Einfach zu bedienen und leicht zu erlernen

Dipl.-Ing. Wolfgang Schmidt

Ebenso schnell und unkompliziert ist die Dateneingabe für die Eingangsstoffe und die Unit Operations. Damit sind aber schon alle Voraussetzungen zur Prozesssimulation erfüllt, und man erhält nach der Simulation eine vollständige Massen- und Energiebilanz des Verfahrens.

Der Anwender erstellt zunächst ein Fließschema. Die Auswahl der Prozesseinheiten erfolgt dabei über eine übersichtliche Palettenleiste. Nahezu alle in der Verfahrenstechnik üblichen Prozesseinheiten sind darin enthalten. Die Größe des Fließschemas ist unbegrenzt.

Das Verfahrensschema in Abbildung 1 stellt eine chemische Reaktion mit Phasentrennung, Destillation und Kristallisation dar. Dabei wird Cyclohexan dehydriert und im Kreislauf gefahren. Die entstehenden Produkte Benzol, Toluol, o-Xylol und Naphthalin werden vorgewärmt und in einer Kolonne destilliert. Das dabei anfallende Naphthalin wird abgekühlt, kristallisiert und getrocknet.

Der Reaktor rechnet nach dem Prinzip der Minimierung der freien Gibbs´schen Reaktionsenergie und findet die Gleichgewichtszusammensetzung ohne Reaktionsgleichung. Nach der Simulation werden die Ergebnisse numerisch in WordPad, Word bzw. in Excel oder aber grafisch zur Verfügung dargestellt. Besonders praktisch ist die Einbindung der numerischen Datenausgabe als PFD direkt ins Fließbild, wie in Abbildung 1 dargestellt. Mit nahezu 50 Prozesseinheiten (Kolonnen, Reaktoren, Wärmeaustauscher, Kompressor, Ventil, Pumpe, Zyklon etc.), 20 thermodynamischen Modellen (NRTL, Unifac, SRK etc.), 1850 chemischen Stoffen und 6000 binären Daten aus DIPPR und der Dechema Data Collection in der integrierten Datenbank und einer grafischen Windowsoberfläche steht dem Verfahrensentwickler mit Chemcad 5.0 ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfügung. Damit lassen sich nahezu alle Prozesse der chemischen, thermischen und mechanischen Verfahrenstechnik innerhalb kürzester Zeit erstellen, simulieren und optimieren.

Der grafischen Darstellung von Stoffdaten oder Phasengleichgewichten kommt bei der Arbeit mit Chemcad 5.0 eine Schlüsselfunktion zu. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise die Trennmöglichkeiten von Mehrstoffgemischen leichter beurteilen. In Abbildung 2 ist das Phasengleichgewicht des binären Gemisches N-Butanol/Wasser bei 1,013 bar nach dem NRTL-Modell dargestellt. Man erkennt das heterogene Azeotrop, d. h. die Mischungslücke beider Komponenten. Auch ternäre Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte lassen sich grafisch darstellen, um das Trennverhalten in einem Dekanter bzw. bei der Extraktion besser abschätzen zu können.

Die grafische Darstellung von Stoffdaten wie Viskosität oder Dampfdruck ist für Einzelkomponenten oder im Gemisch möglich. Abbildung 3 gibt den Dampfdruck für eine Gruppe einiger Aromaten in logarithmischer Form an. Das eingeblendete Hilfsfenster zeigt die vielfältigen Möglichkeiten der grafischen Bearbeitung. Die Datenbank ist erweiterbar mit eigenen Stoffen und Stoffdaten. Zunächst berechnet Chemcad aus den Inkrementen eines Moleküls nach der modifizierten Lydersen-Methode (z. B. im VDI Wärmeatlas beschrieben) einige Basisdaten, die für die Simulation unbedingt erforderlich sind. Auf Grund erprobter Korrelationen ergänzt Chemcad die Stoffdatenberechnung, so dass die für die Prozesssimulation notwendige Stoffdatenbasis ohne Mühe geschaffen ist. Zusätzlich steht eine leistungsfähige Regression zur Verfügung, mit deren Hilfe Messdaten für die anwenderspezifischen Stoffe eingearbeitet werden können.

Sowohl mit der Sensitivity Studie als auch mit der systemeigenen Optimierungsfunktion bietet Chemcad weitere leistungsfähige Methoden zur Untersuchung eines Verfahrens. Energieminimierung, Ausbeutemaximierung oder Produktoptimierung sind damit auch in mehrdimensionaler Betrachtungsweise möglich. Abbildung 4 zeigt das Ergebnis einer Studie zur Minimierung der Reboilerleistung einer Destillationskolonne in Abhängigkeit von der Bodenzahl (X-Achse) und der Position des Feedbodens (Parameter). Die Chemcad 5.0-Optimierung hätte das Minimum der Reboilerleistung mit Hilfe eines erprobten numerischen Suchalgorithmus innerhalb vorgegebener Grenzen auch automatisch ermitteln können.

Auslegungsberechnungen stehen für Kolonnen, Behälter, Wärmeaustauscher, Ventile, Sicherheitsventile (DIERS), Rohrleitungen und Messblenden zur Verfügung. Eine für die meisten Unit Operations vorgesehene Kostenschätzung erfolgt auf Basis von Studien der Zeitschrift Chemical Engineering, USA. Anpassungen an eigene Erfahrungen sind möglich, bis hin zur Änderung der Berechnung selbst. Damit hat der Anwender die Möglichkeit, erste Schätzungen für den Betrieb der Anlage durchzuführen.

Die Menüs und die Symbole der Unit Operation können eigenen Bedürfnissen angepasst werden. Ebenso lassen sich eigene Unit Operations programmieren. Als Daten-Schnittstellen stehen die in Excel erhältlichen Reports zur Verfügung. Alle grafischen Darstellungen sind in Excel übertragbar. So ist die Verwendung von Chemcad 5.0-Ergebnissen in anderen Programmen relativ leicht möglich.

Die Hauptanwendungsgebiete von Chemcad 5.0 liegen in der Planung und Optimierung neuer und in Betrieb befindlicher Anlagen. Beispiele sind kontinuierliche wie auch Batchdestillationsanlagen, kontinuierliche Reaktoren, Batchreaktoren, Wärmeaustauscher, Gasanlagen, Gaswäscher, Elektrolyseanlagen, Verbrennungsberechnungen, dynamische Prozesse mit Reglern, Feststoffzerkleinerung und Feststofftrennung. Kolonnen können nun auch als Boden- und als Stoffaustauschkolonnen gerechnet werden. In Verbindung mit Reglern lassen sich die Kolonnen auch dynamisch simulieren, um das Anfahr- und Regelverhalten zu untersuchen.

Die Vorteile von Chemcad 5.0 bestehen in

• der einfachen Bedienung und der leichten Erlernbarkeit, die zudem durch regelmäßige Seminare unterstützt wird,

• der sehr guten Übereinstimmung mit praktischen Ergebnissen,

• der hohen Rechengeschwindigkeit sowie

• der Unterstützung durch ganztägigen Support mit der Information durch eine Homepage des Anbieters. Dadurch werden eine Fülle ständig aktualisierter Dokumentationen mit Anwendungsbeispielen angeboten.

Chemcad 5.0 läuft auf allen Windows-Systemen (95, 98, 2000, NT).

E cav 241