PRO学院：班级：姓名：学号：与化工过程模拟
化工学院
化工卓越1班(101)
杨帆10101638
ⅡPROⅡ与化工过程模拟
第1讲化工过程模拟概论及ProII使用过程简介
1.1查找相关资料，说明在线性代数方程组的解法中，序贯模块法、联立方程法和联立模块法各有何优缺点？ProII采用的是哪种解法？
（1）序贯模块法的优缺点
优点：与实际过程的直观联系强，模拟系统软件的建立、维护和扩充都很方便，便于通用化，计算出错时易于诊断位置。缺点：计算效率低。
（2）联立方程法优缺点
优点：变量选择灵活，解算过程系统模型快速有效，对设计，优化问题灵活方便，效率高。缺点：必须解决大型非线性方程组的快速、稳定的求解问题；对计算机资源要求高；对初值要求高；某些化工过程难以用精确的数学模型表达；形成通用软件比较困难，不能利用现有大量的单元模块，缺乏实际流程的直观联系，对初值要求比较苛刻。
（3）联立模块法优缺点
优点：使用序贯模块法积累的大量模块，可将流程收敛和设计约束收敛合并处理，对计算机内存要求减少。
缺点：将严格模型转化为简化模型，花费机试长，求解优化问题时，解的一致性发生矛盾。
ProII采用的是序贯模块法.
1.2ProII在化工过程设计中的主要作用是什么？与自行编制模拟程序解决流程模拟的问题相比，你认为商业化的过程模拟软件具有哪些优势？
ProII是一个在世界范围内应有广泛的流程模拟软件。其功能强大，能很容易的建立和模拟包括精馏塔，压缩机，反应器等工艺装置在内的工艺流程，适用于油气加工等行业。
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其优势是经过几十年发展，在80年的化工过程模拟进入成熟期，模拟软件的开放研制走向专业化，商业化。ProII提供全面有效和易于使用的解决方案，提供流程稳态模拟，物性计算，设备设计，费用估算，经济评价以及其他计算。并可模拟整个生产厂，并在油气加工、炼油、化学、化工、聚合物等行业的广泛应用。
1.3简述ProII使用过程的具体步骤。
建立流程图→设置单位制→定义组分→选择热力学方法→输入物流数据→输入单元数据→运行查看结果
1.4要使ProII输入数据的单位制为公制(Metric)，而输出结果的单位制为国际制(SI)，应如何设置？
打开Options选项中的SimulationDefaults中的UnitsofMeasure选项，修改Setusedfordatainput为Metric，Setusedfordataoutput为SI即可。
1.5用ProII软件对以下各化合物进行物性估算。
（a）碳酸二苯酯（一种聚酯原料）
OO
CO3
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（b）分散黄棕S-2RFL（偶氮染料）
Cl
CH2CH2CN
O2N
Cl
NN
NCH2CH2OCOCH3
（1）打开物性数据输入栏，定义物质的名称
（2）输入组分组成
（3）输入碳酸二苯酯和分散黄棕的官能团
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（4）查看两种物质的物性
1.6建立以下过程的Pro/II模拟模型：
r将800kmol/hr的低浓甲醇（甲醇20%w，水80%w，20(C，1bar）与1000kmol/hkmol/hr
的高浓甲醇（甲醇90%w，水10%w，30(C，1.5bar）混合。求混合后的温度和体积流量。（1）绘制流程图如下
（2）输入流股数据
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读出结果：温度25.694°，流量53.61m3/hr
第2讲反应器模块
2.1甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
CH4+2H2O↔CO2+4H2
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1(4，流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，温度为750℃，当反应器出口处CH4转化率为73%时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？
反应和原料同示例conversion，若反应在恒压及绝热条件下进行，系统总压为0.1013MPa，反应器进口温度为950℃，当反应器出口处CH4转化率为73%时，反应器出口温度是多少？(ConversionReactor)
恒压及等温：
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(1)绘制简易流程图如下
（2）输入流反应方程式特性
（3）输入反应器温度
（4.运行查看结果如下）
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CO2的产量：14.6Kmol/hH2的产量：58.4Kmol/h反应热负荷：0.6671M*Kcal/h(约2.79M*KJ/h)同理
反应器出口温度是：376.98℃
2.2甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
CH4+H2O↔CO+3H2CO+H2O↔CO2+H2
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原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1(4，流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，分析反应温度在300～1000℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率的影响。如果将反应温度设为1000℃，分别分析反应(1)和反应(2)的平衡温差在–200～0℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率和CO/CO2摩尔比的影响。
(EquilibriumReactor)第一问
（1）绘制流程图如下
（2）案例分析参数结果设置
（3）甲烷质量分率随反应温度变化的数据：TEMPERATURE(C)12
300.00400.00
FLOWRATE(kg/hr)0.169990.14906
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345678
500.00600.00700.00800.00900.001000.0
0.113350.0622470.0160800.00216320.000317666.0807e-005
第二问
（1）按如下设置案例参数分析结果
计算得以下数据：
TEMPERATURE(C)FLOWRATE(kg/hr)
12345
1000.0950.00900.00850.00800.00
6.0807e-0050.000134590.000317660.000802610.0021632
MOLERATIO(kg-mol/hr)
3.823.37232.052.44242.0226
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2.3甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
CH4+H2O↔CO+3H2CO+H2O↔CO2+H2
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4，流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，温度为750℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？若在原料气中加入25kmol/hr的氮气，并考虑氮与氢结合生成氨的副反应，求反应器出口物流中CH4和NH3的质量分率。如果氮为惰性组份，结果有什么变化？第一问
（1）绘制流程图如下
(GibbsReactor)
（2）设置吉布斯反应器的参数
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（3）按要求输入物流数据（4）运行查看结果
CO2的产量：9.3457Kmol/hH2的产量：69.1296Kmol/h
第二问
（1）绘制流程图如下
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（2）如上运行得到结果
CH4的质量分率：0.00034第三问
NH3的质量分率：0.000061
在组分中加入氮气数据，氮气为惰性组分不参与反应运行结果如下
CH4的质量分率：0.00034NH3的质量分率：0
第3讲物性估算与热力学模型的选择和使用练习
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3.1设有下列离开甲醇反应器的混合物：CO，100kmol/h；H2，200kmol/h；甲醇，100kmol/h。该气体处于100atm和300℃，试计算其比容。分别采用（1）理想气体定律；（2）Redlich-Kwong状态方程；（3）Redlich-Kwong-Soave状态方程。试比较三个结果，问该混合物能否作为理想气体？
2.9379KCAL/KG-CIDEAL
2.5868KCAL/KG-CRedlich-Kwong-Soave
2.5836KCAL/KG-CRedlich-Kwong
从结果看，该混合气不能作为理想气体。
3.2甲苯加氢去烷基
C7H8+H2→C6H6+CH4是在高温高压下进行，
过量的Ｈ2用于防
止芳烃裂解生成轻质气体。实际操作中，甲苯的单程转化率仅70％，为了分离和循环氢气，反应器出来的热态流出物（5597kmol/hat3448kpaand408.2K）在闪蒸器中分离产物时被分凝至322Ｋ。如果反应器流出物的组成如下表所列，且闪蒸器的压力为3344kpa，计算离开闪蒸器的物料组成和气、液两相的流量以及闪蒸器的热负荷。比较使用不同的热力学模型时计算结果（包括闪蒸器Ｋ值、焓、熵变化）有何不同？使用三种热力学模型：S-R-K模型、P-R模型、L-K-P模型
组分H2CH4C6H6C7H8
（1）建立流程如图所示
摩尔分率0.31770.540.07150.0214
（2）添加焓熵选项
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（3）设置闪蒸汽参数
选用S-R-K模型的结果
P-R模型的结果
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L-K-P模型的结果
第4讲分离模块练习
4.1对于含等摩尔的正戊烷和正己烷的溶液，试计算：（1）120℉下的露点压力;（2）1atm下的泡点温度;
（3）120℉,0.9atm时的气相分率,气相和液相中的摩尔分率。
(1)
绘制流程图
设置进口物料
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闪蒸器设置
PRESSURE:0.755atm
(2)
1atm下的泡点温度
运行结果：TEMPERATURE:120.275F
(3)
120℉,0.9atm
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运行结果
其中液相分率0.3601；气相分率0.6399
4.2要求用一个精馏塔分离苯和苯乙烯在77oF和1atm条件下的等摩尔混合物。塔顶馏出物中苯含量应当为99mol%，且应包含进塔原料中95mol%的苯。
用过程模拟软件确定全回流下的最少理论塔板数（Nmin）、最小回流比（Rmin）和R＝1.3Rmin时处于平衡的理论塔板数。（精馏）（1）建立流程图如下
（2）输入流股数据
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（3）设置塔顶馏出物
（4）设置轻重关键组分回流比
（5）运行查看结果
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4.3用常规精馏从联苯中分离甲苯。分离规定如下：
lbmol/h
进料
苯甲苯联苯
3.484.65.1
馏出液
塔底产物
2.1
1.0
温度=2℉；压力=对进料为37.1psia回流比=1.3倍最小回流比，用全凝器总压=36psia；塔底压力=38.2psia
(a)确定实际回流比和精馏段及提馏段的理论级数。
(b)对D/F之比值为（3.4+82.5+1.0）/93.1，计算个组分的分离程度。将结果与上面的规
定进行比较。
(c)如果由(b)计算的组分分离程度不能满足规定分离，调节回流比使塔底产物中的甲苯达
到规定流量。
（精馏）最小回流比得负值？
（1）吸收塔参数设置
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（2）运行报告结果如下
4.4在25℃下通过液-液萃取用甲醇分离环己烷和环戊烷。该系统的相平衡可用NRTL方程或UNIQUAC方程预测。对下图中的条件和下列平衡级数计算产物流量和组成及级间流量和组成：
(a)N=1个平衡级(b)N=2个平衡级(c)N=5个平衡级(d)N=10个平衡级（萃取）
N=1
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N=2
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N=5
N=10
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