CHEMCAD在化工原理课程设计中的应用－化工数据获取

李 芳，张翠歌，唐定兴

（安徽工程大学，安徽 芜湖241000）

CHEMCAD在化工原理课程设计中的应用－化工数据获取

李 芳，张翠歌，唐定兴

（安徽工程大学，安徽 芜湖241000）

化工数据获取是化工原理课程设计进行计算的关键。介绍了流程模拟软件CHEMCAD获取汽液平衡数据及黏度、导热系数等物性数据的详细过程；通过运用CHEMCAD，可以提高设计效率和质量，同时也能拓宽教师的选题范围，有利于教学与实践的结合。

课程设计；CHEMCAD；化工数据

0 引言

化工原理课程设计是学生在学完化工原理课程的相应教学内容后所安排的教学环节。课程设计在提升化工原理教学质量中具有重要的作用，可以加深学生对“三传理论”和单元操作的理解能力，提高学生的工程设计能力，培养创新能力［1，2］。化工类学生在化工原理课程设计需要进行物料衡算、能量衡算等基本计算，计算过程往往需要很多物性数据，学生一般要花费相当多的时间也不一定能得到，一方面是由于图书资料的有限性，另一方面有的数据即使查到但由于不是要求的温度下或者压力下，对于大多数学生来说进行数据估算比较困难。因此，一部分学生查不到数据而产生畏难的情绪最后采取编造数据、抄袭同学、网上下载等方式应付课程设计，导致课程设计质量的低下。化工数据难查也直接导致了教师选题范围受限制，使实践教学远离工程实际。因此，我们一直在思考怎么改变这种现状，利用有限的资源充分调动学生的积极性，发挥该环节的作用。

化工流程模拟软件出现于上世纪50年代末现已成为进行化工过程设计的强大工具。这类软件包含强大的热力学和单元操作模块，并配有庞大的物性数据库，既可进行单个的设备计算，也可计算整个化工生产流程。目前应用最广的化工流程模拟软件有ASPEN技术公司的ASPE PLUS和HYSYS、SimSci公司的PRO／II和CHEMSTATIONS公司的CHEMCAD［3］。在发达国家，至少在十年前就将这类软件普遍用于本科生的教学，学生在学习化工原理、化工热力学、分离工程和化工设计课程及其他相关课程时，许多习题都是用化工模拟软件完成的［4］。CHEMCAD软件占空间少，安装方便，使用简单，较其它几种模拟软件更适合本科教学使用。笔者认为对于普通高校的本科生来说，直接采用流程模拟软件进行课程设计有一定难度。在化工原理课程设计教学中，只要能得到一些计算所需的数据，手算可以完成设计任务，同时也能加深学生对设计过程的印象。下面以平衡数据及物性参数中的常用的黏度、导热系数获取为例介绍CHEMCAD的用法。

1 汽液平衡数据

以化工专业课程设计、毕业设计中最常见的双组分精馏塔的设计为例。某学生要求设计生产丙烯腈的工艺中的丙烯腈精馏塔，该塔进料组分是HCN与丙烯腈。要进行该塔的设计，首先需要的是汽液平衡数据，学生从手册中难以得到。下面介绍通过CHEMCAD5.2获取HCN与丙烯腈物系的平衡数据的过程。打开CHEMCAD5.2界面后，首先按图1定义组分，然后点击plot出现如图2所示对话框，按图1选择好两组分输入压力，点击OK就可得到的汽液平衡相图如图3所示。

图1 定义组分

图2 TPXY选项

图3 HCN与丙烯腈的汽液平衡相图

2 物性数据

学生做换热器、精馏塔德设计时，有时需要一定温度一定压力下冷热流体的定压比热容、热导率、密度、黏度、表面张力等物性参数，多数数据较难查取，即使查到，压力温度改变了，又需要较复杂的经验公式去求取，计算量非常大。下面以黏度与导热系数为例通过CHEMCAD介绍获取物性数据的方法。

2.1 黏度

以求1个大气压下的50℃的CHClF2的黏度为例。打开CHEMCAD5.2后，点击顶层菜单中的define components，如图1，直接输入化学式CHClF2，点击OK确定。点击graphics palette出现工艺流程图模板，建立流程图如图4所示，其中设备1为任意选择的设备，按图5定义好流股。在顶层菜单栏里plot菜单下面选择properties然后按提示选择流股1，出现图6所示对话框点击OK得到该物质在50℃的黏度为1.395×10－5Pa.s

为了验证CHEMCAD的可靠性，该数据与不同的经验方法及实验值［5］相比较见表1。

图4 流程图

图5 定义流股

图6 性质选择

表1 不同方法获得CHClF2黏度数据比较

由表1可以看出，CHEMCAD计算值与基团贡献法较接近实验值的，两者误差控制在4%之内。

2.2 导热系数

以求1个大气压下的50℃的异丁烷蒸汽的黏度为例。过程同2.1，唯一不同的是在图6所示对话框中选择蒸汽导热系数（vapor thermal conductivity）。最后可得到该物质在50℃的导热系数为1.93×10－2W.m－1.K－1，不同的经验方法及实验值［5］与CHEMCAD计算值相比较见表2，由表2可见，与实验值相比，只有Chung法优于CHEMCAD计算值。

表2 不同方法获得CHClF2黏度数据比较

从以上两例可以看出，利用CHEMCAD获得物性数据是能够满足课程设计需要，其误差在工程计算允许误差范围内。

［1］刘巧瑜，刘长海.课程设计在提升化工原理教学质量中的作用［J］.广西轻工业，2010，（2）：115－117.

［2］唐正娇，孙炜，欧阳贻德.化工原理课程设计教学体会［J］.大学化学，2009，22（1）：23－26.

［3］齐向娟，李士雨，孙灵栋.ChemCAD在精馏塔动态模拟中的应用［J］.计算机与应用化学，2008，25（6）：752－756.

［4］邬慧熊，汪 申.ChemCAD典型应用实例［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［5］马沛生.化工数据手册［M］.天津：天津大学出版社，2008.

06－ 3

：A

：1673－1794（2010）05－0092－02

李 芳（1975－），女，硕士，研究方向：高分子改性及化学反应工程。

安徽工程大学教学研究项目（2009yjy29）

2010－07－11