应用实例PROII流程模拟的分解案例.docx

3.7过程系统模拟的应用实例化工流程模拟软件的种类虽然较多，但针对化工过程模拟的基本思想和措施却相通。AspenPIUS应用非常广泛，下面我们以乙苯生产过程乙苯精询塔生产实例为例简介AspenPlus稳态模拟的基本措施和基本思想。某干气制乙苯装置中，干气中的乙烯与苯催化反应生成乙苯，反应产物中同步包括反应副产品丙苯、二乙苯、多乙苯和没有反应完全的苯。反应物通过苯塔分离脱除苯后进入乙苯塔、丙苯塔获得乙苯、丙苯产品。已知进入乙苯塔物料含苯0.2%（摩尔分数，下同）、乙苯77%、丙苯10%、二乙苯12.8%,流量8679kgh,压力1.45MPa（绝压，下同），温度281C。乙苯塔为93块浮阀塔盘，进料位置为第40块塔板，操作中，塔顶压力0.52MPa,冷凝器后压力05MPa,塔顶温度210,塔底温度254,回流量19000kgh,塔顶产品中乙苯含量99.5%,釜液中乙苯含量1.5%,塔顶为全凝器，塔底为热虹吸式再沸器。生产中对乙苯产品指标有严格限制，规定乙苯产品纯度不小于99.6%,同步为较小物耗规定乙苯塔釜液乙苯含量不不小于1%,试通过模拟分析提出改善方案。使用ASPenPlUS进行模拟H勺基本环节：（1）选择模板（2）选择运行类型（3）创立一种流程（4）规定计算的全局信息（5）规定组分（6）选择物性措施（7）输入物流规定（8）输入模型规定（9）运行模拟（10）检查成果（11）敏捷度分析（12）生成汇报1 .建立一种新的运行当启动ASPenPlUS并建立种新的模拟时，可以从种空白模拟着手或者从种模板着手，见图3-27。模板设定了特定工业一般使用的缺省项包括测量单位、所要汇报的物流构成信息和性质、物流汇报格式、对游离水选项的缺省设置、性质措施、其他特定的应用缺省。AspenPlus内置如下列模板： 空气分离 化学工艺 电解质气体加工一般工艺湿法冶金石油医药冶金固体特种化工对于每个模板，可以选择米制或英制作为缺省测量单位制，其他单位制也可用。由于本分离工艺物系为芳蜂分离，可以选择GeneralWithMetriCUnitS模板作为模拟模板,见图3-27。Personal Refinexy Simulations |J Air Separation with English Unite/ Air Sepaiation with Metric Units加 Aspen IPE Stream Properties1口 Blank Simulation口工 Chemicals with English Units Chemicals with Metric Units Electrolytes With English Units Electrolytes with Metric Units毗 GaS Processing with English Units 渺 GaS Processing With Metric Units 毗 General with English Units: General with Metric Units,2 Hydrometallurgy with English Units¢3 Hydrometallurgy wi 即 Petroleum with Eng； 即 Petroleum with Met) QQ Phaimaceuticals Witl 盟 Phaimaceuticals Wltl QQ Polymers with Engli EjPolymers with Metri 皿 Pyrometallurgy with QlQ Pyrometalluigy Witb 岫 Solids with English" Solids with Metric U 皿 Specialty Chemicals 口口Specialty Chemicalsr reviewGeneral Simulation WithMetric Units:C, bar, kghr, kmol/hr, MMKcalr, Cum/hr.Property Method: NoneFlow basis for input: MoleStream report composition: Mole flowRIm TyPe !FlowsheetFlowsheetPROPERTIES PLUSProperty AnalysisProperbr Estimation v -j图3272 .选择运行类型当建立一种新运行时，必须在NeW对话框上H勺RUnTyPe的列表框中选择运行类型。Flowsheet运行类型为流程模拟计算H勺基本类型，见图327。表3-1AspenPIUS运行类型表运行类型阐明用途Flowsheet模拟计算的基本类型。对流程模拟包括敏捷度分析和优化，同步集成了性质常数估计、化验数据分析/虚拟组分产生、性质分析。化验数据分析一种独立的化验数据分析/虚拟组分产生运行。当你不想在同一种运行中进行流程模拟而分析化验数据时用数据回归一种独立的数据回归运行，可以包括性质常数估计和性质分析计算。将ASPenPIUS所需的物性模型参数与所测量的纯组分、气液平衡、液液平衡和其他混合数据拟合，AspenPIUS在流程运行中不能执行数据回归。PROPERTIESPLUS一种PRoPERTlESPLUS设置运行制备性质包，以便供ASPenCUStomModeler/ADVENT使用性质分析一种独立的性质分析运行，可以包括性质常数估计和化验数据分析计算。当你不想在同一种运行中进行流程模拟时，通过生成物性值表格而进行性质分析。性质估计一种独立的性质常数估计运行。当你不想在同一种运行执行流程模拟时估计性质参数本算例的目的是对乙苯分离过程进行稳态模拟，因此选择FIoWSheet运行类型，见图3-27o3 .创立一种流程AspenPlus是基于流程图的通用流程模拟软件，因此要定义一种可以反应实际过程的流程图。定义一种流程用如下环节：(1)在VieW菜单下确认PFD状态己经关闭，否则设置的模块和物流图形不能变成模拟模型的一部分，如图3-28；图3-28(2)选择单元操作模块并将它们放置到流程窗口。AspenPlus中过程单元操作模型包括8大类、57小类、349个单元操作模型。表3-2单元操作模型类型模型阐明混合器/分流器MixerFsplitSsplit物流混合物流分流子物流分流分离器FIash2FIash3DecanterSep双出口闪蒸三出口闪蒸液-液倾析器多出口组分分离器Sep2双出口组分分离器换热器Heater加热器/冷却器HeatX双物流换热器MHeatX多物流换热器Hetran与BJAC管壳式换热器的接口程序Aerotran与BJAC空气冷却换热器的接口程序塔DSTWU简捷蒸储设计Distl简捷蒸福核算RadFrac严格蒸锵Extract严格液-液萃取器MuItiFrac亚杂塔的严格蒸馅SCFrac石油的简捷蒸谯PetroFrac石油的严格蒸储Rate-Frac持续蒸馈BatchFrac严格的间歇蒸储反应器RStoic化学计量反应器RYield收率反应器REquil平衡反应器Rgibbs平衡反应器RCSTR持续搅拌罐式反应器RPlug活塞流反应器RBatch间歇反应器压力变送器Pump泵/液压透平Compr压缩机/透平Mcompr多级压缩机/透平Pipeline多段管线压降Pipe单段管线压降Valve严格阀压降手动操作器Mult物流倍增器Dupl物流复制器CIChong物流类变送器固体Crystallizer除去混合产品的结晶器Crusher固体粉碎器Screen固体分离器FabFl滤布过滤器Cyclone旋风分离器Vscrub文丘里洗涤器ESP电解质沉降器HyCyc水力旋风分离器CFuge离心式过漉器Filter旋转真空过滤器SWash单级固体洗涤器固体CCD逆流倾析器顾客模型User顾客提供的单元操作模型User2顾客提供的单元操作模型本例中的任务是对乙苯塔进行模拟，因此选择严格蒸储模型，如图3-29图3-29根据现场操作过程，选择FRACT2作为模拟模型，并添加乙苯塔位号T-3O3,见图3-30。图3-30（3）用物流线画出生产过程的物料流程，同步物流线将各单元模块连接起来。本案例中，进塔物流号为101,塔顶液相采出物流号为102,塔底液相采出物流号为103,如图3-31。图3-314 .规定计算的全局信息全局规定为整个运行设定缺省值，AspenPlus运行在输入详细的流程阐明之前，要在口回因Setup窗体中规定全局信息，见图332。虽然在选择模板时，AspenPlus已经规定了计算时默认值，但可以在任何时候返回这些表格和变化输入。,AspenPlus-Sunnlation1-SetupSpecifications-DataBrowser'FileEditViewDataTookRunPbtLibraryWindowHelp-SIXTitle:Units of measurementJGlobal Description Accounting Diagnostics 5 2 Setup0Press Flo. Setup Specif.DHII>g9Ml公W”例画”：K则切。SpecificationsSimulationOptionsStreamClassInput data:Output results:Global settegsRun type:(FlowsheetInput mode:Stieam class: CONVENFlow basis:Ambient pressure: pAmbient temp.: 50一VAIirl nhasfts用亡JSubstreamsQjUnite-Sets。CustomUnits国0口Cl白(ReportOptionsComponentsPropertiesStreamsBlocksReactionsConvergenceFor Help, press FldA.gFbldersAq)enPlus11.1NUMFleetNotComplete)图332表3-3SelUP包括的内容内容阐明用途Specification规定输入全局信息SimulationOptions模拟选项规定计算闪蒸收敛系统选项时间和误差限制StreamClass物流类定义物流类和物流性质Substreams子物流定义子物流和属性Units-Sets单位集定义度量单位集CustomUnits习惯单位确定顾客习惯的单位Report Options汇报选项规定汇报选项5 .规定组分将模拟过程中所需的组分输入到组分列表中。本案例中所需要的组分为苯、乙苯、丙苯、二乙苯，见图3-33、图3-34。FindName or Formula AdvancedDoubleclickoncomponenttoaddtolistComponentnameIFormulaIDatabankIMWIBP<C>ICASnoABENZENEC6H6PUREll78.113680.0971-43-2PHENOLC6H6OPUREll94.113181.84108-95-2P-HYDROQUINONEC6H6O2PUREll110.112286123-31-91,2-BENZENEDIOLC6H6O2-E1PUREll110.112245.5120-80-9三J1,3-BENZENEDIOL1,2,3-BENZENETR.C6H6O2-E2PUREll110.112276.5108-46-3C6H6O3PUREll126.112308.787-66-1phenyl-mercap.C6H6SPUREll110.18169.14108-98-5O-CHLOROANILINEC6H6CLN-D2PUREll127.573208.8495-51-2CTS-)TCVAN-1-RC6W6N2-F1PTTRF111fi12733A52141-5R-4VM>AddMatchesfound:18图333SelectionPetroleumNonconventionalDatabanksDefinecomponentsComponentIDTypeComponentnameFormulaBENZE-OIConventionalBENZENEC6H6ETHYL-OIConventionalETHYLBENZENEC8H10-4N-PRO-OIConventionalN-PropylbenzeC9H121O-DIE-OIConventionalO-DiethylbenzeC10H14-D2*FindEIecWizardUserDefinedReorderReview图3-346 .选择物性措施选择靠近的物性措施常常是决定模拟成果的!精确度的关键环节，同步也是模拟的关键工作。物性措施是一批措施和模型，AspenPlus用它们计算热力学物性和迁移性质。热力学物性包括逸度系数、熔、燧、吉布斯自由能、体积，迁移性质包括粘度、热导率、扩散系数、表面张力。ASPenPhlS包括大量内置的物性措施足以满足大部分的应用，不过同步顾客可以建立新的适合模拟需要的物性措施。AspenPIlIS为顾客物性措施的选择提供了参照。表34油和气产品应用推荐的物性措施储水系统PR-BM.RKS-BM板式分离PR-BM>RKS-BM通过管线输送油和气PR-BM、RKS-BM表3-5炼油应用推荐的物性措施低压应用（最多几种大气压）、BKl0、CHAO-SEA、GRAYSON真空蒸储塔、常压原油塔中压应用（最多几十个大气压）Coker主分储器FCC主分储器CHAO-SEA、GRAYSON>PENG-ROB>RK-SOAVE富氢时应用重整炉加氢器GRAYSON、PENG-ROB、RK-SOAVE润滑油单元、脱沥青单元PENG-ROB、RK-SOAVE表36气体加工应用推荐的物性措施煌分离脱甲烷塔C3分离器PR-BM、RKS-BM、PENG-ROBRK-SOVAE深冷气体加工空气分离PR-BM、RKS-BM、PENG-ROB、RK-SOVAE表3-7化工应用推荐的物性措施乙烯装置初级分镭器轻烧串级分离器急冷塔CHAO-SEAGRAYSON>PENG-ROB>RK-SOAVE芳香族环烧BTX萃取WILSON.NRTL、UNIQUAe和它们的变化形式乙苯和苯乙烯装置PENG-ROB>RK-SOAVEWILSON、NRTL、UNIQUAC和它们的变化根据ASPenPIUS为顾客物性措施提供参照，考虑本案例为乙苯和苯乙烯装置，选用物性措施为PENG-ROB,见图3-35。PropertiesSpecificatioiis-DataBrowserf Specifications三1回闾JGlObalFlowsheetSectionsReferencedProperty methods & modelsProcess type:Base method:Property method: PENG-ROB !F Modify property modelsHenry componentsEOS;ESPRSTD JPetroleum CalCUIation optionsFreewaler method:Data set:Water solubility:EIecUoIyte calculation optionsChemistry ID:Pr Use Irue-ComponentsLiquid gamma:Data set:Liquid enthalpy:Liquid volume:HLMXIo6 VLM×20V Poynting correclion Heat of mixing图3-357 .输入物流规定对于一种模拟过程，根据自由度分析，必须规定过程系统进料物流的流率、构成、热力学状态，还可以提供扯破循环物流的初始估值。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8679kgh,压力1.45MPa,温度281C。将上述数据输入到物流101的物流信息表中，如图3-36。to oH d)-h弱内+ + .内一 ffisl-.-.B H -SetupComponents Properties Streams R ioi ¾1 102 21 103 Blocks 1 T-303Setup Design Specs VaryMeaters Coolers Pumptroundx Dttctnttrs Efficiencies ReactionsCondenser Kcurves Reboiler Hcurves Tray Sizing Trty Ratine Pack Sixnmetc8ar jJ 4a <<ii»| (g N»|'Specifications Flash Options EO Options 图3-368 .输入模型规定对于一种模拟过程，根据自由度分析，必须将模型的操作变量输入到模型规定中。不一样的模型规定各不相似。本案例中，乙苯塔为93块浮阀塔盘，进料位置为第40块塔板，操作中，塔顶压力0.52MPa,冷凝器后压力0.5MPa,塔顶温度210,塔底温度254,回流量19000kgh°塔顶为全凝器，塔底为热虹吸式再沸器。将上述信息输送到精编塔的输入规定中，如图3-37。注意，在模拟计算中，冷凝器和再沸器均按块板来计，因此计算总板数为95块，进料位置为41块。图3-37值得注意的是塔板效率的选择。精储塔模拟计算中，塔板效率常常是根据计算成果和实际分离成果比较选定H勺，塔板效率的初值一般根据塔板型式和分离物性选定。本案例中初选全塔效率60%,如图338和图39所示。BlockT-303(RadFrac)EfficienciesDataBrovsexOEfficienciesJ冏11¾IMEtcbarjJRIflWIpji32JSMT-303Stup Desin Specs Vuy Heaters Coolers Punpar0und2 DecantersKffici encies ReactionsCOndenSer Hcurves ReboIler HCurV" Tray Sizing Try Rating Pack Sizing Pack Rating Properties Estin*ts Convergence RaportUser Subroutines DynMticDvn»»i r EmiPnt 卜/Options Vapor-Lquid por-2fxi LjkJ IEfficiency geC VaPOrCatiOneftiaenCleSEaxpkree efficieacies.95StagesOPMParOUnd(三)图3-38BlockT-303(R虱FraC)Efficiencies-DataBrowser0 EfficienciesF 而5 METCBAR 3 <<lnput图3399 .运行模拟当所有有关信息添加完毕，可以运行模拟10 .检查成果（1）检查运行的完毕状态要检查有关运行收敛和完毕状态的汇总信息，可使用ReSUltSSllmmary页面。这个表指明了计算与否为正常完毕。假如没能正常完毕，阐明模拟过程的输入需要调整，直至系统收敛。当系统收敛后，可以检查计算成果，如图340。SummaryCalculationswerecompletednormallyAspenPlusVersionTitle:11.11Dateandtime:DECEMBER4,20066:30:19P.M.Username:ADMINSiteID:TEAM_EATMachinetype:WIN32Hostcomputer:DEM0SYSUse«and»tobrowseresults图3-40如图3-41,在计算成果表中，分别汇集了组分、物流、模块计算信息，根据实际装置运行状况检查模拟成果，假如模拟成果与实际运行成果偏差较大，不能反应实际过程的原貌，则需查找原因，采用调整物性措施等措施直至模拟成果靠近实际运行成果。*kAspenPlus-乙基bkpEile£ditJiiewDataIoolsBUnEIotLitraryMind(W11elp口同Ial副固电圆型KHl匐JW囱叫屈小IKlEj国画I剑一：FF回外怀I叨VlI色同EIl蚓MI圈咧I图3-41实际运行中塔顶产品中乙苯含量99.5%,釜液中乙苯含量1.5%。模拟成果顶产品中乙苯含量99.54%,釜液中乙苯含量1.455%,与实际运行成果基本吻合，同步塔顶、塔底温度与实际也基本吻合，因此可以认为该过程的模拟基本精确。11 .敏捷度分析敏捷度分析是检查一种过程怎样对变化的关键操作变量和设计变量反应的种工具。可以用它变化一种或多种流程变量，并研究该变化对流程其他变量的影响。它是做工况研究的种最有用的工具。被变化H勺流程变量必须是流程的输入参数，在模拟中计算出的变量不能被变化。可以用敏捷度分析来验证一种设计规定H勺解与否在操作变量的变化范围内，还可以用它做简朴H勺过程优化,可以用敏捷度分析模块生成随进料物流模块输入参数或其他输入变量变化的模拟成果的表或图。敏捷度分析Fl勺环节:(1)建立一种敏捷度(SenSitiVity)分析块;单击“new”，系统自动给出分析块的J名字，如图3-42。图3-42(2)标识被采集的流程变量;对于本案例，乙苯精储塔操作中，进料位置、回流比对分离成果有很大影响，因此有必要分析进料位置的变化对塔顶乙苯浓度(EBToP)、塔底乙苯浓度(EBBoT)IW影响，回流比的变化对塔顶、塔底乙苯浓度H勺影响。单击“new”，输入EBToP,系统弹出一定义变量对话,lAspenPlus-Siu乙米塔ap-SensitivityS-IInput-DataBrovser口FileEdIlVv5fctaIoolsRunPlotLibrwyYxnd>*Help¾HlEJ凶窘M匐蝴阉3M-小IKlW型!曳l：.T4MBlT|旬.周|:二"ISSl闻*|；同MPUt-回归si3刎i<<AI»|口画N»|以内团内内口电口内- 1,倒向Setup Conpoxients Properti«s Strens BlocksR*ctaoxz Conv«r(«nc« FlwsKaAtn Options Mod。】 Analysis Tools (1 Sftnsitinty9 囚 S-IO Input 7 ResUltS田凶S2CJ Optinixation C 1 Constraint l Dat Fit CJ Case StUw EO Configuration Results Sw4ry*De(ineVay j Tabute Fortran Deddiabons OptionalI Flowsheet vaiaUDeiftionEBTOP Note-Frac Sream=102 Subrwm=MIXED Componerrf=ETHYL01cZl Variable Def init ionVanabte name: EBTOP Cdiegoiyr AiC Blocks( Stream?C Model UtityProperty C ReacbonsQ Process Fb.Senstivrty S.Dene<Vary TabUate Fortran Declarations Optional 'Veiablenumber: i 三图3-43（3）标识要操纵H勺输入变量来生成种表，如图3-44。AspenPlus-Siu乙未塔ap一SensitivityS-IInput-DataBrowserFileEditViwD&t«ToolsRunPlotLibraryVindovHlp-o'×DditalN¾eQllllHj-小IKl!用倒|：r，陵IIkI同二I-：圈阳时IqInOUt-211fesi-2t<<AiiV»|CN»|SetupComponentsProPqrti下StreonsBlocksReactionsConvergenceFlowsheetingOptionsHodelAnalysisToolsIAlSensitivityH内STOInput(TKlRezultz22s-2Optiniz4lionConstraintDataFitCaseStudyC。RfiuffatiQnResultsSunnftry(4)定义你要ASpenPlUS将什么制表，如图3-45；,t,AspenPlus-Siu乙不塔ap-SensitivityS-1Input-DataBrovser_,EileEditYiQWQataIOoIfRXmElotLibreryindowHnP_曰×而旧I=Ial>I机；用才|匐dwlNHl圃>1»IKI-I瞿I乌1|1|IHrTM%mM(T用M国|二",但I闹驱I,Input国卜匕si-4a«|AI>>N»|SetupCoBponentsPropertiesStreamsBlocksKeactionsConvergenceFIQWSheetiRgOptionsModelAnilysisTools(¾1SensitivityF玄jS-IOInput7ResultsS内S-2亡Optimization广1ConstraintClDataFit亡JCaseStudyEOConfisurtionResultsSUftmaryDefrejJVatyJTabU加叫FocUanDeclarationsOptionalTableFormatNtUyoutypetheiabl«VoIWmab*r.ColunxinwerIisthefirstUolnraIafterikeColumsforthevariedxorables.SeeBelp.图3-45当所有有关信息添加完毕，可以运行模拟。得出如下成果,AspenPlusSiu乙笨塔ap,-SensitivityS-IResults一DataBrovserO回区)一EileEditYierPata工OOlSBunElOtLiferaryindowHelpI诩。I1I凰剧里J醛Hl含阕0例I福|小IKl|利即创I讦心1%怀忖PTISJ.-L三*列QResult二3/TEl-F。1。1«1面J>>lQjSetupComponentsPropertiesStreamsBlocksReactionsConvergenceFlowsheetingOptionsModelAnalysisToolsMSensitivity三劭S-IOInputQlResults倒S-2COptimizationCjConstraintQjDataFit亡CaseStudyEOConfigurationResultsSummaryStatusVARY1T303101FEEDSSTAGEEBTOPEBBOTOK400.995381360.01452194OK410.995534610.01394165OK420.995676170.01340552OK430.995806870.01291046OK440.995927460.01245361OK450.996038650.01203235OK460.996141050.01164431OK470.996235270.01128727OK480.99B321810.01095925OK490.99S401180.01065841SummaryDefineVariable图3-46选择进料板位置为横坐标，塔顶、塔底乙苯摩尔分数为纵坐标，用工具栏中“plot”做敏捷度分析图如图3-47：Z66d3z966dg96663CM966d9666犯96609g6609CMg6609660l-O-O-0-EBBOT7、f*r/1*,fc-o-4JO*SensitivityS-1ResuItsSummaryoEBTOP4042.54547.55052.55557.56062.56567.570VARY1T-303101FEEDSSTAGE图3-47由于图3-37给的是回流量，因此做【可流比敏捷度分析时，将回流量19000kgh改为回流比3,然后按上面同样环节进行敏捷度分析，成果如图3-48所示。00OO866SensitiVityS-2ReSUltSSUrnmary3T0P3B0T22.12.22.32.42.52.62.72.82.933.13.23.33.43.53.63.73.83.9VARY1T-303COL-SPECMASS-RR图3-48通过敏捷度分析，如图3-47、图3-48可以发现合适的进料位置6064,合适的回流比3.2以上，因此本装置基本处在较优操作，但仍有深入调优空间。生产中塔顶产品中乙苯含量99.5%,釜液中乙苯含量1.5%,均不能满足生产规定。通过图347可知，假如在保证现场回流比3不变的前提下，通过调整进料位置由40块至61块，可使塔顶产品中乙苯含量由99.5%提高至99.68%,釜液中乙苯含量1.5%降至0.9%,到达生产规定。通过图3-48可知，假如在保证进料位置40块不变的前提下，回流比由现场3增长至3.6（相称于回流量由I9000kgh增长至23000kgh）,可使塔顶产品中乙苯含量由99.5%提高至99.67%,釜液中乙苯含量1.5%降至0.96%,到达生产规定。生成的汇报如表3-5所示。表35乙苯塔现场工况模拟成果表StageTemperaturePressurekPaLiquidflowkg/hrVaporflowkg/hr液相构成气相构成BENZEETHYLN-PROO-DIEBENZEETHYLN-PROO-DIE1207.60135001915500.0025970.9954420.001961l.93E-070.0069360.9917920.0012717.76E-082209.867452019510.13255400.0012380.9962110