化工工艺模拟与优化实验教学模块-青岛科技大学化工过程与装备虚拟仿真实验教学中心

化工工艺模拟是化学工程技术中的一个重要组成部分，属于化工系统分析范畴。它利用计算机辅助手段，对某一化工过程进行稳态的热量和物料衡算、尺寸计算和费用估算，从而对化工过程系统（包括过程单元和单元间的联结关系）进行分析，确定其各个部位的属性和性能指标。

学生在化工设计中，不仅要对工艺流程进行确定，还要使可行流程的性能最佳、产量最大、能耗最小、对环境造成的污染最小，为此中心建立了化工装备模拟与设计实验教学模块（见图4）。本教学模块共开设10个实验教学项目（见表3），教学目的是根据化工系统工程的知识，让学生深入掌握流程模拟的基本步骤，并能利用ECSS、aspenONE、ChemCAD等流程模拟软件对化工过程进行模拟分析、优化计算等。

图4 化工工艺模拟与优化实验教学模块软件及场景

表3 实验项目一览表III

序号	实验项目	学时	功能	效果
1	简单流程系统的模拟	4	1.掌握流程系统分解方法，并比较优劣。 2.掌握流程模拟的序贯模块法编程。	将工业实际中的合成氨流程简化成只包含一股循环流的简单流程，利用各种系统分解方法进行求解，并比较求解速度与精度。
2	简单流程系统的优化	4	1.掌握流程优化的黑箱法。 2.掌握流程优化的基于序贯二次规划的不可行路径法。	针对合成氨流程进行优化，在以产品收率最高为目标的情况下，计算获得最优反应器温度。
3	ECSS简介及上机操作	2	对ECSS软件进行初步了解，掌握ECSS软件的原理、内容和基本操作。	ECSS工程化学模拟系统共有11个软件包，通过本实验能够使学生对ECSS工程化学模拟系统有初步了解，并能利用ECSS进行简单的基本操作。
4	流程模拟	6	利用ECSS软件对化工流程的各种物料、能量信息进行模拟计算。	本实验通过对各种化工过程进行分析研究，用模型化方法对各种过程建立数学模型，并对模型求解。
5	多级分离过程模拟	6	利用ECSS软件对精馏、吸收、蒸出、萃取等不同分离过程进行模拟计算。	本实验内容既包括常规塔的设计，也包括多级多组分复杂塔的模拟计算，处理的物料有汽－液相或液－液相的非极性物质或极性物持以及含有石油的物质。
6	ChemCAD软件基本训练	2	1.了解化工流程模拟软件的发展过程； 2.掌握ChemCAD软件安装的方法； 3.掌握ChemCAD软件的基本使用方法和过程	CHEMCAD是一个用于对化学和石油工业等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件。使用它，可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及优化操作提供理论指导。
7	ChemCAD的先进循环物流计算技术	2	1.掌握ChemCAD软件计算循环的基本方法和复杂方法； 2.掌握ChemCAD软件计算循环物流的修改方法。	1.用ChemCAD画出带循环物流的流程图； 2.选择组分、热力学模型； 3.详细指定进料物流和各单元的操作参数； 4.运行并产生报告。
8	气体分离流程的模拟与优化	8	1.掌握ChemCAD软件计算气体分馏流程的基本方法； 2.掌握ChemCAD软件计算气体分馏流程的流程模拟优化方法； 3.掌握ChemCAD软件计算分馏流程的结果报告生成方法。	1.用ChemCAD画出气体分馏的流程图； 2.选择组分和热力学模型； 3.详细指定进料物流和各单元的操作参数； 4.运行并产生最终计算报告。
9	化学反应过程的模拟与计算	2	1.掌握ChemCAD软件计算反应过程的基本方法； 2.掌握ChemCAD软件计算反应过程的参数优化方法； 3.掌握ChemCAD软件计算反应过程的结果报告生成方法。	1.用ChemCAD画出反应过程的流程图； 2.选择组分和热力学模型； 3.详细指定进料物流和各单元的操作参数； 4.运行并产生最终计算报告。
10	ChemCAD原油物性的表征与常压塔流程模拟	2	1.掌握ChemCAD软件计算石油物性和石油蒸馏的基本方法； 2.掌握ChemCAD软件计算石油物性和石油蒸馏的参数优化方法； 3.掌握ChemCAD软件计算石油物性和石油蒸馏的结果报告生成方法。	1.用ChemCAD画出石油蒸馏过程的流程图； 2.选择组分，输入石油物性的实验数据，产生虚拟石油组分； 3.选择热力学模型； 4.详细指定进料物流和各单元的操作参数； 5.运行并产生最终计算报告。