用ASPENPLUS模拟分析石油化工流程.docx
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1、第 8 卷 第 1 期 1996 年 3 月江苏石油化工学院学报JOU RNAL O F J IAN GSU IN ST ITU T E O F PETROCH EM ICAL T ECHNOLO GYV o l. 8, N o1M ar. 1996用 A SPEN PLU S 模拟分析石油化工流程 王洪元【摘要】 依靠现有生产设备进一步挖潜增效, 走依靠内涵发展生产的道路是中国石化总公司战略目标之一, 石油化工流程模拟技术是实现这一目标的有力工具 , A SPEN PLU S 是 当今最先进 的石油化工流程模拟软件代表。本文通过用 A SPEN PLU S 对氯乙烯 (V CM ) 生产过程
2、的模拟分 析, 介绍A SPEN PLU S 的功能和特点和用A PSEN PLU S 模拟分析石油化工流程的一般步骤和方 法, 最后论述了对 A SPEN PLU S 进行二次开发应用的一些技术关键及其对策。【关键词】 石油化工过程计算机模拟 A SPEN PLU S 软件1概述石油化工流程模拟是指采用数学方法来描述炼油和化工静态过程, 通过计算机进行物料 平衡、热平衡、化学平衡、压力平衡等计算, 进行设备尺寸估算和能量分析, 作出经济评价。 在生产中, 它主要有三方面的作用:( 1) 为改进装置操作条件, 降低操作费用, 提高产品质量, 实现优化运行提供依据; (2) 指导装置开工, 节省
3、开工费用, 缩短开工时间;(3) 分析装置“瓶颈”, 为设备检修与设备更换提供依据。中国石化总公司系统内现有装置 1000 套左右, 加上与其配套的水、 电、 汽等公用工程, 形成了一个规模宏大的生产系统。 依靠现有生产设备进一步挖潜增效, 走依靠内涵发展生产 道路是总公司战略目标之一, 石油化工流程模拟技术是实现这一目标的有力工具。 鉴此, 总 公司于 1993 年与国际著名工业流程模拟软件 A SPEN PLU S 开发商美国 A SPEN T ECH IN C1 签订了合作开发协议, 并与其合资建立了 SA T ech 申迪软件有限公司, 旨在总公司内推 广使用石油化工流程模拟技术。近年
4、来, 总公司下属许多生产企业已配备了 A SPEN PLU S 或 类似的模拟软件。 如何尽快对这些软件进行二次开发, 为企业解决实际生产问题是一项十分 有意义的工作。本文通过用 A SPEN PLU S 对氯乙烯 (V CM ) 生产过程的模拟分析, 介绍 A SPEN PLU S的功能和特点和用 A PSEN PLU S 模拟分析石油化工流程的一般步骤和方法 , 最后论述对 A SPEN PLU S 进行二次开发应用的一些技术关键及其对策。2 A SPEN PLU S 功能特点A SPEN PLU S 是由美国 A SPEN T ECH IN C1 于 1981 年推出的一套通用型流程模拟
5、软王洪元: 用 A SPEN PLU S 模拟分析石油化工流程 57件。 经过十多年的不断扩充与完善, 它的用户已遍及世界各地, 成为当今公认的流程模拟软 件代表。 1995 年 10 月, 它又推出了 A SPEN PLU S R EL EA SE 9 12, 其主要功能特点是:( 1) 具有开放式结构, 用户可任意选用、任意组合单元过程模块以模拟不同的工艺流程; 组份数目、 物流数目、 塔板数目及循环回路等不受限制;(2) 具有广泛全面的单元过程模块, 包括: 混合和分离、闪蒸和加热、精馏、反应、泵和 压缩机、 管路压降、 结晶、 固体、 生化和聚合等;( 3) 具有丰富最新的物性数据 (
6、几乎每年更新物性数据库)。 R EL EA SE 912 提供近 5000 种组份包括 2000 种固体和 900 种离子物性数据, 37000 对双参数物性数据和 1600 对可溶溶 剂的 H ENR Y 常数, 并具有物性常数估算和数据回归系统;(4) 包含多种运行类型: 流程模拟 FLOW SH EET S IM U LA T ION ; 物性估算 PRO PER T Y CON STAN T EST IM A T ION ; 物性表生成 PRO PER T Y TABL E GEN ERA T ION ; 石油馏份 物性数据分析估算 A SSA Y DA TA ANAL YS IC P
7、CS ; 物性库扩充 PRO PER T IES PLU S; 经 济成本分析 CO ST IN G ONL Y; 物性数据回归 PRO PER T Y DA TA R EGR ESS ION 等;(5) 具有智能化图形窗口输入输出系统、超文本在线帮助系统、典型丰富的应用例子库、 完备的文档系统以及与 CAD 软件 AU TO CAD、电子表格 EXCEL、流程动态模拟软件 SPEED U P 及换热网络设计软件 ADV EN T、 H TR I、 H T IS 和 BJA C 等的良好接口;( 6) 通过 V irtual D evice D river 技术, R EL EA SE 912
8、 能作为 DO S 应用程序在W indow s 95 与 W indow s 3x 操作系统下运行, 其 CD - ROM 版使用户维护与按装更快捷更方便。3用 A SPEN PLU S 模拟石油化工流程用 A SPEN PLU S 模拟石油化工流程的一般步骤和方法: ( 1) 定义模拟流程; (2) 定义数 据输入输出单位; (3) 确定流程包含的化学组份; (4) 确定物性的计算方法和模型; (5) 确定 流程中每个单元操作设备的模拟模型和设计操作条件; (6) 定义流程中每股进料 条件; (7) 定 义设计指标、 灵敏度分析和工况研究 (如需要); ( 8) 分析模拟结果, 输出数据及
9、图表。下面结合生产实例作具体说明。氯乙烯 (V CM ) 是由二氯乙烷在高压、 非催化过程下产生, 反应如下述:CH 2C l- CH 2C l (EDC) HCL + CHCL = CH 2 (V CM ) ( 1)流程图见图 1。 EDC 在炉内的裂解温度为 900 F , 压力为 390 Pa。纯 EDC 进料入炉温度 是 60 F , 压力 390Pa , 流率为 2000 L b m o l h r。 同时又发生下面两个反应:EDC C2H 2 + 2HC lV CM + C2H 2 C4H 5C l(2)(3)所有 EDC 的转化率为 55% , 其中 98% 参加反应 ( 1)
10、, 2% 参加反应 (2) , 75% 的乙炔(C2H 2 ) 生成了氯丁二烯 (C4H 5C l)。热气体出炉后温度降低了 10F , 趋于汽化。两个蒸馏塔用 于 V CM 产品的提纯, 第一塔脱 HC l, 第二塔脱V CM。 HC l 塔操作条件为: 理论板 15 块, 冷 凝器压力 367 Pa , 再沸器压力 372 Pa , 塔顶 HC l 的回收率 9919% , 塔底 V CM 回收率 99 19% ; V CM 塔操作条件为: 理论板 10 块, 冷凝器压力 115 Pa , 再沸器压力 118Pa , 塔顶V CM 的回收率 99 19% , 塔底 EDC 的回收率 99
11、19%。工程一:58 江苏石油化工学院学报 1996年已知:( 1) 用 R STO IC 反应器模型模拟CRA CKER 炉, 只考虑 V CM 主反应( 1) ;( 2) QU EN CH 用 H EA T ER 模块, 假定过冷度 SUBCOOL IN G 为10F , 通过 QU EN CH 下降为 5Pa;( 3) HC l 塔 和 V CM 塔 都 用D SCW U 模型;( 4) 假 设 EDC 循 环 量 SO 9 为1600 m o l/hr, 暂不考虑 TR EA T 分离器;图 1工艺流程图( 5) 用 R K - SOAV E 状态方程估算物性参数。要求计算:( 1)
12、反应炉子 CRA CK 热负荷和换热器 QU EN CH 冷却负荷及出口温度;(2) HC l 塔和V CM 塔的进料位置、回流比、冷凝器负荷及温度、再沸器负荷及温度、精 馏比、 HC l 塔底的HC lppm 值、 总的 V CM 产率。用 A SPEN PLU S R EL EA SE 9 11 模拟, 步骤如下述:( 1) 定义模拟流程, 即定义描述各单元操作过程数学模型模块, 连接各物流, 结果如图 1 示。(2) 填表说明条件A SPEN PLU S 采用专家系统指导用户顺序填写各类输入表格。 本工程必须要完成的表 格有: SETU P1M A IN 表, 定义运行类型及数据输入输出
13、单位; COM PON EN T 1M A IN 表, 按 搜索次序填入物性库名及有关组份的分子式 ; PRO PER T IES1M A IN 表, 定义状态方程 ; STR EAM S 1SO1 表和 STR EAM 1M A IN STR EAM S1R ECYCL E 表, 输入进料和循环料状 况; BLO CKS CRA CK R STO IC1M A IN 表, 输入裂解炉工作条件; BLO CKS CRA CK R STO 2 IC1R EA C 表, 填写反应动力学方程式的反应组份、反应方程式系数 (反应物系数负, 生成物 系数正 ) 及反应程度 ; BLO CKS QU EN
14、 CH H EA T ER 1M A IN 表, 输入冷却器工作条件 ;BLO CKS CO 1 D STW U 1M A IN 表, 输入 HCL 塔操作条件; BLO CKS CO 2 D STW U 1M A IN 表, 输入 V CM 塔操作条件。(3) 模拟分析所有要求的表全部填写完成, 点N EXT 开始模拟。数分钟后模拟结束, 冷却器模拟结果 如图 2 示, HCL 塔和 V CM 塔的模拟结果分别如图 3 和图 4 示。从模拟结果得:HCL 塔 底 物 流 SO5 总 摩 尔 流 量 为 359814LBM OL /HR , HCL 组 份 摩 尔 流 量 为 119LBM O
15、L /HR , 即 HCL 塔底 HCL 含量大于 50PPM。工程二:已知条件与工程一同, 要求进行:王洪元: 用 A SPEN PLU S 模拟分析石油化工流程 59图2H EA T ER1R ESUL T S 表图 3 CO 1 D STW U 1R ESUL T S 表( 1) 灵敏度分析: 用灵敏度分析模块作反应炉子 CRA CKER 热负荷与换热器 QU ENCH 冷却负荷随 EDC 转化率由 50% 上升到 60% 时的变化图;(2) 设计规定: 由工程一知, HCL 塔中 HCL 回收率 9919% 时塔底 HCL 浓度大于 50PPM。 分析用设计规定模块指定塔底 HCL 含
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