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1、PRO/II基础入门,叶剑云 华南理工大学,第一章 化工流程模拟,什么是化工流程模拟？,化工流程模拟是一种高科技手段，它根据化工单元过程和热力学的基本方程，应用现代数学方法，通过计算机模拟实际的化工生产过程。即在计算机上准确地“再现”实际生产过程，得到详细、完整的物料平衡和热量平衡数据。 由于过程流程模拟技术能够反映传统技术难以实现的单元装置的静、动态特征，因此越来越受到石化领域设计与开发人员的重视，广泛地应用于石油、化工、制药、冶金等重要行业中。,化工过程模拟技术的应用,流程模拟技术一般都采用序贯模块法，通过严格的质量和能量平衡，相态和化学平衡，去预测一个工艺过程的表观现象。 主要可以解决以
2、下工程问题： 可为工程设计提供基础数据 可以对生产过程中的故障进行模拟诊断 在新产品开发过程中，通过流程模拟可以为新产品开发研制提供极大的便利 可以对现有装置进行生产能力的标定，来帮助寻找系统的“瓶颈”部位 ,第二章 流程模拟软件的算法,化工模拟系统的结构,稳态过程模拟的解法,1、序贯模块法 特点：模型和解法合二为一 优点：计算方法易实现，稳定可解,2、联立方程法 特点：模型和解法分开，对计算方法要求高。一般采用SQP法-Sequential quadratic programming 优点：快速、灵活的自变量和应变量定义,3、联立模块法 试图综合序贯模块法和联立方程法的优点而提出的化工流程计
3、算方法，也称为二水平算法 交替使用两种模型：流程水平上的简化模型和模块水平上的严格模型 简化模型由线性化的单元设备模型和连接方程组成，严格模型即序贯模块法中使用的传统的组成，严格模型即序贯模块法中使用的传统的单元设备模型，利用它们并借助某种数值扰动技术求取线性化单元设备模型中的所有系数,第二章 PRO/II功能简介,PRO/II软件介绍,PRO/II 软件是SIMSCI 公司开发的大型流程模拟软件，用数学模型描述和模拟整个工艺流程及各单元。 PRO/II综合了巨大的化学组分库和热力学方法。 PRO/II在化学、石油、天然气，合成燃料工业等方面可提供复杂、正确及可靠的模拟功能。 PRO/II主要
4、用于化工流程的稳态模拟，稳态热量和物料平衡模拟。 PRO/II不仅可以为化工流程设计提供数据，还可以对于现有流程进行优化，提高企业效益。,PRO/II软件界面,PRO/II软件模块,传热模块 简单换热器 严格换热器 空气换热器、火焰加热器、液化天然气换热器 压力变化模块 压缩机 膨胀机 泵 阀门 管道,PRO/II软件模块,反应器模块 生产能力类反应器(1种) 热力学平衡类反应器(2种) 化学动力学类反应器 (3种) 分离模块 闪蒸 精馏 吸收 萃取 其中精馏塔是炼油行业中最重要 也是最难的掌握的模块,第三章 过程模拟的基本步骤,化工过程模拟的七个基本步骤,实例：深冷车间模拟-Part 1,建
5、立流程图 下图是深冷车间的流程图 流程共4个模块,应用界面右边的导航条建立流程图 添加模块时左键点击导航条相应的模块，光标变成 在操作窗口空白处，左键点击放置的位置 添加物流时左键点击 ，光标变成 在合适位置点左键不放，拖动至合适位置再放开 可对模块及物流重命名 完成图如下,设置单位制 点击菜单上的 ，弹出对话框,Table1,定义组分 点击菜单栏上的 ，弹出对话框,选择热力学方法 点击菜单栏上的 ，弹出对话框 对于轻烃系统，可选择PR方程或SRK方程 点击 进入修改 点击 修改传输性质,输入物流数据 双击红色标记的物流 ，弹出物流输入对话框,输入过程单元数据 双击相应的模块进入对话框，输入相
6、应的操作参数,运行并查看结果 当所有的参数均输入后， 变成 ，表示可以运行了 点击 运行后，如果收敛则流程图变蓝，否则变红。这时就需要查找哪个参数输入有误 现在图形为蓝色，表示模拟收敛了,点击 查看运行结果 输出报告分为四个部分：关键字(KEYWORD)，历史记录(CALCULATION HISTORY)，目录(CONTENTS)，结果(RESULT),TITLE DIMENSION METRIC, PRES=KPA, STDTEMP=0, STDPRES=101.325 SEQUENCE SIMSCI CALCULATION RVPBASIS=APIN, TVP=37.778 COMPONE
7、NT DATA LIBID 1,N2/2,CO2/3,METHANE/4,ETHANE/5,PROPANE/6,IBUTANE/7,BUTANE/ & 8,IPENTANE/9,PENTANE PETRO 10,C6PLUS,691.249,99 THERMODYNAMIC DATA METHOD SYSTEM=PR, TRANSPORT=PETR, SET=PR01, DEFAULT STREAM DATA PROPERTY STREAM=S1, TEMPERATURE=50, PRESSURE=1520, PHASE=M, & RATE(GV)=1E6, COMPOSITION(M)=1,
8、1/2,1.6/3,72.5/4,11.5/5,6.75/ & 6,1.25/7,3/8,0.55/9,1.1/10,0.75, NORMALIZE UNIT OPERATIONS FLASH UID=D-1 FEED S1 PRODUCT V=S2, L=S3 ISO TEMPERATURE=30, PRESSURE=1500 PUMP UID=P-1 FEED S3 PRODUCT M=S8 OPERATION EFF=65, PRESSURE=3900 COMPRESSOR UID=C-1 FEED S2 PRODUCT V=S4 OPERATION CALCULATION=ASME,
9、PRES=4250, EFF=72 HX UID=HX-1 HOT FEED=S4, M=S5, DP=35 OPER HTEMP=45 FLASH UID=D-2 FEED S5 PRODUCT V=S6, L=S7 ADIABATIC END,如果觉得报告内容太多，也可单独查看某一模块或物流的结果。先选中需要查看的模块，再点击 即可查看结果 或右键点击需要查看的模块，选择 Data Review Window,Flash Drum D-1 Feeds S1 Products S2 S3 User Input Calculated - - Temperature, C 30.00 30.00
10、 Pressure, KPA 1500.00 1500.00 Pressure Drop, KPA 20.00 Duty, M*KCAL/HR -12.2257,第四章 深入提高,深冷车间模拟-Part 2,继续完成深冷车间的模拟流程 灰色部分表示前面已经建立的流程，在此基础上再完成黑色部分的流程,操作参数,3,冷端为制冷剂：丙烷,运行，查看结果,PAGE CONTENTS - - 1 COMPONENT DATA 2 CALCULATION SEQUENCE AND RECYCLES 3 FLASH DRUM SUMMARY 4 VALVE SUMMARY COMPRESSOR SUMMAR
11、Y 5 UNIT 2, C-1 PUMP SUMMARY 6 UNIT 1, P-1 HEAT EXCHANGER SUMMARY 7 UNIT 5, HX-1 8 UNIT 6, HX-2 9 UNIT 7, HX-3 10 STREAM MOLAR COMPONENT RATES 12 STREAM SUMMARY,4,深冷车间模拟-Part 3,继续完成模拟流程 假如HX-3的制冷剂不是纯丙烷，而是混合物（表4），为了确保HX-3的出口温度为-26，我们需要知道混合物的流量为多少 这时不能再用公用工程来计算，而是用一股物流来代替 应用反馈控制模块来计算混合物流的流量,去除HX-3的公用工
12、程，添加控制器模块 输入S15的物流数据，流量可随便输入一个数字。但为了收敛容易些，最好给一个合理的初值，可参考先前计算得到的公用工程的流量 控制S10的温度为-26，改变S15的流量,双击控制器，弹出反馈控制器的对话框 点击Specification下的Parameter，选择需要控制的物流S15，再点下面的Parameter选择控制的参数，这里是Temperature，目标温度为-26 点击Variable 下的Parameter 输入改变的变量 这里为流量,查看运行结果 点击菜单栏的Output，在下拉菜单中选择Stream Property Table，再在窗口空白处点左键放置结果表
13、可以修改查看的内容，双击表格，弹出的对话框中修改,深冷车间模拟-Part 4,继续完善深冷车间模拟。这次加上一个和压缩机，所有气相作为一个产品，所有液相作为另一个产品,塔的参数和压缩机参数 PROII塔的计算默认是用理论板进行计算，一块板就是一个理论平衡级 但实际塔板的效率不可能达到100%，因此需要将实际板折算成理论板 该塔的实际板 数为22，效率 为55%，折算理 论板为12，塔釜 再沸器算一块 理论板,5,塔参数的输入 双击流程图上的塔模块，弹出对话框,对话框中红色表示必须输入，绿色表示选择输入，蓝色表示已经输入，其它的按需要输入,查看塔模拟结果：温度及气液负荷分布 点击Output，在
14、下拉菜单中选择Generate Plot.,第五章 塔设计初步,深冷车间模拟-Part 5,假如附近一家化工厂关闭了，有一些塔设备还可用并且价格很便宜，你的工厂与另外一家公司联合对深冷车间进行扩张 扩张后的流程图如下 进料为你的工 厂原有的液相产品 和另外一家工厂的 气相产品的混合 物,但是存在一个问题，你不知道分离该混合物需要多少塔板数，因此需要你设计出扩张的塔的参数，如塔板数、进料位置、再沸器及冷凝器负荷等，以便进行改造 PROII提供Shortcut模型，该模型并不需要提供塔板数，而是根据进料及分离要求算出所需的最小理论板数和进料位置 以Shortcut模型算出的塔板数作为初值，再用严格
15、模型进行核算 最佳进料位置可用灵敏度分析(Case Study)来计算，使塔负荷在一定分离要求下最小,进料的情况如下表。按照流程图建立Shortcut模型的流程图,6,7,塔的操作参数及减压阀参数,8,9,Shortcut模型参数方法输入同上，只是界面及所需输入的参数不一样 T-2S、T3-S、T4-S分别为脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔,运行结果 计算得到最小理论板，而实际通常取最小值的2倍，选择较为合理的塔板数进行严格模型的核算,UNIT 1, T-2S SUMMARY OF UNDERWOOD CALCULATIONS MINIMUM REFLUX RATIO 2.06362 FEED CONDITION Q 1.41927 FENSKE MINIMUM TRAYS 12.15899 THEORETICAL TRAYS 2.00 * M-MINIMUM TOTAL FEED R/R-MIN M/M-MIN REFLUX DUTY, M*KCAL/HR TRAYS TRAY RATIO CONDENSE
