第八講帶循環(huán)物流的流程模擬收斂技巧ppt課件

1、第八講 帶循環(huán)物流的流程模擬收斂技巧設(shè)計(jì)規(guī)定就是變化調(diào)節(jié)變量X，使得某一參數(shù)或變量Y達(dá)到一個(gè)設(shè)定值。特點(diǎn)：成對出現(xiàn)模塊或流程收斂后再加如不收斂，首先檢查X上下界不是任意參數(shù)都能做X一、模塊中的設(shè)計(jì)規(guī)定演示一：已知填料塔的填料總高度演示一：已知填料塔的填料總高度8m，進(jìn)料以上，進(jìn)料以上5m，填料為，填料為Mellapak250Y，分離含苯，分離含苯44 wt甲苯混和物，常壓泡點(diǎn)進(jìn)料。甲苯混和物，常壓泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)料量進(jìn)料量5000kg/h，常壓操作。問塔頂、底組成要求達(dá)到，常壓操作。問塔頂、底組成要求達(dá)到98%wt、99%，回流量？采出量？，回流量？采出量？分析：確定理論板數(shù)，查手冊：分析：確定理

2、論板數(shù)，查手冊：2.5塊塊/m,共共2.58121塊，塊，進(jìn)料位置進(jìn)料位置2.5513塊塊 需要兩個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定需要兩個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定Spec） ，回流量塔頂組成、采出量，回流量塔頂組成、采出量塔底組成。塔底組成。X、Y不在同一模塊中二、流程中的設(shè)計(jì)規(guī)定l演示二、一股物料用循環(huán)水冷卻，熱負(fù)荷演示二、一股物料用循環(huán)水冷卻，熱負(fù)荷74352kcal/h，循環(huán)水溫度循環(huán)水溫度2838，求循環(huán)水流量。，求循環(huán)水流量。l學(xué)習(xí)流程中學(xué)習(xí)流程中spec的用法的用法l循環(huán)水流量循環(huán)水流量7000kg/hl設(shè)計(jì)規(guī)定求流量設(shè)計(jì)規(guī)定求流量 X:進(jìn)水流量，進(jìn)水流量，Y水出口溫度水出口溫度lY只能選取模塊中輸入的參數(shù)本例中，模塊

3、輸入的是只能選取模塊中輸入的參數(shù)本例中，模塊輸入的是壓力、熱負(fù)荷，但需要控制的是溫度，因而，只能以出壓力、熱負(fù)荷，但需要控制的是溫度，因而，只能以出口物流溫度為口物流溫度為Y）例1-2.exe8.2靈敏度分析Sensitivity）靈敏度分析就是變化調(diào)節(jié)變量X，得到相應(yīng)另一個(gè)參數(shù)或變量Y的值，從而得到一條X-Y對應(yīng)曲線。特點(diǎn)：不一定成對出現(xiàn)x-y1,y2,y3,.模塊或流程收斂后再加如不收斂，首先檢查X上下界不是任意參數(shù)都能做Xl演示一：演示一： 分離含苯分離含苯44 wt甲苯混和物，常壓泡點(diǎn)進(jìn)甲苯混和物，常壓泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)料量料。進(jìn)料量5000kg/h，塔頂苯收率，塔頂苯收率98%，純度不小于

4、，純度不小于98%。l采用回流量采用回流量4000kg/hl理論板數(shù)取理論板數(shù)取19l確定進(jìn)料位置？確定進(jìn)料位置？l練習(xí)一：進(jìn)料流量由練習(xí)一：進(jìn)料流量由5000變化到變化到10000，塔內(nèi)液泛因子，塔內(nèi)液泛因子、壓降的變化。、壓降的變化。Y:PR-FLD-FAC,PR-DPSEC例2-3.exe8.3計(jì)算器Calculator）根據(jù)變量X的變化，按照一定的規(guī)則為變量Y賦值。常用在物料補(bǔ)充、損耗。特點(diǎn)：作為一個(gè)模塊，需要給定計(jì)算順序常常用在有循環(huán)物流情況，幫助收斂補(bǔ)充或損耗、限制某參數(shù)l演示一：演示一： 100kg/hC4進(jìn)一個(gè)閃蒸罐之前，需要與進(jìn)一個(gè)閃蒸罐之前，需要與C3按按2:1的重量比混合

5、，閃蒸后氣相循環(huán)利用。閃蒸條件的重量比混合，閃蒸后氣相循環(huán)利用。閃蒸條件20C，4.1atm，求需要補(bǔ)充，求需要補(bǔ)充C3的量。的量。l練習(xí)一：若規(guī)定練習(xí)一：若規(guī)定C4與與C3的比例為的比例為3:2，求需要補(bǔ)充，求需要補(bǔ)充C3的的量。量。例2-3.exel演示二：演示二： 分離含苯分離含苯44 wt甲苯混和物，常壓泡點(diǎn)進(jìn)料甲苯混和物，常壓泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)料量。進(jìn)料量5000kg/h，塔頂苯收率，塔頂苯收率98%，純度不小于，純度不小于98%。進(jìn)料流量不變，甲苯組成由。進(jìn)料流量不變，甲苯組成由10%60%，求回流量變，求回流量變化。化。l分析：分析：l1設(shè)計(jì)規(guī)定、靈敏度分析、計(jì)算器同時(shí)應(yīng)用。設(shè)計(jì)規(guī)定、

6、靈敏度分析、計(jì)算器同時(shí)應(yīng)用。l2靈敏度中改變靈敏度中改變C6流量流量5003000），計(jì)算器中求），計(jì)算器中求C7流量，利用設(shè)計(jì)規(guī)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求。流量，利用設(shè)計(jì)規(guī)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求。大多數(shù)化工流程模擬都存在循環(huán)回路，大多數(shù)化工流程模擬都存在循環(huán)回路，存在兩種循環(huán)：存在兩種循環(huán)：組分循環(huán)循環(huán)質(zhì)量和能量）組分循環(huán)循環(huán)質(zhì)量和能量）熱量循環(huán)僅僅循環(huán)能量）熱量循環(huán)僅僅循環(huán)能量）8.4計(jì)算順序與循環(huán)流PurgeCompositional RecycleProductFeedThermal Recyclel獨(dú)立循環(huán)回路獨(dú)立循環(huán)回路(Independent Loop)l嵌套循環(huán)回路嵌套循環(huán)回路(Nested Lo

7、op)l交叉循環(huán)回路交叉循環(huán)回路(Interconnected Loop)U 1U 6U 7U 4U 5U 3U 2S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 8S 9R 1R 2U 1U 6U 7U 4U 5U 3U 2S 1S2S3S4S5S6S 7S 8S 9R 1R 2U 1U 6U 7U 4U 5U 3U 2S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 8S 9R 1R 2l序貫?zāi)K法序貫?zāi)K法l聯(lián)立方程法聯(lián)立方程法l聯(lián)立模塊法聯(lián)立模塊法l在大多數(shù)過程模擬軟件中在大多數(shù)過程模擬軟件中(包括包括ASPEN、ProII)，某一時(shí)間只計(jì)算某一時(shí)間只計(jì)算(模仿模仿)一個(gè)單元一個(gè)單元(采用序

8、貫?zāi)K法采用序貫?zāi)K法)，單元和物流計(jì)算的先后次序稱為計(jì)算順序。，單元和物流計(jì)算的先后次序稱為計(jì)算順序。l 計(jì)算的順序是自動(dòng)按照模擬流程的信息流的順序計(jì)算的順序是自動(dòng)按照模擬流程的信息流的順序進(jìn)行計(jì)算的進(jìn)行計(jì)算的,而信息流取決于化工過程的規(guī)定。通而信息流取決于化工過程的規(guī)定。通常，過程原料物流的變量是指定的常，過程原料物流的變量是指定的,信息流與物料信息流與物料流平行。流平行。 l從原料物流從原料物流(Feed streams)到產(chǎn)物物流到產(chǎn)物物流(Product streams)的流程順序，稱為主流程處理順序的流程順序，稱為主流程處理順序(Main Flow Processing Seque

9、nce) 。U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1l計(jì)算順序必須包括所有的流程單元計(jì)算順序必須包括所有的流程單元l計(jì)算順序無須和主流程順序相同，給定不同物流的初始計(jì)算順序無須和主流程順序相同，給定不同物流的初始假設(shè)值可選擇不同的計(jì)算順序，有時(shí)候可加速計(jì)算的收假設(shè)值可選擇不同的計(jì)算順序，有時(shí)候可加速計(jì)算的收斂速度斂速度l U1U6U7U4U5U3U2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10R1U1，(U2，U3，U4，U5)，U6U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6l在默認(rèn)狀

10、態(tài)下，在默認(rèn)狀態(tài)下，ASPEN總是取切斷物流數(shù)總是取切斷物流數(shù)為最小時(shí)的計(jì)算順序?yàn)樽钚r(shí)的計(jì)算順序l最小切斷物流數(shù)時(shí)的計(jì)算順序并不一定是最小切斷物流數(shù)時(shí)的計(jì)算順序并不一定是最佳的計(jì)算順序最佳的計(jì)算順序l l為循環(huán)物流提供合適的初始值為循環(huán)物流提供合適的初始值l選擇合適的單元計(jì)算順序選擇合適的單元計(jì)算順序l選擇合適的加速收斂方法選擇合適的加速收斂方法l組合單元，對它們同時(shí)求解組合單元，對它們同時(shí)求解l非線性方程組：非線性方程組：0, 0,0,21212211nnnnxxxfxxxfxxxf，l直接迭代直接迭代 ( (連續(xù)置換法連續(xù)置換法 ) )l加速迭代加速迭代l Wegstein Wegste

11、in收斂法收斂法l Broyden Broyden的擬的擬- -牛頓法牛頓法l 對于高度非線性系統(tǒng)，連續(xù)置換法和對于高度非線性系統(tǒng)，連續(xù)置換法和WegsteinWegstein法可能失敗或效率非常低，也可采用各種更復(fù)雜法可能失敗或效率非常低，也可采用各種更復(fù)雜的方法包括牛頓拉夫森法，主本征值法）的方法包括牛頓拉夫森法，主本征值法）苯加氫制環(huán)己烷，組分，熱力學(xué)方法，流程如下進(jìn)料：H2IN、BZIN如下模塊參數(shù)如下：FEED-MEX:T-300F,P-330PSIREACT:計(jì)量反應(yīng)器stoichiometryP-(-15PSI),T-400F 反響：3H2+BENZENE-C6H12-1 轉(zhuǎn)化率

12、：苯0.998HP-SEP:T-120F,P-(-5PSI)VFLOW:LFLOW:COLUMN:12塊板，8板進(jìn)料，壓力200psi，冷凝器為分凝器，回流比1.2mole），調(diào)節(jié)塔底出料量初值99lbmol/hr,調(diào)節(jié)塔底出料量使產(chǎn)品PRODUCT收率0.9999缺省：斷RXIN,收斂順序View-control panel)如下：自定義：斷H2RCY,CHRCY步驟：1增加收斂模塊C-1，輸入斷裂流2輸入計(jì)算順序增加設(shè)計(jì)規(guī)定，用VFLOW參數(shù)調(diào)節(jié)PURGE中H2濃度0.76缺省：將inside-Outside:自己定義計(jì)算順序：1增加收斂模塊2增加設(shè)計(jì)規(guī)定收斂模塊3定義計(jì)算順序分離乙腈-甲

13、苯混合物，加入二甲苯精餾，組分，流程如下：熱力學(xué)方法為NRTL-RK)進(jìn)料：XYL進(jìn)料：A進(jìn)料：B-AND-C模塊參數(shù)如下：COLUMN-1:40塊板， XYL 27板進(jìn)料， B-AND-C 37板進(jìn)料，壓力0.1atm,壓降0.4atm，冷凝器為全凝，回流比6mole），塔頂出料量150.15kg/hr；COLUMN-2:40塊板， FEED-2 15板進(jìn)料， A 15板進(jìn)料，壓力1atm,忽略壓降，冷凝器為全凝，回流比6mole），塔頂出料量362.9kg/hr；COLUMN-3:5塊板， 4板進(jìn)料，壓力1atm,忽略壓降，冷凝器為全凝，回流比0.1mole），塔頂出料量422.5kg/h

14、r；1將循環(huán)recycle直接連接到column-1上，顯然不收斂。2增加補(bǔ)充物流makeup，增加calculator，根據(jù)循環(huán)流中二甲苯量補(bǔ)充，使補(bǔ)充后的總二甲苯量450kg/h。Column-1可能不收斂！因?yàn)檫M(jìn)料變化，采出不變。3為column-1增加設(shè)計(jì)規(guī)定，調(diào)整采出量，使產(chǎn)品純度為定值。結(jié)果表明：比較容易收斂。分離異丙醇-水混合物，加入苯共沸精餾，組分，流程如下：熱力學(xué)方法為UNIQUAC)。加入的苯量為進(jìn)料一定。進(jìn)料：FEED進(jìn)料：MAKEUP1 1物料流程的正確描述物料流程的正確描述 對物料流程圖中的單元設(shè)備能用合適的單元模塊進(jìn)行描述。對物料流程圖中的單元設(shè)備能用合適的單元模塊

15、進(jìn)行描述。E-1E-2多段固定床反應(yīng)器F1F2S1S2S3S4S5Stream NameStream DescriptionPhaseTemperaturePressureFlowrateComposition HYDROGEN ETHYLENE PROPANE BUTANE PENTANECATMKG-MOL/HRS1Mixed25.00016.000100.0000.0020.3200.1600.4600.058S2Vapor20.00016.000623.3850.0110.7980.0810.1020.007S3Liquid20.00016.00019.6600.0000.2310.1410.5220.106S4Vapor-10.00010.000555.9040.0130.8660.0690.0510.001S5Liquid-10.00010.00067.4800.0000.2400.1850.5200.0552)選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變量 一個(gè)功能強(qiáng)大的流程模擬系統(tǒng)，其單元模塊都有超過自由度數(shù)目的設(shè)計(jì)變量種類可供選擇。應(yīng)根據(jù)過程特性分析，用過程最重要或必須滿足的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，若幾個(gè)參數(shù)的重要性相當(dāng)，則應(yīng)選擇較易估算的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。3)設(shè)計(jì)變量數(shù)目的決定 自由決定的設(shè)計(jì)變量的值可能不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對過程特性有深刻的認(rèn)識(shí)和分析，進(jìn)行必要的