第八讲带循环物流的流程模拟收敛技巧-PPT

,第八章,ASPEN PLUS,应用,第四节 换热器计算,计算机与化工研究所,李玉刚,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,*,第八讲带循环物流的流程模拟收敛技巧,8、1,设计规定(,Design Specification,),设计规定就就是变化(调节)变量,X,使得某一参数或变量,Y,达到一个设定值。,特点:,成对出现,模块或流程收敛后再加,如不收敛,首先检查,X,上下界,不就是任意参数都能做,X,一、模块中得设计规定,演示一:已知填料塔得填料总高度,8m,进料以上,5m,填料为,Mellapak250Y,分离含苯,44,wt,甲苯混与物,常压泡点进料。进料量,5000kg/h,常压操作。问塔顶、底组成要求达到,98%wt,、,99%,回流量？采出量？,分析:确定理论板数,查手册:,2、5,块,/m,共,2、58,1,21,块,进料位置,2、55,13,块,需要两个设计规定(,Spec,),回流量塔顶组成、采出量塔底组成。,X,、,Y,不在同一模块中,二、流程中得设计规定,演示二、一股物料用循环水冷却,热负荷,74352kcal/h,循环水温度,2838,求循环水流量。,学习流程中,spec,得用法,循环水流量,7000kg/h,设计规定求流量,X:,进水流量,Y,水出口温度,Y,只能选取模块中输入得参数(,本例中,模块输入得就是压力、热负荷,但需要控制得就是温度,因此,只能以出口物流温度为,Y,),例,1-2、exe,8、2,灵敏度分析(,Sensitivity,),灵敏度分析就就是变化(调节)变量,X,得到相应另一个参数或变量,Y,得值,从而得到一条,X-Y,对应曲线。,特点:,不一定成对出现,x-y1,y2,y3,、,模块或流程收敛后再加,如不收敛,首先检查,X,上下界,不就是任意参数都能做,X,演示一:分离含苯,44,wt,甲苯混与物,常压泡点进料。进料量,5000kg/h,塔顶苯收率,98%,纯度不小于,98%,。,采用回流量,4000kg/h,理论板数取,19,确定进料位置？,练习一:进料流量由,5000,变化到,10000,塔内液泛因子、压降得变化。,Y:PR-FLD-FAC,PR-DPSEC,例,2-3、exe,8、3,计算器(,Calculator,),根据变量,X,得变化,按照一定得规则为变量,Y,赋值。常用在物料补充、损耗。,特点:,作为一个模块,需要给定计算顺序,常常用在有循环物流情况,帮助收敛,补充或损耗、限制某参数,演示一:,100kg/hC4,进一个闪蒸罐之前,需要与,C3,按,2:1,得重量比混合,闪蒸后气相循环利用。闪蒸条件,20C,4、1atm,求需要补充,C3,得量。,练习一:若规定,C4,与,C3,得比例为,3:2,求需要补充,C3,得量。,例,2-3、exe,10,大家应该也有点累了,稍作休息,大家有疑问得,可以询问与交流,演示二:分离含苯,44,wt,甲苯混与物,常压泡点进料。进料量,5000kg/h,塔顶苯收率,98%,纯度不小于,98%,。进料流量不变,甲苯组成由,10%60%,求回流量变化。,分析:,1,)设计规定、灵敏度分析、计算器同时应用。,2,)灵敏度中改变,C6,流量(,5003000,),计算器中求,C7,流量,利用设计规定达到设计要求。,(一)化工流程中得循环回路,大多数化工流程模拟都存在循环回路,存在两种循环:,组分循环(循环质量与能量),热量循环(仅仅循环能量),8、4,计算顺序与循环流,循环回路得种类,独立循环回路,(Independent Loop),嵌套循环回路,(Nested Loop),交叉循环回路,(Interconnected Loop),(二)计算顺序,序贯模块法,联立方程法,联立模块法,在大多数过程模拟软件中,(,包括,ASPEN,、,ProII),某一时间只计算,(,模拟,),一个单元,(,采用序贯模块法,),单元与物流计算得先后次序称为计算顺序。,计算得顺序就是自动按照模拟流程得信息流得顺序进行计算得,而信息流取决于化工过程得规定。通常,过程原料物流得变量就是指定得,信息流与物料流平行。,主流程处理顺序,从原料物流,(Feed streams),到产物物流,(Product streams),得流程顺序,称为主流程处理顺序,(Main Flow Processing Sequence),。,计算顺序必须包括所有得流程单元,计算顺序无须与主流程顺序相同,给定不同物流得初始假设值可选择不同得计算顺序,有时候可加速计算得收敛速度,Recycle Sream 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,切断物流与计算顺序得关系,在默认状态下,ASPEN,总就是取切断物流数为最小时得计算顺序,最小切断物流数时得计算顺序并不一定就是最佳得计算顺序,(三)循环回路流程模拟得解决方法,为循环物流提供合适得初始值,选择合适得单元计算顺序,选择合适得加速收敛方法,组合单元,对它们同时求解,(四)化工流程模拟得迭代解法,非线性方程组:,循环回路得迭代方法,直接迭代,(,连续置换法,),加速迭代,Weg,s,tein,收敛法,Broyden,得拟,-,牛顿法,对于高度非线性系统,连续置换法与,Wegstein,法可能失败或效率非常低,也可采用各种更复杂得方法(包括牛顿拉夫森法,主本征值法),收敛演示一,苯加氢制环己烷,组分,热力学方法,流程如下,进料:,H2IN,、,BZIN,如下,模块参数如下:,FEED-MEX:T-300F,P-330PSI,REACT:,计量反应器(,stoichiometry,),P-(-15PSI),T-400F,反应:,3H2+BENZENE-C6H12-1,转化率:苯,0、998,HP-SEP:T-120F,P-(-5PSI),VFLOW:,LFLOW:,COLUMN:12,块板,8,板进料,压力,200psi,冷凝器为分凝器,回流比,1、2,(,mole,),调节塔底出料量初值,99lbmol/hr,调节塔底出料量使产品(,PRODUCT,)收率,0、9999,缺省:断,RXIN,收敛顺序(,View-control panel),如下:,自定义:断,H2RCY,CHRCY,步骤:,1,)增加收敛模块,C-1,输入断裂流,2,)输入计算顺序,增加设计规定,用,VFLOW,参数调节,PURGE,中,H2,浓度,0、76,缺省:,将,inside-Outside:,自己定义计算顺序:,1,)增加收敛模块,2,)增加设计规定收敛模块,3,)定义计算顺序,收敛演示二,分离乙腈,-,甲苯混合物,加入二甲苯精馏,组分,流程如下:热力学方法为(,NRTL-RK),进料:,XYL,进料:,A,进料:,B-AND-C,模块参数如下:,COLUMN-1:,40,块板,XYL 27,板进料,B-AND-C 37,板进料,压力,0、1atm,压降,0、4atm,冷凝器为全凝,回流比,6,(,mole,),塔顶出料量,150、15kg/hr,;,COLUMN-2:,40,块板,FEED-2 15,板进料,A 15,板进料,压力,1atm,忽略压降,冷凝器为全凝,回流比,6,(,mole,),塔顶出料量,362、9kg/hr,;,COLUMN-3:,5,块板,4,板进料,压力,1atm,忽略压降,冷凝器为全凝,回流比,0、1,(,mole,),塔顶出料量,422、5kg/hr,;,1,)将循环,recycle,直接连接到,column-1,上,显然不收敛。,2,)增加补充物流,makeup,增加,calculator,根据循环流中二甲苯量,补充,使补充后得总二甲苯量,450kg/h,。,Column-1,可能不收敛！因为进料变化,采出不变。,3,)为,column-1,增加设计规定,调整采出量,使产品纯度为定值。,结果表明:比较容易收敛。,收敛演示三,分离异丙醇,-,水混合物,加入苯共沸精馏,组分,流程如下:热力学方法为(,UNIQUAC),。加入得苯量为进料一定。,进料:,FEED,进料:,MAKEUP,8、5,流程模拟计算得注意要点,1,)物料流程得正确描述,对物料流程图中得单元设备能用合适得单元模块进行描述。,2),选择适当得设计变量,一个功能强大得流程模拟系统,其单元模块都有超过自由度数目得设计变量种类可供选择。应根据过程特性分析,用过程最重要或必须满足得参数作为设计变量,若几个参数得重要性相当,则应选择较易估算得参数作为设计变量。,3),设计变量数目得决定,自由决定得设计变量得值可能不满足设计要求,应该对过程特性有深刻得认识与分析,进行必要得手算或局部得计算机计算,以保证全流程得顺利运算,减少不必要得机时浪费,这对有循环物流得过程尤其重要。,例:精馏塔塔顶气相出料,V1,4),逐步扩大流程计算得范围,一般得化工过程流程复杂,单元操作众多,一次性完成计算常有困难,可分割为单元模块较少得子流程进行计算,逐步推进,有利于解决大型流程得模拟问题,5),有效地选择单元模块,应在流程模拟得各个阶段,用不同水平得模块,由简到繁来模拟各个单元过程,以得到合理得决策变量得设定值,减少用严格模型进行全流程计算得时间。,例:精馏塔得简捷算法严格算法,