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1、ASPEN PLUS 与化工过程模拟,第八讲 带循环物流的流程模拟收敛技巧,8.1设计规定（Design Specification）,设计规定就是变化（调节）变量X，使得某一参数或变量Y达到一个设定值。 特点： 成对出现 模块或流程收敛后再加 如不收敛，首先检查X上下界 不是任意参数都能做X,一、模块中的设计规定,演示一：已知填料塔的填料总高度8m，进料以上5m，填料为Mellapak250Y，分离含苯44 wt甲苯混和物，常压泡点进料。进料量5000kg/h，常压操作。问塔顶、底组成要求达到98%wt、99%，回流量？采出量？ 分析：确定理论板数，查手册：2.5块/m, 共2.58121块
2、， 进料位置2.5513块 需要两个设计规定（Spec） ，回流量塔顶组成、采出量塔底组成。,X、Y不在同一模块中,二、流程中的设计规定,演示二、一股物料用循环水冷却，热负荷74352kcal/h，循环水温度2838，求循环水流量。 学习流程中spec的用法 循环水流量7000kg/h 设计规定求流量 X:进水流量，Y水出口温度 Y只能选取模块中输入的参数（本例中，模块输入的是压力、热负荷，但需要控制的是温度，因此，只能以出口物流温度为Y）,例1-2.exe,8.2灵敏度分析（Sensitivity）,灵敏度分析就是变化（调节）变量X，得到相应另一个参数或变量Y的值，从而得到一条X-Y对应曲线
3、。 特点： 不一定成对出现x-y1,y2,y3,. 模块或流程收敛后再加 如不收敛，首先检查X上下界 不是任意参数都能做X,演示一： 分离含苯44 wt甲苯混和物，常压泡点进料。进料量5000kg/h，塔顶苯收率98%，纯度不小于98%。 采用回流量4000kg/h 理论板数取19 确定进料位置？ 练习一：进料流量由5000变化到10000，塔内液泛因子、压降的变化。Y:PR-FLD-FAC,PR-DPSEC,例2-3.exe,8.3计算器（Calculator）,根据变量X的变化，按照一定的规则为变量Y赋值。常用在物料补充、损耗。 特点： 作为一个模块，需要给定计算顺序 常常用在有循环物流情
4、况，帮助收敛 补充或损耗、限制某参数,演示一： 100kg/hC4进一个闪蒸罐之前，需要与C3按2:1的重量比混合，闪蒸后气相循环利用。闪蒸条件20C，4.1atm，求需要补充C3的量。 练习一：若规定C4与C3的比例为3:2，求需要补充C3的量。,例2-3.exe,演示二： 分离含苯44 wt甲苯混和物，常压泡点进料。进料量5000kg/h，塔顶苯收率98%，纯度不小于98%。进料流量不变，甲苯组成由10%60%，求回流量变化。 分析： 1）设计规定、灵敏度分析、计算器同时应用。 2）灵敏度中改变C6流量（5003000），计算器中求C7流量，利用设计规定达到设计要求。,（一）化工流程中的循
5、环回路,大多数化工流程模拟都存在循环回路， 存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）,8.4计算顺序与循环流,循环回路的种类,独立循环回路(Independent Loop) 嵌套循环回路(Nested Loop) 交叉循环回路(Interconnected Loop),（二）计算顺序,序贯模块法 联立方程法 联立模块法 在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、ProII)，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法)，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。 计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序进行计算的,而信息流取决于化工过程的规定。通常，过程原料物流的
6、变量是指定的,信息流与物料流平行。,主流程处理顺序,从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow Processing Sequence) 。,计算顺序必须包括所有的流程单元 计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度,切断物流与计算顺序的关系,在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的计算顺序 最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺序,（三）循环回路流程模拟的解决方法,为循环物流提供合适的初始值 选择合适的单元计算顺序 选择合适
7、的加速收敛方法 组合单元，对它们同时求解,（四）化工流程模拟的迭代解法,非线性方程组：,循环回路的迭代方法,直接迭代 (连续置换法 ) 加速迭代 Wegstein收敛法 Broyden的拟-牛顿法 对于高度非线性系统，连续置换法和Wegstein法可能失败或效率非常低，也可采用各种更复杂的方法（包括牛顿拉夫森法，主本征值法）,收敛演示一,苯加氢制环己烷，组分，热力学方法，流程如下,进料：H2IN、BZIN如下,模块参数如下： FEED-MEX:T-300F,P-330PSI REACT:计量反应器（stoichiometry）P-(-15PSI),T-400F 反应：3H2+BENZENE-C
8、6H12-1 转化率：苯0.998 HP-SEP:T-120F,P-(-5PSI) VFLOW: LFLOW: COLUMN:12块板，8板进料，压力200psi，冷凝器为分凝器，回流比1.2（mole），调节塔底出料量初值99lbmol/hr,调节塔底出料量使产品（PRODUCT）收率0.9999,缺省：断RXIN,收敛顺序（View-control panel)如下： 自定义：断H2RCY,CHRCY 步骤：1）增加收敛模块C-1，输入断裂流 2）输入计算顺序,增加设计规定，用VFLOW参数调节PURGE中H2浓度0.76 缺省： 将inside-Outside:,自己定义计算顺序： 1）
9、增加收敛模块 2）增加设计规定收敛模块 3）定义计算顺序,收敛演示二,分离乙腈-甲苯混合物，加入二甲苯精馏，组分，流程如下：热力学方法为（NRTL-RK),进料：XYL,进料：A,进料：B-AND-C,模块参数如下： COLUMN-1: 40块板， XYL 27板进料， B-AND-C 37板进料，压力0.1atm,压降0.4atm，冷凝器为全凝，回流比6（mole），塔顶出料量150.15kg/hr； COLUMN-2: 40块板， FEED-2 15板进料， A 15板进料，压力1atm,忽略压降，冷凝器为全凝，回流比6（mole），塔顶出料量362.9kg/hr； COLUMN-3: 5
10、块板， 4板进料，压力1atm,忽略压降，冷凝器为全凝，回流比0.1（mole），塔顶出料量422.5kg/hr；,1）将循环recycle直接连接到column-1上，显然不收敛。 2）增加补充物流makeup，增加calculator，根据循环流中二甲苯量 补充，使补充后的总二甲苯量450kg/h。,Column-1可能不收敛！因为进料变化，采出不变。 3）为column-1增加设计规定，调整采出量，使产品纯度为定值。 结果表明：比较容易收敛。,收敛演示三,分离异丙醇-水混合物，加入苯共沸精馏，组分，流程如下：热力学方法为（UNIQUAC)。加入的苯量为进料一定。,进料：FEED,进料：M
11、AKEUP,8.5 流程模拟计算的注意要点,1）物料流程的正确描述 对物料流程图中的单元设备能用合适的单元模块进行描述。,2)选择适当的设计变量 一个功能强大的流程模拟系统，其单元模块都有超过自由度数目的设计变量种类可供选择。应根据过程特性分析，用过程最重要或必须满足的参数作为设计变量，若几个参数的重要性相当，则应选择较易估算的参数作为设计变量。,3)设计变量数目的决定 自由决定的设计变量的值可能不满足设计要求，应该对过程特性有深刻的认识和分析，进行必要的手算或局部的计算机计算，以保证全流程的顺利运算，减少不必要的机时浪费，这对有循环物流的过程尤其重要。,例：精馏塔塔顶气相出料V1,4)逐步扩大流程计算的范围 一般的化工过程流程复杂，单元操作众多，一次性完成计算常有困难，可分割为单元模块较少的子流程进行计算，逐步推进，有利于解决大型流程的模拟问题 5)有效地选择单元模块 应在流程模拟的各个阶段，用不同水平的模块，由简到繁来模拟各个单元过程，以得到合理的决策变量的设定值，减少用严格模型进行全流程计算的时间。 例：精馏塔的简捷算法严格算法,5)有效地选择单元模块 应在流程模拟的各个阶段，用不同水平的模块，由简到繁来模拟各个单元过程，以得到合理的决策变量的设定值，减少用严格模型进行全流程计算的时间。 例：精馏塔的简捷算法(shortcut)严格算法(Distillation),
