熱泵精餾模擬細節(jié)和策略

1、熱泵模擬細節(jié)和策略在ASPEN PLUS中直接搭建完整的流程進行模擬一般難以收斂，建議先完成常規(guī)精餾的模擬，再利用其數據進行熱泵精餾模擬。以塔頂氣相壓縮式熱泵為例，分三步進行熱泵精餾模擬：圖1 塔頂氣相壓縮式熱泵精餾模擬步驟一第一步，利用常規(guī)工藝模擬的數據，進行無塔模擬熱泵部分的模擬（如圖1）。此步驟無精餾塔的模擬，物流3為常規(guī)精餾塔第1塊塔板（在ASPEN中為冷凝器）的氣相進料，物流10為精餾塔最后一塊塔板（在ASPEN中為再沸器），這兩股物流的數據直接由常規(guī)精餾塔模擬結果的“Profile”獲取。壓縮機和換熱器的模擬都很常規(guī)，但ASPEN中的換熱器并不能模擬釜式再沸器的效果，釜液換熱后并不

2、能將氣液相分開，所以附加一個絕熱閃蒸器，將物流11氣液相分開，液相出料，氣相返回精餾塔。分離器S1實現回流。當這一步的模擬按工藝設計要求收斂后（一般是壓縮機出口壓力不夠導致換熱器H2換熱量達不到要求，模擬出錯），進入下一步。第二步，增加塔體進行模擬（如圖2）。在第一步基礎上，增加塔體（RadFrac模塊中無冷凝器和再沸器的塔單元），根據原工藝輸入進料數據和塔的操作數據，同時物流9作為回流液返回塔的第一塊塔板，物流12作為再沸蒸氣返回塔的最后一塊塔板。此步驟先不將塔頂蒸氣14作為熱泵蒸氣輸入（物流3），也不將釜液物流15作為換熱器的冷液輸入（物流10），進行模擬（一般容易收斂）。檢查塔和產品出料

3、的數據是否跟常規(guī)模擬的一致，同時檢查物流3和物流14是否一致，物流10與物料15是否一致。圖2 塔頂氣相壓縮式熱泵精餾模擬步驟二第三步，完整的熱泵精餾模擬（如圖3）。在步驟二的基礎上，將物流3接到精餾塔塔頂（刪除物流14），作為精餾塔第1塊塔板蒸氣出料，模擬收斂后再將物流10接到精餾塔塔底（刪除物流15），作為精餾塔最后一塊塔板液相出料。此處應注意，保留物流3和物流10原本在步驟二中的輸入數據（Input），這些數據在迭代時將作為初值進行計算，保留這兩股物流的數據讓流程更容易收斂。此流程需要規(guī)定撕裂物流（Tear），可以設置塔頂蒸氣物流（物流3）和釜液物流（物流14）作為撕裂物流（模擬時也試過

4、只設定釜液物流為撕裂物流，收斂也成功）。當收斂失敗時，可把迭代次數由30次提高到100次（Convergence>> Methos>>Wegstein），再不行的話可嘗試把迭代方法由Wegstein改為Newton（Convergence>> Defaults>>>> Defaults Methos >>Tears>>Newton），一般都能收斂。如果頂蒸氣物流（物流3）和釜液物流（物流14）模擬計算的值與輸入的值相差較大，需重新檢查流程；如果相差不大，建議把撕裂物流的模擬結果（Results）輸入到Input中，下次模擬時能更快收斂。檢查整個流程，確認無誤后完整的塔頂氣相壓縮開式熱泵精餾模擬就完成了，可進一步改變操作參數來優(yōu)化熱泵精餾。圖3 塔頂氣相壓縮式熱泵精餾模擬步驟三圖4 撕裂物流的設置 對于另外兩種比較常見的熱泵模擬，釜液節(jié)流開式（圖5）和閉式（圖6），方法跟塔頂氣相壓縮開式的差不多，撕裂物流和迭代方法仍然是關鍵。釜液節(jié)流開式也是冷凝器與再沸器是同一個換熱器，策略一樣。閉式熱泵精餾因為其熱泵工質（中、高溫下可選擇水）不與塔內物料進行交換，模擬就更簡單了。在閉式熱泵模擬中，只要能滿足冷凝器和再沸器的熱負荷精餾操作就能進行，此處就沒必要再進行精餾塔的模擬