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PROII初级教程


PRO/II 培训教程

PRO/II with PROVISION 初级培训教程
秦云锋 Invensys Software Systems 中国代表处

PRO/II 培训教程

概要
软件简介和演示 一步步引导的和独立完成的练习 模拟基础 流程模拟的组成要素 关键词文件 结果输出、帮助系统和用

户自定义功能

Getting Started

2

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PRO/II 与 PROVISION
PRO/II是计算引擎
求解方程

PROVISION使PRO/II更易于使用
图形用户界面
4

Microsoft Windows

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3

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(demo-1.prz)



- 初步设计一个精馏塔

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4

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Streams

使用PROVISION的一些技巧
要选择单元操作,直接点击图标 尽量直接输入组分名称
比从组分列表中选择要快的多

要定位到下一个输入框时,不妨用 “TAB”键
在输入石油馏分数据(assay data)时尤为有用

对类似的物流使用“参考物流(reference stream)”
原油常压蒸馏塔有四个相同的进料物流(除流量外其余都相同) 打破热循环回路

使用物流和单元操作的复制功能
减少输入工作量

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5

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模拟基础

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6

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模拟系统的构成
输入输出界面 热力学方法 单元过程计算模块 功能模块 数据库

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7

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流程模拟的功能
新装置设计 旧装置改造 生产指导 新流程开发 装置较核 实验方案确定 操作调优、瓶颈分析 动态模拟、实时优化的基础

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8

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模拟的7个步骤
2 设置单位制 1 建立流程 3 定义组分 4 选择热力学方法 5 输入物流数据 6 输入工艺数据 7 运行并查看 结果

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9

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问题 3 - 4 冷却装置
problem3.prz problem4.prz page 44 page 55

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10

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序惯模块法(Sequential-Modular)模拟器
依次求算每一个装置 进料必须是已知量 自动处理循环物流 2 1 3

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11

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稳态模拟器
与时间没有关联
例外: 泄压单元 Depressure unit

与控制器和测量仪器没有关联

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12

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简化流程图
PI TI PI TI

LC

LC

LC

Getting Started

13

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忽略控制阀和仪器
PI TI PI TI

LC

LC

LC

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14

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将多个单元进行适当的合并

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15

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问题 5: 使用Controller
Problem5.prz page 58

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16

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模拟的要素
建立流程图(PFD) 单位制(UOM) 组分数据 热力学数据 物流数据 工艺条件数据 石油馏分数据(如果有的话)

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17

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模拟的要素
建立流程图(PFD) Units of measure Component data Thermodynamic method Stream data Process conditions Assay data (if applicable)

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18

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Build PFD

注意缺省条件(default)
气相 ?P = 0

热物流

V1 E1 F1

液相

冷物流

水相

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19

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模拟的要素
4

Build PFD 单位制 Component data Thermodynamic method Stream data Process conditions Assay data (if applicable)

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20

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Units of Measure

单位制
设置不当易造成错误 系统缺省的是英制单位(English) 可以修改缺省单位制
设置为全局单位制(对以后所有的模拟有效) 对整个流程设置单位制 按需要设置具体数据的单位制

用户可定义自己的单位制(UOM)
Options Unit of Measure Lists

Getting Started

21

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模拟的要素
4 4

Build PFD Units of measure 组分数据 Thermodynamic method Stream data Process conditions Assay data (if applicable)

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22

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Components

组分选择
从组分库中选择纯组分
1800多种纯组分

用户定义组分
用基团贡献法估算物性数据

石油组分定义

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23

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Components

PRO/II 组分库
多个组分库的合成 组分库的搜索顺序
PROCESS SIMSCI

通过列表框或直接输入组分名称选择组分 纯组分数据
固定性质-沸点、分子量、生成热、临界性质等 温度函数性质-蒸汽压、密度、 比热、焓值、粘度等

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24

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Components

用户定义组分
定义PRO/II中没有的组分 提供库组分的缺失数据 覆盖库组分的缺省数据 通过分子结构估算性质

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25

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Components

石油组分
标准沸点(Normal boiling point) 密度(Gravity) 分子量(Molecular weight) 要定义组分,至少需提供这三个量中的两个

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26

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问题6:

添加一个精馏塔
Problem6.prz

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27

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模拟的要素
4 4 4

Build PFD Units of measure Component data 热力学方法 Stream data Process conditions Assay data (if applicable)

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28

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Thermo

准确性(Accuracy) 与精度(Precision)
准确性 = 模拟“再现”实际生产的能力 精 度 = 解方程的能力 PRO/II能保证精度,但精度并不一定意味着准确性 原因?
物性数据计算不准确!

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29

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Thermo

实例: 丙烷-丙烯分离塔
热力学方法的选择对计算结果有极大的影响!

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30

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Thermo

热力学数据
对所有模拟都是必不可少的 热力学性质方法 传递性质方法 (可选项)

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31

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Thermo

热力学性质
K值
相平衡

焓值
热量平衡

熵值 密度

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32

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Thermo

传递性质
粘度、表明张力、热传导率、液体扩散率等 只有用户提出要求时才计算 需要计算的情况,如:
设计精馏塔板 管道压降计算

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33

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Thermo

K 值计算方法
理想模型(Ideal) 状态方程(Equation of State)- SRK, PR 液相活度系数模型(Liquid activity)- NRTL, UNIFAC 一般关联式(Generalized correlations)- GS, IGS 特殊软件包-Amines, Glycol, Sour, Electrolytes

Getting Started

34

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Thermo

两个液相的处理
严格的气-液-液平衡计算(VLLE)

分水器(VLWE Water-decant)

V

V

L1 L2

L W
35

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Thermo

严格的气液液平衡(VLLE)计算
气相
VLE K-values VLE K-values

液相1

LLE K-values

液相 2

模拟计算时,必须激活两个液相计算功能
Getting Started 36

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Thermo

气液水平衡(VLWE)计算
气相
VLE K-values 水蒸气压

液相

水的溶解度计算

纯水

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37

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Thermo

烃类系统:炼油工艺
GS:
富含氢系统、常减压、焦化、FCC分馏塔

SRK 与 PR:
轻组分分离、气体回收、富含氢系统(SRKM)

SOUR, GPSWATER:
酸水系统(含NH3/H2O/H2S/CO2等)

SRKKD, SRKM, SRKS, IGS:
烃类在水中的溶解度不能忽略时(如高压下)

Getting Started

38

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Thermo

烃类系统:气体处理
SRK 与 PR:
适于大多数的加工装置、低温系统等

SRKM, PRM, SRKS:
适于含水、甲醇及其它极性组分的系统

GLYCOL:
适于三酐醇脱水 基于SRKM的改进模型

AMINE:
天然气脱硫

SRKKD, IGS, SRKM, SRKS:
气相在水中的溶解度(VLLE)不能忽略时

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39

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化工系统:活度系数方法
非理想组分 低压-中压范围内 依赖二元交互作用参数
如果缺失,则将接近理想状态!

缺失的参数PRO/II可以估算
依据化合物结构、共沸物组成、相互溶解度等

用亨利法则处理不凝物系
气相在液相痕量溶解-HenrysLaw.prz

一些方法能处理气液液平衡系统
Getting Started 40

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化工系统:活度系数方法
两个 液相? Yes Yes No Yes 数据库中 有无二元参数? Yes Yes No 根据结构估算非理想性

NRTL UNIQUAC WILSON UNIFAC

其它方法-参考“Reference Manual”
Getting Started 41

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化工系统:状态方程
极性混合物: SRK-SIMSCI, SRKM, PRM 含氟化氢的混合物:SRK-Hexamer 能针对高压系统建模 同样也依赖于二元交互作用参数 数据库中缺省有大量上述模型的二元参数

Getting Started

42

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模拟的要素
4 4 4 4

Build PFD Units of measure Component data Thermodynamic method 物流数据 Process conditions Assay data (if applicable)

Getting Started

43

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Streams

物流性质
热条件 流量 组成
由组分定义 由油品评价数据定义 已定义物流的参考物流

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44

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Streams

热条件数据
压力 温度 液(气)相分率或相态
泡点饱和液体 露点饱和气体

必须指定三者中的两个。

Getting Started

45

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Streams

组分流体
包含:
组分库或用户自定义的纯组分 石油组分

组成和流量的基准:
摩尔(缺省) 质量 体积(液体或气体)

Getting Started

46

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Streams

石油馏分物流
必须的输入数据
蒸馏曲线 密度(曲线)
4 4 4

比重 API度 K值

可选择的输入数据
轻组分数据
4

一般指C6以下组分

分子量(曲线)

Getting Started

47

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Streams

蒸馏数据
温度计

T

冷凝



T

燃烧灯

V % 蒸馏

Getting Started

48

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Streams

油品评价数据的处理步骤
蒸馏数据 蒸馏数据 转换为1个大气压 转换为1个大气压 下的实沸点数据 下的实沸点数据 将实沸点曲线 将实沸点曲线 切割为窄馏分 切割为窄馏分 处理轻组分 处理轻组分
物流中的轻 物流中的轻 组分 组分

确定虚拟组分的平均沸 确定虚拟组分的平均沸 点NBP、比重和分子量 点NBP、比重和分子量

确定窄馏分的温度范围 确定窄馏分的温度范围

定义虚拟组分的其它 定义虚拟组分的其它 热物理性质 热物理性质

石油组分 石油组分

Getting Started

49

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蒸馏曲线的拟合
三次样条(Cubic Spline)
缺省方法 适用于大多数情况(尤其是重馏分的外推) 唯一例外
4 4

含明显跳跃函数的曲线 数据存在非物理原因的错误

几率分布函数(Probability Density Function)
最小二次乘方 当认为数据有“噪音”时推荐用

二次多项式(Quadratic Polynomial)
一般较少应用 当三次样条法不稳定时推荐应用
4

存在跳跃函数 50

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Streams

油品评价数据的处理方法
实沸点曲线 将轻组分数据 和曲线在此处匹配 温度 ?F
NBP120

NBP262

NBP137 NBP163

NBP188

nC4

蒸馏体积%
Getting Started 51

NBP212

NBP237

NBP287

iC4

iC5

nC5

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Streams

计算NBP和密度
首先,积分求算NBP. . .
轻组分

温度
.

. . . 再通过Watson K值算密度

API 度

1st Cut

蒸馏体积%
Getting Started 52

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Streams

例题演示:原油评价数据
输入进料原油的评价数据,并生成一系列石油组分 数据 画出计算的实沸点曲线图
(Assay-characterization.prz)

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53

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Streams

参考物流
根据另一股物流来定义性质
组成 流量* 温度* 压力* * 这些值可以改动。

Getting Started

54

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Streams

热循环物流
5

2

HX - 1

3

HX - 2

T=-20?F
4

D-1

?P= 5 psi

?P= 5 psi

7

6

3次迭代后收敛
Getting Started 55

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Streams

打破热循环物流
5

2 4X

HX-1

3

HX-2

4

D-1
7

4号物流的参考物流 4X
6

无需迭代直接收敛!
Getting Started 56

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Streams

练习: 在冷却装置中 应用打破热循环
对比 Problem4.prz 和 BreakThermalCycle.prz

Getting Started

57

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Streams

其它工具
相图分析 加热/冷却曲线 水合物生成分析 二元气液平衡分析
T-X-Y图 K值图

Getting Started

58

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Streams

相图
2000.0

饱和蒸气 临界点
1600.0

压力, psia

1200.0

饱和液体

800.0

400.0

15% Liq.10% 5%
0 -200.0 -150.0 -100.0 -50.0 0

0%
50.0 100.0

温度, F Getting Started 59

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Streams

加热/冷却曲线
650. 0
Cold Side

550. 0

温度, F

450. 0

350. 0

250. 0 0

焓值, x 10^6 BTU/HR

1.0

2.0

3.0

4.0

? 焓值和密度 ? 传递性质 ? 相平衡数据
Getting Started 60

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模拟的要素
4 4 4 4 4

Build PFD Units of measure Component data Thermodynamic method Stream data 工艺条件 Assay data (if applicable)

Getting Started

61

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Process Conditions

规定(Specification)和定义(Define)
规定:
设置一个可通过迭代计算得到的物流或单元的条件

定义:
将下游某个变量和上游的变量关联起来

Getting Started

62

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Process Conditions

物流的规定和定义
绝对规定
物流某性质=某个值 如: 丙烯摩尔分率 = 0.99 粘度 = 0.7 cp

相对规定
(物流性质1) [操作符] (物流性质2) = 某个值 如:丙烯流量/总进料量 = 0.9

更普遍的方式是通过计算器(Calculator)和控制器 (Controller)
Getting Started 63

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Process Conditions

相对规定
塔顶气相 含进料中 90% 的 iC4, nC4, 塔顶液相 iC5, nC5

进料 C3, iC4, nC4, iC5, nC5, nC6

T-1

塔釜出料
Getting Started 64

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Process Conditions

Calculator应用实例: 规定塔顶出料的RON=80
1 OVHD

2

Composition RON
CN1 CA1

3

4

Calculator用给定的公式计算塔顶出料的RON RON值传给Controller Controller 调整回流比直到RON=80
Getting Started 65

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Process Conditions

例题:定义特征
C-1 定义压缩机做功为 膨胀机的90%

通过定义将做功 量传递给压缩机 E-1

Define.prz
Getting Started 66

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Process Conditions

问题8: 轻组分分离
Problem8.prz

Getting Started

67

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模拟的要素
4 4 4 4 4 4

Build PFD Units of measure Component data Thermodynamic method Stream data Process conditions 油品评价数据

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68

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Assay

评价数据
修改/新建切割点方案 虚拟组分性质计算

Getting Started

69

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Keyword文件的作用
Export
Archive

PRO/II
PROVISION Interface
TITLE PROJECT=TRAINING, PROBLEM=FLASH SAMPLE

DIME ENGLISH PRINT INPUT=NONE COMPONENT DATA LIBID 1,N2/2,C1/3,C2/4,C3/5,IC4/6,NC4/7,IC5/ THERMODYNAMIC DATA METHOD SYSTEM=SRK,DENS(L)=LK STREAM DATA PROP STREAM=FEED, TEMP=15, PRES=750, * COMP=1,1/2,93.9/3,3.1/4,1.1/* 7,0.1/8,0.1/9,0.2 UNIT OPERATIONS DATA FLASH UID=DRUM1 FEED FEED PROD V=VAPOR-1, L=LIQUID-1 ISO PRES=725, TEMP=-60 FLASH UID=DRUM2 FEED VAPOR-1 PROD V=VAPOR-2, L=LIQUID-2 TPSP PRES=400 SPEC STREAM=LIQUID-2, RATE, COMP=7,9, * RATIO, STREAM=VAPOR-1, RATE, COMP=7,9, * VALUE=0.99 END

Keyword Input Files

Calculations

Import
Getting Started

Technical Support
70

PRO/II 培训教程

在程序界面运行Keyword文件
Run/View Mode Run Batch Mode Run-Only Mode

Import to PROVISION

YES

YES RUN interactively? NO RUN as Keyword File NO RUN interactively?

YES Keyword Input Files (.INP) All features supported in PROVISION? NO

NO All features supported in Run-Only mode? YES

Getting Started

71

PRO/II 培训教程

问题7: 使用GUI不支持的特性

Getting Started

72

PRO/II 培训教程

Help
对每种功能和数据输入窗口有较详细的技术概述 可通过用户选择的功能和打开的数据输入区直接连接到相关 的帮助文档 主界面工具栏的What is “?” 功能 完整的在线文档系统
参考手册
4 4

组分库和热力学参考手册 单元操作参考手册

用户使用说明 关键词手册 应用例题库简明手册 工业应用手册 PDTS & UAS 使用手册 外加模块使用手册
Getting Started 73

PRO/II 培训教程

输出选项
通过剪贴板输出
实时将数据导出到EXCEL表中 实时显示图

制图 输出文档 物流性质、单元操作列表

Getting Started

74

PRO/II 培训教程

用户自定义
作图程序和文本编辑器 单位制 物流性质、单元操作列表 画图、填字 热力学方法和评价数据处理

Getting Started

75

PRO/II 培训教程

自定义 PROVISION
page 137

问题 9:

Getting Started

76

PRO/II 培训教程

小结
易于使用 功能强大 允许自定义 兼容性强

Getting Started

77

PRO/II 培训教程

练习1:

两级压缩
page 156

Getting Started

78

PRO/II 培训教程

练习2:

脱丁烷塔
page 159

Getting Started

79

PRO/II 培训教程

练习3:

环己烷厂
page 162

Getting Started

80


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