一、CHEMCAD 开发背景及简介
CHEMCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程仿真软件。该公司位于美国德州Houston，公司网站为 www.chemstations.net，网站中有详细的公司地址、产品、服务、及联络方法等数据。
CHEMCAD软件完全是在PC上开发的，已有二十多年的历史。
CHEMCAD发行二十几年来，在全球化工界深受信赖与肯定，目前已广泛应用于炼油工业、石化工业、气体工业、汽电共生业、特化工业、制药工业、生化工业、污染防治业、工业安全领域、及清洁生产领域。
CHEMCAD自推出以来，为化学工程师带来了一种全新的能力，运用它，工程师可以建立任意的化工工艺模型，并对其进行仿真分析。在计算机上建立与现场装置吻合的模型，可同时仿真静态及动态流程，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。有效缩短流程开发设计时间、去除流程瓶颈、进行流程故障排除、获得流程优化改善、进行流程整合、节约能源、物性与化性估算、设备选型(Sizing)与经济评估、反应器放大、流程放大、环保减废设计、控制策略评估、工艺安全评估、潜在危害预测，完全了解流程之技术 Know How及Know Why。
Chemstations Inc.是全世界知名的化工仿真软件中，唯一专门且完全专一于软件开发及客户服务的公司。为了能彻底服务客户到位，Chemstation Inc.除设于美国德州Houston的总部外，在全世界23个国家，设有分公司或代理商，提供客户最迅速、最专业的技术服务，协助客户导入CHEMCAD，建立化工仿真技术专业技能。CHEMCAD的客户不断肯定CHEMCAD所产生的效益，因此不断加购CHEMCAD套数，这完全是因为CHEMCAD确实可以帮助企业开发化工工艺、改善现有流程、节约能源、去除流程瓶颈、获得流程优化改善。为化学流程工业增加利润率、生产率和安全性。
CHENMCAD的用户现已有四千多家，遍及全球。ABB、AKZO、BASF、ESSO、SHELL、BP、DOW、MOBIL、BAYER、 LUGI、 EASTMAN、TOYO ENGINEERING、TECHNIP、UOP、Texas Petrochemicals、燕山石油化工集团公司、天然气研究院、天津大学国家精馏中心\化工学院\石化研究中心等世界知名企业和研究机构都是CHEMCAD软件用户。
二、CHEMCAD 模块（CHEMCAD SUITE OF PRODUCTS）
CHEMCAD各模块共同拥有软件的基本功能(COMMON FEATURES)，图形接口一致且容易使用，并且提供AIChE的DIPPR纯物质物性数据库、完整的热力学计算方法及参数、数据拟合功能、各式设备选型、在线相关工具等功能。根据单元操作的特性分为以下模块：
1. CC-STEADY STATE – 化工稳态过程仿真模块
提供多样且精确的连续式单元操作模式(model)，可针对从实验室规模(lab scale)至工业生产规模(full scale)的设备或过程，进行模拟设计分析。
2. CC-DYNAMICS – 化工动态过程仿真模块
提供化工流程动态分析功能，包含启动过程(start up)、停止过程(shut down) 、过程操作时动态现象(transient state)。本模块除提供各式单元操作动态分析外，亦提供相关的控制系统设备，例如PID控制器、流量控制阀、纪录器…。使用者可藉此进行流程动态分析、操作条件确认、PID loop tuning、操作员训练、甚至于进行在线控制(online process control)。此部份又可分为：以反应为主的CC-ReACS间歇反应模块及以蒸馏为主的CC-DCOLUMN动态蒸馏模块。
3. CC-THERM – 换热器设计及选型模块
CC-THERM 提供国际标准的换热器设计及选型方法，使用者可快速精确的计算出流程所需要的换热器规格及尺寸，亦可轻易的检查现有的换热器效益、诊断故障及判断维护需求。CC-THERM 包含shell & tube, plate & frame, air cooled, 及 double pipe 各式换热器。流体物性完全由以CHEMCAD的物性数据库及热力学计算为基础，精确掌握纯物质及混合物物性及相变化数据。
4. CC-BATCH – 间歇蒸馏模块
CC-BATCH 专为间歇蒸馏设计，可根据被蒸馏混合物及所欲回收纯化的规格，快速设计间歇蒸馏的操作步骤及操作条件。并且规划收集储槽、回收再蒸馏等。
5. CC-RECON – 现场资料拟合模块Data Reconciliation & Parameter Estimation
CC-RECON提供在线技术及以统计方法为基础的现场数据拟合功能。CC-RECON可估算出流程中不易测量的变量，作为监控流程的参考及其它计算的依据。
6. CC-SAFETY NET – 紧急排放系统及管网计算模块
CC-SAFETY NET 可精确分析管网系统及紧急排放系统。此模块涵盖最新的两相流计算、管件压差计算、物性计算、相变化计算，精确分析管网及紧急排放系统。其中紧急排放系统更以最新的DIERS设计规范为计算依据。
由于CHEMCAD各模块的详细功能相当多，无法于此处表列说明，可参考CHEMCAD型录的功能说明，如附录所示。
三、CHEMCAD仿真的解决方案
CHEMCAD为专业化工流程设计仿真系统，其提供物性数据库、热力学模式及参数，50种以上的单元操作模式，进行稳态流程及动态流程的仿真设计。可快速有效的完成以下工作：
◎ 物性与化性估算
◎ 反应器放大及流程放大设计
◎ 反应机构(Reaction mechanism)探讨
◎ 动力学数据与速率方程式拟合(Regression)
◎ 失控反应探讨与热危害分析
◎ 故障排除 (Trouble shooting)
◎ 去瓶颈 (Debottle-neck)
◎ 环保或减废设计及清洁生产技术
◎ 控制策略评估
◎ 优化流程及操作变量敏感度分析
◎ 在线去瓶颈、在线监控及在线优化
◎ 紧急排放设备及系统设计(包含DIERS技术)
◎ 管线及管网计算与设计(包含气液两相流)
◎ 进行全新化工工艺设计及开发
◎ 设备选型与规格计算
◎ 建厂成本估算及经济评估
◎ 获得化工工艺之技术 Know How及Know Why
四、CHEMCAD热力学物性计算方法及数据库
CHEMCAD 的物质数据库以 AIChE 之 DIPPR 数据库为基础，另加上电解质数据库共约2200多种纯物质。另外CHEMCAD亦提供250种石油(Crude oil)数据库，方便仿真全世界各地出产的石油。
CHEMCAD提供了精确的最新的热平衡和相平衡的计算方法，包含四十种以上的平衡系数(K)值计算方法，和十几种焓(H)计算方法。例如常用之SRK、PR、API-SRK、Grayson Streed...等状态方程式模式及NRTL、UNIQUAC、Wilson、UNIFAC…等活度系数法，及新近开发之 SAFT、 ESD、MSRK、PSRK等模式、及电解质用的 NRTL 和 Pitzer 模式。还有适用于高分子溶液的UPLM (UNIFAC for Polymers)及 Flory–Huggins。另外，焓(H)计算方法包括Redlich-Kwong、Soave-Redlich-Kwong、Peng-Robinson、API Soave-Redlich-Kwong 、Lee-Kesler 、Benedict-Webb-Rubin- Starling 、Latent Heat 、Electrolyte 、Heat of Mixing by Gamma 等。
CHEMCAD热力学数据库收录有数千多对二元交互作用参数供 NRTL 、 UNIQUAC 、 MARGULES 、 WILSON 和 VAN LAAR 活度系数方法来使用。也可以采用 CHEMCAD提供的回归功能回归二元交互作用参数。
CHEMCAD提供了热力学专家系统帮助用户选择合适的 K 值和焓值计算方法。CHEMCAD 可以处理多相系统，也可以考虑汽相缔合的影响。 CHEMCAD 有处理固体功能。对含氢系统， CHEMCAD 采用一种特殊方法进行处理，可以可靠预测含氢混合物的反常泡点现象。CHEMCAD 对于不同单元或不同塔板可以应用不同的热力学方法或不同的二元交互作用参数
五、CHEMCAD的单元操作：
CHEMCAD提供了大量的操作单元供用户选择，使用这些操作单元，基本能够满足一般化工厂的需要。其中针对反应器和分离塔，提供了多种计算方法。CHEMCAD可以模拟以下单元操作：
蒸馏、汽提、吸收、萃取、闪蒸、三相闪蒸、共沸蒸馏、三相蒸馏、电解质蒸馏、反应蒸馏、反应器、换热器、压缩机、泵、加热炉、控制器、turbine、膨胀机、管线仿真器。其中反应器包含：平衡控制反应器、速率控制反应器、化学计量反应器、Gibbs自由能反应器(包含燃烧炉)。另外，亦提供动态仿真相关单元操作，如动态蒸馏塔、动态反应器、动态缓冲槽、动态三相分相槽、换热器、混合器、分流器、一般阀、流量控制阀、PID 控制器、On-Off控制器、Ramp控制器、Excel 控制器、Calculator控制器、Time Delay及Time Switch控制模块、记录器。另外处理固体的单元操作包含：结晶罐、离心机、旋风分离器、湿式旋风分离器、袋式过滤机、真空过滤机、压碎机、研磨机、静电收集器、干燥机、洗涤机、沉淀分离器等五十种以上的单元操作。
实际应用于：
A、化学工业间歇或连续过程
B、各种间歇反应器过程及连续式反应器过程
C、含电解质的工艺
D、热力学-物性计算
E.、汽/液/液平衡计算
F、设备设计
G、换热器网络
H、环保减废及环境影响计算
I、流程安全设计
J、安全泄放系统（含DIERS标准）
K、火炬总管系统
L、公用工程网络
M、冷冻压缩过程
N、安全性能分析
O、投资费用估算
六、CHEMCAD系统参数：
? 数据库中有2000个以上的纯物质物性数据。
? 247种原油数据库。
? 包含40种以上的平衡系数(K)值计算方法，和十几种焓(H)计算方法。
? CHEMCAD热力学数据库提供数千对二元交互作用参数供热力学模型使用。
? CHEMCAD提供50种以上的单元操作模型供用户选用。
? 一个反应器可处理多达200个同时反应的反应过程。
? CHEMCAD提供所有TEMA标准形式的壳管式换热器设计功能。
? CHEMCAD提供各式各样材质数据库方便使用者设计换热器：SHELL MATERIALS 83种；CHANNEL MATERIALS有122种；TUBESHEET MATERIALS有123种。
? CHEMCAD还具有先进的优化和分析功能。灵敏度分析模块可以定义2个自变量和多至12个因变量，优化模块可以求解有10个自变量的函数的最大最小值。
七、CHEMCAD主要特点
CHEMCAD具有容易使用、高度集成、接口友好等特点。它安装简便，并具有详尽的帮助系统和强大的计算和分析功能。
优化操作- 对于老厂，由 CHEMCAD建立的模型可作为工程技术人员用来改进工厂操作、提高产量的产率以及减少能量消耗的有力工具。可用模拟的方法来确定操作条件的变化以适应原料、产品要求和环境条件的变化。该模型可指导工厂的操作以降低费用、提高产率。这样的例子在一些流程模拟软件应用较好的化工装置可以举出很多。
CHEMCAD的热力学和传递性质包对过程系统提供了计算K值、焓、熵、密度、粘度、导热系数和表面张力的多种选择。
反应动力学上：可自建反应机构，CHEMCAD提供使用者自编反应速率方程式接口。
组份物性资料、热力学气液或液液平衡数据、反应动力学数据拟合等功能。
可依据官能基(functional group)预测组份物性及平衡关系。
CHEMCAD可以对板式塔（包含筛板、泡罩、浮阀）、填料塔、管线、换热器、压力容器、孔板、调节阀和安全阀(DIERS)进行设计和核算。这些模块共享流程模拟中的数据，使得用户完成工艺计算后，可以方便地进行各种主要设备的核算和设计。CHEMCAD还提供了设备价格估算功能，用户可以对设备的价格进行初步估算。
CHEMCAD可与Excel完全整合联机，互传数据及指令，不需进行繁复的编程。
模拟数据的拷贝/粘贴/联接，例如，通过拷贝 / 粘贴 / 联接功能可以把一个塔的剖面和进出口流股模拟结果粘贴到一个Excel报表中去，以便进一步分析。这就免去了手工抄写产生错误。
对模拟对象和数据的目标联接嵌入OLE自动接口，例如，通过OLE自动接口可以用Visual Basic程序去控制你的模拟。可以用Visual Basic或Visual Basic for Applications (VBA)程序编一个文件化的接口来存取和控制过程模型。
OLE目标的嵌入功能，例如，用Visual Basic for Applications ( VBA)宏语言编一个工厂操作工用的接口来联接CHEMCAD的模型，使模型的某些计算结果直接显示在屏幕接口上来指导操作人员操作。
使用者可由Excel或C语言自建单元操作模式或热力学模式或动力学模式。
囊括各种常用计算单位。单位的转化实现自动化，避免在单位转换上极易出现的人为错误，极大的方便工程师的使用和交流。
根据多年的工程经验开发的CHEMCAD求解器，根据分析的对象和求解类型，在计算过程中，智慧化地自动选择计算的方法和步长，在高精度的前提下，高速完成收敛计算。
作业和工况管理功能，使用户可以方便地恢复、拷贝或删除流程；对每个项目，可以输入账号和一些描述性语言，使得用户在开始项目时可以明确选择所需要的流程；CHEMCAD甚至还可以记录每个项目所花费的时间。
实时生成PFD图，CHEMCAD为用户形成工艺流程图（PFD）提供了集成工具。使用它，可以迅速有效地建立PFD。对指定流程，可以建立多个PFD。如果以某种方式改变了流程，此改变情况会自动影响到所有相关的PFD，如果重新进行了计算，新结果也会自动传送到所有相关的PFD。在PFD中，可以方便地加入数据框（热量和物料平衡数据）、单元数据框（单元操作规定和结果）、标题、文字注释、公司代号等等。
报告格式可选 - CHEMCAD允许用户按照要求输出报告。在报告中，可以选择输出的流股、单元操作，对流股中包含的数据也可以进行定义。对蒸馏塔，可以输出包括回流比、温度、压力、每块板上的汽液相流率等详细资料；对换热器，可以输出加热曲线。报告的格式也可以进行定义，可以由用户决定小数点后的位数等。
确定开停工方案 - 使装置安全、平稳地开车启动或停工是生产中的关键技术。用CHEMCAD可以模拟开停工过程，看到开停工过程中的各种工艺参数的变化，从而研究各种开停工方案。
在CHEMCAD系统中，每一个作业只对应于一个文件，不像其他流程模拟软件系统一个作业一大堆文件。
CHEMCAD被设计成高度集成的软件，并具有也下特色：
◎ 结构化：合所有功能及数据并结构化。
◎ 图形化：提供流程图(PFD)及质能平衡同步表列、数据图表化。
◎ 弹性化：操作弹性化，工程单位元使用弹性化。
◎ 客制化：提供自行建模功能，包含建立新单元操作、新成份、新热力学模式、新收敛方法、新图标等功能。
◎ 智慧化：热力学专家系统、自动产生启始估计值、完整的 on-line HELP、颜色区分输入类别。
◎ 效率化：可于最短时间内完成使用者的工作。
CHEMCAD在安全分析上特别引用最新的DIERS规范，其除考虑两相流外，亦引用各式火灾模式。其配合CHEMCAD静态功能，可设计储槽紧急排放阀；配合CHEMCAD管网系统，可进行火炬总管系统仿真；配合CHEMCAD动态功能，可探讨反应器失控现象模拟与热危害分析；配合CHEMCAD控制系统，可进行故障分析检测。
ChemCAD用户名单：
ABB
AMOCO
AKZO
Air products GmbH
BASF
等国外近100家企业
国 内：
燕山石油化工集团公司
天然气研究院
天津大学国家精馏中心\化工学院\石化研究中心
中石化青岛安全工程研究院
现代化学研究院
西安近代化学研究所（204所）
山西焦化厂
中国石油西南油气田公司
西安交通大学
武汉理工大学
大连大学
四川大学
西南石油学院
北京石化学院
华南理工大学
华东理工大学
黑龙江科技学院
茂名学院
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