Файл: Программа ChemCad представляет собой инструментальные средств математического моделирования химико технологических процессов для решения задач исследования и проектирования как химикотехнологических систем, так и отдельных аппаратов.pdf

1


Программа ChemCad представляет собой инструментальные средств математического моделирования химико- технологических процессов для решения задач исследования и проектирования как химико-технологических систем, так и отдельных аппаратов.

Программа имеет модульную структуру.

Разработчиком является американская компания Chemstations http://www.chemstations.com/
2


Строка заголовка, строка меню, панель инструментов, строка состояния, рабочая область, проводник, палитра моделей оборудования, окно для вывода текущей информации
3

4

5


Recent Files - недавно открытые файлы

Simulation – режим моделирования

Visual Basic – программирование на языке Visual Basic
6


All UnitOps – все элементы (пиктограммы)

ChemCad Symbols – элементы и символы
5й версии программы

Drawing Symbols – символы для рисования

Heat Exchangers – теплообменники

Miscelaneous – разное

Piping and flow – трубопровод и поток

Reactors – реакторы

Separators – сепараторы

Solids handling- установки по удалению примесей (тв. частиц)
7


1. Создание нового файла технологической схемы;

2. Выбор технических размерностей;

3. Выбор компонентов потоков;

4. Выбор термодинамических моделей;

5. Построение технологической схемы;

6. Задание параметров входных потоков;

7. Задание спецификаций единиц оборудования;

8. Настройка математических методов расчета рециклов;

9. Запуск программы моделирования;

10. Просмотр результатов моделирования на экране.
8

1. Технологическая схема процесса стабилизации газового конденсата
9

Назначение установки – получение сухого газа (поток 5) с заданной температурой точки росы, стабильного газового конденсата (поток 9) с заданной концентрацией пропана, широкой фракции углеводородов. Исходное сырье (поток
1) – головной нагнетательный поток из установки дегидратации и демеркаптанизации – поступает в межтрубное пространство кожухотрубчатого теплообменника-рекуператора 1, где охлаждается за счет потока сухого газа 4, далее поступает в теплообменник 2, где охлаждается до заданной температуры и частично конденсируется. В сепараторе 3 происходит разделение на газовую (поток 4) и жидкую (поток 6) фазы. Жидкая фаза после дросселирования в 4 подается на разделение на верхнюю тарелку ректификационной колонны 5. С куба колонны отбирается стабильный конденсат (поток 9), с верха колонны – широкая фракция углеводородов (поток 8).
10

Постановка задачи:
При заданных параметрах сырья, спецификациях аппаратов провести расчет материально-теплового баланса рассматриваемого процесса.
Проектные требования:
Наивысшая точка росы полученного газа
(поток 5) должна быть не более -3,9 оС.
Стабилизированный конденсат (поток 9) должен содержать пропан не более 1% массового.
11

Исходные данные:

Параметры потока сырья:
Температура, °С 25.00;
Давление, бар 15.00;

Покомпонентный массовый расход сырья, кг/ч:
1. Азот 1500;
2. Метан 33500;
3. Этан 7500;
4. Пропан 4500;
5. Изобутан 500;
6. Н-бутан 500;
7. Изопентан 1000;
8. Н-пентан 400;
9. Н-гексан 600.

Спецификация теплообменника 1:
Тип теплообменника - кожухотрубчатый.
Перепад давления между входом и выходом для межтрубной стороны - 0.3 бара.
Перепад давления между входом и выходом для трубной стороны - 0.3 бара.
Мольная доля пара в выходном потоке межтрубной стороны - 1.0 12


Спецификация теплообменника 2:
Тип теплообменника кожухотрубчатый.
Перепад давления 0.3 бара.
Температура выходного потока -20 °С.
Спецификация сепаратора 3.
В данном примере сепаратор по умолчанию используется как устройство разделения фаз при температуре и давлении входного потока.

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.
13


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.
14

15

Time (Время), Mass/Mole (Массовые/Мольные),
Temperature(Температура), Pressure (Давление), Enthalpy (Энтальпия),
Work (Работа), Liquid Volume (Объем жидкости), Liquid Vol. Rate
(Объемный расход жидкости), Crude Flow Rate (Расход потока нефти), Vapor Volume (Объем пара), Vapor Vol. Rate (Объемный расход пара), Liq. Density/Conc. (Плотность жидкости/Концентрация), Vapor
Density (Плотность пара), Thickness (Толщина), Diameter
(Диаметр), Length (Длина), Velocity (Скорость), Area (Площадь), Heat
Capacity (Теплоемкость), Specific Heat (Удельная теплоемкость), Heat
Trans. Coeff. (Коэффициент теплопереноса), Therm. Conduct (Тепло- проводность), Viscosity (Вязкость), Surf. Tension (Поверхностное натя- жение), Solubility Par. (Растворимость), Dipole Moment (Дипольный момент), Cake Resistance (Гидравлическое сопротивление), Packing DP
(Перепад давления в насадочной колонне), Currency (Денежная еди- ница), Currency Factor (Денежный коэффициент)
16

17

18

19

20

21


−
Cut
(Вырезать) – вырезает выделенный объект и помещает его в буфер обмена;

−
Copy
(Копировать) – копирует выделенный объект в буфер обмена;

−
Delete
(Удалить) – удаляет выделенный объект;

−
Paste
(Вставить) – вставляет ранее скопированную или вырезанную пиктограмму;

−
Swap unit
(Заменить объект) – позволяет заменить выделенную пик- тограмму на другую. ChemCad выдаст предупреждение Please select a new symbol from palette (Выберите новую пиктограмму на палитре), после чего нужно стандартным образом выбрать новую пиктограмму, а затем щелкнуть мышью по пиктограмме, вместо которой нужно вставить новую;

− Insert unit
(Вставить объект) – позволяет вставить в выделенный поток

пиктограмму аппарата. Работа с командой аналогична работе с командой
Swap unit;

−
Select All
(Выделить все) – выделяет все объекты, расположенные в рабочей области окна;

−
Bring to Front
(Перенести на передний план) – помещает выделенный объект на передний план;

−
Send to Back
(Поместить на задний план) – помещает выделенный объект на задний план;
22

−
Flip Horisontal
(Вращение объекта относительно оси Х) – выполняет поворот выделенного объекта относительно вертикальной оси;
−
Flip Vertical
(Вращение объекта относительно оси Y) – выполняет поворот выделенного объекта относительно горизонтальной оси;
−
Rotate Clockwise
(Поворот по часовой стрелке на 90 градусов) – выполняет поворот выделенного объекта по часовой стрелке на 90 градусов;
−
Rotate Conunter CW
(Поворот против часовой стрелки на 90 градусов) – выполняет поворот выделенного объекта против часовой стрелки на 90 градусов;
−
Edit UnitOp ID
(Редактирование ID номера) – выполняет редактирование ID номера выделенного объекта. В окне Enter a new unit ID or press cancel (Введите новый ID номер оборудования или нажмите отказ) надо ввести новый ID номер и нажать кнопку ОК. Невозможно присвоить уже занятый номер;
−
Edit Name
(Редактирование имени) – позволяет ввести метку длиной не более
12 символов для выделенного объекта. В окне Enter new label or press cancel
(Введите новую метку или нажмите отказ) надо ввести метку и нажать кнопку ОК;
−
Show ID
(Показать ID номер) – отображает/скрывает ID объекта;
−
Redraw
(Обновить) – обновляет изображение на экране.
23

24

25

26

27

28

29

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, 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 1.
30

Меню Specifications/Edit UnitOps (Спецификации/
Редактирование Оборудования) содержит команды для задания спецификаций аппаратов:

Select UnitOps (Выбор оборудования)

Add UnitOps Sequence Group (Создать новую группу)

View/Edit Sequence Group (Просмотр/ Редактирование группы)

Remove Sequence Group (Удалить группу)
31

32

Specifications:
Pressure Drops: (defaults=0) -
Перепад давления (по умолчанию=0)
Simulation mode -
Вариант моделирования

0 Enter specifications (Ввод спецификаций) – расчет теплообменника на основе заданных пользователем спецификаций;

1 Shell and tube simulation (Моделирование кожухотрубчатого теплообменника) – ввод геометрических характеристик для выполнения моделирования программой СС-ТЕРМ;

2 Shell and tube fouling factor rating (Моделирование кожухотрубчатого теплообменника с учетом загрязнений) – расчет коэффициентов загрязнения

4 Plate exchanger fouling factor rating (Моделирование пластинчатого теплообменника) – расчет коэффициентов загрязнения

5 Double pipe simulation (Моделирование теплообменника типа труба в трубе)

6 Double pipe fouling factor rating (Моделирование теплообменника типа труба в трубе с учетом загрязнений) – расчет коэффициентов
Загрязнения.
Utility Option: (Вспом. опций) только для двустороннего теплообменника, для подбора расхода потока питания.
33

Enter one specification only (Введите только один параметр)

Temperature Stream ID (Температура потока ID)

Vapor fraction stream ID (Доля пара потока ID) для выходного потока, должна быть меньше или равно 1

Subcooling stream ID (Недогрев потока ID) температура недогрева выходного потока.
Задается температура ниже температуры кипения.

Superheat stream ID (Перегрев потока ID) температура перегрева выходного потока.
Задается выше точки росы, положительное число.

Heat Duty (Тепловая нагрузка) Задается для теплообменника с одним или двумя входными потоками. Для теплообменника с двумя входными потоками это всегда положительное число.
Delta temperature specifications: (Значения допустимых температурных погрешностей:)

Minimum delta temperature (Минимальная температурная погрешность

Hot outlet – cold inlet и Hot inlet – cold outlet (Горячий выходной – холодный входной и
Горячий входной – холодный выходной) – разности между температурами горячего и холодного потоков. Только для теплообменника с двумя входными потоками;

Stream ID – stream ID (Поток ID-поток ID) – разность температур между двумя выходными потоками (задается для прямоточного теплообменника), разности температур между входным и выходным потоками двухстороннего теплообменника.
Heat Transfer Coeff. and Area specification: (Значения коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена:) если вводить, то оба

Heat Transfer Coeff. (U) (Коэффициент теплопередачи (U))

Area/shell (Пов/кожух) – площади поверхности теплообмена.
34

Misc. Settings
(Необязательные параметры (установки))
Используется для задания информации по кожухам, трубам, трубному пространству и др. параметрам.
Выводятся рассчитанные значения.
Cost. Estimations
(Стоимость оценки) приводятся значения рассчитанных стоимостных оценок.
Экономические расчеты.
35

36


Для расчета парожидкостного равновесия в ChemCad используется модуль FLASH, который представляет собой обобщенную модель испарителя.
37

Вкладка Specifications (Спецификации) выбирается режим работы модуля Flash Mode
(Режим испарителя)

- 0 Use inlet T and P, calculate V/F and Heat
Использовать входные температуру и давление, рассчитать долю пара и тепловую нагрузку;

- 1 Specify V/F and P, calculate T and Heat
Заданы доля пара и давление, рассчитать температуру и тепловую нагрузку;
− 2 Specify T and P, calculate V/F and Heat
Заданы температура и давление, рассчитать долю пара и тепловую нагрузку;
− 3 Specify T and H, calculate V/F and P
Заданы температура и тепловая нагрузка, рассчитать долю пара и давление. Если не задана температура, то она берется из входного потока;
− 4 Specify V/F and T, calculate P and Heat
Заданы доля пара и температура, рассчитать давление и тепловую нагрузку. Если не задана температура, то она берется из входного потока;
− 5 Specify P and H, calculate V/F and T
Заданы давление и тепловая нагрузка, рассчитать долю пара и температуру. Если не задано давление, то оно берется из входного потока;
− 6 Specify P, isentropic flash
Задано давление, изоэнтропийное испарение. Испарение при энтропии входного потока и заданном давлении. Если давление не задано, оно берется из входного потока;
38


− 7 Specify T, isentropic flash
Задана температура, изоэнтропийное испарение. Испарение при энтропии входного потока и заданной температуре. Если температура не задана, она берется из входного потока;

− 8 Specify P, water dew pt T (H20/HC)
Задано давление, вычислить точку росы воды. Если не задано давление, то оно берется из входного потока;

− 9 Specify T, water dew pt T (H20/HC)
Задана температура, вычислить точку росы воды. Если не задана температура, то она берется из входного потока;
2
. Cost Estimation
(Оценка стоимости)
Задаются параметры, характеризующие конструктивные особенности аппарата и позволяющие оценить его стоимость.
39

Модуль Valve позволяет рассчитать падение давления для входного потока и изменение его свойств в адиабатических условиях с учетом фазовой сепарации.
40