常减压蒸馏装置换热网络的模拟优化

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1、第一章文献综述发展方向是“全厂模拟"，不仅包括全部工厂流程，而且包括公用工程辅助系统及人一机界面仿真器，不仅可以用于培训，而且可以用于自动控制，故障诊断，局部失效等试验。1．2．2．2国内外研究现状【10l国外有关动态模拟研究成果的报道出现于20世纪70年代初期。其后，SYNSYS系统、DYFLO和DYSC0等软件蓬勃发展。现在动态模拟计算的准确性、可靠性大大加强，应用范围不断拓宽，功能更加丰富，使用也越加方便，并且开始应用于聚合过程的模拟和计算。加拿大McMaster大学开发的POLYPRO、CiT(ComputinginTechn

2、ologyGmbH)的Wulkow开发的PREDICI以及Pertsinids等人开发的专用于低密度聚乙烯(LDPE)生产过程的CAD软件包等，都已经商业化并已用于实际设计工作中。国内动态模拟起步于20世纪90年代，现在模拟软件的开发力量主要集中在化工设计院、大型炼油石化企业和大专院校。如北京化工大学在化学反应器人为非定态反应技术模拟方面取得了一定的成果，并开展了从动态模拟转向仿真培训器的研发，开发了燕山烟机发电仪表培训器，并逐步开发、完善了有自主产权的动态模拟软件平台。1．2．3稳态模拟与动态模拟的异同稳态模拟是在装置的所有工艺条件

3、都不随时间变化的情况下进行的模拟，而动态模拟是用来预测当某个干扰出现时，系统的各工艺参数如何随时间而变化。对于稳态模拟，尽管从理论上讲，存在多种流程计算的方法，但几乎所有的商业化软件都采用序贯法(SequentialMethod)来进行流程计算。序贯法要求每一单元过程的模型(model)和算法(algorithm)组合在一起，构成所谓的模块(module)。计算过程按模块逐一进行。对于动态模拟，其单元过程的模拟则仅仅是描述该过程的一组方程组。每一单元过程中并不包括该方程组的任何解法。模型的组集方式称之为开放型式的方程或面向方程的型式(

4、openformequation，equation-orientedform)，其特点是可以随意指定约束和变量。流程的计算是采用通用的解法软件，同时处理所有单元的全部方程组，并联立解所有的方程。由于动态模拟是联立解所有的方程，它的计算速度很快，但必须要求有较好的初值，否则无法收敛。故通常都采用稳态模拟的结果作为动态模拟的初值16I。1．2．4流程模拟系统软件的基本结构4中国石油大学(华东)硕士学位论文流程模拟系统软件的基本结构如图l一1所示fll】。输入系统输入模拟计算中所需要的有关信息，包括流程的拓扑结构、所有输入物流的信息、单元模

5、块的设备参数及收敛准则。图1-1流程模拟系统软件的基本结构Figurel-1Basicstructureofthesystemsoftwareofflowsimulation单元模块库是模拟软件的重要组成部分，为了求解各种类型模块的有关方程，需要计算方法库、物性数据库与热力学性质相配合，提供热力学性质的推算程序、数值计算方法、收敛方法以及用户提供的特殊算法。管理系统执行程序是模拟软件的核心。输出系统按用户要求输出中间结果与产品物流信息，有的软件还具有灵敏度分析、优化、成本估算与经济分析的功能【1l】。1．3换热网络的模拟、优化综合众所

6、周知，在过程工业的生产装置中，总有若干物流需要被加热(称之为冷物流)，例如进入反应器的原料物流、分离设备的迸料等，而又有另一些物流需要被冷却或冷凝，例如反应产物、分离产品等(称之为热物流)。通常总是利用生产装置本身的热物流与冷物流进行换热，回收一部分热量。若冷物流与热物流换热后达不到要求温度时，则用蒸汽或燃料等加热公用工程来加热；若热物流与冷物流换热后达不到要求温度时，则用水冷或空冷等冷却公用工程加以冷却。这种由装置中冷、热物流之间进行换热的换热器和加热公用工程用的加热器以及冷却公共工程中的冷却器所构成的换热系统称之为换热网络【121

7、。由于能源危机，各国政府非常重视节能工作。节能工作主要经历三个阶段：第一个阶段，重视单体设备的余热回收；第二阶段，考虑单体设计、强化传热、减少系统中单体的数目；第三阶段，考虑整个系统的优化节能，把过程工业设计的能耗最小、环境污染少、费用最小，把整个系统集成起来作为一个有机整体，达到整体设计最优化。换热5第一章文献综述网络就是这样的一个有机的系统1131。1．3．1换热网络的模拟所谓换热网络的数学模拟是指解决这样的一类问题12】：建立换热网络的数学模型或描述模型并在计算机上加以体现和实验；已知输入该网络的物流数据和该系统的流程结构以及各

8、换热设备的结构参数，求算换热系统中各换热设备输出物流的有关数据以及各换热设备的热负荷、传热系数、流动阻力等信息。利用计算机高超的计算能力解算化工过程的数学模型，以模拟化工过程系统的性能，这种技术早在20世纪50年代就己经