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石油化工流程模拟技术应用及案例石油化工流程模拟技术是指利用计算机和数学模型来模拟和优化石油化工生产过程的技术。
通过模拟技术可以预测和分析石油化工流程中的各种条件和参数，帮助工程师更好地设计和运行生产设备。
下面将列举10个石油化工流程模拟技术应用及案例：1. 炼油厂装置动态模拟：利用动态模拟软件，对炼油厂不同装置进行模拟和优化，从而提高生产效率和降低能耗。
例如，通过模拟裂化装置的运行条件和操作参数，可以准确预测产品产率和质量，帮助优化装置设计和操作策略。
2. 脱硫装置模拟：石油中的硫化物是一种环境污染物，脱除硫化物是炼油厂的重要任务之一。
通过模拟脱硫装置的工艺参数和操作条件，可以优化脱硫效率和降低能耗。
例如，利用模拟技术可以预测不同脱硫剂的使用量和反应温度对脱硫效果的影响，帮助优化脱硫装置设计和操作策略。
3. 裂化装置模拟：裂化装置是炼油厂的主要装置之一，用于将重质石油馏分转化为高附加值的轻质石油产品。
通过模拟裂化装置的运行条件和操作参数，可以预测产品产率和质量，帮助优化装置设计和操作策略。
例如，利用模拟技术可以预测不同裂化温度和催化剂用量对产品产率和选择性的影响，帮助优化装置运行。
4. 催化裂化汽油模拟：催化裂化汽油是炼油厂的重要产品之一，其质量和组成对市场需求有重要影响。
通过模拟催化裂化装置和汽油处理装置的运行条件和操作参数，可以预测汽油的组成和性质，帮助优化装置设计和操作策略。
例如，利用模拟技术可以预测不同催化剂和操作温度对汽油组成和性质的影响，帮助优化装置运行。
5. 炼油厂热力系统模拟：炼油厂的热力系统是炼油过程中的重要环节，直接影响能耗和产品质量。
通过模拟炼油厂的热力系统，可以优化能量利用和热交换过程，帮助降低能耗和提高产品质量。
例如，利用模拟技术可以预测不同换热器和蒸馏塔的设计和操作参数对热力系统效果的影响，帮助优化热力系统设计和操作策略。
6. 炼油厂蒸馏塔模拟：蒸馏塔是炼油厂的核心设备之一，用于将原油分离为不同馏分。
乙二醇单丁醚催化精馏合成工艺的动态数学模型及模拟研究乙二醇单丁醚催化精馏合成工艺是一种很重要的化工生产方式，需要掌握其动态过程，以便进一步优化其工艺参数。
本文将从动态数学模型以及模拟研究两个方面探讨这种工艺。
一、动态数学模型这种工艺的动态数学模型通常采用基于质量平衡和能量平衡的一阶动态微分方程组进行模拟，考虑的关键参数包括乙二醇单丁醚、甲醇和水的蒸汽压、焓、热传递系数、毛细管作用、传质系数等。
因此可以得到如下的动态数学模型：dx1/dt=(F1/F)x2-(F2/F)x1-Kc1*x1^2+(Kc1/Kc2)x3^2dx2/dt=(F3/F)*x4-(F1/F)*x2dx3/dt=-dx1/dt-dx2/dtdx4/dt=(F2/F)*x1-(F3/F)*x4其中x1、x2、x3、x4分别代表塔底的乙二醇单丁醚质量分数、乙二醇质量分数、甲醇质量分数和水质量分数；F1、F2、F3代表塔的进料、进水和进汽量；Kc1、Kc2代表乙二醇单丁醚与甲醇之间的K值和K值比例。
二、模拟研究采用上述动态数学模型可以模拟出在不同的操作条件下乙二醇单丁醚催化精馏合成的过程，以此帮助理解其行为并进一步优化其工艺参数。
例如，在实际生产中有可能会面临降温等突发事件，因此可以考虑采用模拟的方式来预测其对工艺的影响。
假设在原有的工艺条件下，突然降温10℃，则可以用改变了W的微分方程重新求解模型，从而得到新的工艺参数。
模拟结果显示，降温对小酯的合成有很大影响，可能会导致其含量下降，但同时甲醇和水的含量会有所上升，这些都对产物质量产生了影响。
综上所述，乙二醇单丁醚催化精馏合成工艺是一种很重要的化工生产方式，其动态数学模型可以帮助我们更好地理解其生产过程，并针对突发事件进行模拟预测。
因此需要深入研究这种工艺，进一步优化其参数以及提高产物质量。
新一代动态模拟软件gPROMS 及应用实例动态模拟(Dynam ic Sim ulation)现已越来越受到学术界和工业界的重视。
过程动态模拟有助于研究者比较深入地了解过程的本质,使中试阶段的试验设计和组织更加合理、有效。
对间歇过程而言,动态模拟则是唯一的选择。
过程的动态模拟可以方便地比较各种控制方案,过程的优化则离不开动态模拟。
动态模拟的另一功能是模拟开停车过程和其他异常现象,制定相应的程序和对策。
此外,动态模拟是培训操作人员的工具。
动态模拟比定态模拟揭示的内容要丰富地多,所需要的过程信息也多。
动态模拟实际上是对过程更为严格的描述。
例如,动态模拟不仅需要确定设备尺寸(size)和积存量(holdups),还需要制定控制方案,对数据采集要求也高了。
但是对化学工程研究者而言,应用动态模拟的最大困难可能是算法的选择和大量编程工作,计算方面的困难制约了动态模拟的应用。
gPROM S(g eneral PROcess M odelling System)是由英国帝国理工学院(IC,LON-DON)系统工程中心开发的新一代动态模拟软件,是SPEEDUP的后继产品。
g PROM S 的特点是应用范围广:可以用于离散或连续过程,集总参数或分布参数系统,可以灵活地用于特殊过程的模拟和优化。
gPROM S的另一特点是使用方便。
gPROM S将描述过程的化学、物理或生物规律的数学方程组构成MODEL模块;外部的作用(控制)或扰动构成TASK模块;由TA SK驱动M ODEL即成为PROCESS。
gPROM S软件语言已非常接近通常的数学方程式。
软件包含了常用的算法,如向前、向后、中心差分,正交配置有限元,只需要简单的调用语句即可。
模拟计算的结果可能以数据文件的形式输出,也可以直接打印出二维或三维图形。
动态模拟软件应用两例:1.反应器和精馏塔耦联(Reactor/Separator Coupled Process)的过程模拟和优化。
第七章化工过程动态模拟与分析第一节化工过程系统动态模拟简介化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2000 Vol.19 No.1 P.76-78化工过程模拟及相关高新技术(Ⅱ)化工过程动态模拟陆恩锡张慧娟随着化工过程稳态模拟的发展，动态模拟相继被提到日程上来。
由于化工稳态过程只是相对的、暂时的，实际过程中总是存在各种各样的波动、干扰以及条件的变化。
因而化工过程的动态变化是必然的、经常发生的。
归纳引起波动的因素主要有以下几类：·计划内的变更，如原料批次变化，计划内的高负荷生产或减负荷操作，设备的定期切换等。
·事物本身的不稳定性，如同一批原料性质上的差异和波动，冷却水温度随季节的变化，随生产时间的增加而引起催化剂活性的降低，设备的结垢等。
·意外事故，设备故障、人为的误操作等。
·装置的开停车。
以上的种种波动和干扰，都会引起原有的稳态过程和平衡发生破坏，而使系统向着新的平衡发展。
这一过程中，人们最为关心的问题是：·整个系统会产生多大的影响?产品品质、产量会有多大的波动?·有无发生危险的可能?可能会导致哪些危害?危害程度如何?·一旦产生波动或事故，应当如何处理、调整?最恰当的措施、步骤是什么?·干扰波动持续的时间有多久?克服干扰、波动到系统恢复正常需要多长时间?·开停车的最佳策略。
这些问题就不是稳态模拟所能解决的，而必须由化工过程动态模拟来回答。
也正是在这样一个背景下，动态模拟在近20多年来尤其是进入90年代后获得了长足的进展和广泛的应用［1～14］。
1动态模拟的主要功能和应用领域1.1 动态特性研究动态模拟广泛地应用于各种过程动态特性的研究。
研究过程参数随时间变化的规律，从而得到有关过程的正确的设计方案，或操作步骤。
过程的动态特性并非完全可以从静态特性或者根据经验推断而出，而且往往这类推断是片面的、有错误的。
苯乙烯精馏工艺应用优化及控制研究摘要：将苯乙烯精馏工艺过程转变成为数学模型问题，以年度总费用最小为优化目标，分析不同生产工艺所具有的运行特征，分析FTC模型和ALT模型在可操作性、运行稳定性等方面差异，能够准确评估工艺应用成效和具体控制要求。
相对而言，FTC工艺在经济效益方面具有一定优势，ALT工艺在可操作性上具有明显优势。
因在生产管理中，应当根据实际情况选择合适的工艺类型，以此确保企业整体效益不断提升。
关键词：苯乙烯；精馏工艺；控制苯乙烯是应用于工业材料、药品等生产环节的重要材料，生产工艺较为复杂。
近些年来，随着苯乙烯市场规模的不断扩大，工艺技术迭代更新速度加快，在生产过程中优化工艺应用方式，提升节能降耗生产水平，成为相关企业关注的重点问题。
本文基于稳态流程模拟，说明苯乙烯精馏工艺应用中的控制要求，以此为相关研究提供参考。
1、苯乙烯精馏工艺类型及稳态流程模拟1.1 苯乙烯精馏工艺类型相关统计数据显示，石油化工行业能耗在全国工业总能耗中占比达到15%左右，精馏操作单元是产品组分分离的基本环节，运行能耗占到整个分离过程的95%以上。
因此采用更加节能的精馏技术，对企业生产方式优化，具有重要的促进作用。
当前较为常用的苯乙烯精馏工艺，主要有如下几种：（1）多效精馏，其原理是利用高热品位的塔顶蒸汽，对低热品位的塔釜再沸器加热，同时实现自身冷凝。
在运行中，随着效数增加，效率也不断下降，因此多是采用双效或三效模式，但是在操作过程中，需要做好温度控制，对生产管理具有较高要求。
（2）萃取精馏与共沸精馏，其原理是在精馏过程中添加新的组分，改变原有物系的相对挥发度，有效降低精馏能耗。
（3）热泵精馏，其原理是基于冷凝器与再沸器的热耦合作用，提升工艺流程中的热力学效率，具体包括直接蒸汽压缩、塔釜闪蒸、外部蒸汽再压缩等三种工艺方式。
（4）内部热耦合精馏，其原理是在精馏塔内部实现热量集成，在高压作用下，将精馏段作为热源，提馏段作为冷源，以实现节能控制的工艺。
第23卷第1期2006年l月28日计葬机与应用化李ComPutersandAPPliedChemist
叮
Vol23Nol
Janu
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斗
2006
动态流程模拟及其在精馏塔的操作分析中的应
用
王亮‘吕文祥,黄德先
,
(1中石化沧州石化分公司河北沧州061000;2清华大学自动化系北京100084)
摘要:采用HYSYS流程模拟软件对丙烯丙烷精馏塔进行动态流程模拟分析了丙烯丙烷精馏塔在操作条件变化和进料流量及进料成分干扰变化时整个塔的动态响应变化过程研究了常规PID控制方案以及通常的先进控制方案所存在的问题为改进的集实时优化与先进控制于一体的控制方案设计提供了
依据
关键词:动态流程模拟;HYSYS;操作分析中图分类号
:TQ028
文献标识码:A文章编号
:10014160(2006)018387
DynamicfiowsheetingsimulationandaPPlicationintheoPerationanalyzeofPro
Pylenetower
WANGLiang’LUWenXianZandHUANGDeXianZ
(1CangzhouComPanyofChinaPetroleum&ChemiealCOrPorationCangzhou061000HebeiChina;2DePartmento
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AutomationTsinghuaUniversityBeiiing100084Chin
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)
Abstraet:AdoptingtheHYSYSflowshetingsimulationsoftwarethedynamiesttepoessemulationofpropylenetower15imple
men
tedThewholedynamie犯sponseproeessofpropylenetowerafiertheoperatingeonditio刀varietyordisturbaneearietyinfeedflowrate
andfeedeompositionoeeur15analyedTheexistingproblemsfornormalPIDeontrolandusualAPCeontrolarestudiedTheseworksprovidethebasisfordesi助ingtheimprovedeontrolsehemintegatingAPCeontrolwirhrealtimeopti功izarion
Keywords:dynamieflowsheetingsimulationHYSYSoperationanalysis
WangLLuWXandHuangDXDynamieflowsheetingsimulationandapPlieationintheoPerationanalyzeofPro
pylenetowerComputersandAPPliedChemist
叮
200623(l):83一87
1引言
多年来静态流程模拟技术在石油化工过程的设计和已有生产装置操作方案的优选方面发挥了非常重要的作用已为石油化工行业广泛接受近年
来动态流程模拟技术也得到了实质性的突破ASPENTECHHYPROTECH(现被ASPENTECH
公
司兼并)SIMSCI等公司都开发出相应的动态流程模拟软件其中HYpROTECH公司的HYSYS动态流程模拟软件是直接建立在原有的静态流程模拟平
台上只需将原有的静态流程模拟应用进行转换即
可得到动态流程模拟应用它即继承了静态流程模拟的预测计算结果保持动态模拟的逼真度又简化了应用并且其模拟平台采用面向对象技术
开发具
有良好的扩展能力本文利用HYSYS软件对丙烯丙烷精馏塔进行动态流程模拟分析了丙烯丙烷精馏塔在操作条件
变化和进料流量及进料成分干扰变化时整个精馏塔的动态响应变化过程研究了常规PID控制方案
以及通常的先进控制方案所存在的问题为改进的集实时优化与先进控制于一体的控制方案设计提供
了依据
2丙烯丙烷精馏塔工
艺流
程
丙烯丙烷精馏塔是炼油厂催化裂化后气体分馏装置中最重要的一个单元它通过双塔串联操作的
方式将原料中的丙烯和丙烷进行分离要求塔顶丙烯产品达到聚合级同时塔底丙烷产品中丙烯流失不宜太高其装置的工艺流程如图1所示原料进入粗丙烯塔T1503的243036层塔
板T1503顶部气相物料进人精丙烯塔T1504底部T1504顶部气相物料经空冷器A1503八石冷凝冷却到42℃后进人回流罐V1504经丙烯回流泵P
收稿日期:205刁6一8;修回日期:2005刃
7
一0
基金资助:973项目子课题(2002CB312200);863课题(2004AA412050)资助针葬机与
应
用
化毋
2(X)623(l)
液位控制等常规控制方案控制算法为PID算法
Fig1Shematidi乎mfproPyltow
图1丙始丙烷精馏塔工艺流程
150
5
抽出一部分作为冷回流另一部分经丙烯冷
却器E1508冷却至40℃以下出装置T1504底釜液由粗丙烯塔回流泵P巧04抽出进人T巧03顶部作为顶回流T1503底釜液自压经丙烷冷却器E-1506冷却至40
℃以下出装置
伪)丙肠丙倪栩佃名杭报子流粗3丙烯丙烷精馏塔的动态流程模
拟
31实现动态流程模拟的主要步
.
HYsys
软件实现动态过程模拟比较方便一般
都可在稳态流程模拟的基础上直接转换过来不需
要再专门为动态流程模拟进行大量的设置其实现流程模拟的主要步骤有:1定义流程模拟的基本设里
它们包括物流的成份物性反应等将要用在流程模拟中的基本定义2建立和定义所有已知的进料物流
3加单元操作
4利用物流连接各单元操作组成为一个完整
的生产流程5加阀门到前面已得到稳态流程模拟
阀门是用来控制物流流量的这往往在实现稳态流程模拟中是不需要的在那里物流的流量往往是通过定义来设置的但在动态流程模拟中是致关
重要的6定义设备结构尺寸
7加人控制器
8定义压力流量关系
根据上述步骤建立的动态模拟流程如图2所
示在流程模拟中冷凝器与回流罐合成为一体再
沸器采用直接热源给热在动态模拟上主要有精丙烯塔顶压控制精丙烯塔回流罐压力控制精丙烯
塔回流比控制精丙烯塔回流罐液位控制精丙烯塔塔底液位控制粗丙烯塔底温控制粗丙烯塔再沸器Fig2FlowsheetigdlgrmOfPmPylenetw图2丙始丙烷精馏塔模拟流程32动态流程模拟的主要参数设工本模型采用自定义模板单位采用国际标准单位制即温度单位为℃压力单位为kPa质量流量单位为k岁h密度单位为k岁耐热负荷单位为kJ/h¹原料数据在实际装置中原料除丙烯丙烷成分外还含有很少的CZ和C4组分本算例中将原料简化为只含有丙烯丙烷成分进料组成及其流体参数如表l表2所示表l原料组成Table1TOwerfedmPositins化学式C3HeC3Hs标况下体积分率(%)76612339表2进料流体参数Table2Twe几dPamete二参数质量流量(k『h)沮度(℃)压力(kPa)100()05322(X)º各设备的操作参数200623(l
)王亮等:动态流程模拟及其在精馏塔的操作分析中的应
用
85
表3设备操作参数Tabl3Eqipmt叩e扭rjonP肚amete路表5精馏塔子流程图模块列表
Tbl5Sbnowhetigdi『ammodl
设备参数值模块名称摸块类型人口物料出口物料实际塔板数(块)板效率尺寸(mm)塔盘型式进料板位置(板)回流泵功率(kw)塔顶温度(℃)塔顶压力(kPa)塔底温度(℃)塔底压力(kP)再沸器热值(kJ/h)塔底抽出流量(k『h)尺寸(mm)实际塔板数(块)板效率尺寸(mm)塔盘型式回流比回流泵功率(kw)不凝气泄漏量(k岁h)冷回流流量(k『h)塔顶温度(℃)塔顶压力(kPa)塔顶抽出流量(k岁b)塔底温度(℃)塔底压力(kPa)塔底抽出流量(k『b)类型回流堆尺寸(mm)回流堆温度(℃)回流嫩压力(kPa)设备名称
冷舒器与回流.V1504Pa币a]Cd能ToV1504
中320间距50壁厚28
ADv条形浮阀
30
(向下计数)
108
50
20205921003780x10
2500中320()高度240壁厚28再佛器E1504ToE1504Q场,伽,P门户.BilP精丙价塔r-15洲T阳ySetiR日T1504VT1504LToT15以B粗丙烯塔T1503Tray阮tiTE1504ToT.1504粗丙烯塔TT1503BilpFZ梢丙烯塔塔釜T-1504Botse匹ratoT1504LToT-乃叫TT1503护T-I504VPm口Pu入粗丙烯塔回流泵卜1504TOT1503P而不宜知3BP1504E二rgy精丙姗塔回沈泵卜l,仍R日P取oBP1505Ergy再沸器粗丙始塔回流调节阀FY401ValToT1503BToT1503
精丙始塔顶压调节阔PY中闭3VlToV1504BTOV1504回流组压力阅节阔PY4仍V司,G.日C.
瓶始道月连娜鳃歹飞脚2一」回吵
一
一
」坦丛卫一一一一丛也L一一一一
帕200间距50壁厚28ADv条形浮阀
位号
¼各
控制仪表的作用和整
定参数
表6控制仪表整定参数
Tabl6R,l
atoron
园pram
ete比
作用K几(面n)Tn(。i)备注60
与FIC4OZ申级精丙烯塔l0120x10,1005,0,0,02507口2,15,1,5与FIC401串级返:八Plc403精丙烯塔顶压控制PIC405精丙烯塔回流橄压力控制ET402精丙烯塔回流比控制Flc402
精丙烯塔回流t控制
LIC利0,精丙烯塔回流幼液位控
制
lc44oZ
精丙始塔塔底液位控制
Flc4401
粗丙烯塔回流控制
Tlc4o3
粗丙烯塔底温控制
uc401粗丙始塔再沸器液位控制
:”
506.94057
冷凝器2020120x
1
0,
部分气液相小3峨沈。长9656壁厚28
425
1750»流程模拟模块
表4流程图模块列表Table4Flwhti9di叫夕功modules
设备名称模块名称T-之,仍V目T-15仍/4模块类型人口物料出口钧料进科人口阅丙始丙烷精匀塔
V目T15叮FdT1503
几
Cl.
subFlo
卜t
T1503几Qbot一1503P门脚
Pmp
T1504名
朋
Q沁
pT1504
4操作分析
通过建立的动态流程模拟进行了大量的动态仿真研究下面主要讨论影响精馏塔操作的主要因素:塔顶回流比和塔底温度操作工作点阶跃变化的影响与进料流量和进料成分干扰阶跃变化的影响
当回流比从16阶跃减小到15各主要装置变量变化曲线如图3所示图中曲线自上而下依次为
精丙烯塔顶温(从4642度增加到4646度)精丙烯塔顶产品质量流量(从7617kg/h增加到7831k岁h)精丙烯塔顶产品丙烯摩尔分率(从0987
下
降到09825)精丙烯塔冷回流质量流量(从121868k岁h下降到117500k梦h)粗丙烯塔再沸
器热值(从3815E7下降到3687E7)粗丙烯塔底产品丙烯摩尔分率(从00172下降到00050)粗
