EX-12 程序模擬

ChemCAD 使 用 步 驟 如 下 :使 用 ChemCAD 的 一 般 方 法 與 Windows 其 他 軟 體 大 致相 似 , 滑 鼠 左 鍵 一 下 代 表 進 入 , 兩 下 代 表 執 行 ( 啟 動 ), 右 鍵 代表 離 開 或 其 他 選 擇 . 開 機 進 入 Windows 桌 面 後 , 啟 動ChemCAD 圖 示 (icon), 稍 待 進 入 ChemCAD 程 式 畫 面 如 下 頁所 示 :我 們 以 問 題 1 為 例 , 在 單 元 中 之 參 數 設 定 均 以 問 題 中之 數 據 輸 入 。•1. File( 檔 案 的 管 理 )----New( 新 開 job)Open( 開 啟 舊 檔 )Save( 儲 存 )Save as ( 另 存 新 檔 )

問 題 1 : 使 用 ”SCDS( 蒸 餾 塔 一 種 , 亦 可 用 TOWER)” 模 擬一 蒸 餾 塔 具 20 板 , 以 分 離 30000kg/h 之 40% 苯 (Benzene)與 60% 甲 苯 (Toluene) 之 混 合 物 ( 即 苯 為 12000kg/h, 甲 苯為 18000kg/h), 進 料 在 1atm,50℃ 下 從 第 10 板 進 入 塔 中 , 使用 全 冷 凝 器 (Total condenser), 回 流 比 (Reflux ratio) 為 3.5,及 一 再 沸 器 (Reboiler), 其 中 Vapor/Bottoms=1(V/B=1).(a) 塔 頂 及 塔 底 產 物 流 量 與 成 份 各 為 多 少 ?(b) 冷 凝 器 與 再 沸 器 熱 負 荷 為 何 ?(c) 進 料 之 泡 點 與 露 點 為 何 ?

• 出 現 空 白 流 程 圖 畫 面 及 流 程 圖 單 元 ( 設 備 ) 符 號 表 如 下 :選 取 操 作 單 元 (SCDS 蒸 餾 塔 ), 進 料 (Feed) 與 產 物 (Product)( 塔 頂 與 塔 底 各 一 個 ), 並 選 取 管 路 (Stream) 連 接 各 單 元 ,管 路 (Stream)進 料 (Feed)產 物 (Product)蒸 餾 塔 (SCDS)

(i) 在 流 程 圖 單 元 ( 設 備 ) 符 號 表 中 選 取 所 需 單 元 ( 滑鼠 在 該 圖 示 下 可 顯 示 該 名 稱 ), 以 問 題 1 為 例 , 選 取 蒸餾 塔 (SCDS column #1, 第 七 列 左 第 3 個 ), 按 下 滑 鼠 左鍵 出 現 □ 符 號 , 在 適 當 位 置 再 按 左 鍵 放 下 蒸 餾 塔 , 接 著選 取 進 料 符 號 (Feed, 箭 頭 , 第 四 列 第 6 個 ), 放 在 塔 左 邊 ,及 出 料 產 品 符 號 (Product, 箭 頭 , 第 六 列 末 ), 放 在 塔 右方 頂 部 及 底 部 各 一 。(ii) 連 接 所 有 單 元 之 管 路 (Stream): 選 取 管 路(Stream, 第 二 列 左 1), 出 現 + 游 標 , 移 至 進 料 紅 色 箭 頭尖 端 按 下 左 鍵 並 拉 至 塔 入 口 再 按 下 左 鍵 即 連 妥 該 管路 , 同 樣 操 作 連 接 塔 頂 及 塔 底 出 料 管 路 , 流 程 圖 即 編 輯(Edit) 完 成 . 其 中 設 備 單 元 編 號 為 圓 圈 內 數 字 , 管 路 編號 為 方 框 內 數 字 , 編 號 以 畫 圖 先 後 有 關 , 無 一 定 順 序 .按 右 鍵 停 止 畫 管 路 , 完 成 蒸 餾 塔 流 程 圖 如 上 。

•2.Edit( 編 輯 ) ---- 編 輯 流 程 圖 時 之 輔 助 功 能 ( 與 一 般 軟 體 用 法相 同 )•3.View( 看 )---- 畫 面 一 般 設 定 ,( 若 無 必 要 可 不 必 更 動 )•4.Format( 格 式 )---- 包 括 單 位 ( 制 )(Engineering UnitSelection), 填 空 (Fill Pattern), 筆 形 (Pen Style), 箭 頭(Arrowheads), 顏 色 (Color), 字 體 (Font), 對 齊 (Align) 等 . 此 步 驟 必須 設 定 以 免 單 位 不 一 致 .程 式 中 設 定 的 單 位 儘 量 與 問 題 中 之 單 位 一 致 , 如 此 可 省 去單 位 轉 換 的 麻 煩 , 因 此 進 入 Engineering Units 選 擇 問 題 合 適 的 單位 制 ( 對 話 框 左 下 角 有 四 種 單 位 制 可 供 選擇 :English,AtSI,SI,Metric( 公 制 )), 按 下 Metric, 這 些 制 中 每 種 項目 之 單 位 亦 可 單 獨 設 定 , 如 質 量 (mass) 選 取 kg, 壓 力 (pressure) 選取 atm. 其 餘 不 變 , 按 下 右 下 角 之 OK.

選 取 Metric( 公 制 ), 並 將 其 中 之 質 量 (mass) 單 位 與 壓 力(pressure) 改 為 與 題 目 一 致

•5.Thermophysical( 熱 力 物 性 )---- 選 擇 模 擬 之 成 份(Select Components) 及 熱 力 學 模 式 (k- values andEnthalpy(H- value) model), 按 下 Select Components , 同樣 k-value 與 Enthalpy 兩 模 式 任 你 挑 選 , 若 對 熱 力 學 模 式 不 甚瞭 解 , 可 按 k-value wizard 幫 你 選 擇 ( 可 輸 入 最 高 最 低 溫 度 與壓 力 , 不 輸 入 亦 可 !).

在 search 下 面 輸 入 成 份 benzene 然 後 按 >

再 輸 入 toluene 按 >, 再 按 Ok 則 成 份 輸 入 完 成 。

1 選 擇 程 序 中 最 低 溫 度2 選 擇 程 序 中 最 高 溫 度3 選 擇 程 序 中 最 低 壓 力4 選 擇 程 序 中 最 高 壓 力

此 時 k 與 H 由 精 靈 (wizard) 幫 你 選 擇 如 下 :

7.Specifications( 規 格 )---- 按 下 Feed streams出 現 如 下 對 話 框 :輸 入 進 料 之 溫 度 (Temp℃), 壓 力 (Pressure atm), 成 份Benzene 與 Toluene 之 流 量 即 可 ( 其 餘 不 必 理 會 ), 按 下 flash 即 更新 算 出 Vapor Fraction( 蒸 氣 分 率 ) 與 Enthalpy( 焓 ), 按 下 OK.輸 入 單 元 設 備 之 操 作 參 數 , 按 下 Select Unitops, 對 話 框 輸入 單 元 編 號 1( 亦 可 用 滑 鼠 點 選 ), 出 現 設 備 參 數 設 定 對 話如 下 :

更 新 ( 可 將 Vapor Fraction 及Enthalpy 算 出 )管 路 名 稱溫 度 ( 必 需 輸 入 )壓 力 ( 必 需 輸 入 )蒸 氣 分 率焓成 份 進 料 量 ( 必 需 輸 入 )

1. 點 選 Specifications( 規 格 )2. 選 擇 select Unitops選 擇 1( 單 元 1) 按 OK, 或 直 接在 單 元 上 按 左 鍵 兩 下 亦 可 。

(a) 於 General 中 之 No of stages( 板 數 ) 輸 入 20, Feed trayfor stream 1( 進 料 板 位 置 ) 輸 入 10.(b) 於 Specifications 中 之 Condenser mode 選 擇 1 Refluxratio(R/D) 輸 入 3.5, 於 Select reboiler mode: 選 擇1Vapor/Bottoms mole flow ratio(V/B) 輸 入 1, 按 下 OK,( 其餘 忽 略 ), 出 現 4 個 警 告 (Warning) 可 不 與 理 會 ( 因 為 你 未 估計 餾 出 液 . 溫 度 及 回 流 )! 按 下 Yes( 忽 略 警 告 ).

於 General 頁 面輸 入板 數 20 及進 料 板 位 置 10

於 specifications 頁 面選 擇 Reflux ratio(R/D)並 於 後 方 輸 入 3.5選 擇 (V/B) 並 於 後 方 輸 入 1

•9.Run( 執 行 )-----Run All( 全 部 流 程 圖 總 模 擬 計 算 ), 對 話框 中 之 No. of errors( 錯 誤 數 目 )=0 則 可 執 行 計 算 , 否 則重 新 檢 視 之 前 各 項 設 定 是 否 有 誤 ? 再 執 行 此 步 驟 ,Doyou wish to continue? 按 下 Yes 完 成 計 算 .選 擇 Run點 選 Run All

•10.Report( 結 果 報 告 )---- 選 擇 Stream Compositions-All Stream( 觀 看 所 有 管 路 之 成 份 ) 結 果 如 下 :

塔 頂 產 物塔 底 產 物

從 上 表 可 知• 問 題 (a) 解 答 :塔 頂 產 物 ( 管 路 2):Benzene:4086.2157kg/h,Toluene: 7.6502 kg/h塔 底 產 物 ( 管 路 3):Benzene:7913.844 kg/h,Toluene:17992.3491 kg/h• 問 題 (b) 解 答 :進 入 Results-Unit ops 觀 看 設 備 結 果 如 下 圖 :

冷 凝 器 負 荷再 沸 器 負 荷

• 做 完 題 目 後 , 按 File-Save as, 於 檔 案 名 稱 中 輸 入 檔案 名 稱 ( 請 用 學 號 ), 再 按 儲 存 。

• 冷 凝 器 負 荷 (Cond duty, Condenser duty): -1.7455e+006kcal/h• 再 沸 器 負 荷 (Reblr duty, Reboiler duty): 2.3078e+006kcal/h• 問 題 (c) 解 答 : 泡 點 定 義 為 在 某 溫 度 時 該 液 體 為 飽 和 , 意 即開 始 有 微 量 液 體 蒸 發 為 氣 體 , 因 此 其 氣 體 分 率 從 0 微 升 至0.001 左 右 ( 或 更 小 ), 則 此 溫 度 為 泡 點 . 求 泡 點 方 法 如 下 :Specifications-Feed stream-( 如 下 對 話 框 )- 更 改 溫 度 為100- 按 Flash, Vapor Fraction( 蒸 氣 分 率 ) 變 為 0.912456( 太 大 ),因 此 降 低 溫 度 為 96( 可 視 變 化 降 低 ) 再 按 Flash, VaporFraction 變 為 0.2839122, 重 複 上 述 步 驟 得 泡 點 溫 度 為 94.1℃,Vapor Fraction 為 0.005847

而 露 點 則 是 氣 體 混 合 物 在 某 溫 度 時 為 飽 和 , 意 即 在 該 溫 度時 開 始 有 微 量 液 體 產 生 , 所 以 其 蒸 氣 分 率 應 從 1 微 降 為0.999 左 右 , 此 溫 度 即 為 露 點 , 與 求 泡 點 方 法 相 同 ( 從 110℃開 始 ), 得 露 點 為 100.5℃.

問 題 2: 將 一 含 有 33% 正 己 烷 (hexane)、37% 正 庚 烷(heptane) 及 30%⎠ 正 辛 烷 (octane) 之 混 合 物 蒸 餾 ( 使 用shOrtcut column 模 擬 ) 已 獲 取 0.01 莫 爾 分 率 之 正 庚 烷 之 蒸餾 產 物 及 含 有 0.01 莫 爾 分 率 之 正 己 烷 之 塔 底 產 物 , 塔 在1.2atm 下 操 作 , 回 流 比 設 為 1.5R Dm( 即 R D/R Dm=1.5) 需 要若 干 理 想 板 數 ?( 提 示 :LK 設 為 正 己 烷 ,HK 設 為 正 庚烷 )。

點 選 並 拖 曳 出 元 件 完成 流 程 圖 如 下 :

大 致 與 問 題 一 步 驟 類 似 , 輸 入 成 份 、 進 料 溫 度 、 壓 力 …進 入 設 備 單 元 1(Shortcut Column) 對 話 框 ,於 下 拉 選 單 選 取 第 2 項 Design

設 定 進 料 板 第 10 板R/R min =1.5塔 頂 正 己 烷 0.99塔 底 正 庚 烷 0.01OK選 擇 Run點 選 RunAll, 結 果 如 下 :

得 板 數26.1945

問 題 3: 使 用 shOrtcut column 模 擬 一 個 二 甲 苯 及 其 他 芳香 族 的 混 合 物 , 使 用 常 壓 下 (1atm) 操 作 的 精 餾 塔 分 離 。(a) 計 算 最 小 板 數 及 最 小 回 流 比 (b) 估 計 當 有 100 個 理 想板 時 , 要 完 成 此 分 離 需 多 大 的 回 流 比 ? 進 料 在 18 psia 和150℃, 成 分 如 下 :成 分 ⎠ ⎠ ⎠⎠ XF⎠ ⎠ ⎠ ⎠ 在 D 中 回 收 率Ethylbenzene 0.054p-xylene 0.221m-xylene 0.488 0.99o-xylene 0.212 0.038n-propylbenzene 0.025其 中 m-xylene 為 輕 鍵 (LK),o-xylene 為 重 鍵 (HK)基 準 :100 mol 進 料