帶循環(huán)物流的流程模擬收斂技巧

1、ASPEN PLUS和化學(xué)過(guò)程模擬，第8講，循環(huán)物流過(guò)程模擬的收斂技巧，以及8.1設(shè)計(jì)規(guī)范，這意味著改變(調(diào)整)變量X以使某個(gè)參數(shù)或變量Y達(dá)到設(shè)定值。特點(diǎn)：如果模塊成對(duì)出現(xiàn)或進(jìn)程收斂，加上如果它不收斂，首先檢查X的上下邊界不能做任何參數(shù)的X。首先，在模塊中設(shè)計(jì)規(guī)則。示范1:已知填料塔總高度為8m，進(jìn)料高度為5m，填料為Mellapak250Y。分離含苯44wt %的甲苯混合物，并在常壓下于泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)料速度為5000千克/小時(shí)，在常壓下操作。要求頂部和底部成分要求達(dá)到98%重量，99%回流？屈服？分析：確定理論塔板數(shù)，參考手冊(cè)：2.5塊/米，共2.58121塊，進(jìn)料位置2.5513塊需要兩個(gè)設(shè)

2、計(jì)規(guī)格(Spec)，即回流頂部組成和回收量底部組成。x和y不在同一個(gè)模塊中。2.過(guò)程中的設(shè)計(jì)規(guī)則。2.示范。物料流由循環(huán)水冷卻，熱負(fù)荷為74352千卡/小時(shí)，循環(huán)水溫度為2838。計(jì)算循環(huán)水流量。spec在學(xué)習(xí)過(guò)程中的使用：循環(huán)水流量為7000kg/h，設(shè)計(jì)要求是計(jì)算流量X:y出水溫度y只能選擇模塊中輸入的參數(shù)(在本例中，模塊輸入壓力和熱負(fù)荷，但溫度需要控制，所以只有出水物流溫度是y)，例1-2。8.2靈敏度分析，靈敏度分析。特征：x-y1，y2，y3，模塊不一定成對(duì)出現(xiàn)，然后如果過(guò)程收斂，如果不收斂，首先檢查X的上下邊界不能用任何參數(shù)做X。演示1:分離含有44重量%苯的甲苯混合物，并在常壓下

3、在泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)料速度為5000公斤/小時(shí)，塔頂苯收率為98%，純度不低于98%。采用4000公斤/小時(shí)的回流流量，以19為理論塔板數(shù)確定進(jìn)料位置。練習(xí)1:將進(jìn)料流量從5000改為10000，改變溢流系數(shù)和塔內(nèi)壓降。根據(jù)變量x的變化，按照一定的規(guī)則給變量y賦值。常用于物料補(bǔ)充和損耗。特點(diǎn)：作為一個(gè)模塊，有必要給出一個(gè)計(jì)算順序，這在流通物流的情況下經(jīng)常使用，以幫助收斂，補(bǔ)充或損失，并限制某個(gè)參數(shù)。結(jié)果表明，1: 100kg/hC4在進(jìn)入閃蒸罐前需要與C3按2:1的重量比混合，氣相在閃蒸后循環(huán)使用。閃蒸條件為20C，4.1atm，需要補(bǔ)充C3量。練習(xí)1:如果C4與C3的比率被指定為3:2，則計(jì)算要補(bǔ)

4、充的C3的數(shù)量。實(shí)施例2-3.exe示范2:分離含44wt %苯的甲苯混合物，并在常壓泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)料速度為5000公斤/小時(shí)，塔頂苯收率為98%，純度不低于98%。進(jìn)料流速恒定，甲苯組成從10%變化。分析：1)同時(shí)應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)則、靈敏度分析和計(jì)算器。2)在靈敏度上改變C6流量(5003000)，在計(jì)算器上計(jì)算C7流量，使用設(shè)計(jì)規(guī)定滿足設(shè)計(jì)要求。(1)循環(huán)回路在化學(xué)過(guò)程中，大多數(shù)化學(xué)過(guò)程模擬都有循環(huán)回路，有兩種循環(huán)：組分循環(huán)(循環(huán)質(zhì)量和能量)熱循環(huán)(僅循環(huán)能量)，8.4計(jì)算順序和循環(huán)流程，循環(huán)回路的類型，獨(dú)立回路，嵌套回路，互聯(lián)回路，(2)計(jì)算順序，順序模塊法，聯(lián)立方程法和同時(shí)模塊法在大多數(shù)過(guò)程模

5、擬軟件(包括ASPEN和ProII)中，一次只計(jì)算(模擬)一個(gè)單元(采用順序模塊法)，單元和物流計(jì)算的順序稱為計(jì)算順序。計(jì)算順序是根據(jù)模擬過(guò)程的信息流順序自動(dòng)計(jì)算的，信息流取決于化學(xué)過(guò)程的規(guī)則。通常，過(guò)程原材料流的變量是指定的，并且信息流與材料流平行。主流程公關(guān)計(jì)算順序必須包括所有流量單位。計(jì)算順序不需要與主流順序相同。給定不同物流的初始假設(shè)，可以選擇不同的計(jì)算順序，這有時(shí)會(huì)加快計(jì)算的收斂速度，切斷物流與計(jì)算順序之間的關(guān)系。默認(rèn)情況下，ASPEN總是將截止物流數(shù)量最少的計(jì)算順序作為最小值，這不一定是最佳的計(jì)算順序。(3)循環(huán)回路流模擬求解，為循環(huán)物流提供合適的初始值，選擇合適的單元計(jì)算順序，選

6、擇合適的加速收斂法組合單元，并同時(shí)求解；(4)化學(xué)過(guò)程模擬的迭代解法，非線性方程：循環(huán)回路的迭代法，直接迭代(連續(xù)替換法)加速迭代Wegstein收斂法Broyden擬牛頓法對(duì)于高度非線性系統(tǒng)，連續(xù)替換法和Wegstein法可能失敗或效率很低，各種更復(fù)雜的方法(包括牛頓拉夫森法和主特征值法)也可以用來(lái)證明收斂性。一、苯加氫制環(huán)己烷，組分、熱力學(xué)方法、過(guò)程如下。進(jìn)料：H2IN和BZIN如下，模塊參數(shù)如下：進(jìn)料-mex:t-300f，p-330psi反應(yīng)3360計(jì)量反應(yīng)器p-(-15psi)，T-400F反應(yīng)：3H2苯-C6H12-1轉(zhuǎn)化率：苯0.998 HP-sep 3360T-120 f，p-

7、(-5psi) vflow :l流量33600柱336012板，8板進(jìn)料將底部排出量的初始值調(diào)整為99lbmol/hr，并調(diào)整底部排出量，使產(chǎn)品產(chǎn)率為0.9999。默認(rèn)值為斷開(kāi)RXIN，視圖控制面板如下：用戶自定義：斷開(kāi)H2RCY，CHRCY步驟：1)添加收斂模塊C-1，輸入斷裂流2)輸入計(jì)算順序，添加設(shè)計(jì)規(guī)定，使用VFLOW參數(shù)將吹掃中的H2濃度調(diào)整為0.76。默認(rèn)：設(shè)置內(nèi)-外：自己定義計(jì)算順序：1)添加收斂模塊2)添加設(shè)計(jì)規(guī)則收斂模塊3)定義計(jì)算順序，演示收斂2。分離乙腈-甲苯混合物，加入二甲苯進(jìn)行精餾，組成和流程如下：熱力學(xué)方法為(NRTL-RK)，進(jìn)料為xyl，進(jìn)料：a，進(jìn)料：B-AN

8、D-C，模塊參數(shù)如下：COLUMN-1: 40板，XYL 27板進(jìn)料，B-AND-C 37板進(jìn)料，壓力0.1atm，壓降0.4atm，冷凝器全冷凝，回流比6(摩爾)，頂部排放150.15千克/小時(shí)；色譜柱-2: 40板，進(jìn)料-2 15板，進(jìn)料A 15板，壓力1大氣壓，忽略壓降，冷凝器完全冷凝，回流比為6(摩爾)，頂部排放為362.9千克/小時(shí)；COLUMN-3: 5板，4板進(jìn)料，壓力1大氣壓，忽略壓降，冷凝器完全冷凝，回流比為0.1(摩爾)，頂部排放為422.5千克/小時(shí)；1)將循環(huán)直接連接到塔-1，這顯然不收斂。2)添加補(bǔ)充流和計(jì)算器的補(bǔ)充，并根據(jù)循環(huán)流中二甲苯的量進(jìn)行補(bǔ)充，以使補(bǔ)充后二甲苯

9、的總量為450千克/小時(shí)，第1列可能不收斂！因?yàn)轱暳献兞?，產(chǎn)量也沒(méi)變。3)增加第1欄的設(shè)計(jì)規(guī)定，調(diào)整生產(chǎn)量，使產(chǎn)品純度為定值。結(jié)果表明，該算法易于收斂。3.分離異丙醇-水混合物，與苯共沸蒸餾，組成，過(guò)程如下：熱力學(xué)方法是(UNIQUAC)。苯的加入量是一定量的進(jìn)料。FEED: Feed，F(xiàn)EED:composition，8.5過(guò)程模擬計(jì)算中的注意事項(xiàng)，1)物流的正確描述物流圖中的單元設(shè)備可以用適當(dāng)?shù)膯卧K來(lái)描述。選擇合適的設(shè)計(jì)變量功能強(qiáng)大的過(guò)程模擬系統(tǒng)，其單元模塊的設(shè)計(jì)變量多于可供選擇的自由度。根據(jù)對(duì)過(guò)程特性的分析，過(guò)程中最重要或必要的參數(shù)應(yīng)被用作設(shè)計(jì)變量。如果幾個(gè)參數(shù)同等重要，應(yīng)選擇易于估計(jì)的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。3)設(shè)計(jì)變量的數(shù)量決定了自由確定的設(shè)計(jì)變量的值可能不符合設(shè)計(jì)要求，所以我們應(yīng)該對(duì)工藝特點(diǎn)有深入的了解和分析，進(jìn)行必要的人工計(jì)算或本地計(jì)算機(jī)計(jì)算，以保證整個(gè)工藝的順利進(jìn)行，減少不必要的機(jī)器時(shí)間浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率例如，從蒸餾塔v1，4)頂部的氣相排放逐漸擴(kuò)大了過(guò)程計(jì)算的范圍。一般的化學(xué)過(guò)程是復(fù)雜的，有許多單元操作，所以通常很難一次完成計(jì)算。它可以劃分為單元模塊較少的子過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，并逐步推進(jìn)，有利于解決大規(guī)模過(guò)程的仿真問(wèn)題。5)有效選擇單元模塊。在流程模擬的每個(gè)階段