HYSYS的二次开发及其在多组分气体膜分离过程模拟中的应用_金大天
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第 ３２ 卷 第 ５ 期 ２０１２ 年 １０ 月
膜 科 学 与 技 术 ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１２
ＨＹＳＹＳ的二次开发及其在多组分气体 膜分离过程模拟中的应用
金大天１，２，曹义鸣１＊ ，王丽娜１，康国栋１，周美青１
（１．中国科学院 大连化学物理研究所，大连 １１６０２３；２．中国科学院 研究生院，北京 １０００４９）
串联 ２６０．０２ ０．０１５ ０．０６２ ０．９２１ ０．００１ ０．００１
在 实 际 工 程 中 ，为 了 有 效 控 制 流 量 和 浓 度 ，不 采 用 单 纯 的 串 、并 联 方 式 ，而 采 用 串／并 联 循 环 工 程 ．为 了得到较高浓度的 ＣＯ２气体，循环部是渗透气，以串 联方式为主，并联 方 式 为 辅，图 ８ 是 串／并 联 循 环 工 程 的 示 意 图 ，模 拟 计 算 时 ，只 采 用 了 循 环 的 百 分 比 作
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｄａｖｉｓ Ｍ－１００ａ压 力／ｋＰａ 流 量／（ｋｇ·ｍｏｌ·ｈ－１） 氧摩尔分数 氮摩尔分数
原料
２１ １ ０３４ １００ ０．２１ ０．７９
Ｍ－１００ 尾气
２１．１１ １ ０３４ ８９．３５ ０．１７５ ９ ０．８２４ １
为了借助 ＨＹＳＹＳ软件对多组分气体的膜法分 离过程进行更好的 模 拟 计 算，需 要 对 其 进 行 二 次 开 发 ．ＨＹＳＹＳ 最 常 用 的 对 象 分 为 八 个 大 类 ：Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ
－Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｓｕｐｐｏｒｔ－Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｏｉｌ－Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｂａｓｉｓ－Ｏｂ－ ｊｅｃｔｓ、Ｓｔｒｅａｍ －Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ －Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｏｐｅｒａ－ ｔｉｏｎ－Ｏｂｊｅｃｔｓ 和 ＰＦＤ －Ｏｂｊｅｃｔｓ．二 次 开 发 属 于 Ｅｘ－ ｔｅｎｓｉｏｎ －Ｏｂｊｅｃｔ 类，操 作 包 括 Ｕｓｅｒ Ｕｎｉｔ Ｏｐｅｒａ－ ｔｉｏｎｓ，Ａｓｐｅｎ Ｃｕｓｔｏｍ Ｍｏｄｅｌｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ及 Ｒｅｇｉｓ－ ｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ．Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ 是 外 部 开发模拟，将开发 程 序 编 译 成 ＤＬＬ 文 件 （动 态 链 接 库）及 ＥＤＦ（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｆｉｌｅ），一 般 用 于 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ和 Ｃ＋ ＋ 编 程 ＨＹＳＹＳ 的 ＤＬＬ 文 件． 另外，ＨＹＳＹＳ２００４提供的 ＨＹＳＹＳ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ Ｖｉｅｗ Ｅｄｉｔｏｒ可以生产 ＥＤＦ 文件，这些文件在 Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ 的 Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ登录以后可以使用．
入分离膜组件单元参 数，可 以 得 到 如 图 ２ 所 示 的 分 离膜组件模拟计算结果．
为了验证所开 发 模 块 的 正 确 性，以 膜 法 空 气 富 氧过程为例，将其模 拟 结 果 与 文 献 报 道 的 分 离 膜 组 件模拟 数 值 进 行 了 比 较．表 １ 为 Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａ－ ｖｉｓ［６］计算结果和由本工作 Ｍ－１００模块的计算结果． 可见，Ｍ －１００ 误 差 比 较 小，对 气 体 膜 分 离 的 模 拟 过 程具备较好可靠性．
２．２ 串／并 联 多 级 循 环 工 程 多级工程可分 并 联 工 程、串 联 工 程、并／串 联 循
环 工 程 等 ．为 了 得 到 较 高 回 收 气 体 的 浓 度 ，一 般 采 用 串联方式；为了得 到 较 大 流 量，一 般 采 用 并 联 方 式． 在实际工程中根据 不 同 情 况 往 往 利 用 串 联、并 联 和 循 环 工 程 的 特 性 对 工 程 进 行 设 计 ，以 提 高 分 离 效 率 ．
渗透
１７．２７ １０３．４ １０．６５ ０．４９６ １ ０．５０３ ９
原料
２１ １０３４ １００ ０．２１ ０．７９
Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａｖｉｓ 尾气
２１．１１ １ ０３４ ８９．３２ ０．１７５ ５ ０．８２４ ５
渗透 １７．２７ １０３．４ １０．６８ ０．４９８ ５ ０．５０１ ５
１ 膜分离计算模块（Ｍ－１００）
在前期所建立的针对膜法多组分气体分离过程
收 稿 日 期 ：２０１１－１１－０６；修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１２－０５－１１ 基 金 项 目 ：国 家 ９７３ 项 目 （２００９ＣＢ６２３４０５），国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０８０６０７８） 作 者 简 介 ：金 大 天 （１９７５－），男 ，韩 国 人 ，硕 士 生 ，从 事 膜 分 离 研 究 ，０４１１－８４３７９３２９．＊ 通 讯 联 系 人 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｍｃａｏ＠ｄｉｃｐ．ａｃ．ｃｎ
２ 含 ＣＯ２多 组 分 气 体 膜 法 分 离 过 程 模拟
了 提 高 分 离 效 率 ，在 实 际 工 程 中 采 用 循 环 流 程 ，用 调 节压力比和循环率 来 调 节 渗 透 流 量 与 浓 度．循 环 部 分可以是渗透气或 者 尾 气，它 们 的 工 程 效 率 有 所 不
２．１ 单 级 循 环 工 程 单级工程是最 简 单 的 状 态，单 级 工 程 利 用 压 缩
用 ＨＹＳＹＳ自带的模块计算了压缩机的功率所 需能耗，如图６所 示，增 加 循 环 率 会 使 得 能 耗 增 大， 因而所需费用增加，特 别 是 渗 透 气 循 环 方 式 中 循 环 比大于６０％时 增 加 幅 度 变 大．因 此，渗 透 气 循 环 方 式能耗大，但是可以得到高的 ＣＯ２浓度值．
摘 要：通过把自行开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟 软 件 嵌 入 ＨＹＳＹＳ，形 成 了 膜 分 离 计 算 模 块 （Ｍ－ １００），成功实现对商业化工计算软件进行二次开发．与 其 它 类 似 软 件 的 对 比 显 示，该 模 块 用 于 多组分气体膜分离过程模拟时具有较高的可靠 性．在 此 基 础 上 运 用 该 软 件 对 含 ＣＯ２多 组 分 气 体膜分离过程进行了模拟计算．计算结果显示：采用 单 级 膜 分 离 过 程，渗 透 气 循 环 工 艺 的 分 离 效率高于尾气循环工艺，但能耗较高；采用多级 膜 分 离 过 程，串 联 工 艺 分 离 产 物 中 ＣＯ２的 浓 度 较 高 ，而 并 联 工 艺 渗 透 气 流 量 较 高 ，通 过 串／并 联 组 合 可 获 得 较 理 想 的 分 离 效 果 ． 关 键 词 ：ＨＹＳＹＳ；二 次 开 发 ；膜 分 离 ；多 组 分 气 体 ；过 程 模 拟 中 图 分 类 号 ：ＴＱ０２８．８ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００７－８９２４（２０１２）０５－００８７－０５
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌ ｍｅｍｂｒａｎｅ
ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｏｃｅｓｓ
流 量／（Ｎ·ｍ３·ｈ－１）
氮
渗透侧 摩尔分数
甲烷 ＣＯ２ 乙烷
丙烷
原料 ９４７．３６ ０．１３５ ０．４６５ ０．３８９ ０．００７ ０．００４
并联 ２９６．４４ ０．０１６ ０．０６８ ０．９１３ ０．００２ ０．００１
机供给原料侧和渗 透 侧 的 压 力 比 控 制 分 离 效 果．为
同．图３是压缩机 和 循 环 并 用 的 工 程．在 Ｋ－１００ 调 节压力比，在 ＴＥＥ－１００调节循环率．图 ３（ａ）是渗透 气 循 环 ，图 ３（ｂ）是 尾 气 循 环 ．
图 ３ 单 级 循 环 膜 分 离 过 程 Ｆｉｇ．３ Ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗｉｔｈ ｒｅｃｙｃｌｅ
气体分离膜过程可以通过简单膜组件的串并联 来处理较大量气体．因 此，为 获 得 最 佳 分 离 效 果，需 要 深 刻 理 解 膜 分 离 工 程 的 系 统 设 计 、操 作 技 术 、经 济 性评价、混合性工 程 及 操 作 等 内 容．系 统 设 计 中，分 离 膜 的 操 作 形 式 分 为 单 级 系 统 、并 联 、串 联 、或 串／并 联等操作类型．
图１ ＨＹＳＹＳ膜分离计算模块 Ｍ－１００示意图 Ｆｉｇ．１ ＨＹＳＹＳ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍｏｄｕｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ Ｍ－１００
图 ２ 分 离 膜 组 件 计 算 结 果 Ｆｉｇ．２ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍｏｄｕｌｅ ｕｎｉｔ
表１ Ｍ－１００与 Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａｖｉｓ比较
Ｈｙｐｒｏｔｅｃｈ公司创建于１９７６年，是世界 上 最 早 开发石油化工方面 的 工 业 模 拟、仿 真 技 术 的 跨 国 公 司．Ｈｙｐｒｏｔｅｃｈ出 品 的 ＨＹＳＹＳ 是 一 个 化 工 流 程 模 拟动态仿真软件，允 许 设 计 者 通 过 概 念 上 的 设 计 而 简化制作过程来完 成 项 目 工 作，具 有 完 整 的 交 互 性 能［１－２］．其 技 术 广 泛 应 用 于 石 油 开 采、储 运、天 然 气 加工、石油化工、精 细 化 工、制 药、炼 制 等 领 域，在 世 界 范 围 内 石 油 化 工 模 拟 、仿 真 技 术 领 域 占 主 导 地 位 ． 翟晓东通过 ＨＹＳＹＳ模拟系统优化了裂解装置脱丙 烷塔的操作［３］；刘 家 洪 等 用 ＨＹＳＹＳ 软 件 对 三 甘 醇 脱水装置工艺模拟计算结果同实际运行情况对比， 结果吻合较好 ． ［４］
采用 ＨＹＳＹＳ的 Ｍ －１００ 分 离 膜 组 件 计 算 程 序 计算了图７所示的条件下并联和串联两种方式的渗 透 气 流 量 以 及 各 组 分 浓 度 ．由 表 ２ 数 据 可 知 ，并 联 方 式的渗透气 流 量 是 ２９６．４４Ｎ·ｍ３／ｈ，比 串 联 方 式 的 ２６０．０２Ｎ·ｍ３／ｈ大；而串联方式渗透气的 ＣＯ２浓度为 ９２．１％，比并联方式渗透气的 ＣＯ２浓度（９１．３％）高．
第５期
金 大 天 等 ：ＨＹＳＹＳ 的 二 次 开 发 及 其 在 多 组 分 气 体 膜 分 离 过 程 模 拟 中 的 应 用
·８９ ·
如 图 ４ 及 图 ５ 所 示 ，增 加 循 环 率 ，渗 透 气 循 环 方 式下渗透气中 ＣＯ２的 浓 度 增 加，而 尾 气 循 环 方 式 下 渗透气中 ＣＯ２的浓度减少．增加循环率，渗透气循环 方式和尾气循环方 式 的 渗 透 气 流 量 都 减 少，其 中 渗 透气循环方式的减少幅度较大．
图 ６ 压 缩 机 电 耗 与 循 环 率 关 系 Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｐｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ｒｅｃｙｃｌｅ ｐｅｒｃｅｎｔ
图 ７ 串 联 与 并 联 工 程
Ｆｉｇ．７ Ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｒｉｅｓ ｐｒｏｃｅｓｓ
表 ２ 并 联 与 串 联 膜 分 离 工 程 模 拟 结 果 比 较
·８８ ·
膜 科 学 与 技 术
第 ３２ 卷
的算法模型的基 础 上，采 用 Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ 方式 把 自 行 开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟 软 件 嵌 入 ＨＹＳＹＳ，开 发 了 膜 分 离 计 算 模 块 （Ｍ－１００）．该 模 块 可 直 接 自 行 计 算，无 需 外 挂 附 加 程 序．图 １ 为 ＨＹＳＹＳ膜分离 计 算 模 块，以 含 ＣＯ２ 多 组 分 气 体 膜 法分离过程为模拟 对 象，需 要 输 入 的 膜 组 件 参 数 包 括膜面积、渗透系 数、原 料 气 流 量、浓 度、压 力 等．在 进行上面所 描 述 的 登 录 过 程 后，通 过 ｗｏｒｋｂｏｏｋ 输
本论文根据 所 建 立 的 算 法 模 型［５］，采 用 Ｒｅｇｉｓ－ ｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ方 式 把 自 行 开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟软件嵌入 ＨＹＳＹＳ，对 该 商 用 化 工 计 算 软 件 进 行 了二次开发，运用该 软 件 对 多 组 分 气 体 膜 分 离 过 程 进 行 了 模 拟 计 算 ，为 过 程 设 计 与 工 艺 优 化 提 供 依 据 ， 具有重要实用意义．
膜 科 学 与 技 术 ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１２
ＨＹＳＹＳ的二次开发及其在多组分气体 膜分离过程模拟中的应用
金大天１，２，曹义鸣１＊ ，王丽娜１，康国栋１，周美青１
（１．中国科学院 大连化学物理研究所，大连 １１６０２３；２．中国科学院 研究生院，北京 １０００４９）
串联 ２６０．０２ ０．０１５ ０．０６２ ０．９２１ ０．００１ ０．００１
在 实 际 工 程 中 ，为 了 有 效 控 制 流 量 和 浓 度 ，不 采 用 单 纯 的 串 、并 联 方 式 ，而 采 用 串／并 联 循 环 工 程 ．为 了得到较高浓度的 ＣＯ２气体，循环部是渗透气，以串 联方式为主，并联 方 式 为 辅，图 ８ 是 串／并 联 循 环 工 程 的 示 意 图 ，模 拟 计 算 时 ，只 采 用 了 循 环 的 百 分 比 作
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｄａｖｉｓ Ｍ－１００ａ压 力／ｋＰａ 流 量／（ｋｇ·ｍｏｌ·ｈ－１） 氧摩尔分数 氮摩尔分数
原料
２１ １ ０３４ １００ ０．２１ ０．７９
Ｍ－１００ 尾气
２１．１１ １ ０３４ ８９．３５ ０．１７５ ９ ０．８２４ １
为了借助 ＨＹＳＹＳ软件对多组分气体的膜法分 离过程进行更好的 模 拟 计 算，需 要 对 其 进 行 二 次 开 发 ．ＨＹＳＹＳ 最 常 用 的 对 象 分 为 八 个 大 类 ：Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ
－Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｓｕｐｐｏｒｔ－Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｏｉｌ－Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｂａｓｉｓ－Ｏｂ－ ｊｅｃｔｓ、Ｓｔｒｅａｍ －Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ －Ｏｂｊｅｃｔｓ、Ｏｐｅｒａ－ ｔｉｏｎ－Ｏｂｊｅｃｔｓ 和 ＰＦＤ －Ｏｂｊｅｃｔｓ．二 次 开 发 属 于 Ｅｘ－ ｔｅｎｓｉｏｎ －Ｏｂｊｅｃｔ 类，操 作 包 括 Ｕｓｅｒ Ｕｎｉｔ Ｏｐｅｒａ－ ｔｉｏｎｓ，Ａｓｐｅｎ Ｃｕｓｔｏｍ Ｍｏｄｅｌｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ及 Ｒｅｇｉｓ－ ｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ．Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ 是 外 部 开发模拟，将开发 程 序 编 译 成 ＤＬＬ 文 件 （动 态 链 接 库）及 ＥＤＦ（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｆｉｌｅ），一 般 用 于 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ和 Ｃ＋ ＋ 编 程 ＨＹＳＹＳ 的 ＤＬＬ 文 件． 另外，ＨＹＳＹＳ２００４提供的 ＨＹＳＹＳ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ Ｖｉｅｗ Ｅｄｉｔｏｒ可以生产 ＥＤＦ 文件，这些文件在 Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ 的 Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ登录以后可以使用．
入分离膜组件单元参 数，可 以 得 到 如 图 ２ 所 示 的 分 离膜组件模拟计算结果．
为了验证所开 发 模 块 的 正 确 性，以 膜 法 空 气 富 氧过程为例，将其模 拟 结 果 与 文 献 报 道 的 分 离 膜 组 件模拟 数 值 进 行 了 比 较．表 １ 为 Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａ－ ｖｉｓ［６］计算结果和由本工作 Ｍ－１００模块的计算结果． 可见，Ｍ －１００ 误 差 比 较 小，对 气 体 膜 分 离 的 模 拟 过 程具备较好可靠性．
２．２ 串／并 联 多 级 循 环 工 程 多级工程可分 并 联 工 程、串 联 工 程、并／串 联 循
环 工 程 等 ．为 了 得 到 较 高 回 收 气 体 的 浓 度 ，一 般 采 用 串联方式；为了得 到 较 大 流 量，一 般 采 用 并 联 方 式． 在实际工程中根据 不 同 情 况 往 往 利 用 串 联、并 联 和 循 环 工 程 的 特 性 对 工 程 进 行 设 计 ，以 提 高 分 离 效 率 ．
渗透
１７．２７ １０３．４ １０．６５ ０．４９６ １ ０．５０３ ９
原料
２１ １０３４ １００ ０．２１ ０．７９
Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａｖｉｓ 尾气
２１．１１ １ ０３４ ８９．３２ ０．１７５ ５ ０．８２４ ５
渗透 １７．２７ １０３．４ １０．６８ ０．４９８ ５ ０．５０１ ５
１ 膜分离计算模块（Ｍ－１００）
在前期所建立的针对膜法多组分气体分离过程
收 稿 日 期 ：２０１１－１１－０６；修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１２－０５－１１ 基 金 项 目 ：国 家 ９７３ 项 目 （２００９ＣＢ６２３４０５），国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０８０６０７８） 作 者 简 介 ：金 大 天 （１９７５－），男 ，韩 国 人 ，硕 士 生 ，从 事 膜 分 离 研 究 ，０４１１－８４３７９３２９．＊ 通 讯 联 系 人 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｍｃａｏ＠ｄｉｃｐ．ａｃ．ｃｎ
２ 含 ＣＯ２多 组 分 气 体 膜 法 分 离 过 程 模拟
了 提 高 分 离 效 率 ，在 实 际 工 程 中 采 用 循 环 流 程 ，用 调 节压力比和循环率 来 调 节 渗 透 流 量 与 浓 度．循 环 部 分可以是渗透气或 者 尾 气，它 们 的 工 程 效 率 有 所 不
２．１ 单 级 循 环 工 程 单级工程是最 简 单 的 状 态，单 级 工 程 利 用 压 缩
用 ＨＹＳＹＳ自带的模块计算了压缩机的功率所 需能耗，如图６所 示，增 加 循 环 率 会 使 得 能 耗 增 大， 因而所需费用增加，特 别 是 渗 透 气 循 环 方 式 中 循 环 比大于６０％时 增 加 幅 度 变 大．因 此，渗 透 气 循 环 方 式能耗大，但是可以得到高的 ＣＯ２浓度值．
摘 要：通过把自行开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟 软 件 嵌 入 ＨＹＳＹＳ，形 成 了 膜 分 离 计 算 模 块 （Ｍ－ １００），成功实现对商业化工计算软件进行二次开发．与 其 它 类 似 软 件 的 对 比 显 示，该 模 块 用 于 多组分气体膜分离过程模拟时具有较高的可靠 性．在 此 基 础 上 运 用 该 软 件 对 含 ＣＯ２多 组 分 气 体膜分离过程进行了模拟计算．计算结果显示：采用 单 级 膜 分 离 过 程，渗 透 气 循 环 工 艺 的 分 离 效率高于尾气循环工艺，但能耗较高；采用多级 膜 分 离 过 程，串 联 工 艺 分 离 产 物 中 ＣＯ２的 浓 度 较 高 ，而 并 联 工 艺 渗 透 气 流 量 较 高 ，通 过 串／并 联 组 合 可 获 得 较 理 想 的 分 离 效 果 ． 关 键 词 ：ＨＹＳＹＳ；二 次 开 发 ；膜 分 离 ；多 组 分 气 体 ；过 程 模 拟 中 图 分 类 号 ：ＴＱ０２８．８ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００７－８９２４（２０１２）０５－００８７－０５
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌ ｍｅｍｂｒａｎｅ
ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｏｃｅｓｓ
流 量／（Ｎ·ｍ３·ｈ－１）
氮
渗透侧 摩尔分数
甲烷 ＣＯ２ 乙烷
丙烷
原料 ９４７．３６ ０．１３５ ０．４６５ ０．３８９ ０．００７ ０．００４
并联 ２９６．４４ ０．０１６ ０．０６８ ０．９１３ ０．００２ ０．００１
机供给原料侧和渗 透 侧 的 压 力 比 控 制 分 离 效 果．为
同．图３是压缩机 和 循 环 并 用 的 工 程．在 Ｋ－１００ 调 节压力比，在 ＴＥＥ－１００调节循环率．图 ３（ａ）是渗透 气 循 环 ，图 ３（ｂ）是 尾 气 循 环 ．
图 ３ 单 级 循 环 膜 分 离 过 程 Ｆｉｇ．３ Ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗｉｔｈ ｒｅｃｙｃｌｅ
气体分离膜过程可以通过简单膜组件的串并联 来处理较大量气体．因 此，为 获 得 最 佳 分 离 效 果，需 要 深 刻 理 解 膜 分 离 工 程 的 系 统 设 计 、操 作 技 术 、经 济 性评价、混合性工 程 及 操 作 等 内 容．系 统 设 计 中，分 离 膜 的 操 作 形 式 分 为 单 级 系 统 、并 联 、串 联 、或 串／并 联等操作类型．
图１ ＨＹＳＹＳ膜分离计算模块 Ｍ－１００示意图 Ｆｉｇ．１ ＨＹＳＹＳ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍｏｄｕｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ Ｍ－１００
图 ２ 分 离 膜 组 件 计 算 结 果 Ｆｉｇ．２ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍｏｄｕｌｅ ｕｎｉｔ
表１ Ｍ－１００与 Ｒｉｃｈａｒｄ Ａ．Ｄａｖｉｓ比较
Ｈｙｐｒｏｔｅｃｈ公司创建于１９７６年，是世界 上 最 早 开发石油化工方面 的 工 业 模 拟、仿 真 技 术 的 跨 国 公 司．Ｈｙｐｒｏｔｅｃｈ出 品 的 ＨＹＳＹＳ 是 一 个 化 工 流 程 模 拟动态仿真软件，允 许 设 计 者 通 过 概 念 上 的 设 计 而 简化制作过程来完 成 项 目 工 作，具 有 完 整 的 交 互 性 能［１－２］．其 技 术 广 泛 应 用 于 石 油 开 采、储 运、天 然 气 加工、石油化工、精 细 化 工、制 药、炼 制 等 领 域，在 世 界 范 围 内 石 油 化 工 模 拟 、仿 真 技 术 领 域 占 主 导 地 位 ． 翟晓东通过 ＨＹＳＹＳ模拟系统优化了裂解装置脱丙 烷塔的操作［３］；刘 家 洪 等 用 ＨＹＳＹＳ 软 件 对 三 甘 醇 脱水装置工艺模拟计算结果同实际运行情况对比， 结果吻合较好 ． ［４］
采用 ＨＹＳＹＳ的 Ｍ －１００ 分 离 膜 组 件 计 算 程 序 计算了图７所示的条件下并联和串联两种方式的渗 透 气 流 量 以 及 各 组 分 浓 度 ．由 表 ２ 数 据 可 知 ，并 联 方 式的渗透气 流 量 是 ２９６．４４Ｎ·ｍ３／ｈ，比 串 联 方 式 的 ２６０．０２Ｎ·ｍ３／ｈ大；而串联方式渗透气的 ＣＯ２浓度为 ９２．１％，比并联方式渗透气的 ＣＯ２浓度（９１．３％）高．
第５期
金 大 天 等 ：ＨＹＳＹＳ 的 二 次 开 发 及 其 在 多 组 分 气 体 膜 分 离 过 程 模 拟 中 的 应 用
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如 图 ４ 及 图 ５ 所 示 ，增 加 循 环 率 ，渗 透 气 循 环 方 式下渗透气中 ＣＯ２的 浓 度 增 加，而 尾 气 循 环 方 式 下 渗透气中 ＣＯ２的浓度减少．增加循环率，渗透气循环 方式和尾气循环方 式 的 渗 透 气 流 量 都 减 少，其 中 渗 透气循环方式的减少幅度较大．
图 ６ 压 缩 机 电 耗 与 循 环 率 关 系 Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｐｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ｒｅｃｙｃｌｅ ｐｅｒｃｅｎｔ
图 ７ 串 联 与 并 联 工 程
Ｆｉｇ．７ Ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｒｉｅｓ ｐｒｏｃｅｓｓ
表 ２ 并 联 与 串 联 膜 分 离 工 程 模 拟 结 果 比 较
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膜 科 学 与 技 术
第 ３２ 卷
的算法模型的基 础 上，采 用 Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ 方式 把 自 行 开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟 软 件 嵌 入 ＨＹＳＹＳ，开 发 了 膜 分 离 计 算 模 块 （Ｍ－１００）．该 模 块 可 直 接 自 行 计 算，无 需 外 挂 附 加 程 序．图 １ 为 ＨＹＳＹＳ膜分离 计 算 模 块，以 含 ＣＯ２ 多 组 分 气 体 膜 法分离过程为模拟 对 象，需 要 输 入 的 膜 组 件 参 数 包 括膜面积、渗透系 数、原 料 气 流 量、浓 度、压 力 等．在 进行上面所 描 述 的 登 录 过 程 后，通 过 ｗｏｒｋｂｏｏｋ 输
本论文根据 所 建 立 的 算 法 模 型［５］，采 用 Ｒｅｇｉｓ－ ｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ方 式 把 自 行 开 发 的 膜 分 离 数 学 模 拟软件嵌入 ＨＹＳＹＳ，对 该 商 用 化 工 计 算 软 件 进 行 了二次开发，运用该 软 件 对 多 组 分 气 体 膜 分 离 过 程 进 行 了 模 拟 计 算 ，为 过 程 设 计 与 工 艺 优 化 提 供 依 据 ， 具有重要实用意义．