工艺流程模拟课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章,工,工艺流,程,程模拟,作者：,王,王丁丁,孙,孙,兰,兰义,目录,10.1,带循环的,工,工艺流程,10.2,工艺流程,模,模拟,化工流程,中,中的循环,回,回路,大多数化,工,工流程模,拟,拟都存在,循,循环回路,，,，存在两,种,种循环：,组分循环,（,（循环质,量,量和能量,）,）,热量循环,（,（仅仅循,环,环能量）,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,独立循环,回,回路,(IndependentLoop),嵌套循环,回,回路,(NestedLoop),交叉循环,回,回路,(InterconnectedLoop),10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,循环回路,的,的种类,10.1,带,带循环,的,的工艺流,程,程模拟,化工流程,模,模拟的计,算,算方法,序贯模块,法,法,联立方程,法,法,联立模块,法,法,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,在大多数,过,过程模拟,软,软件中,(,包括,ASPEN,、,PRO/II),，某一时,间,间只计算,(,模拟,),一个单元,(,采用序贯,模,模块法,),，单元和,物,物流计算,的,的先后次,序,序称为计算顺序。,如果流程,中,中存在循,环,环物流，,则,则需在包,含,含循环物,流,流的流程,段,段，迭代,计,计算直至,流,流程计算,收,收敛。,计算的顺,序,序是自动,按,按照模拟,流,流程的信,息,息流的顺,序,序进行计,算,算的，而,信,信息流取,决,决于化工,过,过程的规,定,定。通常,，,，过程原,料,料物流的,变,变量是指,定,定的。,主流程处,理,理顺序,从原料物,流,流,(Feed streams),到产物物,流,流,(Productstreams),的流程顺,序,序，称为,主,主流程处,理,理顺序,(Main Flow Processing Sequence),。,计算顺序,必,必须包括,所,所有的流,程,程单元,计算顺序,无,无须和主,流,流程顺序,相,相同，给,定,定不同物,流,流的初始,假,假设值可,选,选择不同,的,的计算顺,序,序，有时,候,候可加速,计,计算的收,敛,敛速度,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,Recycle Stream Guessed,Calculation Sequence,R1,U1,，,(U2,，,U3,，,U4,，,U5),，,U6,S3,U1,，,(U3,，,U4,，,U5,，,U2),，,U6,S4,U1,，,(U4,，,U5,，,U2,，,U3),，,U6,S6,U1,，,(U5,，,U2,，,U3,，,U4),，,U6,主流程处,理,理顺序,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,撕裂流,撕裂流是,Aspen Plus,给出其初,始,始估值的,一,一股物流,，,，并且该,估,估值在迭,代,代过程中,逐,逐次更新,，,，直到连,续,续的两个,估,估值在规,定,定的容差,范,范围内为,止,止,撕裂流与,循,循环物流,是,是相关的,，,，但又与,循,循环物流,不,不一样,要确定由,Aspen Plus,选择的撕,裂,裂流，,可在,ControlPanel,（控制面,板,板）中的,“,“,Flowsheet Analysis,（流程分,析,析）”,页面查看,用户确定,的,的撕裂流,可,可在,Convergence/Tear,页面,进行规定,为撕裂流,提,提供估计,值,值可以促,进,进或者加,快,快流程收,敛,敛（极力,推,推荐，否,则,则缺省值,为,为零）,如果输入,了,了“回路,”,”中的某,个,个物流的,信,信息，,Aspen Plus,会自动设,法,法把该物,流,流选为撕,裂,裂流,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,撕裂流举,例,例,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,哪个是循,环,环物流？,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,哪个可能,是,是撕裂流,？,？,哪个是最,好,好的撕裂,流,流选择？,S7,S6,S7,和,S6,S2,和,S4,S3,S3,（只需要,一,一个撕裂,流,流，而其,它,它选择都,是,是两个）,撕裂流举,例,例,撕裂流与,计,计算顺序,的,的关系,在默认状,态,态下，,Aspen,总是取撕裂流数,为,为最小时的计算,顺,顺序,最小切断,物,物流数时,的,的计算顺,序,序并不一,定,定是最佳,的,的计算顺,序,序,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,10.1,带,带循环,的,的工艺流,程,程模拟,循环工艺,流,流程,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,循环回路,流,流程模拟,的,的解决方,法,法,1.,为循环物,流,流提供合,适,适的初始,值,值,2.,选择合适,的,的单元计,算,算顺序,在默认状,态,态下，,ASPEN,总是取切,断,断物流数,为,为最小时,的,的计算顺,序,序；,最小切断,物,物流数时,的,的计算顺,序,序并不一,定,定是最佳,的,的计算顺,序,序。,3.,增大迭代,次,次数,4.,选择合适,的,的加速收,敛,敛方法,直接迭代,法,法（,Direct,）,韦格斯坦,法,法（,Wegstein,）,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,4.,选择合适,的,的加速收,敛,敛方法,直接迭代,法,法的收敛速,度,度较慢，,特,特别是当,迭,迭代矩阵,的,的最大特,征,征值接近,1,时；,韦格斯坦,法,法具有计算,简,简单、所,需,需存储量,少,少等优点,，,，在化工,过,过程模拟,中,中应用广,泛,泛；,布洛伊顿,拟,拟牛顿法对迭代变,量,量进行修,正,正时，考,虑,虑了变量,间,间的交互,作,作用，特,别,别适用于,求,求解变量,间,间存在较,强,强交互作,用,用的情况,，,，并且在,接,接近收敛,值,值时，仍,然,然具有很,高,高的收敛,速,速度；,牛顿法收敛速度,快,快，但计,算,算量大。,布洛伊顿,拟,拟牛顿法,（,（,Broyden,）,牛顿法（,Newton,）,循环回路,流,流程模拟,的,的解决方,法,法,10.1,带,带循环,的,的工艺流,程,程模拟,增大迭代,次,次数,选择收敛,方,方法,10.1,带,带循环,的,的工艺流,程,程模拟,用户自定,义,义撕裂物,流,流,用户自定,义,义收敛次,序,序,可以规定全部的计,算,算顺序和,局,局部的顺,序,序,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,例题,以环己烷,作,作共沸剂,，,，通过共,沸,沸精馏分,离,离乙醇和,水,水，流程,图,图如图,10-1,所示。进,料,料（,FEED1,）中乙醇,和,和水的摩,尔,尔流率分,别,别为,10kmol/hr,和,225kmol/hr,，进料（,FEED2,）为纯的,环,环己烷，,摩,摩尔流率,为,为,0.005kmol/hr,。进料均,为,为饱和液,体,体，操作,压,压力为,0.1MPa,，塔和分,相,相器的压,降,降可忽略,。,。精馏塔,（,（,DIST1,和,DIST2,）选用,Sep2,模块，分,相,相器（,DECANT,）选用,Sep,模块，只,做,做物料衡,算,算，表,10-1,给出了各,个,个模块的,操,操作参数,。,。试计算,精,精馏塔（,DIST2,）塔底物,流,流中乙醇,的,的纯度。,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,组分,塔进料中各组分进入塔底物流的分率,DECANT进料中各组分进入物流ORG的分率,DIST1,DIST2,乙醇,0.01,0.97,0.98,水,0.97,0.0001,0.01,环己烷,0.09,0.0001,0.99,图,10-1,共沸精馏,分,分离乙醇,和,和水流程,图,图,表,10-1,过程工艺,数,数据,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,输入物流,FEED1,和,FEED2,进料条件，模块,DIST1,和,DIST2,参数，运行模,拟,拟，控制,面,面板显示,错,错误，流,程,程不收敛,。,。,在,ControlPanel,（控制面,板,板）中的,“,“,Flowsheet Analysis,（流程分,析,析）”,页面查看,默,默认撕裂,流,流为,RECY-H2O,、,RECYCLE,。,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,增加迭代,次,次数,将收敛参,数,数（,Convergenceparameters,）中的流,程,程最大计,算,算次数（,Maximumflowsheet evaluations,）设置为,100,初始化重,新,新运行模,拟,拟不收敛,，,，原因可,能,能是,Aspen Plus,默认的撕,裂,裂物流不,恰,恰当或是,该,该流程不,适,适合用韦,格,格斯坦法,。,。,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,改变撕裂,物,物流,选择物流,RECY-H2O,和,ORG,为撕裂物,流,流（,Tearstreams,）,初始化后,，,，重新运,行,行模拟，,控,控制面板,依,依然出现,警,警告和错,误,误，此时,需,需要修改,收,收敛算法,。,。,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,改变收敛,算,算法,将默认的,撕,撕裂物流,收,收敛算法,（,（,Defaultconvergencemethods,）改为牛,顿,顿法（,Newton,）进行计,算,算（撕裂,物,物流不变,）,）,初始化后,，,，重新运,行,行模拟，,控,控制面板,显,显示结果,可,可行。,10.1,带循环的,工,工艺流程,模,模拟,查看结果,选择,StreamsB-ETHNOL,Results,，在,Material,页面可看到,DIST2,模块塔底物,流,流（,B-ETHNOL,）中乙醇（,ETHAN-01,）的摩尔分,数,数为,1.00,结论,模拟带有循,环,环的工艺过,程,程时，使用,AspenPlus,默认的撕裂,物,物流和收敛,方,方法可能不,收,收敛，此时,可,可以尝试改,变,变撕裂物流,或,或收敛方法,，,，使流程收,敛,敛。,工艺流程模,拟,拟经验总结,10.2,工艺流程模,拟,拟,1.,将总流程划,分,分为一系列,子,子流程；,2.,每个子流程,使,使用准确的,物,物性方法；,3.,模拟子流程,时,时，首先只,进,进行物料衡,算,算；,4.,计算时先采,用,用系统默认,设,设置，如收,敛,敛算法采用,默,默认的韦格,斯,斯坦算法，,一,一般此算法,能,能解决多数,问,问题；,5.,最初计算时,使,使用简单的,设,设计规定；,6.,随着流程的,建,建立，严格,模,模块逐步替,代,代简单模块,，,，并进行能,量,量衡算；,7.,严格模块首,先,先单独运行,，,，模块参数,以,以简单模块,计,计算结果为,初,初值；,10.2,工艺流程模,拟,拟,8.,当带循环的,子,子流程用到,严,严格模块时,，,，将简单模,块,块的计算结,果,果作为其撕,裂,裂物流的初,值,值；,9.,如果,AspenPlus,选定的撕裂,物,物流不合适,，,，则定义新,的,的撕裂物流,，,，同时重新,确,确定收敛模,块,块和收敛顺,序,序；,10.,当所有子流,程,程计算完成,后,后，将其组,合,合为一个完,整,整的流程。,此,此时的流程,计,计算可能需,要,要改变撕裂,物,物流，设计,规,规定也逐步,严,严格直到整,个,个流程收敛,。,。,工艺流程模,拟,拟经验总结,10.2,工艺流程模,拟,拟,示例：苯乙,烯,烯的生产,乙苯催化脱,氢,氢生产苯乙,烯,烯的简化工,艺,艺流程图如,图,图,10-2,所示。,图,10-2,乙苯催化脱,氢,氢生产苯乙,烯,烯的简化工,艺,艺流程图,苯乙烯的生,产,产,问题描述,1.,乙苯转化为,苯,苯乙烯的催,化,化脱氢反应,式,式如下：,C8H10,（,g,）,C8H8,（,g,）,+H2,（,g,）,反应器