第一篇:《CHEMKIN4.0.1入门指南》
CHEMKIN入门指南
《燃烧学》辅助教程
上篇
基础知识、核心程序、化学平衡（EQUIL）、全混反应（AURORA）
如果文中有任何错误，请不吝指出，以便不断改进 2004.3
第一章 CHEMKIN简介
本章介绍CHEMKIN的主要功能和求解过程。
第一节 安装CHEMKIN
Chemkin最早的版本始于1980，由美国Sandia实验室的Kee RJ等人编写，经过多年的不断发展日趋完善。后来由Reaction Design公司收购并继续开发，目前最新版为3.7.1。由于学习和科研需要，我们花费2000$向ReactionDesign公司订购了一套最新版本的CHEMKIN 3.7.1，其中包括20个网络教学许可证，用于《燃烧学》课程的学习。
[安装] 请从 的“CHEMKIN软件”目录内下载安装程序chemkin371_pc_setup.exe，执行安装程序。安装完后会自动在桌面及开始菜单建立快捷方式。
[运行许可证书] 教学用的CHEMKIN采用网络认证，故电脑必须联网（校内）。当程序计算（Run）时，系统会提示选择license，选择“Specify license server”，然后next，在下一画面填入“166.111.56.202”即可。
第二节 CHEMKIN介绍
CHEMKIN是一种非常强大的求解复杂化学反应问题的软件包，常用于对燃烧过程、催化过程、化学气相沉积、等离子体及其他化学反应的模拟。CHEMKIN包括“核心程序(Core Utilities)”和“应用程序(Application)”两级程序包。以气相反应、表面反应、传递过程这三个核心软件包为基础，CHEMKIN提供了对12种常见化学过程模拟的软件包及后处理程序。
一般求解过程如图1.1所示。 CHEMKIN的三个核心程序模块：
1) 气相动力学（Gas-Phase Kinetics）：是所有程序计算的基础，提供气相成分组成、热力学数
据、化学反应等信息。 2) 表面动力学（Surface
Kinetics）。很多反应过程包括多相反应，如催化反应、化学气相沉积、
固体腐蚀等。在这些反应里，Surface Kinetics提供两相反应所
需的各种信息，如表面结构、表面
和体内的成分组成及热力学数据、表面化学反应等。
3) 传递（Transport）。提供气相多组分粘度、热传导系数、扩散
系数和热扩散系数等。 其中Surface Kinetics和
Transport必须以Gas-Phase Kinetics为基础，因为它们中出现的成分都必须在Gas-Phase Kinetics已定义。
Gas-Phase Kinetics、Surface Kinetics和Transport提供了化学反应的基本信息，生成动态链接库供后续程序调用。用户可以自己编写程序调用它们来实现指定的功能，但最方便的是使用CHEMKIN自带的应用程序。CHEMKIN提供了12个典型的应用程序(Application)，它们的名字和描述如表1.1，其简图见图1.2：
第三节 CHEMKIN求解过程及用户操作步骤
CHEMKIN通常的求解过程如下：
1. Gas Phase Kinetics（气相动力学）的处理
Gas Phase Kinetics的前处理器(Pre-processor)读取用户编写的输入文件和自带的热力学数据库，生成包含元素、组分、热力学数据反应信息的Gas-Phase Kinetics连接文件。Gas-Phase Kinetcs提供了处理这一文件的一个Fortran子程序库，供其他程序调用。
2. Surface Kinetics（表面动力学）和Transport（传递过程）的处理
如果化学反应包含表面反应或传递过程，则需要相应地执行这两个核心程序块。{1.25202E,19}.
Surface Kinetics的前处理器读取用户编写的输入文件，生成包含表面反应信息的Surface Kinetics连接文件，Surface Kinetics提供子程序库处理该连接文件。
Transport的前处理器根据Gas-phase Kinetics连接文件中的信息，自动从CHEMKIN自带的传递数据库(tran.dat)读取相应的数据，然后生成包含传递信息的Transport连接文件，Transport提供子程序库处理该连接文件。
3. Application（应用程序）求解
根据问题需要，应用程序读取输入文件确定求解过程，调用Gas-Phase Kinetics、Surface Kinetics、Transport各自的子程序库内相应的子程序来读取反应信息，然后进行计算。CHEMKIN自带的12种应用程序中，每一种都有自己的前处理器，并对应不同格式的输入文件。程序计算结束后，会生成一动态连接文件供后处理。
4. Post-Process（后处理）
CHEMKIN提供了统一的后处理器，用于对应用程序的结果进行分析和绘图。
用户操作的一般步骤如下：
1. 决定问题的性质，选择适当的应用程序
通常情况下，一般的化学反应问题通过适当的假设和简化，都可以对应到某一种CHEMKIN包含的12个应用程序里，有时一个问题还可以有多种选择。选择恰当的应用程序是求解问题的第一步。但是如果实在不幸没有一种应用程序可以很好的解决你的问题，或者想要更完美地解决一些问题，就只有自己编写程序，调用CHEMKIN里的子程序库进行计算了。
2. 编写核心程序输入文件
编写Gas-Phase Kinetic的输入文件，在其中定义元素、组分、化学反应等；
编写Surface Kinetic的输入文件（如果问题需要），在其中定义表面的性质和反应等。 Transport不需要编写输入文件，该程序只处理CHEMKIN自带的一个传递数据库(tran.dat)。
3. 编写应用程序输入文件
按照应用程序要求的格式，定义反应条件、反应过程、求解方法等。
4. 求解&后处理
点击用户界面的“Run”按钮执行程序计算；
点击用户界面的“Restart”按钮以上次计算结果为初始条件重新计算（在有些情况下会用到）；
点击用户界面的“Post-Process”按钮调用CHEMKIN后处理器
第四节 后处理器的使用
CHEMKIN的计算结果可以从其生成的文本输出文件中查看。CHEMKIN为所有的应用程序提供了一个统一的后处理程序（Post-Processor），可以方便的将计算结果绘制成曲线。
点击程序界面右下端的按钮“Post-Process”启动后处理器，默认情况下会读取工作目录下的XMLdata.zip文件中的数据，启动之后用户还可以添加其他解文件的数据。
在弹出的选项卡中，“Solution Set”选项卡内选择要绘制成曲线的解系列，因为有些应用程序的结果中会出现多个解系列（如CRESLAF）。“Species/Variables”选项卡内选择要绘制成曲线的变量或组分，第一列（Row）列出解文件中所有变量名，第二列（Species Var）为变量值，第三列（Rxn sens）为该变量的误差（有的应用程序后处理时无此列），第四列（Rates of Prod）为该变量的产生率。
进入绘图界面后，选择菜单Plot->X-Y plot，从弹出的选项卡中选择曲线的X轴和Y轴（可多选）。选择菜单Plot->Contour，选择要绘制等高线的变量，但要求解结果必须是二维
的（如CRESLAF）。
说明：本文作为一本入门教程，旨在使大家能够迅速了解和掌握CHEMKIN的基本功能和应用，所以很多复杂的高级技巧只做了一些简单介绍或者完全忽略。CHEMKIN的帮助系统提供对程序所有功能的详细介绍，请自行参阅。
CHEMKIN是一个非常好的计算工具，但只有深入了解化学反应和燃烧理论，才能真正发挥它的作用。
第二章 核心程序（Core Utility）
本章介绍Gas-Phase Kinetics, Surface Kinetics, Transport这三个核心程序包，它们是应用程序计算统一的平台。
第一节 Gas-Phase Kinetics (气相动力学)
气相反应动力学是所有CHEMKIN计算的基础。Gas-Phase Kinetics软件包包括一个前处理器（Pre-Processor），一个热力学数据库（Thermo.dat）和超过150个子程序的程序库。其处理过程参见图1.1：首先，前处理器读取用户编写的输入文件（默认为chem.inp），然后从热力学数据库（Therm.dat）获取在输入文件中定义了的组份的热力学数据；之后生成包含元素、组份、反应的各种信息的连接文件（chem.asc）。应用程序可以通过调用其子程序库来读取该连接文件中的信息。
同时，前处理器还会生成一个文本文件（chem.out），里面为元素、组分和反应的列表；如果输入文件有错误，错误信息也会出现在chem.out中；该文件可以在CHEMKIN程序界面里打开并查看。
介绍Gas-Phase Kinetics输入文件之前，先介绍CHEMKIN格式的输入文件的一些通用规则：{1.25202E,19}.
1. 注释符号“！”。符号“！”无论出现在一行的任何位置，此行后面的文本将作为注释文本而被忽略。
2. 输入文件每行不应超过80列
3. 除了个别有极其严格规则的地方外（如热力学数据的定义等，均会特殊声明），空格作为分隔符，而且多个空格将被视为一个。
4. 数字格式：可以为整数（如99）、浮点数如（99.99）、或E格式（如9.999E2）。 下面介绍如何编写Gas-Phase Kinetics的输入文件。该文件包括四部分的内容，分别为元素、组份、热力学数据、化学反应，如例2.1所示：
! 例2.1
ELEMENTS H O END ! 元素定义
SPECIES H2 H O2 O OH H2O END ! 组分定义
THERMO ! 热力学数据(本例中只定义了“OH”的热力学数据){1.25202E,19}.
OH 121286O 1H 1 G 0300.00 5000.00 1000.00 1 0.02882730E+02 0.10139743E-02-0.02276877E-05 0.02174683E-09-0.05126305E-14 2 0.03886888E+05 0.05595712E+02 0.03637266E+02 0.01850910E-02-0.16761646E-05 3 0.02387202E-07-0.08431442E-11 0.03606781E+05 0.13588605E+01 4 END{1.25202E,19}.
REACTIONS ! 反应方程及Arrhenius系数
H2+O2=2OH 0.170E+14 0.00 47780
OH+H2=H20+H 0.117E+10 1.30 3626
O+OH=O2+H 0.400E+15 -0.50 0
O+H2=OH+H 0.506E+05 2.67 6290
2OH=O+H2O 0.600E+09 1.30 0
H+H+M=H2+M 0.100E+19 -1.00 0
H2O/0.0/ H2/0.0/ ! 辅助数据
H+H+H2=H2+H2 0.920E+17 -0.60 0
第二篇:《20万吨乙苯工艺技术介绍》
20万吨/年乙苯工艺技术介绍
1．工艺路线与产品方案 1.1 工艺技术路线选择
目前乙苯的获得主要有以下工业方法：
1）炼油厂或芳构化产出的碳八混合芳烃的分离，产量很小，质量也无法满足苯乙烯生产的需求；
2）以苯与乙烯为原料，采用三氯化铝复合体为催化剂的液相烃化法，此法由于污染严重，设备有腐蚀，已经基本淘汰；
3）以苯与乙烯为原料，采用分子筛为催化剂在400℃，1.9MPa压力下气相反应，获得乙苯，该法基本无污染，物耗与能耗比较先进，催化剂的用量较少，是目前世界上广泛使用的工业化生产法； 4）以苯与乙烯为原料，采用分子筛为催化剂在280℃左右，3.5MPa压力下液相反应，获得乙苯，该法的优点是反应温度较气相法低，反应选择性较气相法好，基本无污染，但催化剂的用量较多，设备投资较大，目前也被苯乙烯行业广泛采用；
5）本工艺技术的开发基于分子筛高温气相烃化流程的优点，并从资源的可持续发展考虑，采用可再生资源乙醇代替目前日益紧张与价高的乙烯，并省去了乙醇制乙烯的工艺步骤，经济上有一定的竞争力，产品的质量符合苯乙烯生产的要求，综合经济指标明显优于乙烯法。
本装置生产供苯乙烯工段用的乙苯20万吨/年。 苯与乙醇气化后，直接在烃化反应器生产乙苯。副产多乙苯经脱焦后在专设的反烃
化反应器内转化成乙苯。也可以产出部分二乙苯供应市场。副产碳11以上重芳烃作为燃料。 1.2 生产过程简述
原料苯与乙醇分别在气化器用中压蒸汽为热源，蒸发成气相，进入管式加热炉提高到反应温度，进入装有烃化催化剂的绝热反应器，在反应器生成乙苯。乙苯的单程收率在16%左右。反应气进入苯回收塔，将未反应的苯蒸出，经分水后返回到苯气化器。该塔的塔釜以出反应器的高温反应气为热源加温，塔顶回收低压蒸汽送苯乙烯工段利用。
苯回收塔塔釜料进入乙苯精馏塔将乙苯加工成符合纯度要求的产品。该塔釜中压蒸汽为热源，塔顶全凝器产出低压蒸汽送苯乙烯工段。塔釜料进多乙苯回收塔。
多乙苯回收塔塔顶产出二乙苯送反烃化系统，先与苯定量配比，在加热炉加热到反应温度后进入反烃化反应器，反烃化反应器出料进入稳定塔脱去轻组分，塔釜料送苯回收塔。
装置设有再生系统，用于催化剂结焦时的烧焦再生。为减少氮气用量，再生气是循环使用的。 2． 反应原理： 反应方程式： （1） 乙醇脱水
C2H5OH
C2H4+H2O+ （-ΔHR）（46KJ/mol）
(2)乙烯与苯烷基化
C2H4+ C6H5-C2H5+（+ΔHR）（115KJ/mol）{1.25202E,19}.
2
两个反应在同一反应器完成，该技术使用的催化剂同时具备乙醇脱水`与乙烯烃化两个功能。 3、烃化反应器的工艺条件：
反应压力1.2—1.6MPaG，反应温度390—415℃。乙醇液空速0.75hr-1 4、主要设备
本装置采用的设备仪表全部国产，完全能满足需要。 主要设备列表如下：
3{1.25202E,19}.
5、产品方案
项目 每小时 每年
乙苯产量 214000吨 尾气 1680吨 多乙苯焦油 1200吨
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总物料平衡表
6、产品的质量指标
乙苯
外观 无色透明液体 密度(15.6/15.6) 0.866—0.87 水浸出物PH值 6.0—8.0 乙苯 重量% ≥99.7 苯 重量% ≤0.2 甲苯 重量% ≤0.12 二甲苯 重量% ≤0.07 苯乙烯 重量% ≤0.012 异丙苯 重量% ≤0.01 二乙苯 重量% ≤0.001 硫 重量 ≤3ppm 氯 重量 ≤1ppm 游离水 无
送出界区条件为42/80℃，压力0.35 MPa
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