PROII流程模擬的應(yīng)用實例分解

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)3.7過程系統(tǒng)模擬的應(yīng)用實例化工流程模擬軟件的種類雖然較多，但針對化工過程模擬的基本思想和方法卻相通。AspenPlus應(yīng)用非常廣泛，下面我們以乙苯生產(chǎn)過程乙苯精餾塔生產(chǎn)實例為例介紹AspenPlus穩(wěn)態(tài)模擬的基本方法和基本思想。某干氣制乙苯裝置中，干氣中的乙烯與苯催化反應(yīng)生成乙苯，反應(yīng)產(chǎn)物中同時包括反應(yīng)副產(chǎn)品丙苯、二乙苯、多乙苯和沒有反應(yīng)完全的苯。反應(yīng)物經(jīng)過苯塔分離脫除苯后進入乙苯塔、丙苯塔獲得乙苯、丙苯產(chǎn)品。已知進入乙苯塔物料含苯0.2%（摩爾分數(shù)，下同）、乙苯77%、丙苯10%、二乙苯12.8%，流量8679kg/h，壓力1.45MPa（絕壓，下同），溫度281℃。乙苯塔為93塊浮閥塔盤，進料位置為第40塊塔板，操作中，塔頂壓力0.52MPa，冷凝器后壓力0.5MPa，塔頂溫度210℃，塔底溫度254℃，回流量19000kg/h，塔頂產(chǎn)品中乙苯含量99.5%，釜液中乙苯含量1.5%生產(chǎn)中對乙苯產(chǎn)品指標有嚴格限制，要求乙苯產(chǎn)品純度大于99.6%，同時為較小物耗要求乙苯塔釜液乙苯含量小于1%，試通過模擬分析提出改進方案。使用AspenPlus進行模擬的基本步驟：（1）選擇模板（2）選擇運行類型（3）創(chuàng)建一個流程（4）規(guī)定計算的全局信息（5）規(guī)定組分（6）選擇物性方法（7）輸入物流規(guī)定（8）輸入模型規(guī)定（9）運行模擬（10）檢查結(jié)果（11）靈敏度分析（12）生成報告1.建立一個新的運行當啟動AspenPlus并建立一個新的模擬時，可以從一個空白模擬著手或者從一個模板著手，見圖3-27。模板設(shè)定了特定工業(yè)通常使用的缺省項包括測量單位、所要報告的物流組成信息和性質(zhì)、物流報告格式、對游離水選項的缺省設(shè)置、性質(zhì)方法、其它特定的應(yīng)用缺省。AspenPlus內(nèi)置以下列模板：空氣分離化學(xué)工藝電解質(zhì)氣體加工一般工藝濕法冶金石油醫(yī)藥冶金固體特種化工對于每個模板，可以選擇米制或英制作為缺省測量單位制，其它單位制也可用。由于本分離工藝物系為芳烴分離，可以選擇GeneralwithMetricUnits模板作為模擬模板，見圖3-27。圖3-272.選擇運行類型當建立一個新運行時，必須在New對話框上的RunType的列表框中選擇運行類型。Flowsheet運行類型為流程模擬計算的基本類型，見圖3-27。表3-1AspenPlus運行類型表運行類型說明用途Flowsheet模擬計算的基本類型。對流程模擬包括靈敏度分析和優(yōu)化，同時集成了性質(zhì)常數(shù)估計、化驗數(shù)據(jù)分析/虛擬組分產(chǎn)生、性質(zhì)分析?；灁?shù)據(jù)分析一個獨立的化驗數(shù)據(jù)分析/虛擬組分產(chǎn)生運行。當你不想在同一個運行中進行流程模擬而分析化驗數(shù)據(jù)時用數(shù)據(jù)回歸一個獨立的數(shù)據(jù)回歸運行，能夠包含性質(zhì)常數(shù)估計和性質(zhì)分析計算。將AspenPlus所需的物性模型參數(shù)與所測量的純組分、氣液平衡、液液平衡和其它混合數(shù)據(jù)擬合，AspenPlus在流程運行中不能執(zhí)行數(shù)據(jù)回歸。PROPERTIESPLUS一個PROPERTIESPLUS設(shè)置運行制備性質(zhì)包，以便供AspenCustomModeler/ADVENT使用性質(zhì)分析一個獨立的性質(zhì)分析運行，能夠包含性質(zhì)常數(shù)估計和化驗數(shù)據(jù)分析計算。當你不想在同一個運行中進行流程模擬時，通過生成物性值表格而進行性質(zhì)分析。性質(zhì)估計一個獨立的性質(zhì)常數(shù)估計運行。當你不想在同一個運行執(zhí)行流程模擬時估計性質(zhì)參數(shù)本算例的目的是對乙苯分離過程進行穩(wěn)態(tài)模擬，因此選擇Flowsheet運行類型，見圖3-27。3．創(chuàng)建一個流程AspenPlus是基于流程圖的通用流程模擬軟件，因此要定義一個能夠反應(yīng)實際過程的流程圖。定義一個流程用如下步驟：（1）在View菜單下確認PFD狀態(tài)已經(jīng)關(guān)閉，否則設(shè)置的模塊和物流圖形不能變成模擬模型的一部分，如圖3-28；圖3-28（2）選擇單元操作模塊并將它們放置到流程窗口。AspenPlus中過程單元操作模型包括8大類、57小類、349個單元操作模型。表3-2單元操作模型類型模型說明混合器/分流器MixerFsplitSsplit物流混合物流分流子物流分流分離器Flash2Flash3DecanterSepSep2雙出口閃蒸三出口閃蒸液-液傾析器多出口組分分離器雙出口組分分離器換熱器HeaterHeatXMHeatXHetranAerotran加熱器/冷卻器雙物流換熱器多物流換熱器與BJAC管殼式換熱器的接口程序與BJAC空氣冷卻換熱器的接口程序塔DSTWUDistlRadFracExtractMultiFracSCFracPetroFracRate-FracBatchFrac簡捷蒸餾設(shè)計簡捷蒸餾核算嚴格蒸餾嚴格液-液萃取器復(fù)雜塔的嚴格蒸餾石油的簡捷蒸餾石油的嚴格蒸餾連續(xù)蒸餾嚴格的間歇蒸餾反應(yīng)器RStoicRYieldREquilRgibbsRCSTRRPlugRBatch化學(xué)計量反應(yīng)器收率反應(yīng)器平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器間歇反應(yīng)器壓力變送器PumpComprMcomprPipelinePipeValve泵/液壓透平壓縮機/透平多級壓縮機/透平多段管線壓降單段管線壓降嚴格閥壓降手動操作器MultDuplClChong物流倍增器物流復(fù)制器物流類變送器固體CrystallizerCrusherScreenFabFlCycloneVscrubESPHyCycCFugeFilterSWashCCD除去混合產(chǎn)品的結(jié)晶器固體粉碎器固體分離器濾布過濾器旋風(fēng)分離器文丘里洗滌器電解質(zhì)沉降器水力旋風(fēng)分離器離心式過濾器旋轉(zhuǎn)真空過濾器單級固體洗滌器固體逆流傾析器用戶模型UserUser2用戶提供的單元操作模型用戶提供的單元操作模型本例中的任務(wù)是對乙苯塔進行模擬，因此選擇嚴格蒸餾模型，如圖3-29圖3-29根據(jù)現(xiàn)場操作過程，選擇FRACT2作為模擬模型，并添加乙苯塔位號T-303，見圖3-30。圖3-30（3）用物流線畫出生產(chǎn)過程的物料流程，同時物流線將各單元模塊連接起來。本案例中，進塔物流號為101，塔頂液相采出物流號為102，塔底液相采出物流號為103，如圖3-31。圖3-314．規(guī)定計算的全局信息全局規(guī)定為整個運行設(shè)定缺省值，AspenPlus運行在輸入詳細的流程說明之前，要在Setup窗體中規(guī)定全局信息，見圖3-32。雖然在選擇模板時，AspenPlus已經(jīng)規(guī)定了計算的默認值，但可以在任何時候返回這些表格和改變輸入。圖3-32表3-3Setup包含的內(nèi)容內(nèi)容說明用途Specification規(guī)定輸入全局信息SimulationOptions模擬選項規(guī)定計算閃蒸收斂系統(tǒng)選項時間和誤差限制StreamClass物流類定義物流類和物流性質(zhì)Substreams子物流定義子物流和屬性Units-Sets單位集定義度量單位集CustomUnits習(xí)慣單位確定用戶習(xí)慣的單位ReportOptions報告選項規(guī)定報告選項5．規(guī)定組分將模擬過程中所需的組分輸入到組分列表中。本案例中所需要的組分為苯、乙苯、丙苯、二乙苯，見圖3-33、圖3-34。圖3-33圖3-346．選擇物性方法選擇接近的物性方法經(jīng)常是決定模擬結(jié)果的精確度的關(guān)鍵步驟，同時也是模擬的核心工作。物性方法是一批方法和模型，AspenPlus用它們計算熱力學(xué)物性和遷移性質(zhì)。熱力學(xué)物性包括逸度系數(shù)、焓、熵、吉布斯自由能、體積，遷移性質(zhì)包括粘度、熱導(dǎo)率、擴散系數(shù)、表面張力。AspenPlus包括大量內(nèi)置的物性方法足以滿足大部分的應(yīng)用，但是同時用戶可以建立新的適合模擬需要的物性方法。AspenPlus為用戶物性方法的選擇提供了參考。表3-4油和氣產(chǎn)品應(yīng)用推薦的物性方法儲水系統(tǒng)PR-BM、RKS-BM板式分離PR-BM、RKS-BM通過管線輸送油和氣PR-BM、RKS-BM表3-5煉油應(yīng)用推薦的物性方法低壓應(yīng)用（最多幾個大氣壓）、真空蒸餾塔、常壓原油塔BK10、CHAO-SEA、GRAYSON中壓應(yīng)用（最多幾十個大氣壓）Coker主分餾器FCC主分餾器CHAO-SEA、GRAYSON、PENG-ROB、RK-SOAVE富氫的應(yīng)用重整爐加氫器GRAYSON、PENG-ROB、RK-SOAVE潤滑油單元、脫瀝青單元PENG-ROB、RK-SOAVE表3-6氣體加工應(yīng)用推薦的物性方法烴分離脫甲烷塔C3分離器PR-BM、RKS-BM、PENG-ROB、RK-SOVAE深冷氣體加工空氣分離PR-BM、RKS-BM、PENG-ROB、RK-SOVAE表3-7化工應(yīng)用推薦的物性方法乙烯裝置初級分餾器輕烴串級分離器急冷塔CHAO-SEA、GRAYSON、PENG-ROB、RK-SOAVE芳香族環(huán)烴BTX萃取WILSON、NRTL、UNIQUAC和它們的變化形式乙苯和苯乙烯裝置PENG-ROB、RK-SOAVE、WILSON、NRTL、UNIQUAC和它們的變化根據(jù)AspenPlus為用戶物性方法提供參考，考慮本案例為乙苯和苯乙烯裝置，選用物性方法為PENG-ROB，見圖3-35。圖3-357．輸入物流規(guī)定對于一個模擬過程，根據(jù)自由度分析，必須規(guī)定過程系統(tǒng)進料物流的流率、組成、熱力學(xué)狀態(tài)，還可以提供撕裂循環(huán)物流的初始估值。本案例中，乙苯塔物料含苯0.2%、乙苯77%、丙苯10%、二乙苯12.8%，流量8679kg/h，壓力1.45MPa，溫度281℃。將上述數(shù)據(jù)輸入到物流101的物流信息表中，如圖3-36圖3-368．輸入模型規(guī)定對于一個模擬過程，根據(jù)自由度分析，必須將模型的操作變量輸入到模型規(guī)定中。不同的模型規(guī)定各不相同。本案例中，乙苯塔為93塊浮閥塔盤，進料位置為第40塊塔板，操作中，塔頂壓力0.52MPa，冷凝器后壓力0.5MPa，塔頂溫度210℃，塔底溫度254℃，回流量19000kg/h。塔頂為全凝器，塔底為熱虹吸式再沸器。將上述信息輸送到精餾塔的輸入規(guī)定中，如圖3-37。注意，在模擬計算中，冷凝器和再沸器均按一塊板來計，因此計算總板數(shù)為95塊圖3-37值得注意的是塔板效率的選擇。精餾塔模擬計算中，塔板效率常常是根據(jù)計算結(jié)果和實際分離結(jié)果比較選定的，塔板效率的初值通常根據(jù)塔板型式和分離物性選定。本案例中初選全塔效率60%，如圖3-38和圖39所示。圖3-38圖3-399．運行模擬當所有相關(guān)信息添加完成，可以運行模擬10．檢查結(jié)果（1）檢查運行的完成狀態(tài)要檢查有關(guān)運行收斂和完成狀態(tài)的匯總信息，可使用ResultsSummary頁面。這個表指明了計算是否為正常完成。如果沒能正常完成，說明模擬過程的輸入需要調(diào)整，直至系統(tǒng)收斂。當系統(tǒng)收斂后，可以檢查計算結(jié)果，如圖3-40。圖3-40如圖3-41，在計算結(jié)果表中，分別匯集了組分、物流、模塊計算信息，根據(jù)實際裝置運行情況檢查模擬結(jié)果，如果模擬結(jié)果與實際運行結(jié)果偏差較大，不能反應(yīng)實際過程的原貌，則需查找原因，采用調(diào)整物性方法等方法直至模擬結(jié)果接近實際運行結(jié)果。圖3-41實際運行中塔頂產(chǎn)品中乙苯含量99.5%，釜液中乙苯含量1.5%。模擬結(jié)果頂產(chǎn)品中乙苯含量99.54%，釜液中乙苯含量1.455%，與實際運行結(jié)果基本吻合，同時塔頂、塔底溫度與實際也基本吻合，因此可以認為該過程的模擬基本準確。11．靈敏度分析靈敏度分析是檢驗一個過程如何對變化的關(guān)鍵操作變量和設(shè)計變量反應(yīng)的一個工具?？梢杂盟淖円粋€或多個流程變量，并研究該變化對流程其它變量的影響。它是做工況研究的一個最有用的工具。被變化的流程變量必須是流程的輸入?yún)?shù)，在模擬中計算出的變量不能被改變?？梢杂渺`敏度分析來驗證一個設(shè)計規(guī)定的解是否在操作變量的變化范圍內(nèi)，還可以用它做簡單的過程優(yōu)化，可以用靈敏度分析模塊生成隨進料物流模塊輸入?yún)?shù)或其它輸入變量變化的模擬結(jié)果的表或圖。靈敏度分析的步驟：建立一個靈敏度(Sensitivity)分析塊；單擊“new”，系統(tǒng)自動給出分析塊的名字，如圖3-42。圖3-42（2）標識被采集的流程變量；對于本案例，乙苯精餾塔操作中，進料位置、回流比對分離結(jié)果有很大影響，因此有必要分析進料位置的變化對塔頂乙苯濃度(EBTOP)、塔底乙苯濃度(EBBOT)的影響，回流比的變化對塔頂、塔底乙苯濃度的影響。單擊“new”，輸入EBTOP，系統(tǒng)彈出一定義變量對話框，如圖3-43。圖3-43（3）標識要操縱的輸入變量來生成一個表，如圖3-44。圖3-44（4）定義你要AspenPlus將什么制表，如圖3-45；圖3-45當所有相關(guān)信息添加完成，可以運行模擬。得出以下結(jié)果圖3-46選擇進料板位置為橫坐標，塔頂、塔底乙苯摩爾分數(shù)為縱坐標，用工具欄中“plot”做靈敏度分析圖如圖3-47：圖3-47由于圖3-37給的是回流量，因此做回流比靈敏度分析時，將回流量19000kg/h改為回流比3，然后按上面同樣步驟進行靈敏度分析，結(jié)果如圖3-48所示。圖3-48通過靈敏度分析，如圖3-47、圖3-48可以發(fā)現(xiàn)適宜的進料位置60~64，適宜的回流比3.2以上，因此本裝置基本處于較優(yōu)操作，但仍有進一步調(diào)優(yōu)空間。生產(chǎn)中塔頂產(chǎn)品中乙苯含量99.5%，釜液中乙苯含量1.5%，均不能滿足生產(chǎn)要求。通過圖3-47可知，如果在保證現(xiàn)場回流比3不變的前提下，通過調(diào)整進料位置由40塊至61塊，可使塔頂產(chǎn)品中乙苯含量由99.5%提高至99.68%，釜液中乙苯含量1.5%降至0.9%，達到生產(chǎn)要求。通過圖3-48可知，如果在保證進料位置40塊不變的前提下，回流比由現(xiàn)場3增加至3.6（相當于回流量由19000kg/h增加至23000kg/h），可使塔頂產(chǎn)品中乙苯含量由99.5%提高至99.67%，釜液中乙苯含量1.5%降至0.96%，達到生產(chǎn)要求。12．生成報告生成的報告如表3-5所示。表3-5乙苯塔現(xiàn)場工況模擬結(jié)果表StageTemperature℃PressurekPaLiquidflowkg/hrVaporflowkg/hr液相組成氣相組成BENZEETHYLN-PROO-DIEBENZEETHYLN-PROO-DIE1207.60135001915500.0.0.1.93E-070.0.0.7.76E-082209.867452019510.13255400.0.0.002553.19E-070.0.0.1.93E-073209.9603520.219516.4925895.130.0.0.4.92E-070.0.0.2.88E-074210.0204520.419519.35