工艺流程模拟课件PPT(共44页)

U5
U6
U7
R1 S9
R2
交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S8
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
S9 R2
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程模拟的计算方法
序贯模块法 联立方程法 联立模块法
10.1 带循环的工艺流程模拟
在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II) ，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。
第10章 工艺流程模拟
作者：王丁丁 孙兰义
目录
10.1 带循环的工艺流程 10.2 工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
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）
Purge
Product
Compositional Recycle
撕裂流举例
S7
B1
B2
B3
B4
S1
S2
S3
S4
S5
MIXER
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
S7 S6
哪个可能是撕裂流？
S7和S6 S2和S4 S3
哪个是最好的撕裂流选择？
S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8
U1
U2
U3
U4
U5
U6
S5
R1
Recycle Stream Guessed R1 S3 S4 S6
Calculation Sequence U1，(U2，U3，U4，U5)，U6 U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6 U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6 U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6
streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow
Processing Sequence) 。
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8
U1
U2
U3
U4
U5
U6
S5
R1
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
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流
撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并 且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值 在规定的容差范围内为止
撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样
要 确 定 由 Aspen Plus 选 择 的 撕 裂 流 ， 可 在 Control Panel（控制面板）中的“Flowsheet Analysis（流 程分析）”页面查看
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流与计算顺序的关系
在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小 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
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环工艺流程
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
1.为循环物流提供合适的初始值 2.选择合适的单元计算顺序 ➢ 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。 3.增大迭代次数 4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 直接迭代法（Direct） ➢ 韦格斯坦法（Wegstein）
Hale Waihona Puke Baidu
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
0.01
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 ，过程原料物流的变量是指定的 。
如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流 的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product
Feed Thermal Recycle
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路的种类
独立循环回路(Independent Loop)
S8
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
R1
R2
S9
嵌套循环回路(Nested Loop) S8
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
U1
U2
U3
U4
用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行 规定
为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力 推荐，否则缺省值为零）
如 果 输 入 了 “ 回 路 ” 中 的 某 个 物 流 的 信 息 ， Aspen Plus会自动设法把该物流选为撕裂流
10.1 带循环的工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 布洛伊顿拟牛顿法（Broyden） ➢ 牛顿法（Newton）
直接迭代法的收敛速度较慢，特别是当迭代矩阵的最大特征 值接近1时；
韦格斯坦法具有计算简单、所需存储量少等优点，在化工过 程模拟中应用广泛；
布洛伊顿拟牛顿法对迭代变量进行修正时，考虑了变量间的 交互作用，特别适用于求解变量间存在较强交互作用的情况， 并且在接近收敛值时，仍然具有很高的收敛速度；
牛顿法收敛速度快，但计算量大。
10.1 带循环的工艺流程模拟
增大迭代次数
选择收敛方法
10.1 带循环的工艺流程模拟
用户自定义撕裂物流
用户自定义收敛次序
可以规定全部 的计算顺序和 局部的顺序
10.1 带循环的工艺流程模拟
例题
以环己烷作共沸剂，通过共沸精馏分离乙醇和水，流程图 如图10-1所示。进料（FEED1）中乙醇和水的摩尔流率分 别为10kmol/hr和225kmol/hr，进料（FEED2）为纯的 环己烷，摩尔流率为0.005kmol/hr。进料均为饱和液体， 操作压力为0.1MPa，塔和分相器的压降可忽略。精馏塔（ DIST1和DIST2）选用Sep2模块，分相器（DECANT）选 用Sep模块，只做物料衡算，表10-1给出了各个模块的操 作参数。试计算精馏塔（DIST2）塔底物流中乙醇的纯度 。