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罗茨风机 模拟aspen_罗茨鼓风机

时间:21-07-26  来源:锦工罗茨风机原创

罗茨风机 模拟aspen:aspen模拟风机海川化工论坛

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罗茨风机 模拟aspen:【全国化工设计竞赛】Aspen的实战详解——循环(上)

  ?如何去实现这个目标?答:借助循环。

  ? 我们在比赛中应考虑的循环点有这几个。

  (1)原料转化率达不到

  ? ? ? ? 我们经常遇到的一个问题是,原料的转化率可能不是太高,这时我们采取的一个方式就是将原料循环回去。这时有两种选择,一是从反应器出来的流股直接分为两份,一部分循环,另一部分按照流程继续走下去,这种方式往往是多段反应器串联。二是从反应器出来的流股,经由分离单元等一系列操作后,使原料分离出来进行循环,产物进入下一流程。这两种各有其优点。

  (2)吸收剂的再生

  ? ? ? ?对于吸收-解析单元,解析塔的作用是对吸收剂的再生操作,一方面使吸收剂循环利用降低成本,另一方面将所吸收的物质解析出来也是一种提纯,可以作为副产品销售出去。

  (3)萃取剂的回收

  ? ? ? ?对于萃取单元,将混合物溶液中某些化合物组分,用另外一种液体(萃取剂)将其提取出来,使其得到分离提纯。这种过程称作萃取。在萃取过程中萃取剂的用量往往是大量的,如果不对其进行循环回收,不仅是一种浪费而且成本巨大。因此我们也需要对萃取剂进行循环。这也是一种循环操作。

  (4)其他

  ? ? ? ?没想起来。

  ? ? ? 此时Aspen对应的操作则是选择一条流股作为撕裂流股(这一条流股经常是循环流股,但也不一定),给其赋予一个估计值,然后进行迭代计算。这里我们介绍一下撕裂流股的定义:

  ? ? ? ? 上图对撕裂流股的介绍已经很详细了,Aspen在计算中往往会自主选择流股来进行断裂。Aspen本身选择的流股可能不是那么的好,如果我们不进行操作的话,有很大的可能不会收敛。

  ? ? ? ?所以我们往往还要自己选择一条或者多条流股进行断裂,并且给其赋予初值,这不仅有助于收敛,而且能加快运行速度。

  请结合本视频观看。

  ? ? ? 本题的求解思路有点类似于简化的比赛求解过程,所以我会以比赛的形式来讲题(后面加括号备注)。

  ? ? ? 首先我们明确我们的目的:

  ? ? ? 过程中发生的反应有:(查文献得出)

  ? ? ? ?我们设计的产量为:苯乙烯24万吨/年,开工周期为8000h。

  ? ?

  ? ? ? ?根据这些信息,我们可以简单的设计出工艺流程:

  ? 我们。首先是进料。

  ? ? ? ? 进料量未知::

  ? ? ? ? 由上式算出甲苯的进料量为490.75kmo/h。由于甲醇和甲苯的计量比是1:1的关系,所以设置甲醇的进料量也为490.75kmol/h。(实际比赛中要看动力学方程,甲醇的量是否对甲苯转化率有影响,如果有的话可能甲醇的比例要稍微高一点)

  ? ? ? 反应条件为:反应物状态495℃,400kpa。气相反应,绝热操作,压降70kpa。(查文献得出,可能还需要优化)

  ? ? ? ?其中:苯乙烯摩尔转化率为0.5878,乙苯摩尔转化率为0.1212(在比赛中由动力学限制)

  ? ? ? ?那么我们反应器前后的参数都可以输入,并且运行。

  ? ? 接下来,从反应器出来的物质有H2,H2O,以及有机相。由于物质较少,而且也挺好分离的,那么我们考虑用一个三相分离器(实际比赛中这股流股要复杂的多,而且也不是一个简单的分相器就能分离的,这时候就考验各位的化工知识的水平了,也是展现自己的特色之一)

  ? ? ? ? 由于从反应器出来的流股温度较高,因此我们在分相器之前加入一个冷却器(该冷却器不仅能提高分离效果,而且可以将热量综合利用,在比赛中可以通过换热网络来分析)。

  ? ? ? ? 接下来输入设备参数,冷凝器温度38℃,压降10kpa;分相器温度38℃,压降10kpa(本题中所有换热器的压降均为10kpa),分离器的物性方法改为UNIFAC,以便于分离。(温度参数往往是根据文献得到的一个参考,然后灵敏度分析得出最佳值,压降可以根据经验得到,影响不算多大)

  ? ? ? 运行后分析结果,发现分相器分离的三股流股,主要包含的物质分别为①氢气②苯乙烯和其他有机杂质③甲醇和水。我们思考对这三股流股分别进行处理。

  ? ? ? ? 甲醇和水的分离我们常用精馏分离,这里面我们只用一个简单的精馏塔进行分离。(在比赛中这一点也是创新点的加入地方之一,比如工业中分离甲醇和水为了节约能量常用双效精馏)

  ? ? ? ? 这里面我们根据进塔物料的参数来添加设备,进塔的压力为145kpa(这个我估计是出题人根据前期模拟的一个探索过程,得出的进料板的压力在145kpa左右),所以,我们加一个泄压阀,另外在工业上,精馏塔的进料通常为泡点进料, 那么我们加热到VAPOR FRAC为0的状态即为泡点。换热器的压降为10kpa,这样甲醇的回收单元我们可以建立如下图所示:

  ? ? ? (塔参数可以根据工艺设计的期望值用D塔计算得出,然后换入到R塔中,或者文献中提出的。)本题中给出了塔参数,那么按照题中那样输入。参数输入如下图所示:

  ? ? ? ? 我们的(塔底甲醇的质量分数小于60ppm,保证塔顶水的摩尔分数小于0.001)。题中给的参数并不能满足分离要求(这很正常),于是。塔板数我们就不改变了(因为总塔板一变化,塔内压力就会变化,进料板数和压力也要变,牵扯的东西很多)。我们先改变回流比和塔顶采出量试试能不能满足要求。

  ? ? ? ? 运行模拟,发现差不多能满足要求,但这时我们先不急着把S17连接到反应器上,看看其他流股是不是也有甲醇可以分离循环。

  ? ? ? ? 产品流股S14中含有未反应的甲苯、副产物乙苯和少量水和甲醇。因此我们首先考虑分离甲苯。和回收甲醇操作一样,加入泄压阀泄压,然后加入换热器使其泡点进料,利用精馏塔分离甲苯(在比赛中这一点也可以进行自由发挥)。

  ? ? ? ? ?接下来的操作和甲醇回收操作一样,设置塔内规范,来尽可能地将甲苯分离出来。

  ? ? ? ? 此时我们需要注意,为了保证总产量不变,所以我们从甲苯回收塔出来的产品流股必须含有288.46kmol/hr的流量。这时设置的变量的仍是进料量,而且需要把第一个流股设计规定删除掉(为了保证后面有288.46kmo/hr,那么S14必须得大于这个数)。其中可能会出现很多错误和警告,在视频中我会详细讲解。而且书中的有些操作并不是太规范,虽然影响不大。

  ? ? ? 好的,到了目前这个地步,大批量的原料几乎都已经分离出来了,也许产品流股还夹带着部分的原料,但那些完全没有必要循环回来,两点原因:一方面,再循环回来需要添加许多设备,增加了工艺的复杂性,而且也增加了模拟的难度。另一方面,虽然只分离少量的原料但对于能量的损耗却是巨大的,得不偿失。(我们比赛中思考改进工艺的思路也应该像这样来进行思考)。

  ? ? ? ? 我们。前文已经提到,后续循环回来的流股的状态还是纯度都已改变,所以我们要添加压力变送设备和换热器对其进行一些修正,使其尽可能地与原料差不多。

  ? ? ? ? 然后我们还要思考一个问题,那就是进反应器的原料一开始就有那样的温度和压力吗?仔细一想就知道不是的。通常来说,原料一般储存在罐里,然后罐的温度和压力一般都是常温(25℃)常压(1atm),当然,我说的是一般!为了使这些原料能达到我们反应的程度,我们需要给其变压变温,甚至有的时候,原料需要我们自己反应或提纯,这都是很正常的。本题只需要变温变压即可。于是我们得到如下流程:

  ? ? ? ? ? 来看上图,进料的两股原料分别为甲醇和甲苯,经过加压后,达到了反应的进料压力(已计算后续设备压降损失),然后通过换热器进行相变(给后面的加热炉分担压力),全部混合。然后上面这条流股主要是甲苯循环,也含有部分其他杂质,经过加压和换热后,达到了和进料流股差不多的状态。下面的这条流股主要是甲醇循环,经过加压和换热后,达到了和进料流股差不多的状态。

  ? ? ? ? ? ? 由于前面对产物的产量进行了规定(288.46kmol/h),而S10已经变成了中间的一条流股(这时我们不要删除初值,而是留在那有助于收敛),因此需要对前面的两条输入流股做设计规定。这时候还要注意的是,循环的计算是一种反复的迭代过程,在这个过程中,许多值会不断的变化,而前面做的塔内的设计规定需要删除,把结果代替原来的值。

  ? ? ? ? ? 这一段过程非常复杂,由于篇幅限制,我会在视频中详细介绍,请各位务必看我的视频分析!

  ? ? ? ? ?然后运行就结束了,这就是循环的添加操作。后面的一些过程都是些简单的分离,不涉及循环,我便不讲了。

  ? ? ? ? 下期讲不收敛的一些常见办法(我也不知道什么时候发下期,毕竟我也没有太多时间,O(∩_∩)O)。

罗茨风机 模拟aspen:富氧燃烧循环流化床中试系统床温动态模拟研究-中国科技论文在线.PDF

  中国科技论文在线

  富氧燃烧循环流化床中试系统床温动态模

  拟研究#

  周建新,李崇,邵壮,司风琪,徐治皋*

  5 (东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,能源与环境学院,南京, )

  摘要:论文以某50kWth 富氧燃烧循环流化床中试系统的燃烧本体装置为仿真对象,对已有

  稳态模型进行改进,建立了基于Aspen Dynamics 平台的Oxy-CFB 床温动态模型,研究了给

  煤量和一次风量对床温的影响,并利用动态阶跃试验数据进行验证,初步获得了密相区和稀

  10 相区床温随给煤量、一次风量发生阶跃变化的动态响应规律,为 Oxy-CFB 锅炉燃烧系统主

  要过程参数的动态特性及其控制系统的设计研究产生有益的推动作用。

  关键词:富氧燃烧;循环流化床;动态模拟;床温;流程模拟

  中图分类号:TQ534

  15 Study on the dynamic simulation of bed temperature for an

  oxy-fuel CFB combustor pilot facility

  ZHOU Jianxin, LI Chong, SHAO Zhuang, SI Fengqi, XU Zhigao

  (Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of Ministry of Education, School of

  Energy and Environment, Southeast University, Nanjing, , China)

  20 Abstract: After modifying the steady-state model, the paper built a dynamic simulation model of

  bed temperature for an oxy-fuel circulating fluidized bed combustor pilot facility was built based

  on Aspen Dynamics which is a professional process simulation tool. The study focused on the

  impacts of coal feed and primary air step changes and the simulation results were validated by

  some dynamic step change tests. The dynamic response behaviors of bed temperature in dense

  25 zone and dilute zone will actively promote the development of the research concerning the

  dynamic characteristics and the control system design.

  Key words: oxy-fuel combustion; circulating fluidized bed; dynamic simulation; bed temperature;

  process simulation

  30 0 引言

  [1,2]

  据统计 ,全球60% 以上的温室气体来源于CO2 的排放,其中燃煤电站是人类生产活

  动中CO2 最集中的排放源,其排放量约占全球CO2 总排放的20% ,该比例在我国更是达到

  了50% 。因此,将控制燃煤

罗茨风机 模拟aspen:引风机模拟海川化工论坛

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