精馏过程模拟与优化

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1、石油化工过程模拟与优化作业在开学一周内交到lnsydx@126.com作业：参考《精馏过程的模拟与优化》过程，选择一个你们熟悉的炼油、石油化工过程进行模拟与优化分析。以下过程仅供参考选择：常减压蒸馏装置、催化裂化装置、加氢裂化装置、催化重整装置；也可以自己选择工艺过程。实例：目录：前言（1—3页）建模（4—10页）求解分析（11—62页）优化（63—65页）实例应用（65—75页）总结（75——76页）附录（77——80页）精馏过程的模拟与优化关键词:精馏、动态模拟、优化、回流比一前言精馏的动态特征的研

2、究和模拟具有重要的实际意义。其中，研究精馏塔的动态特征时通常要使用数学模拟的方法，这在精馏过程特别是现代石油，化工生产中被广泛使用。长期以来，精馏过程的优化节能高效一直是人们研究的重要课题。特别是自从七十年代以后，随着计算机技术的飞速发展，使各种先进控制策略应用于精馏控制成为可能，与此相适应，这就需要有能快速，准确反映精馏动态特性的数学模型。事实上，很久以来，人们就对精馏的动态特性进行了深入的研究，对其传质，传热的内在机理有了深刻的认识。然而遗憾的是：就如何建立精馏塔的动态模型，简化这一模型，以及对精馏

3、过程的优化，这些问题却始终没有很好的得到解决！众所周知，精馏塔逐板机理动态模型可以很精确的描述精馏过程的动态行为，但是由于模型复杂，不能将其应用于在动态控制问题的研究。因此，简化模型近年来引起人们更多的关注：传统的大系统理论降阶方法，虽然能够显著的降低精馏塔精确动态模型的维数，但是所得简化动态模型的结构及参数的物理意义却非常模糊，不能体现出机理建模的优越性。工业上普遍存在非稳定状态的精馏过程，实际的生产过程不可避免的受到各种人为或非人为因素的扰动，使一些操作参数和过程变量随时间发生变化，因此对于连续精馏

4、过程先需要建立一个模型，然后对模型的各个塔板作非稳态物料衡算，热量衡算等，得到动态精馏过程的数学模型，在一定的初始条件下经过求解，可以得到操作条件发生扰动使各个精馏过程参数随时间变化的历程，即动态响应。所有这些过程的最终目标是得到这些动态模型的解，然后就可以将这些影响精馏过程的因素综合起来，对精馏这一个化工工程工艺过程进行优化调节，使得我们进行生产的过程更经济，更合理！在精馏过程中很重要的是精馏塔设备的操作和优化，对塔设备的优化具有现实的经济意义，因为精馏过程的经济性主要取决于操作费和备费,而这二者的大

5、小又与回流比有关。回流比的选择首先应根据物系特性和分离要求,其次应过经济权衡,使操作费和设备费的总和为最小。实际设计中往往难于计算出回流比R值,而是取经验数据,通常选取最小回流比1.1～2倍。随着能源价格的上涨,操作费用应增加,适宜回流比的选择就更为重要。目前有很多科研机构和大学都在研究这一方面，也提出了好多极其有参考价值的模型和优化方案。这一篇文章就是根局所学理论知识将其应用与化工生产实际，将化工生产中的精馏过程进行动态模拟，得到一个关于精馏过程的动态模型。其中模型中有微分方程和偏微分方程，利用龙格库

6、塔法，并使用计算机编程和Excel将所建模型中的未知参数求出，然后将所得结果应用于工业实际，进一步对所研究的精馏过程中的多个参数进行调整，进行调优，可以得到在操作范围内的最佳回流比，最终达到优化整个精馏动态过程，缩短达到稳定所需要的时间,降低生产和操作费用的目的。二精馏的流程——模型的建立在实际生产中整个精馏过程是一个比较复杂的过程，其具体的精馏流程见下图：在具体的求解过程中我们可以应用序贯模块法，面向方程法，联立模块法来对整个流程进行模拟，分析，计算，优化。由于序贯模块法比较直观,而且对于只有一个回路

7、的模块解决起来比较容易,主要是利用迭代求解,所以对整个过程采用序贯模块法进行模拟.由于整个流程中精馏塔的操作是控制步骤，而且其动态特性的变化会影响整个过程，所以我们优先对精馏塔的动态特性（开，停工）进行了模拟与分析。全凝器精馏塔贮罐预热器泵泵列管式冷却器再沸器开停工动态数学模型的建立：分析：实际的精馏过程是一个复杂的动态过程，由于建立模型是所作的假设不同，动态精馏过程数学模型的简繁程度也不同，模拟的计算结果与实际情况之间有大小不同的偏差。在进行模拟求解的过程中,我们可以把整个精馏塔的每一块塔板当成一个理

8、想的mixedflowreactor。本文主要运用最常见的机理模型来进行分析与优化。遵循的规则是通过对塔顶冷凝器，塔底再沸器及全塔进行机理分析建立逐板物料衡算方程，能量衡算方程，相平衡方程，应用归一化的方法得到如下的机理模型：为了简化模型，首先进行一些必要假设基本假设：i）每块塔板上汽相与液相分别为理想混合，因而两相都可以采用集中参数模型；ii）两组分的摩尔汽化潜热近似相等，汽相和液相在沿塔轴向运动过程中，显热变化对热量衡算的影响以及热损失