第八讲带循环物流的流程模拟收敛技巧PPT课件02.ppt

ASPEN PLUS 与化工与化工过程模程模拟第八讲 带循环物流的流程模拟收敛技巧设计规定（定（Design Specification））设计规定就是变化（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•不是任意参数都能做X一、模块中的设计规定演示一：演示一：已知填料塔的填料已知填料塔的填料总高度高度8m，，进料以上料以上5m，填料，填料为Mellapak250Y，分，分离含苯离含苯44 ％％ wt甲苯混和物，常甲苯混和物，常压泡点泡点进料进料量料量5000kg/h，常，常压操作问塔塔顶、、底底组成要求达到成要求达到98%wt、、99%，回流量？采出量？，回流量？采出量？分析：分析：确定理确定理论板数，板数，查手册：手册：块/m,共共2.5×8＋＋1＝＝21块，，进料位置料位置2.5×5＝＝13块 需要需要两个两个设计规定定（（Spec）） ，回流量－塔，回流量－塔顶组成、采出量－塔底成、采出量－塔底组成X、Y不在同一模块中二、流程中的设计规定•演示二演示二、一股物料用循、一股物料用循环水冷却，水冷却，热负荷荷74352kcal/h，循，循环水温度水温度28℃℃~38℃℃，求循，求循环水水流量。

流量–学学习流程中流程中spec的用法的用法–循循环水流量水流量7000kg/h•设计规定求流量定求流量 X:进水流量，水流量，Y水出口温度水出口温度•Y只能只能选取模取模块中中输入的参数（入的参数（本例中，模本例中，模块输入的是入的是压力、力、热负荷，但需要控制的是温度，因此，只能以出口物流温度荷，但需要控制的是温度，因此，只能以出口物流温度为Y））例灵敏度分析（Sensitivity）灵敏度分析就是变化（调节）变量X，得到相应另一个参数或变量Y的值，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•不是任意参数都能做X•演示一：演示一： 分离含苯分离含苯44 ％％ wt甲苯混和物，常甲苯混和物，常压泡泡点点进料进料量料量5000kg/h，塔，塔顶苯收率苯收率98%，，纯度不小于度不小于98%–采用回流量采用回流量4000kg/h–理理论板数取板数取19•确定确定进料位置？料位置？•练习一一：：进料流量由料流量由5000变化到化到10000，塔内液，塔内液泛因子、泛因子、压降的降的变化Y:PR-FLD-FAC,PR-DPSEC例计算器（Calculator）根据变量X的变化，按照一定的规则为变量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：演示一： 100kg/hC4进一个一个闪蒸罐之前，需要蒸罐之前，需要与与C3按按2:1的重量比混合，的重量比混合，闪蒸后气相循蒸后气相循环利用闪蒸条件蒸条件20C，，求需要，，求需要补充充C3的量•练习一一：若：若规定定C4与与C3的比例的比例为3:2，求需要，求需要补充充C3的量例•演示二：演示二： 分离含苯分离含苯44 ％％ wt甲苯混和物，常甲苯混和物，常压泡泡点点进料进料量料量5000kg/h，塔，塔顶苯收率苯收率98%，，纯度不小于度不小于98%进料流量不料流量不变，甲苯，甲苯组成由成由10%~60%，求回流量，求回流量变化•分析：分析：•1））设计规定、灵敏度分析、定、灵敏度分析、计算器同算器同时应用•2）灵敏度中改）灵敏度中改变C6流量（流量（500~3000），），计算器算器中求中求C7流量，利用流量，利用设计规定达到定达到设计要求（一）化工流程中的循环回路（一）化工流程中的循环回路大多数化工流程模大多数化工流程模拟都存在循都存在循环回路，回路，存在两种循存在两种循环：：•组分循分循环（循（循环质量和能量）量和能量）•热量循量循环（（仅仅循循环能量）能量）计算顺序与循环流循环回路的种类循环回路的种类•独立循独立循环回路回路(Independent Loop)•嵌套循嵌套循环回路回路(Nested Loop)•交叉循交叉循环回路回路(Interconnected Loop)（二）计算顺序（二）计算顺序 •序序贯模模块法法•联立方程法立方程法•联立模立模块法法•在大多数在大多数过程模程模拟软件中件中( (包括包括ASPENASPEN、、ProII)ProII)，，某一某一时间只只计算算( (模模拟) )一个一个单元元( (采用序采用序贯模模块法法) )，，单元和物流元和物流计算的先后次序称算的先后次序称为计算算顺序。

序 计算的算的顺序是自序是自动按照模按照模拟流程的信息流的流程的信息流的顺序序进行行计算的算的, ,而信息流取决于化工而信息流取决于化工过程的程的规定通常，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, ,信息流与物料信息流与物料流平行 主流程处理顺序主流程处理顺序•从原料物流从原料物流(Feed streams)到到产物物流物物流(Product streams)的流程的流程顺序，称序，称为主流程主流程处理理顺序序(Main Flow Processing Sequence) 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计算算顺序无序无须和主流程和主流程顺序相同，序相同，给定不同物流的初始定不同物流的初始假假设值可可选择不同的不同的计算算顺序，有序，有时候可加速候可加速计算的收算的收敛速度速度 Recycle Sream GuessedRecycle Sream GuessedCalculation SequenceCalculation SequenceR1R1U1，(U2，U3，U4，U5)，U6S3S3U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6S4S4U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6S6S6U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6切断物流与计算顺序的关切断物流与计算顺序的关系系•在默在默认状状态下，下，ASPEN总是取切断物流数是取切断物流数为最小最小时的的计算算顺序序•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序并不一定是最佳的最佳的计算算顺序序 （三）循环回路流程模拟的解决方法（三）循环回路流程模拟的解决方法•为循循环物流提供合适的初始物流提供合适的初始值•选择合适的合适的单元元计算算顺序序•选择合适的加速收合适的加速收敛方法方法•组合合单元，元，对它它们同同时求解求解（四）化工流程模拟的迭代解法（四）化工流程模拟的迭代解法•非非线性方程性方程组：：循环回路的迭代方法循环回路的迭代方法•直接迭代直接迭代 (连续置置换法法 )•加速迭代加速迭代 Wegstein收收敛法法 Broyden的的拟-牛牛顿法法 对于高度非于高度非线性系性系统，，连续置置换法和法和Wegstein法可能失法可能失败或效率非常低，也可或效率非常低，也可采用各种更复采用各种更复杂的方法（包括牛的方法（包括牛顿－拉夫－拉夫森法，主本征森法，主本征值法）法）收敛演示一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-330PSIREACT:计量反应器（stoichiometry）P-(-15PSI),T-400F 反应：3H2+BENZENE->C6H12-1 转化率：苯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（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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，冷凝器为全凝，回流比6（mole），塔顶出料量；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；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（mole），塔顶出料量；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，使补充后的总二甲苯量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)加入的苯量为进料一定进料：FEED进料：MAKEUP8.5 8.5 流程模流程模拟计算的注意要点算的注意要点1）物料流程的正确描述）物料流程的正确描述 对物料流程物料流程图中的中的单元元设备能用合适的能用合适的单元模元模块进行描述2)选择适当的适当的设计变量量 一个功能一个功能强大的流程模大的流程模拟系系统，其，其单元模元模块都有都有超超过自由度数目的自由度数目的设计变量种量种类可供可供选择应根根据据过程特性分析，用程特性分析，用过程最重要或必程最重要或必须满足的参足的参数作数作为设计变量，若几个参数的重要性相当，量，若几个参数的重要性相当，则应选择较易估算的参数作易估算的参数作为设计变量3)设计变量数目的决定 自由决定的设计变量的值可能不满足设计要求，应该对过程特性有深刻的认识和分析，进行必要的手算或局部的计算机计算，以保证全流程的顺利运算，减少不必要的机时浪费，这对有循环物流的过程尤其重要。

例：精例：精馏塔塔塔塔顶气相出料气相出料V14)逐步逐步扩大流程大流程计算的范算的范围 一般的化工一般的化工过程流程复程流程复杂，，单元操作众多，一次性完成元操作众多，一次性完成计算常有困算常有困难，可分割，可分割为单元模元模块较少的子流程少的子流程进行行计算，算，逐步推逐步推进，有利于解决大型流程的模，有利于解决大型流程的模拟问题5)有效地有效地选择单元模元模块 应在流程模在流程模拟的各个的各个阶段，用不同水平的模段，用不同水平的模块，由，由简到到繁来模繁来模拟各个各个单元元过程，以得到合理的决策程，以得到合理的决策变量的量的设定定值，，减少用减少用严格模型格模型进行全流程行全流程计算的算的时间例：精例：精馏塔的塔的简捷算法捷算法严格算法格算法5)5)有效地有效地选择单选择单元模元模块块 应应在流程模在流程模拟拟的各个的各个阶阶段，用不同水平的模段，用不同水平的模块块，，由由简简到繁来模到繁来模拟拟各个各个单单元元过过程，以得到合理的决程，以得到合理的决策策变变量的量的设设定定值值，减少用，减少用严严格模型格模型进进行全流程行全流程计计算的算的时间时间。

例：精例：精馏馏塔的塔的简简捷算法捷算法(shortcut)(shortcut)严严格算法格算法(Distillation)(Distillation)。