華南理工大學(xué)發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)模擬軟件簡(jiǎn)介(考試不要求)資料

流程模擬2022/12/911、前言由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中，利用傳統(tǒng)的技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)描述單元裝置操作的靜、動(dòng)態(tài)特征，如工藝過程中反響的，流體力學(xué)的，傳熱的，傳質(zhì)的特征及工程技術(shù)問題，裝置的系統(tǒng)故障診斷，新產(chǎn)品研制開發(fā)中的問題等。2022/12/921、前言過程模擬技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于石油、化工、制藥、冶金等重要行業(yè)中，無論是在工程工程設(shè)計(jì)中，還是在生產(chǎn)中實(shí)施先進(jìn)過程控制，抑或是更高層次的企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)管理〔當(dāng)今比較流行的ERP企業(yè)資源方案體系〕。而所有的應(yīng)用都必須是建立對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)過程有一個(gè)全面準(zhǔn)確了解的根底上，通過運(yùn)用流程模擬軟件對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行流程模擬來到達(dá)目的。2022/12/93化工流程模擬是一種高科技手段，它根據(jù)化工單元過程和熱力學(xué)的根本方程，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法，通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際的化工生產(chǎn)過程。即在計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)確地“再現(xiàn)〞實(shí)際生產(chǎn)過程，得到詳細(xì)、完整的物料平衡和熱量平衡數(shù)據(jù)。

2、什么是化工流程模擬？2022/12/942、什么是化工流程模擬？化工生產(chǎn)過程的流程模擬軟件一般是通過對(duì)生產(chǎn)過程中嚴(yán)格的質(zhì)量和能量平衡，尋求實(shí)際生產(chǎn)過程的模擬結(jié)果，以便來指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。由于過程流程模擬技術(shù)能夠反映傳統(tǒng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的單元裝置的靜、動(dòng)態(tài)特征，因此越來越受到石化領(lǐng)域設(shè)計(jì)與開發(fā)人員的重視。2022/12/953、化工過程模擬技術(shù)的應(yīng)用流程模擬技術(shù)一般都采用序貫?zāi)K法，通過嚴(yán)格的質(zhì)量和能量平衡，相態(tài)和化學(xué)平衡，去預(yù)測(cè)一個(gè)工藝過程的表觀現(xiàn)象。主要可以解決以下工程問題：(1)可為工程設(shè)計(jì)提供根底數(shù)據(jù)。通過工藝過程嚴(yán)格的物流和能流的平衡計(jì)算，預(yù)測(cè)物流的流率，組成和性質(zhì)，預(yù)測(cè)操作條件，設(shè)備尺寸，從而減少裝置的設(shè)計(jì)時(shí)間，也可進(jìn)行各種裝置的設(shè)計(jì)方案比較。2022/12/963、化工過程模擬技術(shù)的應(yīng)用〔2〕可以對(duì)生產(chǎn)過程中的故障進(jìn)行模擬診斷,當(dāng)生產(chǎn)過程現(xiàn)有裝置系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，主要是設(shè)備問題和工藝問題，可以通過流程模擬進(jìn)行工況模擬診斷，幫助盡快找出故障發(fā)生的原因和位置?！?〕在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，通過流程模擬可以為新產(chǎn)品開發(fā)研制提供極大的便利，可模擬新產(chǎn)品開發(fā)中的工藝參數(shù)，協(xié)助新工藝的開發(fā)，減少大量不必要的實(shí)驗(yàn)投資。2022/12/973、化工過程模擬技術(shù)的應(yīng)用〔4〕在生產(chǎn)過程中，流程模擬可以對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行生產(chǎn)能力的標(biāo)定，來幫助尋找系統(tǒng)的“瓶頸〞部位。使我們能充分利用原有的設(shè)備，制定合理的改造方案，去除裝置的瓶頸，使整個(gè)裝置能力匹配，最大限度地發(fā)揮效益?！?〕生產(chǎn)過程中，優(yōu)化操作是研究開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域，應(yīng)用流程模擬可以優(yōu)化工藝操作條件，使生產(chǎn)裝置的運(yùn)行處于最優(yōu)操作，以節(jié)能降耗，較少的投入取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和提高生產(chǎn)技術(shù)水平。2022/12/983、化工過程模擬技術(shù)的應(yīng)用(6)可進(jìn)行生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，進(jìn)行多種工藝方案的經(jīng)濟(jì)比較，進(jìn)行最優(yōu)評(píng)估。(7)能夠支持實(shí)現(xiàn)研究和開發(fā)階段的數(shù)學(xué)模擬放大，概念設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì)，工廠開工指導(dǎo)及操作工仿真培訓(xùn)，工藝流程改進(jìn)及優(yōu)化，工廠消除瓶頸及技術(shù)改造等。(8)可在生產(chǎn)中實(shí)施先進(jìn)過程控制和企業(yè)的優(yōu)化生產(chǎn)管理。2022/12/994、過程模擬技術(shù)開展情況1、國(guó)外進(jìn)展FlexibleFlowsheet美國(guó)公司(1958年)PROCESS/PROⅡ美國(guó)SimulationSciences公司(60年末)AspenPlus美國(guó)AspenTech.公司(80年代末)Hysim/Hysis加拿大Hyprotech公司(80年代初)2022/12/9104、過程模擬技術(shù)開展情況2、國(guó)內(nèi)情況HSSSP原化工部第五設(shè)計(jì)院(中石化蘭州院)(70年代中)ECSS青島化工學(xué)院(80年代末)2022/12/9115、化工流程模擬分類穩(wěn)態(tài)模擬(離線模擬、靜態(tài)模擬〕SteadyStateSimulation靜態(tài)模擬軟件：Aspenplus—AspenTech.公司Pro-Ⅱ—SimSci公司動(dòng)態(tài)模擬DynamicSimulation動(dòng)態(tài)模擬軟件：Aspendynamics—AspenTech.公司Hysis—Hyprotech公司Dynsim—SimSci公司2022/12/9125、化工流程模擬分類實(shí)時(shí)優(yōu)化RealTimeOptimization

實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件:AspenDMOPlus—AspenTech.公司ROMEO(RigorousOn-lineModelingwithEquation-basedOptimization)—SimSci公司2022/12/9136、Aspen工程軟件介紹AspenPlus是世界過程工業(yè)最大的軟件商AspenTech.公司開發(fā)的大型通用流程模擬系統(tǒng)，稱為“先進(jìn)過程工程系統(tǒng)〞〔AdvancedSystemforProcessEngineering〕簡(jiǎn)稱Aspen。經(jīng)過20年多來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件。AspenPlus在全球各大石油化工企業(yè)中占有較大的份額，全世界最大的50家化學(xué)公司中有46家使用該軟件。2022/12/9146、Aspen工程軟件介紹〔1〕AspenPlus－AspenTech公司開發(fā)的穩(wěn)態(tài)模擬軟件?？蒲虚_發(fā)可模擬診斷生產(chǎn)裝置不正常運(yùn)行工況；優(yōu)化操作參數(shù)，節(jié)能降耗，可以標(biāo)定生產(chǎn)流程各部位的能力，找出“瓶頸〞位置及增產(chǎn)方案?？梢钥焖俸Y選各種替代流程方案迅速確定物料及能量衡算工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造可以減少中試層次減少試驗(yàn)量，加速產(chǎn)品上市過程PRO/II軟件介紹PRO/II軟件是SIMSCI公司開發(fā)的大型流程模擬軟件，用數(shù)學(xué)模型描述和模擬整個(gè)工藝流程及各單元。PRO/II綜合了巨大的化學(xué)組分庫(kù)和熱力學(xué)方法。PRO/II在化學(xué)、石油、天然氣，合成燃料工業(yè)等方面可提供復(fù)雜、正確及可靠的模擬功能。PRO/II主要用于化工流程的穩(wěn)態(tài)模擬，穩(wěn)態(tài)熱量和物料平衡模擬。PRO/II不僅可以為化工流程設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)，還可以對(duì)于現(xiàn)有流程進(jìn)行優(yōu)化，提高企業(yè)效益。PRO/II軟件界面PRO/II軟件模塊傳熱模塊簡(jiǎn)單換熱器嚴(yán)格換熱器空氣換熱器、火焰加熱器、液化天然氣換熱器壓力變化模塊壓縮機(jī)膨脹機(jī)泵閥門管道PRO/II軟件模塊反響器模塊生產(chǎn)能力類反響器(1種)熱力學(xué)平衡類反響器(2種)化學(xué)動(dòng)力學(xué)類反響器(3種)別離模塊閃蒸精餾吸收萃取其中精餾塔是煉油行業(yè)中最重要也是最難的掌握的模塊第四章過程模擬的根本步驟化工過程模擬的七個(gè)根本步驟1建立流程圖2設(shè)置單位制定義組分3選擇熱力學(xué)方法4輸入物流數(shù)據(jù)5輸入過程單元數(shù)據(jù)6運(yùn)行并查看結(jié)果7實(shí)例：深冷車間模擬-Part1建立流程圖以下圖是深冷車間的流程圖流程共4個(gè)模塊應(yīng)用界面右邊的導(dǎo)航條建立流程圖添加模塊時(shí)左鍵點(diǎn)擊導(dǎo)航條相應(yīng)的模塊，光標(biāo)變成在操作窗口空白處，左鍵點(diǎn)擊放置的位置添加物流時(shí)左鍵點(diǎn)擊 ，光標(biāo)變成在適宜位置點(diǎn)左鍵不放，拖動(dòng)至適宜位置再放開可對(duì)模塊及物流重命名完成圖如下設(shè)置單位制點(diǎn)擊菜單上的 ，彈出對(duì)話框Table1定義組分點(diǎn)擊菜單欄上的 ，彈出對(duì)話框可直接輸入化學(xué)式添加常用查找添加輸入石油組分選擇熱力學(xué)方法點(diǎn)擊菜單欄上的 ，彈出對(duì)話框?qū)τ谳p烴系統(tǒng)，可選擇PR方程或SRK方程點(diǎn)擊

進(jìn)入修改點(diǎn)擊 修改傳輸性質(zhì)輸入物流數(shù)據(jù)雙擊紅色標(biāo)記的物流 ，彈出物流輸入對(duì)話框溫度壓力流量組分流量組成詳細(xì)參數(shù)見表1Table2冷端為公用工程：空氣輸入過程單元數(shù)據(jù)雙擊相應(yīng)的模塊進(jìn)入對(duì)話框，輸入相應(yīng)的操作參數(shù)運(yùn)行并查看結(jié)果當(dāng)所有的參數(shù)均輸入后,，變成，表示可以運(yùn)行了點(diǎn)擊 運(yùn)行后，如果收斂那么流程圖變藍(lán)，否那么變紅。這時(shí)就需要查找哪個(gè)參數(shù)輸入有誤現(xiàn)在圖形為藍(lán)色，表示模擬收斂了點(diǎn)擊 查看運(yùn)行結(jié)果輸出報(bào)告分為四個(gè)局部：關(guān)鍵字(KEYWORD)，歷史記錄(CALCULATIONHISTORY)，目錄(CONTENTS)，結(jié)果(RESULT)TITLEDIMENSIONMETRIC,PRES=KPA,STDTEMP=0,STDPRES=101.325SEQUENCESIMSCICALCULATIONRVPBASIS=APIN,TVP=37.778COMPONENTDATALIBID1,N2/2,CO2/3,METHANE/4,ETHANE/5,PROPANE/6,IBUTANE/7,BUTANE/&8,IPENTANE/9,PENTANEPETRO10,C6PLUS,,691.249,99THERMODYNAMICDATAMETHODSYSTEM=PR,TRANSPORT=PETR,SET=PR01,DEFAULTSTREAMDATAPROPERTYSTREAM=S1,TEMPERATURE=50,PRESSURE=1520,PHASE=M,&RATE(GV)=1E6,COMPOSITION(M)=1,1/2,1.6/3,72.5/4,11.5/5,6.75/&6,1.25/7,3/8,0.55/9,1.1/10,0.75,NORMALIZEUNITOPERATIONSFLASHUID=D-1FEEDS1PRODUCTV=S2,L=S3ISOTEMPERATURE=30,PRESSURE=1500PUMPUID=P-1FEEDS3PRODUCTM=S8OPERATIONEFF=65,PRESSURE=3900COMPRESSORUID=C-1FEEDS2PRODUCTV=S4OPERATIONCALCULATION=ASME,PRES=4250,EFF=72HXUID=HX-1HOTFEED=S4,M=S5,DP=35OPERHTEMP=45FLASHUID=D-2FEEDS5PRODUCTV=S6,L=S7ADIABATICEND如果覺得報(bào)告內(nèi)容太多，也可單獨(dú)查看某一模塊或物流的結(jié)果。先選中需要查看的模塊，再點(diǎn)擊即可查看結(jié)果或右鍵點(diǎn)擊需要查看的模塊，選擇

DataReviewWindow

FlashDrum'D-1'

FeedsS1ProductsS2S3

UserInputCalculated

Temperature,C30.0030.00Pressure,KPA1500.001500.00PressureDrop,KPA20.00Duty,M*KCAL/HR-12.2257第五章深入提高深冷車間模擬-Part2繼續(xù)完成深冷車間的模擬流程灰色局部表示前面已經(jīng)建立的流程，在此根底上再完成黑色局部的流程操作參數(shù)3冷端為制冷劑：丙烷運(yùn)行，查看結(jié)果

PAGECONTENTS

1COMPONENTDATA2CALCULATIONSEQUENCEANDRECYCLES3FLASHDRUMSUMMARY4VALVESUMMARYCOMPRESSORSUMMARY5UNIT2,'C-1'PUMPSUMMARY6UNIT1,'P-1'HEATEXCHANGERSUMMARY7UNIT5,'HX-1'8UNIT6,'HX-2'9UNIT7,'HX-3'10STREAMMOLARCOMPONENTRATES12STREAMSUMMARY

4深冷車間模擬-Part3繼續(xù)完成模擬流程假設(shè)HX-3的制冷劑不是純丙烷，而是混合物〔表4〕，為了確保HX-3的出口溫度為-26℃，我們需要知道混合物的流量為多少這時(shí)不能再用公用工程來計(jì)算，而是用一股物流來代替應(yīng)用反響控制模塊來計(jì)算混合物流的流量去除HX-3的公用工程，添加控制器模塊輸入S15的物流數(shù)據(jù)，流量可隨便輸入一個(gè)數(shù)字。但為了收斂容易些，最好給一個(gè)合理的初值，可參考先前計(jì)算得到的公用工程的流量控制S10的溫度為-26℃，改變S15的流量雙擊控制器，彈出反響控制器的對(duì)話框點(diǎn)擊Specification下的Parameter，選擇需要控制的物流S15，再點(diǎn)下面的Parameter選擇控制的參數(shù)，這里是Temperature，目標(biāo)溫度為-26℃點(diǎn)擊Variable下的Parameter輸入改變的變量這里為流量查看運(yùn)行結(jié)果點(diǎn)擊菜單欄的Output，在下拉菜單中選擇StreamPropertyTable，再在窗口空白處點(diǎn)左鍵放置結(jié)果表可以修改查看的內(nèi)容，雙擊表格，彈出的對(duì)話框中修改深冷車間模擬-Part4繼續(xù)完善深冷車間模擬。這次加上一個(gè)塔和壓縮機(jī)，所有氣相作為一個(gè)產(chǎn)品，所有液相作為另一個(gè)產(chǎn)品。塔的參數(shù)和壓縮機(jī)參數(shù)PROII塔的計(jì)算默認(rèn)是用理論板進(jìn)行計(jì)算，一塊板就是一個(gè)理論平衡級(jí)但實(shí)際塔板的效率不可能到達(dá)100%，因此需要將實(shí)際板折算成理論板該塔的實(shí)際板數(shù)為22，效率為55%，折算理論板為12，塔釜再沸器算一塊理論板5塔參數(shù)的輸入雙擊流程圖上的塔模塊，彈出對(duì)話框壓力分布進(jìn)料和產(chǎn)品收斂參數(shù)熱力學(xué)方法再沸器水力學(xué)分析塔板效率冷凝器板間加熱/冷卻器模擬初值中段回流工藝規(guī)定對(duì)話框中紅色表示必須輸入，綠色表示選擇輸入，藍(lán)色表示已經(jīng)輸入，其它的按需要輸入由于塔頂產(chǎn)品流量未知，可假定進(jìn)料中從N2到CH4都從塔頂走。用Define來定義查看塔模擬結(jié)果：溫度及氣液負(fù)荷分布點(diǎn)擊Output，在下拉菜單中選擇GeneratePlot...第六章塔設(shè)計(jì)初步深冷車間模擬-Part5假設(shè)附近一家化工廠關(guān)閉了，有一些塔設(shè)備還可用并且價(jià)格很廉價(jià)，你的工廠與另外一家公司聯(lián)合對(duì)深冷車間進(jìn)行擴(kuò)張擴(kuò)張后的流程圖如下進(jìn)料為你的工廠原有的液相產(chǎn)品和另外一家工廠的氣相產(chǎn)品的混合物但是存在一個(gè)問題，你不知道別離該混合物需要多少塔板數(shù)，因此需要你設(shè)計(jì)出擴(kuò)張的塔的參數(shù)，如塔板數(shù)、進(jìn)料位置、再沸器及冷凝器負(fù)荷等，以便進(jìn)行改造PROII提供Shortcut模型，該模型并不需要提供塔板數(shù)，而是根據(jù)進(jìn)料及別離要求算出所需的最小理論板數(shù)和進(jìn)料位置以Shortcut模型算出的塔板數(shù)作為初值，再用嚴(yán)格模型進(jìn)行核算最正確進(jìn)料位置可用靈敏度分析(CaseStudy)來計(jì)算，使塔負(fù)荷在一定別離要求下最小進(jìn)料的情況如下表。按照流程圖建立Shortcut模型的流程圖67塔的操作參數(shù)及減壓閥參數(shù)89Shortcut模型參數(shù)方法輸入同上，只是界面及所需輸入的參數(shù)不一樣T-2S、T3-S、T4-S分別為脫乙烷塔、脫丙烷塔、脫丁烷塔運(yùn)行結(jié)果計(jì)算得到最小理論板，而實(shí)際通常取最小值的2倍，選擇較為合理的塔板數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格模型的核算

UNIT1,'T-2S'SUMMARYOFUNDERWOODCALCULATIONSMINIMUMREFLUXRATIO2.06362FEEDCONDITIONQ1.41927FENSKEMINIMUMTRAYS12.15899

THEORETICALTRAYS2.00*M-MINIMUMTOTALFEEDR/R-MINM/M-MINREFLUXDUTY,M*KCAL/HRTRAYSTRAYRATIOCONDENSERREBOILER

1891.9771.5004.081-1.007E+002.597E+0021111.4681.7503.029-7.472E-012.338E+0024131.2852.0002.651-6.539E-012.244E+00

27141.1632.2502.400-5.921E-012.182E+0030161.0782.5002.224-5.486E-012.139E+00

UNIT3,'T-4S'SUMMARYOFUNDERWOODCALCULATIONSMINIMUMREFLUXRATIO1.23001FEEDCONDITIONQ0.69527FENSKEMINIMUMTRAYS12.92668

THEORETICALTRAYS2.00*M-MINIMUMTOTALFEEDR/R-MINM/M-MINREFLUXDUTY,M*KCAL/HRTRAYSTRAYRATIOCONDENSERREBOILER

19102.1851.5002.688-2.813E+002.439E+0023121.5681.7501.928-2.233E+001.860E+0026141.3442.0001.653-2.024E+001.651E+0029161.1962.2501.471-1.885E+001.512E+0032171.0942.5001.346-1.789E+001.416E+00

UNIT2,'T-3S'SUMMARYOFUNDERWOODCALCULATIONSMINIMUMREFLUXRATIO2.30177FEEDCONDITIONQ0.68238FENSKEMINIMUMTRAYS11.60873

THEORETICALTRAYS2.00*M-MINIMUMTOTALFEEDR/R-MINM/M-MINREFLUXDUTY,M*KCAL/HRTRAYSTRAYRATIOCONDENSERREBOILER

1781.9501.5004.488-3.121E+002.731E+0020101.4541.7503.348-2.472E+002.083E+0023111.2772.0002.939-2.240E+001.851E+0026131.1592.2502.668-2.086E+001.697E+0029141.0752.5002.475-1.976E+001.587E+00嚴(yán)格模型核算應(yīng)用前面shortcut模型運(yùn)算的結(jié)果作為初值，用嚴(yán)格模型來核算還要進(jìn)行水力學(xué)核算10InitialEstimates水力學(xué)核算模擬結(jié)果求最正確進(jìn)料位置，應(yīng)用CaseStudy，點(diǎn) 進(jìn)入靈敏度分析的對(duì)話框以T-2為例說明要進(jìn)料位置為變量，輸出回流比、塔頂負(fù)荷和再沸器負(fù)荷查看結(jié)果可以查看數(shù)字結(jié)果，也可以對(duì)結(jié)果作圖從結(jié)果可以看出，第10塊板為最正確進(jìn)料位置VALUESOFDECLAREDRESULTS

CYCLEREFLUXHDUTYCDUTYNUMBERMOLEM*KCAL/HRM*KCAL/HR

Base3.62882.4904-0.8937121.54717.3028-5.7041