大工優(yōu)化設(shè)計(jì)資料(共15頁(yè))

1、過(guò)程裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程(guchng)裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)The design of optimization of process equipment學(xué)部(xu b)（學(xué)院）： 化機(jī)(hu j)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 武錦濤 評(píng) 閱 教 師： 張曉東 完 成 日 期： 2015/1/2 大連理工大學(xué)Dalian University of Technology過(guò)程裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)- PAGE IV - PAGE I -摘 要過(guò)程裝備是現(xiàn)代過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)和平臺(tái)，這些裝備的可靠是現(xiàn)代化工快速發(fā)展(fzhn)和穩(wěn)定運(yùn)行的基石。尤其是

2、隨著過(guò)程裝備的大型化，平臺(tái)化，數(shù)字化，智能化的發(fā)展，大大提高了生產(chǎn)效率。然而，過(guò)程裝備的制造要求卻越來(lái)越高，需要承受更為苛刻的生產(chǎn)條件，例如高溫，高壓，甚至超高壓；耗能也越來(lái)越大，公用工程也占據(jù)著越來(lái)越大的比重，致使投資和運(yùn)營(yíng)成本大幅提升。所以過(guò)程裝備的節(jié)能是一個(gè)(y )重要的問(wèn)題，也具有很大的利益。因此，“裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)”的目的就是利用現(xiàn)代(xindi)的仿真軟件（如aspen，proII等），本文用的是aspen plus8.4對(duì)“催化重整過(guò)程”進(jìn)行化工過(guò)程相關(guān)計(jì)算，并作出優(yōu)化設(shè)計(jì)，使過(guò)程的耗能最小，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。本文中，通過(guò)計(jì)算和優(yōu)化，獲得公用工程用量為：48530000KJ/h，熱物

3、流的夾點(diǎn)溫度為：87，冷物流的為：67；優(yōu)化后的換熱面積為：4427m2?？梢?jiàn)，通過(guò)夾點(diǎn)技術(shù)的運(yùn)用和aspen plus的仿真模擬，能夠大大節(jié)省模擬和優(yōu)化成本，并獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益?？梢哉f(shuō)，過(guò)程工業(yè)依托有力的模擬仿真將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：過(guò)程裝備;優(yōu)化設(shè)計(jì);aspen模擬 過(guò)程裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)- PAGE 14 - The design of optimization of process equipmentAbstract Process equipment is the foundation and platform of modern industrial production. Esp

4、ecially with the development of large-scale equipment, and digital and intelligent devices, greatly improves the production efficiency.However, the manufacturing process and equipment requirements are getting higher and higher, and need to bear more demanding production conditions, such as high temp

5、erature, high pressure, and even ultra high pressure; energy consumption is also growing, utilities also occupy an increasingly large proportion, resulting in investment and operating costs increase. So energy saving is an important point, it has great benefit. The design of optimization of process

6、equipment is the purpose of the use of modern simulation software (such as Aspen, pro ii etc.)。This paper is used in chemical process calculation of Aspen plus8.4 on Catalytic reforming process , and makes the optimization design, the process of the minimum energy consumption, obtain the biggest eco

7、nomic benefits.Through calculation and optimization, the utilities consumption is: 48530000KJ/h, thermal logistics pinch point temperature: 87, cold Logistics: 67; heat transfer area as the optimized: 4427m2.Therefore, using pinch technology and Aspen Plus simulation can greatly save the cost, and o

8、btain the maximum economic benefit. As we can see, Its the trend of using simulation. Key Words：Process Equipment；Design of Optimization；Aspen plus for Simulation目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc408218457 摘 要 PAGEREF _Toc408218457 h IHYPERLINK l _Toc408218458 Abstract PAGEREF _Toc408218458 h IIHY

9、PERLINK l _Toc408218459 引 言 PAGEREF _Toc408218459 h 1HYPERLINK l _Toc408218460 1項(xiàng)目(xingm)背景 PAGEREF _Toc408218460 h 3HYPERLINK l _Toc408218461 1.1催化裂化(cu hu li hu)過(guò)程 PAGEREF _Toc408218461 h 3HYPERLINK l _Toc408218462 1.2相關(guān)(xinggun)數(shù)據(jù)： PAGEREF _Toc408218462 h 3HYPERLINK l _Toc408218463 1.3本文的主要工作 PAG

10、EREF _Toc408218463 h 5HYPERLINK l _Toc408218464 2 Aspen plus模擬 PAGEREF _Toc408218464 h 6HYPERLINK l _Toc408218465 2.1 概述 PAGEREF _Toc408218465 h 6HYPERLINK l _Toc408218466 2.2 模擬和計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc408218466 h 7HYPERLINK l _Toc408218467 結(jié) 論 PAGEREF _Toc408218467 h 10HYPERLINK l _Toc408218468 參考文獻(xiàn) PAGE

11、REF _Toc408218468 h 11HYPERLINK l _Toc408218469 致 謝 PAGEREF _Toc408218469 h 11引 言?xún)?yōu)化 HYPERLINK /view/14417.htm t _blank 設(shè)計(jì)(shj)英文名是optimization design，從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段(shudun)，根據(jù) HYPERLINK /view/14417.htm t _blank 設(shè)計(jì)(shj)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種HYPERLINK /view/2167316.htm t _b

12、lank 約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化步驟：建立數(shù)學(xué)模型。選擇最優(yōu)化算法。程序HYPERLINK /view/14417.htm t _blank 設(shè)計(jì)。制定目標(biāo)要求。計(jì)算機(jī)自動(dòng)篩選最優(yōu)HYPERLINK /view/14417.htm t _blank 設(shè)計(jì)方案等。通常采用的最優(yōu)化算法是逐步逼近法，有線性HYPERLINK /view/126021.htm t _blank 規(guī)劃和非線性規(guī)劃。優(yōu)化HYPERLINK /view/14417.htm t _blank 設(shè)計(jì)就是在滿足設(shè)計(jì)要求的眾多設(shè)計(jì)方案中選出最佳設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)方法?；?yōu)化設(shè)計(jì)在化工優(yōu)化設(shè)計(jì)中，Aspen Plus是一

13、個(gè)生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)。Aspen Plus是大型通用流程模擬系統(tǒng)，源于 HYPERLINK /view/218687.htm t _blank 美國(guó)能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院（MIT）組織的會(huì)戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)新型第三代流程模擬 HYPERLINK /view/37.htm t _blank 軟件。該項(xiàng)目稱(chēng)為“過(guò)程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”（Advanced System for Process Engineering，簡(jiǎn)稱(chēng)ASPEN），并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了AspenTech公司，并稱(chēng)之為Aspen Plus。該 HYPERLINK /vie

14、w/37.htm t _blank 軟件經(jīng)過(guò)20多年來(lái)不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，已先后推出了十多個(gè)版本，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件，應(yīng)用案例數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。產(chǎn)品特點(diǎn)：一、產(chǎn)品具有完備的物性數(shù)據(jù)庫(kù) 物性模型和數(shù)據(jù)是得到精確可靠的模擬結(jié)果的關(guān)鍵。人們普遍認(rèn)為AspenPlus 具有最適用于工業(yè)、且最完備的物性系統(tǒng)。許多公司為了使其物性計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)化而采用Aspen Plus 的物性系統(tǒng)，并與其自身的工程計(jì)算軟件相結(jié)合。 Aspen Plus 數(shù)據(jù)庫(kù)包括將近6000 種純組分的物性數(shù)據(jù)1. 純組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，包括將近6000 種化合物的參數(shù)2. 電解質(zhì)水溶液數(shù)據(jù)庫(kù)，包括約900 種離子和分子溶質(zhì)估算電

15、解質(zhì)物性所需的參數(shù)。3. 固體數(shù)據(jù)庫(kù)，包括約3314 種固體的固體模型參數(shù)。4. Henry 常數(shù)庫(kù)，包括水溶液中61 種化合物的Henry 常數(shù)參數(shù)。5. 二元交互作用參數(shù)庫(kù)，包括(boku)RidlichKwong Soave、Peng Robinson、Lee esler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden OConnell狀態(tài)方程的二元交互作用參數(shù)約40,000 多個(gè)，涉及5,000 種雙元混合物。6. 無(wú)機(jī)物數(shù)據(jù)庫(kù)，包括2450 種組分(zfn)（大部分是無(wú)機(jī)化合物）的熱化學(xué)參數(shù)。二、產(chǎn)品線比較長(zhǎng)，集成能力很強(qiáng)。 Aspen Plus 是Aspen 工

16、程套件（AES）的一個(gè)組份。AES 是集成的工程產(chǎn)品套件，有幾十種產(chǎn)品。以Aspen Plus 的嚴(yán)格機(jī)理模型為基礎(chǔ)，形成了針對(duì)(zhndu)不同用途、不同層次的Aspen Tech 家族軟件產(chǎn)品，并為這些軟件提供一致的物性支持。 如：Polymers Plus： 在Aspen Plus 基礎(chǔ)上專(zhuān)門(mén)為模擬高分子聚合過(guò)程而開(kāi)發(fā)的層次產(chǎn)品，已成功地用于聚烯烴、聚酯等過(guò)程。1.Aspen Plus 可以為夾點(diǎn)技術(shù)軟件直接提供其所需要的各流段的熱焓、溫度和壓力等參數(shù)。B-JAC/ HTFS： 換熱器詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括機(jī)械計(jì)算）的軟件包，2.Aspen Plus 可以在流程模擬工藝計(jì)算之后直接無(wú)縫集成，轉(zhuǎn)入

17、設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。3.唯一將序貫（SM）模塊和聯(lián)立方程（EO）兩種算法同時(shí)包含在一個(gè)模擬工具中。 序貫算法提供了流程收斂計(jì)算的初值，采用聯(lián)立方程算法，大大提高了大型流程計(jì)算的收斂速度，同時(shí)，讓以往收斂困難的流程計(jì)算成為可能。節(jié)省了工程師計(jì)算的時(shí)間。4.結(jié)構(gòu)完整，除組分、物性、狀態(tài)方程之外，還包含以下單元操作模塊： 對(duì)于氣/液系統(tǒng)， Aspen Plus包含： 通用混合、物流分流、子物流分流和組分分割模塊。 閃蒸模塊：兩相、三相和四相 通用加熱器、單一的換熱器、嚴(yán)格的管殼式換熱器、多股物流的熱交換器 液液?jiǎn)渭?jí)傾析器 基于收率的、化學(xué)計(jì)量系數(shù)和平衡反應(yīng)器。 連續(xù)攪拌釜、柱塞流、間歇及排放間歇反應(yīng)器。

18、單級(jí)和多級(jí)壓縮和透平 物流放大、拷貝、選擇和傳遞模塊 壓力釋放計(jì)算 精餾模型 簡(jiǎn)捷精餾 嚴(yán)格多級(jí)精餾 多塔模型 石油煉制分餾塔 板式塔、散堆和規(guī)整填料塔的設(shè)計(jì)和校核。 對(duì)于固體系統(tǒng)， Aspen Plus包含： 文丘里滌氣器、靜電除塵器、纖維過(guò)濾器、篩選器、旋風(fēng)分離器、水力旋風(fēng)分離器、離心過(guò)濾器、轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾器、固體洗滌器、逆流傾析器、連續(xù)結(jié)晶器等。1項(xiàng)目(xingm)背景1.1催化裂化(cu hu li hu)過(guò)程一、總體設(shè)計(jì)催化裂化是石油煉制過(guò)程之一，是在熱和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹狻⑵秃筒裼偷鹊倪^(guò)程。原料采用原油蒸餾（或其他石油煉制過(guò)程）所得的重質(zhì)餾分油;或重質(zhì)餾分

19、油中混入少量渣油,經(jīng)溶劑脫瀝青后的脫瀝青渣油；或全部用常壓渣油或減壓渣油。在反應(yīng)過(guò)程中由于不揮發(fā)的類(lèi)碳物質(zhì)沉積在催化劑上，縮合為焦炭，使催化劑活性下降，需要(xyo)用空氣燒去（見(jiàn)催化劑再生），以恢復(fù)催化活性，并提供裂化反應(yīng)所需熱量。催化裂化是石油煉廠從重質(zhì)油生產(chǎn)汽油的主要過(guò)程之一。所產(chǎn)汽油辛烷值高（馬達(dá)法80左右），安定性好，裂化氣（一種煉廠氣）含丙烯、丁烯、異構(gòu)烴多。二、工藝流程催化裂化工藝由三部分組成：原料油催化裂化、催化劑再生、產(chǎn)物分離。催化裂化過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)有：裂化反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)、芳構(gòu)化反應(yīng)。催化裂化所得的產(chǎn)物經(jīng)分餾后可得到液化氣、汽油、柴油和重質(zhì)餾分油。 催化裂化

20、工藝流程圖1.2相關(guān)數(shù)據(jù)：原始(yunsh)流股數(shù)據(jù)公用(gngyng)工程數(shù)據(jù)：冷卻水CW為15。1.3本文的主要(zhyo)工作1. 畫(huà)出冷熱(ln r)流股的組合曲線、總組合曲線；2. 確定系統(tǒng)夾點(diǎn)溫度；3. 確定公用工程用量；4. 畫(huà)出格子圖，判斷違法夾點(diǎn)匹配原則的情況；5. 提出改進(jìn)方案；2 Aspen plus模擬2.1 概述(i sh)利用aspen的模擬，將數(shù)據(jù)輸入，選擇合適的物性(w xn)方法，利用(lyng)夾點(diǎn)技術(shù)、夾點(diǎn)技術(shù)與換熱網(wǎng)絡(luò)的合成和Aspen Energy Analyzer的應(yīng)用?？蓪⒐霉こ塘看_定，并畫(huà)出冷熱流股的組合曲線、總組合曲線，確定系統(tǒng)夾點(diǎn)溫度。1.

21、夾點(diǎn)技術(shù)：夾點(diǎn)技術(shù)（Pinch technology）是以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，以最小能耗為主要目標(biāo)的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合方法。1978年，Linnhoff等提出了換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)問(wèn)題，指出夾點(diǎn)限制了換熱網(wǎng)絡(luò)可能達(dá)到的最大熱回收。1983年，Linnhoff比較系統(tǒng)的提出了用于換熱網(wǎng)絡(luò)綜合的夾點(diǎn)技術(shù)，并推廣應(yīng)用于整個(gè)過(guò)程的能量分析與調(diào)優(yōu)。2.夾點(diǎn)技術(shù)與換熱網(wǎng)絡(luò)在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，一些工藝物流需要加熱，而另一些工藝物流需要冷卻，如何合理地將這些物流匹配在一起，充分利用熱物流去加熱冷物流、提高過(guò)程的熱回收率，以便盡可能減少公用工程加熱和冷卻負(fù)荷是一個(gè)多方案、多目標(biāo)的集成問(wèn)題。換熱網(wǎng)絡(luò)合成就是確定出這樣的流程，使它

22、具有最小的冷換設(shè)備（換熱器、加熱器和冷卻器）投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，并將每一個(gè)過(guò)程物流由初始溫度達(dá)到指定的目標(biāo)溫度。除此之外，換熱網(wǎng)絡(luò)還要求具備較好的靈活性、操作性和可控性3.換熱網(wǎng)絡(luò)合成的目標(biāo)最小公用工程負(fù)荷目標(biāo)：QHmin和Qcmin 最小換熱單元數(shù)目標(biāo)：Umin 最小傳熱面積目標(biāo)：Amin 年總費(fèi)用最小目標(biāo)4.Aspen Energy AnalyzerAspen Energy Analyzer（能量分析器）是AspenTech公司旗下的產(chǎn)品，是進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)功能強(qiáng)大的概念設(shè)計(jì)包，提供了夾點(diǎn)分析和換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的環(huán)境，是Aspen在工程應(yīng)用上的一個(gè)重要工具。其功能為：計(jì)算能量和設(shè)

23、備投資目標(biāo)進(jìn)一步改善能量熱集成項(xiàng)目，從而減少操作費(fèi)用、設(shè)備投資費(fèi)用并使能量利用最大化提供過(guò)程能量?jī)?yōu)化的工具提供圖表結(jié)合使用的方法2.2 模擬(mn)和計(jì)算結(jié)果1.畫(huà)出冷熱(ln r)流股組合曲線，總組合曲線把冷熱(ln r)物流的進(jìn)出口溫度以及熱負(fù)荷值輸入Aspen Energy Analyzer V7.2中，圖1冷熱物流的信息表圖2冷熱流股的組合曲線圖3冷熱(ln r)流股總組合曲線2.系統(tǒng)(xtng)夾點(diǎn)溫度本題規(guī)定最小傳熱(chun r)溫差為20，所以不需DT圖。圖5 Case 1 Targets由圖可知熱物流的夾點(diǎn)溫度為87冷物流的為67。3.確定公用工程用量根據(jù)上圖可知：熱公用工程

24、用量=48530000KJ/h 冷公用工程用量=13700000KJ/h4.畫(huà)出格子圖，判斷違法夾點(diǎn)匹配原則的情況格子圖如下由下述3個(gè)夾點(diǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)基本原則：但凡違背下述三點(diǎn)(sn din)的情況都違法夾點(diǎn)匹配(ppi)原則（1）避免(bmin)有熱流量通過(guò)夾點(diǎn)換熱；（2）夾點(diǎn)上方應(yīng)該避免使用公用工程冷卻物流；（3）夾點(diǎn)下方應(yīng)該避免使用熱公用工程加熱物流5.提出改造方案換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 換熱網(wǎng)絡(luò)(Heat Exchanger Network)的主要作用就是在各種條件允許的情況下,盡可能經(jīng)濟(jì)地回收所有過(guò)程物流的有效能量,以達(dá)到減少公用工程耗量的目的。HEN的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常包括定量(投資費(fèi)用和公用工程費(fèi)用)和定性(安全性、運(yùn)行能力、彈性及控制能力等)兩部分,由于實(shí)際的HEN含有較多物流且需考慮多種實(shí)際因素(如約束、禁止匹配等),因而其設(shè)計(jì)是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題。因其在化學(xué)工程領(lǐng)域具有顯著的節(jié)能效益,同時(shí)它又是一個(gè)數(shù)學(xué)的混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題,因而受到人們的重視。換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)主