一种中压空分装置cad的流程计算模型

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1、一种中压空分装置CAD的流程计算模型3 舒 水 明(华中理工大学制冷与低温技术教研室 武汉 430074)摘 要 流程计算模块是中压空分装置CAD1的重要组成部分。介绍流程计算模块的总体结构、输入窗口、流程计算与优化模型、流程计算与换热器计算模块和精馏塔计算模块的关系以及输出窗口。这对于更好地运用该CAD和开发新的低 温液化分离系统CAD具有理论和实际意义。主题词 低温流程 CAD 计算模型1 引 言流程设计是低温液化分离系统设计的关键环节。流程计算以前要构思出整个低温液化分离系统的基本结构 系统流程图。流程计算时应考虑以下问题:(1)确定已知参数即需要输入的参数;(2)确定可调参数即被优化的

2、参数;(3)确定优化目标参数,如单位能耗或其他技术经济指标;(4)求出未知参数,如流程图中各节点上的未知温度、压力、密度、焓值、各组分物流量及浓度等;(5)未知参数的求解方法;(6)系统中的约束条件分析,用来作判断和调整的依据;(7)分析流程计算参数对单元设备计算的影响;(8)求解间接已知参数,如查图表或访问数据库;(9)确定输出参数;(10)其他。2 输入模型流程计算模块的参数输入部分置于模块前部,用窗口实现。可以用窗口中一张表将需要输入的参数输入,也可以分类设置切换控件按多张表输入。一般中压空分装置CAD的输入参数可按以下六类输入。2000年第2期低 温 工 程No12 2000 总第11

3、4期CRY OGENICSSum No1114 本文于1999年8月1日收。舒水明,男, 45岁,副教授。图1 流程计算模块基本结构(1)产品产量和密度:氧气纯度, Y o2o ,氮 气 纯 度, Yn2n , 馏份纯度Yr ,液空纯度Xa2o ,氧 气产量Vo及馏分量Vr。(2)冷损及分配:总跑冷损失Q3,上塔及冷凝蒸发器冷损Q32uc,下塔冷损Q32lc,液空过冷器冷损Q32la,液氮过冷器冷损Q32lc,换热器1冷损Q31和换热器2冷损Q32。 (3)压力和阻力:氮气产品输出 压 力P 20 ,上 塔 阻 力dPuc ,下塔阻力dPlc ,换热器1和换热器2的返流阻力dP1和dP2 ,液

4、空及液氮过冷器阻力dPla及dPlc ,分子筛吸附器再生 气阻力dPm。(4)温度及温差:空气进吸附器温度t 4 ,空气进冷箱温 度t 5 ,换热器1和2的热端温差dT1和dT2,冷凝蒸发器及过冷器温差dTc、dTla及dTln。(5)效率及其它:膨胀机效率Es ,空压机等温效率Et ,空压机机械效率Em ,物流损失dV ,液氧液面高度Hlo。(6)可调参数初值:空气进冷箱压力P 5 ,膨胀过热度DTsu ,膨胀气量Ve等。3 流程计算模型与算法流程计算可以确定流程关节点上的未知量,包括状态参数:温度、压力或密度,热量参数:焓、比热、导热系数或熵以及物流量和浓度等。为了求得这些参数,流程计算中

5、通常采用以下模型或算法:(1)递推模型 这种模型适用于求解相邻节点的有关参数,如Pi+1= Pi Pi(1)Ti+1= Ti Ti(2)hi+1= hi hi(3)若已知产品气出装置压力和各设备的P,则由式(1)可求得各节点上的压力。(2)平衡模型 平衡模型和递推模型一样是流程计算中用得较多的模型。采用这种模型时,需要将整个低温系统(流程图表示)划分成若干个热力系。每个热力系包含某设备的一段(例如精馏塔上塔或下塔) ,或包含某设备(例如整个精馏塔或某换热器) ,或包含多台设备(例如把换热器1和2看成一个热力系)。对每个热力系作热量平衡,物料平衡即总物料63低 温 工 程2000年平衡和各组分平

6、衡,便可得出一系列平衡方程:ni =1V i inh i in=li =1V i outh i out(4)ni =1V i in=li =1V i out(5)ni =1V i inY i j =li =1V i outY i j(6)上三式中,进出热力系的物流数分别为n和l,物流量和焓值分别为V i in,h i in,V i out和h i out,第j股流中组分j的浓度为Y i j。求解平衡方程,可以得出部分节 点上的未知参数,例如冷凝蒸发器的热负荷、富氧液空量、液氮量和空气进塔焓值等。(3)查找与插值算法 一些在图上或表中查取的数据可用这种方法求解。先将有关的图线处理成表格的形式,例

7、如将图2所示的膨胀过程的T2S图转化成P1表和P2表。P1表和P2表分别列出了压力P1和P2下不同温度T和熵S时的焓值h。P1表结构如 下。P1表ThS S1S2S3T1h11h12h13T2h21h22h23图2 膨胀过程的T2S图P2表结构同P1。通常给定膨胀后工质的过热度,压力已知,因而a点状态参数包括ha已知。要确定膨 胀前的状态b。算法描述如下:(1)Pb即P2确定,在可能的温度范围内给定起算温度和步长,从P1表中查找出对应的hc,从表P2中查得hb。(2)计算( hb-ha) / ( hb-hc)(7)(3)判断式(7)与膨胀机效率的偏差是否满足给定值。(4)判断成立时,状态b确定

8、,即该点各参数也就确定了,否则继续查找。4 流程计算模块与其他模块的关系如图1所示,初始流程计算完成后,进行换热计算,并且判断是否满足热平衡条件和换热器的正常温度工况。若不满足,调整可调参数,重新进行流程计算和换热器计算,直到满 足热平衡条件和正常温度工况,再进行精馏计算。精馏计算不合理时,改变可调参数,重复上述计算;精馏计算通过后,计算性能指标。 指标未达到要求,改变可调参数,重新计算。达到要求后,流程计算才告结束,输出计算结73第2期一种中压空分装置CAD的流程计算模型果。 由以上可知,流程计算模块与其他模块密切相关。其他模块虽然可单独用于单体设备设 计,但是,流程计算的结束是以其他模块计

9、算的完成为前提条件。 各模块与数据库的关系是双向的。各部分的有些参数必须存入数据库,而计算过程中所 需的一些参数,又从数据库中获得。5 输出模块中压空分装置CAD的输出模块包括三种输出形式。 第一种输出形式为输出窗口及子窗口。用于终端显示,以便根据计算结果,采用人机对 话方式,决定是否要改变可调参数重新进行计算。根据显示要求和不同的显示内容来设置显示数据窗口及其子窗口。窗口上可以设置切换 控件,以便分类显示。窗口内的内容多以表格形式列出。显示内容较多时,还可以设置水平 滚动条和垂直滚动条。 第二种输出形式为打印机或绘图仪等输出。采用这种输出形式,可以得到书面文件。例 如,按事先规定的格式,输出

10、流程计算说明书,换热器设计计算说明书,精馏计算说明书等。还可以输出其他必须输出的参数或图与表。 第三种输出形式为输入到数据库,以备以后查用。 还可以根据需要,安排其他的输出方式,如纸带、磁带、光盘、图形等输出方式。6 结束语提出在流程计算时考虑10个方面的问题。介绍了中压空分装置CAD中流程计算的输入 模型,可以用数据窗口及其切换控件分六类输入。流程计算中主要采用了递推模型、平衡模 型以及查找与插值算法。平衡模型包括热力系的能量平衡、总物料平衡及各组分平衡。 流程计算模块与其他模块有密切联系,一般在计算时,它们是同时被完成。 输出模块的设计比较灵活。通常根据用户要求进行设计。参考文献1 Tim

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12、版社, 1992183低 温 工 程2000年MATHEMATIC MODEL OF CRYOGENIC SYSTEM FOR CAD OF AIR SEPARATION PLANT WITH MIDDLE PRESSUREShu Shuiming(Cryogenic Laboratory , Huazhong University of Science CAD; mathematic model(上接第23页)4 Hopkins R A , Krize E D. Next Generation Tension Strap Supports for Spaceborne Dewars. AIA

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14、e Supports: A Review of Strap and Strut Properties. Cryogenics , 1997 , Vol137DESIGN OF SUPPORT STRAPS SYSTEM FOR SPACEBORNE RADIANT COOLERSZhu Jianbing Pan Yanpin(Lanzhou Institute of Physics , Lanzhou 730000)ABSTRACT The support straps system of spaceborne radiant coolers requires thermal isolatio

15、nand it requires to remain high stiffness and strength in order to ensure the radiant coolers structural in2tegrity. These two aspects are contradictory. So the design of support straps system is very important tostudy spaceborne radiant coolers. This paper compares and analyses the disign principle

16、 , structural typeand materials choose method of high strength and low thermal conductivity composite support straps systemfor radiant coolers. On the basisof the support straps performance test , the rational structure direction ofsupport straps system for spaceborne parabolic radiant coolers is explored1KEYWORDS radiant cooler; composite materials; support st