③的化学方程式 为。 3．煤是社会生产、生活中最重要的能源，工业上常把煤进行气化和液化处理，使煤变成清洁能源．煤气化和液化流程示意图如下： （1）第①步操作发生的是（选填“物理”或“化学”）变化． （2）第②步是精炼煤与水蒸气的反应，化学方程式为．（3）第③步反应属于（填基本反应类型）．

（4）含硫化合物洗液经过提炼后，可用来制硫酸，过程是：含硫化合物氧化得到SO2，SO2进一步氧化得到X，X与水反应得到H2SO4，则X的化学式为． （5）从“绿色化学”的角度分析，“煤的气化和煤的液化”生产流程的优点是．（6）甲醇（CH2OH）是基础化学原料，制备原理为CO+2H2CH3OH．当消耗5.6kgCO 时，计算生成甲醇的质量．写出计算过程． 4．有人提出工业生产回收利用空气中CO2的构想：把空气吹入浓碳酸钠溶液中，溶液可吸收CO2生成碳酸氢钠（NaHCO3）；加热碳酸氢钠固体又分解放出CO2，同时生成水喝碳酸钠；在合成塔内CO2与氢气反应生成甲醇（CH3OH）和水．简要的生产流程如图所示： （图中：“→”表示流程顺序或步骤，“↓”表示加入原料，“↑”表示生产出得产物，“”表示有可循环利用的物质） 【资料卡片】碳酸氢钠分解温度是270℃，碳酸钠在856℃熔化，但还未达到分解温度． 请回答下列问题： （1）大气中CO2浓度不断增大的人为原因是；由此引发的环境问题是．（填序号） A、酸雨 B、温室效应 C、臭氧空洞 （2）吸收池中发生反应的化学方程式． （3）合成塔中发生反应的化学方程式． （4）该流程中能循环利用的物质是．（写出一种即可）

化工流程模拟软件大全

工流程模拟软件大全 -------------------------------------------------------------------------------- 1 概要目前，国内主要的化工流程模拟软件美国SimSci-Esscor公司的PRO/II，美国AspenTech公司的Aspen Plus，Hysys，英国PSE公司的gPROMS，美国Chemstations公司ChemCAD和美国WinSim Inc. 公司的Design II，加拿大Virtual Materials Group的VMGSim。现将这几种软件简介归纳如下，供参考学习之用。 2 CHEMCAD, PROII, ASPEN的比较简单总结以下七点： 1 一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而ASPEN在化工领域表现更好，Aspen Plus与之比较有其它软件不可比拟的优点它基本上覆盖了以上各软件的所有优点。有人比喻：PROII是经验派，ASPEN 是学院派。 2. 学习aspen plus必备 1化工原理；讲化工过程得单元操作 2热力学方法；讲述物性计算方法； 3化工系统工程；讲述如何对化工系统进行建模，分析、求解如果简单掌握， 1、2就可以了，如果想进一步深入，还需看看3，另外有一个有经验得老师辅导也是很重要的。 3.HYSYS主要用于炼油。动态模拟是它的优势。 ASPEN是智能型的，用于化工领域流程模拟，比较大或长的流程，而且数据库比较全，开方式的。它和HYSYS 现在是一家。 PRO／II可以用于设备核算，流程短，或精馏核算。 chemcad由于物性较少，使用不方面，相对较差，网上到处都可以下载，设计院不太使用，高校中有一定市场。 4. 我觉得aspen plus的计算是最精确的，数据库的建设也是最完善的。不过我对它的操作不太适由于它考虑的方面非常全面，所以让我感觉学起来比较费劲。chemcad的界面操作让人感觉非常简单，使用起来比较顺手。但是数据库不是太大，我用的 5.0版本，就只有2000中常用物质的物性数据。PRO／II在这两方面都在中间。 5. 从易收敛性上看，chemcad>hysys>proii。 6. 从贴近工业实际看，proii>hysys>chemcad四个都是工程模拟仿真软件，其中Aspen、PRO/II， HYSYS为国内绝大多数设计院所使用。感觉Aspen适应范围最广，电解质、固体、燃烧等模块是其它软件难以比拟的；PRO/II在石化上应用较多，积累了丰富的经验；HYSYS则在油气工程领域就有着极高的精度和准确性。青岛科技大学（原青岛化工学院）开发了个ECSS，对它的评价只能是“国货”，青岛科技大学自己也不使用它的。 7. 版本介绍： aspen好用的版本是10.2和11.1，其中10.2在winXP上使用会

高考化学无机化工流程题答题知识.docx

一、原料处理阶段的常见考点与常见名词 ①加快反应速率的方法：搅拌；固体的研磨（或粉碎）；增大溶液的浓度；适当升 高温度等。 ②溶解 a、水浸：与水接触反应或溶解。 b、酸（碱）浸：在酸（碱）溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过 滤除去的溶解过程。 c、浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少( 更多转化 ) 。 ③灼烧、焙烧、煅烧 改变结构，使一些物质能溶解，使一些杂质高温下氧化、分解使有机物灼烧分解。 ④除金属表面油污：用NaCO3溶液洗涤。 二、分阶段考查知识点 （1）对原料进行预处理的常用方法及其作用： ①研磨、粉碎；搅拌、振荡；逆流、沸腾炉。 目的——增大反应物的接触面积，加快反应速率（或溶解速率），提高反应物转化 率（或溶解浸出率）。 ②加水溶解；加酸溶解；加碱溶解；有机溶剂溶解。 目的——使可溶性金属（非金属 ) 离子（或有机物）进入溶液，不溶物通过过滤除去。 补充：浸出：固体加水 ( 酸) 溶解得到离子。 浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少。 加快浸出速率的方法：搅拌；固体的粉碎；增大溶液的浓度；适当升高温度等。 注意：多次溶浸或延长溶浸时间只提高浸出率不能提高浸出速率。③灼烧——除去 可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为 了除去可燃性杂质。 ④煅烧、焙烧—改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。⑤ 降温：防止某物质在高温时会溶解 ( 或分解 ) ；为使化学平衡向着题目要求的方向 移动；抑制有机反应的副反应；控制反应速率过快带来的不良影响； （2）分离提纯阶段的常见考点： ①调 pH值除杂 a．控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀 b．调节 pH所需的物质一般应满足两点： 1）能与 H+反应，使溶液 pH值增大； 2）不引入新杂质。例如：若要除去 Cu2+溶液中混有的 Fe3+，可加入 CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。 ②加入试剂除杂 ③加热：加快反应速率或加速某固体的溶解、或促进平衡向某个方向移动、或使某 物质受热分解。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3) 2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质受热易分解，温度不能太高。

化工流程图解题技巧

思路+套路＝出路 例谈初中化学工艺流程解题策略与核心素养的培养 一、化工流程题特点 初中化学流程图考查主要有溶液的流程和气体的流程两大类： ㈠溶液溶质流程的特点： ⒈工业生产流程的主要框架:原料→预处理→分离提纯→核心反应→产品 ⒉试题本质：想办法从原料混合物中获得纯净的产品。 ⒊考查主要内容：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、产品分离提纯。 ㈡气体流程主要考查常见气体的分离提纯或质量测定， 这类题考查问题主要设问出发点有： ⑴据流程图或题目提供的反应物和部分生成物书写情景方程式；⑵滤渣的成分；⑶滤液的成分；⑷核心反应条件的控制和原因；⑸选择化学除杂试剂及原因；⑹调pH值的范围及试剂的选择；⑺相关实验操作及仪器；⑻相关计算等等。 工艺流程题的结构分题头、流程图和问题三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)；流程图部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；问题部分主要是根据生产过程中涉及到的化学知识设制成系列问题，构成一道完整的化学试题。 二、做解题过程 ㈠审题的思路——明确目标 读流程图的方法――抓箭头：①主线主产品；②支线副产品；③回头循环品。 ①原料与产品：明确原料，从原料出发，要得到最终产品，必须除去什么元素、引进什么元素？初中一般是关于Mg、Al、Zn、Fe、Cu、Ca这几种常见金属的流程。 ②步骤与目的：加入某种试剂，采取这样的方法，其目的是什么？一般只考虑后面提问有关的步骤，其他不一定要清楚。

③信息与迁移：所给信息一定有用，而且一定用到，有时还需分解、重组、迁移到本题中来。 【注】：在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。 ㈡答题的套路——原料的预处理方法： ①粉碎――目的：增大接触面积，使原料充分快速反应。 ②煅烧――目的：使原料中某些成分氧化，如碳氧化气化除去；如金属氧化为金属氧化物而易被酸溶解，在后续步骤中容易被提取。 ③溶解：有酸溶、水溶，又叫酸浸、水浸。 酸浸目的：与酸反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。 水浸目的：使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。 三、核心素养化学符号书写 控制反应条件——答题的套路之一 1、调节pH值的目的：控制溶液的酸碱度使某些金属离子形成氢氧化物沉淀，从而分离除去。 调节pH值除杂：（一般是除Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等金属离子） ⑴除Fe2+要将其氧化成Fe3+，氧化剂可选择H2O2，原因是不引入新的杂质。 ⑵调pH值所加试剂：一般是含被提纯物质中的金属阳离子对应的a、金属；b、金属氧化物；c、金属氢氧化物；d、金属碳酸盐（总之，这些物质要能与H+反应，又难溶于水，这样可即使过量而又不会引入新的杂质离子），有时候也可能加NaOH或氨水来调pH值，要据题意具体分析（一般是加的Na+、NH4+不会在后续的程序中难以分离） ⑶pH值的调节范围：据题意告知的某离子完全沉淀或开始沉淀的pH值数据来选择，不能随意更改，应该是题目中原始数据的组合。 例题：氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3，其他杂质不溶于酸)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：

高考化学工业流程题大全题

高考化学工业流程题汇编2 【例1】（11分）某工厂用CaSO4、NH3、CO2制备(NH4)2SO4，其工艺流程如下。 回答下列问题： （1）硫酸铵在农业生产中的用途是(一种即可) ，写出利用该流程制备(NH4)2SO4的总化学方程：。 （2）a和b分别是（填序号）。 A．足量CO2、适量NH3 B．足量NH3、适量CO2 C．适量CO2、足量NH3 D．适量NH3、足量CO2 （3）上述流程中，可以循环使用的物质有（写化学式）。 （4）从滤液中获得(NH4)2SO4晶体，必要的操作步骤是。 （5）上述流程中，有关NH3作用的说法正确的是。 A．提供制备所需的氮元素B．增大CO2 3 的浓度促进反应发生 C．作反应的催化剂D．生产1 mol (NH4)2SO4，至少消耗2 mol NH3 【例2】（12分）医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙（含有少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质）生产医药级二水合氯化钙（CaCl2·2H2O的质量分数为97.0%~103.0%）的主要流程如下： （1）除杂操作是加入Ca(OH)2，调节溶液pH为8.0~8.5，以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。检验Fe(OH)3是否沉淀完全的实验操作是。 （2）酸化操作是加入盐酸，调节溶液的pH约为4.0，其目的有：①防止Ca2+在蒸发时水解； ②。 （3）测定样品中Cl-含量的方法是：a.称取0.7500 g样品，溶解，在250 mL容量瓶中定容；b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中；c.用0.05000 mol·L-1 AgNO3溶液滴定至终点，消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39 mL。 ①上述测定过程中需用溶液润洗的仪器有。 ②计算上述样品中CaCl2·2H2O的质量分数为。 ③若用上述方法测定的样品中CaCl2·2H2O的质量分数偏高（测定过程中产生的误差可忽略），其可 能原因有；。 【例3】（11分）海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下： （1）从海水中可以得到食盐。为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO2-4及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下 甲 滤液 母液 生石灰 煅烧 提纯 通入a通入b CaSO 4 浊液乙 CaCO 3 硫酸铵 二氧化碳 氨气

计算机模拟技术

计算机模拟技术 课程名：计算机模拟技术 计算机模拟是在科学研究中常采用的一种技术，特别是在科学试验环节，利用计算机模拟非常有效。所谓计算机模拟就是用计算机来模仿真实的事物，用一个模型(物理的-实物模拟；数学的-计算机模拟)来模拟真实的系统，对系统的内部结构、外界影响、功能、行为等进行实验，通过实验使系统达到优良的性能，从而获得良好的经济效益和社会效益。 计算机模拟方面的研究始于六十年代，早期的研究主要用于国防和军事领域(如航空航天、武器研制、核试验等)，以及自动控制等方面。随着计算机应用的普及，应用范围也在扩大，现在已遍及自然科学和社会科学的各个领域。在农业方面，我国从80年代开始进行作物生长发育模拟模型和生产管理系统的研究，目前有一定基础的：在小麦方面有北农大、中科院；棉花方面有中国农业大学、中国棉花所；水稻方面有江西农科院；在土壤水份、水资源及灌溉方面西北农业科技大学。目前影响较大的有比较成形的有江苏省农科院。目前的主要成果有：我国主要农作物栽培模拟优化决策系统RCSODS(水稻)和WCSODS(小麦-江苏省农科院)、MCSODS(玉米-河南省农科院)、CCSODS(棉花-中国农业大学)等。 计算机模拟特别适合于实验条件苛刻、环境恶劣(如真空、高温、高压、有毒有害的场所)、试验周期长，花费大的场合。 农作物的生产系统就很适合于计算机模拟：农作物的生产受各种条件的影响，不同作物、不同品种也有差异。比如，要想提高一种作物的产量，就先要作试验，通过试验了解这种作物的特性：抗旱性、耐寒性、对氮、磷、钾哪种肥更有效等。但农业的田间实验不能保证精度(除人为可控条件外，还有许多随机因素)、周期长(周期一年)，耗费大。可通过计算机模拟来实现：先建立这种作物生产系统的数学模型(依靠专业知识或试验数据。一般来说，诸如作物产量和农业环境的关系可用微分方程或其它方程来描述)，通过计算机模拟来找出这种作物的生长与农业环境相互作用的关系，以及各种条件之间的协迫情况。不仅可大大节省实验经费、加快研究进度(周期一年的实验结果几秒钟内即可得到)，这种模拟软件的开发还可与农业生产管理系统，决策系统相联系，实现对农作物生产的预测、分析、调控、设计的数字化和科学化。 作为一门课程，不是研究某个特定系统的模拟问题，而是了解计算机模拟的一般过程、基本原则，掌握基础知识，掌握建模及动态模拟的一般方法。 第一章计算机模拟概述 1.1 计算机模拟技术 ●研究对象在一个计算机模拟问题中，我们研究的对象是一个系统。 系统：一些具有特定功能的、相互之间按一定规律联系着的实体的集合。如作物的生产系统可看作由作物、环境、技术、经济等要素构成的。各要素之间相互影响、相互联系，称为系统的相关性；一个系统是一个整体，整体内的各个部分不能分割，各因素之间必须相互协调，不能在任何一个环节出问题，才能使系统达到优良的状态，称为系统的完整性。 ●目标计算机模拟的目标是了解系统的各个实体之间的相互制约关系，从而使系统在预定的目标下达到最优和完善。如在作物生产系统中，怎样控制、实施各水、肥、栽培技术等，从而使产量最高，以获得最优的经济效益。 ●方法模拟的方法是先建立系统与环境相互作用的数学模型，用数学模型来类比、模仿现实系统(一个数学模型就是从数学上表达系统各因素之间的数量关系，或各因素之间协调的规则；从整个模拟过程来看就是一个算法，或一系列数据，这些数据综合描述一个系统过程或现象的重要行为)，然后在数学模型和对系统深刻了解的基础上，开发模拟软件，用影响系统目标的因素作为输入，通过计算机技术来表达系

简述各种化工流程模拟软件的特点及优缺点

简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus Aspen Plus简述

“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech 公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及着名的工程公司都是Aspen Plus的用户。 Aspen Plus特点 （1）产品具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus 数据库包括将近6000种纯组分的物性数据：①纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。 ②电解质水溶液数据库，包括约900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。③固体数据库，包括约3314种固体的固体模型参数。④ Henry 常数库，包括水溶液中61种化合物的Henry 常数参数。⑤二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交互作用参数

(通用版)新高考化学复习第9题无机化工流程题练习

（通用版）新高考化学复习第9题无机化工流程题练习 [学科素养评价] 1．(2019·莆田模拟)从工业废钒中回收金属钒既避免污染环境又有利于资源综合利用。某工业废钒的主要成分为V 2O 5、VOSO 4和SiO 2等，下图是从废钒中回收钒的一种工艺流程： (1)为了提高“酸浸”效率，可以采取的措施有________(填两种)。 (2)“还原”工序中反应的离子方程式为______________________________ _____________________________________________________________________________________________________________。 (3)“沉钒”得到NH 4VO 3沉淀，需对沉淀进行洗涤，检验沉淀完全洗净的方法是_______________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)写出流程中铝热反应的化学方程式________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________。 (5)电解精炼时，以熔融NaCl 、CaCl 2和VCl 2为电解液(其中VCl 2以分子形式存在)，粗钒应与电源的________(填“正”或“负”)极相连，阴极的电极反应式为_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (6)为预估“还原”工序加入H 2C 2O 4的量，需测定“酸浸”液中VO ＋2的浓度。每次取25.00 mL“酸浸”液于锥形瓶用a mol·L －1(NH 4)2Fe(SO 4)2标准溶液和苯代邻氨基苯甲酸为指示剂进行滴定(其中VO ＋2→VO 2＋)，若三次滴定消耗标准液的体积平均为b mL ，则VO ＋2的浓度为________g·L －1(用含a 、b 的代数式表示)。 解析：(1)增大浸出效率的方法：将工业废钒粉碎，充分搅拌，适当提高温度；(2)“还原”工序中加入草酸为典型还原剂，可将V 从＋5价还原为＋4价，对应的离子方程式为2VO ＋2 ＋H 2C 2O 4＋2H ＋===2VO 2＋＋2CO 2↑＋2H 2O ；(3)KClO 3反应后被还原为Cl －，对沉淀进行洗涤即是 为了除去Cl －等离子；(4)由铝热反应原理知10Al ＋3V 2O 5=====高温6V ＋5Al 2O 3；(5)类比电解精炼 铜，粗钒应作为阳极电解，即与正极相连；阴极上发生还原反应，电极反应式为VCl 2＋2e －===V ＋2Cl －；(6)由得失电子关系可知：VO ＋2 ～(NH 4)2Fe(SO 4)2，故n (VO ＋2)＝n [(NH 4)2Fe(SO 4)2] ＝ab ×10－3mol ，所以VO ＋ 2的浓度为83×ab ×10－3 25×10－3＝83ab 25 g·L －1。

无机化工流程题-高考化学逐题突破练习

[学科素养评价] 1．(2019·莆田模拟)从工业废钒中回收金属钒既避免污染环境又有利于资源综合利用。某工业废钒的主要成分为V2O5、VOSO4和SiO2等，下图是从废钒中回收钒的一种工艺流程： (1)为了提高“酸浸”效率，可以采取的措施有________(填两种)。 (2)“还原”工序中反应的离子方程式为______________________________ _____________________________________________________________________ ________________________________________。 (3)“沉钒”得到NH4VO3沉淀，需对沉淀进行洗涤，检验沉淀完全洗净的方法是_______________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)写出流程中铝热反应的化学方程式________________________________ _____________________________________________________________________ ______________________________________。 (5)电解精炼时，以熔融NaCl、CaCl2和VCl2为电解液(其中VCl2以分子形式存在)，粗钒应与电源的________(填“正”或“负”)极相连，阴极的电极反应式为_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (6)为预估“还原”工序加入H2C2O4的量，需测定“酸浸”液中VO＋2的浓度。每次取25.00 mL“酸浸”液于锥形瓶用a mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液和苯

高三化学化工流程图知识点

高三化学化工流程图复习专题（成本）编写人：李祖贤 解流程题的步骤和方法 1.?首先，浏览全题，确定该流程的目的；——由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物。 2.?其次，精读局部，明确反应原理——确定各步的反应物、生成物。 科学表述、规范书写。 3.?第三，针对问题再读图，明确要求—— 归纳：平时复习要善于去看答案，看看答案的表述并背下来，懂图知解。 考查要点： ?物质性质及其相互转化关系：最主要为无机化合物，包括非金属和金属，考察重点为金属，因为涉及的原 理金属方面尤其突出，针对性强。 ?元素及其化合物的转化网络，重点考察铝的两性，三价及二价铁的互化及其选用的氧化剂和还原剂 ?物质的分离和提纯的方法 结晶（固液分离）——固体物质从溶液中析出的过程（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发），固 定答题模式：1.蒸发浓缩，2.冷却结晶3.过滤洗涤验纯4.干 燥成品

"过滤——固、液分离（方法一般是：减压过滤，抽滤等都是为了加快过滤时间，减少产品与外界接触时间）"蒸馏——液、液分离（沸点相差较大的液体才可以用蒸馏，而且一般为有机物之间的分离，蒸馏前要干燥除水。） "分液——互不相溶的液体间的分离（与萃取不分家） "萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。（溶解度要相差比较大，如用四氯化碳将溴或碘从水中萃取出来，因为溴在四氯化碳的溶解度大于水） "升华——将可直接气化的固体分离出来。（利用碘的升华的特性可以将碘提纯） "盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出（如在有机物中加入无机物会降低有机物在水中的溶解度，或者加入有相同离子的无机盐：氯化钠加到碳酸钠中） 分解法——氯化铵等受热分解 ?电解质溶液基本理论（弱酸、弱碱的电离；水的电离；盐类水解；Ksp的应用） ?氧化还原反应（最常见）

分子模拟技术在炼油领域的应用

分子模拟技术在炼油领域的应用 摘要：分子模拟技术是近些年发展起来的一门新兴计算化学技术。本文简要介绍了近几年来分子模拟技术在炼油领域的应用，如炼油催化剂的开发、炼制过程反应化学研究以及油品添加剂分子设计等。分子模拟作为一种能模拟炼油过程细节的有效工具已经在炼油工业各个领域的研究中发挥了重大作用。 关键词：分子模拟技术；炼油领域；催化剂；反应化学；油品添加剂 1前言 20世纪80年代以来，随着计算机性能的提高以及各种计算化学方法的改进，分子模拟技术日渐成熟，并逐步发展成为人们进行科学研究的一项新的有效的工具。它借助计算机强大的计算能力和图像显示能力，从原子和分子水平上模拟分子的结构与行为，能够更好地帮助人们从微观角度认识物质的基本特征。分子模拟技术在炼油领域，如对各炼制过程核心转化规律的认识、渣油团聚物结构研究、油品添加剂分子设计以及分子筛催化剂等方面的应用，可以帮助研究人员更深人地理解所研究的体系，以便选择更合理的研发途径，更快地进行催化剂的改性和开发及改性以及油品添加剂新产品的研制，减少实验工作，推动炼油领域的技术进步。 2分子模拟技术简介 分子模拟是以计算机为工具，在原子水平上建立分子模型用以模拟分子的结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理化学性质。具体而言，就是先在计算机屏幕上构建分子模型，包括对所研究对象的原子位置的详细描述和建立分子间相互作用力方程，然后用恰当的统计力学关系对分子的位置和运动情况进行统计平均以求算所需的宏观性质。分子模拟技术包括量子力学、分子力学、蒙特卡洛和分子动力学等方法。 2.1量子力学方法 量子力学[1](QM)认为微观粒子运动服从Schrêdinger方程，分子或原子处于(稳)定态的Schrêdinger方程为本征值的方程：?7=E7。式中：?表示Hamilton

浅谈化工流程模拟

浅谈化工流程模拟技术 20420132201107 陈秀萍 前言 化工流程模拟是近几十年发展起来的一门新技术，是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物。这一技术对于探索最佳工艺工况条件起着重要作用，已成为化学工程设计、原有工程改造优化的强有力工具，备受关注。 化工流程模拟技术简介 1、化工流程模拟技术的发展 化工流程模拟技术从20世纪50年代开始开发，至今已经经历了四代。1985年美国Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序并在当时的化学工程界产生了重大影响。上世纪70年代之后出现了一系列稳态流程模拟软件；80年代中后期，化工流程模拟软件在技术上日益成熟；90年代开始，稳态模拟技术进一步推广，动态模拟技术问世并得到长足发展。 目前化工流程模拟技术的发展趋势呈现出以下特点：在发展和应用通用化工流程模拟系统的基础上，注重开发专用化工流程模拟系统；稳态模拟与动态模拟技术有合并趋势；向计算机集成化过程系统；引入人工智能。 2、化工模拟软件的构成 （1）物性数据库：在模拟计算中，频繁进行各种热力学性质及传递性质计算，物性数据的准确直接影响到模拟结果的可靠性。 （2）单元模块库：依照结构化和面向对象编程思想，将各个过程操作单元编织成可独立运行的子程序或对象模块，存放到单元模块库，通过系统管理程序调用。 （3）输入和输出：必不可少的组成部分。有些模拟软件采用实时信号输出，以利于实现系统实施仿真。 （4）解算和管理系统：根据用户输入定义完成系统的模拟计算、优化计算等功能。 （5）网络通讯 主要的化工模拟软件有：Aspen Plus、H ysys、Pro/II、ChemCAD等。 3、化工流程模拟技术的应用 （1）科研开发：以过程模拟代替中间试验，进而构建工艺过程流程方案，提高工作效率和质量，节省大量资金、时间和人力。 （2）工艺设计：方便的在不同的过程方案中筛选出最优方案。 （3）操作优化：通过流程模拟消除“瓶颈”，为装置的技术改造提供依据，实现传统产业高新化。 （4）优化控制：进行数据拟合分析，送入过程模拟软件中运行，进行工况研究和优化。（5）仿真技术的基础：动态仿真系统用来模拟装置的实际生产，不仅能得到稳态的操作情况，而且能够借助动态仿真技术随意改变某些可调量，系统地考察干扰存在时系统行为的变化。 4、化工流程模拟技术的优点 应用化工流程模拟技术可以节省过去由试验探索最佳工艺工况条件所消耗的大量资金、时间和人力，使我们从整个系统的角度来认识、分析、预测生产中深层次的问题，进行装置