aspen高级教程第10章 工艺流程模拟 - 图文

第10章工艺流程模拟

作者：王丁丁孙兰义

目录

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10.1 带循环的工艺流程?

10.2 工艺流程模拟

10.1 带循环的工艺流程模拟

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化工流程中的循环回路

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（循环质量和能量）?热量循环（仅仅循环能量）

PurgeProductCompositional RecycleFeedThermal Recycle10.1 带循环的工艺流程模拟

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循环回路的种类

独立循环回路(Independent Loop)

S8S1S2S3R1S4S5S6R2S7U1U2U3U4U5U6U7S9?

嵌套循环回路(Nested Loop)S1U1S2U2S3U3S4R1R2U4S5U5S6U6S7U7S8S9?

交叉循环回路(Interconnected Loop)

R1S4S5S6S7S8S1U1S2U2S3U3U4U5U6U7S9R210.1 带循环的工艺流程模拟

?化工流程模拟的计算方法?

序贯模块法?联立方程法?

联立模块法

10.1 带循环的工艺流程模拟

在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II)，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法)，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。

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计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。通常，过程原料物流的变量是指定的。

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如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。

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10.1 带循环的工艺流程模拟

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主流程处理顺序

从原料物流(Feedstreams)到产物物流(Productstreams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(MainFlowProcessingSequence)。S9S10U7S1U1S2U2S3U3S4S5R1U4S6U5S7U6S8计算顺序必须包括所有的流程单元

?计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度

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10.1 带循环的工艺流程模拟

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主流程处理顺序S1U1S2U2S3U3S4S5R1U4S6U5S9U7S10S7U6S8Recycle Stream GuessedCalculation Sequence

R1S3S4S6

U1，(U2，U3，U4，U5)，U6U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6

10.1 带循环的工艺流程模拟

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撕裂流

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撕裂流是AspenPlus给出其初始估值的一股物流，并且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值在规定的容差范围内为止

撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样要确定由AspenPlus选择的撕裂流，可在ControlPanel（控制面板）中的“FlowsheetAnalysis（流程分析）”页面查看

用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行规定

为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力推荐，否则缺省值为零）

如果输入了“回路”中的某个物流的信息，AspenPlus会自动设法把该物流选为撕裂流

10.1 带循环的工艺流程模拟

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撕裂流举例

S7S1B1MIXERS2B2MIXERS3B3FSPLITS4B4FSPLITS5S6

10.1 带循环的工艺流程模拟

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增加迭代次数

将收敛参数（Convergenceparameters）中的流程

最大计算次数（Maximumflowsheetevaluations）设置为100

初始化重新运行模拟不收敛，原因可能是AspenPlus默认的撕裂物流不恰当或是该流程不适合用韦格斯坦法。

10.1 带循环的工艺流程模拟

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改变撕裂物流

选择物流RECY-H2O和ORG为撕裂物流（Tearstreams）

初始化后，重新运行模拟，控制面板依然出现警告和错误，此时需要修改收敛算法。

10.1 带循环的工艺流程模拟

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改变收敛算法

将默认的撕裂物流收敛算法（Defaultconvergence

methods）改为牛顿法（Newton）进行计算（撕裂物流不变）

初始化后，重新运行模拟，控制面板显示结果可行。

10.1 带循环的工艺流程模拟

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查看结果

选择Streams∣B-ETHNOL∣Results，在Material页面

可看到DIST2模块塔底物流（B-ETHNOL）中乙醇（ETHAN-01）的摩尔分数为1.00

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结论

模拟带有循环的工艺过程时，

使用AspenPlus默认的撕裂物流和收敛方法可能不收敛，此时可以尝试改变撕裂物流或收敛方法，使流程收敛。

10.2 工艺流程模拟

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工艺流程模拟经验总结

1.将总流程划分为一系列子流程；2.每个子流程使用准确的物性方法；

3.模拟子流程时，首先只进行物料衡算；

4.计算时先采用系统默认设置，如收敛算法采用默认的韦格斯坦算法，一般此算法能解决多数问题；5.最初计算时使用简单的设计规定；

6.随着流程的建立，严格模块逐步替代简单模块，并进行能量衡算；

7.严格模块首先单独运行，模块参数以简单模块计算结果为初值；

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10.2 工艺流程模拟

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工艺流程模拟经验总结

8.当带循环的子流程用到严格模块时，将简单模块的计算结果作为其撕裂物流的初值；

9.如果AspenPlus选定的撕裂物流不合适，则定义新的撕裂物流，同时重新确定收敛模块和收敛顺序；

10.当所有子流程计算完成后，将其组合为一个完整的流程。此时的流程计算可能需要改变撕裂物流，设计规定也逐步严格直到整个流程收敛。

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10.2 工艺流程模拟

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示例：苯乙烯的生产

乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图如图10-2所示。

图10-2 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图

苯乙烯的生产——问题描述

1.乙苯转化为苯乙烯的催化脱氢反应式如下：

C8H10（g）→C8H8（g）+H2（g）反应器中通入蒸汽，其目的是抑制副反应；

2.物流1是新鲜乙苯，循环物流15的主要成分是乙苯，这两股物流进入混合器A得到物流3，然后通过加热器B加热到500℃，得到物流4；

3.循环物流11的主要成分是水，物流14是补充水，这两股物流进入混合器E得到物流13，温度是50℃；

4.物流13被加热器D加热到700℃，得到物流5，和物流4一起进入混合器C，得到物流6，温度是560℃；

5.物流6进入反应器F，反应器出口物流7的温度是560℃，压力是0.1MPa，反应转化率是35%；

苯乙烯的生产——问题描述

6.物流7在两相闪蒸器G中冷却到50℃，得到富含H2的物流9，去流程的其他部分。物流8在分相器H中进一步冷却到25℃，分离出水相物流11和有机相物流10；

7.物流10在精馏塔J中进行乙苯和苯乙烯的分离，塔底得到富含苯乙烯的物流12；塔顶得到富含乙苯的物流2，经过冷却器K被冷却得到物流15。该工艺过程的进料条件：

物流1：纯乙苯，摩尔流率为45.35kmol/hr，温度为25℃，压力为0.1MPa；

物流14：纯水，摩尔流率为18.14kmol/hr，温度为25℃，压力为0.1MPa。

苯乙烯的生产——问题描述

物性方法采用UNIQUAC，系统的二元交互作用参数如表10-2所示。

表10-2系统二元交互作用参数

组分i组分j温度单位AijAjiBijBji温度下限温度上限苯乙烯乙苯℃00-239.3595173.376990100苯乙烯水℃00-889.45-331.652040乙苯水℃00-968.37-354.232040

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9z0g.html