第10章Aspen工艺流程模拟PPT格式课件下载.ppt
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通通常常,过程原料物流的程原料物流的变量是指定的量是指定的。
n主流程主流程处理理顺序序l从从原原料料物物流流(Feedstreams)到到产物物物物流流(Productstreams)的的流流程程顺序序,称称为主主流流程程处理理顺序序(MainFlowProcessingSequence)。
l计算算顺序必序必须包括所有的流程包括所有的流程单元元l计算算顺序序无无须和和主主流流程程顺序序相相同同,给定定不不同同物物流流的的初初始始假假设值可可选择不不同同的的计算算顺序序,有有时候候可可加加速速计算算的的收收敛速速度度10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟RecycleStreamGuessedCalculationSequenceR1U1,(U2,U3,U4,U5),U6S3U1,(U3,U4,U5,U2),U6S4U1,(U4,U5,U2,U3),U6S6U1,(U5,U2,U3,U4),U6n主流程主流程处理理顺序序10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n撕裂流撕裂流l撕撕裂裂流流是是AspenPlus给出出其其初初始始估估值的的一一股股物物流流,并并且且该估估值在在迭迭代代过程程中中逐逐次次更更新新,直直到到连续的的两两个个估估值在在规定的容差范定的容差范围内内为止止l撕裂流与循撕裂流与循环物流是相关的,但又与循物流是相关的,但又与循环物流不一物流不一样l要要确确定定由由AspenPlus选择的的撕撕裂裂流流,可可在在ControlPanel(控控制制面面板板)中中的的“FlowsheetAnalysis(流流程程分析)分析)”页面面查看看l用用户确确定定的的撕撕裂裂流流可可在在Convergence/Tear页面面进行行规定定l为撕撕裂裂流流提提供供估估计值可可以以促促进或或者者加加快快流流程程收收敛(极极力力推荐,否推荐,否则缺省缺省值为零)零)l如如果果输入入了了“回回路路”中中的的某某个个物物流流的的信信息息,AspenPlus会自会自动设法把法把该物流物流选为撕裂流撕裂流10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n撕裂流撕裂流举例例10.1带循环的工艺流程模拟带循环的工艺流程模拟l哪个是循哪个是循环物流?
物流?
10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟l哪个可能是撕裂流?
哪个可能是撕裂流?
l哪个是最好的撕裂流哪个是最好的撕裂流选择?
S7S6S7和和S6S2和和S4S3S3(只需要一个撕裂流,而其它选择都是两个)n撕裂流撕裂流举例例n撕裂流与撕裂流与计算算顺序的关系序的关系l在默在默认状状态下,下,Aspen总是取是取撕裂流数撕裂流数为最小最小时的的计算算顺序序l最小切断物流数最小切断物流数时的的计算算顺序并不一定是最佳序并不一定是最佳的的计算算顺序序10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟10.1带循环的工艺流程模拟带循环的工艺流程模拟n循循环工工艺流程流程10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n循循环回路流程模回路流程模拟的解决方法的解决方法l1.为循循环物流提供合适的初始物流提供合适的初始值l2.选择合适的合适的单元元计算算顺序序在在默默认状状态下下,ASPEN总是是取取切切断断物物流流数数为最最小小时的的计算算顺序;
序;
最最小小切切断断物物流流数数时的的计算算顺序序并并不不一一定定是是最最佳佳的的计算算顺序。
序。
l3.增大迭代次数增大迭代次数l4.选择合适的加速收合适的加速收敛方法方法直接迭代法(直接迭代法(Direct)韦格斯坦法(格斯坦法(Wegstein)10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟l4.选择合适的加速收合适的加速收敛方法方法直直接接迭迭代代法法的的收收敛速速度度较慢慢,特特别是是当当迭迭代代矩矩阵的的最最大大特特征征值接近接近1时;
韦格格斯斯坦坦法法具具有有计算算简单、所所需需存存储量量少少等等优点点,在在化化工工过程模程模拟中中应用广泛;
用广泛;
布布洛洛伊伊顿拟牛牛顿法法对迭迭代代变量量进行行修修正正时,考考虑了了变量量间的的交交互互作作用用,特特别适适用用于于求求解解变量量间存存在在较强交交互互作作用用的的情情况况,并且在接近收并且在接近收敛值时,仍然具有很高的收,仍然具有很高的收敛速度;
速度;
牛牛顿法法收收敛速度快,但速度快,但计算量大。
算量大。
布洛伊布洛伊顿拟牛牛顿法(法(Broyden)牛牛顿法(法(Newton)n循循环回路流程模回路流程模拟的解决方法的解决方法10.1带循环的工艺流程模拟带循环的工艺流程模拟n增大迭代次数增大迭代次数n选择收收敛方法方法10.1带循环的工艺流程模拟带循环的工艺流程模拟n用用户自定自定义撕裂物流撕裂物流n用用户自定自定义收收敛次序次序可以规定可以规定全部全部的计算顺序和的计算顺序和局部的顺序局部的顺序10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n例例题以以环己己烷作作共共沸沸剂,通通过共共沸沸精精馏分分离离乙乙醇醇和和水水,流流程程图如如图10-1所所示示。
进料料(FEED1)中中乙乙醇醇和和水水的的摩摩尔流流率率分分别为10kmol/hr和和225kmol/hr,进料料(FEED2)为纯的的环己己烷,摩摩尔流流率率为0.005kmol/hr。
进料料均均为饱和和液液体体,操操作作压力力为0.1MPa,塔塔和和分分相相器器的的压降降可可忽忽略略。
精精馏塔塔(DIST1和和DIST2)选用用Sep2模模块,分分相相器器(DECANT)选用用Sep模模块,只只做做物物料料衡衡算算,表表10-1给出出了了各各个个模模块的的操操作作参参数数。
试计算算精精馏塔塔(DIST2)塔底物流中乙醇的)塔底物流中乙醇的纯度。
度。
10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟组分分塔塔进料中各料中各组分分进入塔底物流的分率入塔底物流的分率DECANT进料中各料中各组分分进入物流入物流ORG的分率的分率DIST1DIST2乙醇乙醇0.010.970.98水水0.970.00010.01环己己烷0.090.00010.99图10-1共沸精共沸精馏分离乙醇和水流程分离乙醇和水流程图表表10-1过程工程工艺数据数据10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n输入入物物流流FEED1和和FEED2进料料条条件件,模模块DIST1和和DIST2参参数数,运运行行模模拟,控控制制面面板板显示示错误,流程不收,流程不收敛。
n在在ControlPanel(控控制制面面板板)中中的的“FlowsheetAnalysis(流流程程分分析析)”页面面查看看默默认撕裂流撕裂流为RECY-H2O、RECYCLE。
10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n增加迭代次数增加迭代次数将将收收敛参参数数(Convergenceparameters)中中的的流流程程最最大大计算算次次数数(Maximumflowsheetevaluations)设置置为100初初始始化化重重新新运运行行模模拟不不收收敛,原原因因可可能能是是AspenPlus默默认的撕裂物流不恰当或是的撕裂物流不恰当或是该流程不适合用流程不适合用韦格斯坦法。
格斯坦法。
10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n改改变撕裂物流撕裂物流选择物流物流RECY-H2O和和ORG为撕裂物流(撕裂物流(Tearstreams)初初始始化化后后,重重新新运运行行模模拟,控控制制面面板板依依然然出出现警警告告和和错误,此,此时需要修改收需要修改收敛算法。
算法。
10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n改改变收收敛算法算法将将默默认的的撕撕裂裂物物流流收收敛算算法法(Defaultconvergencemethods)改改为牛牛顿法法(Newton)进行行计算算(撕撕裂裂物物流流不不变)初始化后,重新运行模初始化后,重新运行模拟,控制面板,控制面板显示示结果可行。
果可行。
10.1带循循环的工的工艺流程模流程模拟n查看看结果果选择StreamsB-ETHNOLResults,在在Material页面面可可看看到到DIST2模模块塔塔底底物物流流(B-ETHNOL)中中乙乙醇醇(ETHAN-01)的摩)的摩尔分数分数为1.00n结论模模拟带有有循循环的的工工艺过程程时,使使用用AspenPlus默默认的的撕撕裂裂物物流流和和收收敛方方法法可可能能不不收收敛,此此时可可以以尝试改改变撕撕裂裂物物流流或或收收敛方方法法,使使流程收流程收敛。
n工工艺流程模流程模拟经验总结10.2工工艺流程模流程模拟l1.将将总流程划分流程划分为一系列子流程;
一系列子流程;
l2.每个子流程使用准确的物性方法;
每个子流程使用准确的物性方法;
l3.模模拟子流程子流程时,首先只,首先只进行物料衡算;
行物料衡算;
l4.计算算时先先采采用用系系统默默认设置置,如如收收敛算算法法采采用用默默认的的韦格斯坦算法,一般此算法能解决多数格斯坦算法,一般此算法能解决多数问题;
l5.最初最初计算算时使用使用简单的的设计规定;
定;
l6.随随着着流流程程的的建建立立,严格格模模块逐逐步步替替代代简单模模块,并并进行行能量衡算;
能量衡算;
l7.严格格模模块首首先先单独独运运行行,模模块参参数数以以简单模模块计算算结果果为初初值;
10.2工工艺流程模流程模拟l8.当当带循循环的的子子流流程程用用到到严格格模模块时,将将简单模模块的的计算算结果作果作为其撕裂物流的初其撕裂物流的初值;
l9.如如果果AspenPlus选定定的的撕撕裂裂物物流流不不合合适适,则定定义新新的的撕裂物流,同撕裂物流,同时重新确定收重新确定收敛模模块和收和收敛顺序;
l10.当当所所有有子子流流程程计算算完完成成后后,将将其其组合合为一一个个完完整整的的流流程程。
此此时的的流流程程计算算可可能能需需要要改改变撕撕裂裂物物流流,设计规定定也也逐步逐步严格直到整个流程收格直到整个流程收敛。
n工工艺流程模流程模拟经验总结10.2工工艺流程模流程模拟n示例:
苯乙示例:
苯乙烯的生的生产乙乙苯苯催催化化脱脱氢生生产苯苯乙乙烯的的简化化工工艺流流程程图如如图10-2所示。
所示。
图10-2乙苯催化脱乙苯催化脱氢生生产苯乙苯乙烯的的简化工化工艺流程流程图苯乙苯乙烯的生的生产问题描述描述1.乙苯乙苯转化化为苯乙苯乙烯的催化脱的催化脱氢反反应式如下:
式如下:
C8H10(
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