【文章內(nèi)容簡介】 LNO.NPoint KG/HrNPoint wt%CO100CO2200H2300CH4400N2500Ar600CH3OH7H2O8（CH3)2O900C4H9OH10SUM1 D701塔頂蒸汽及回流液計(jì)算對(duì)D701塔頂進(jìn)行物料衡算展開來，則有：其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表18所示：表18 D701塔頂蒸汽及回流液計(jì)算MATERIALNO.RPoint KG/HrRPoint wt%QPoint KG/HrQPoint wt%CO100CO2200H2300CH4400N2500Ar600CH3OH71H2O80000（CH3)2O900C4H9OH100000SUM11 D702塔頂蒸汽及回流液計(jì)算對(duì)D702塔頂進(jìn)行物料衡算，組成同精甲醇其具體數(shù)值計(jì)算后，如下表19所示：表19 D702塔頂蒸汽及回流液計(jì)算MATERIALNO.TPoint KG/HrTPoint wt%SPoint KG/HrSPoint wt%CO10000CO220000H230000CH440000N250000Ar60000CH3OH7H2O8（CH3)2O90000C4H9OH100000SUM11 結(jié)果檢驗(yàn)進(jìn)入系統(tǒng)物料(kg/h)：離開系統(tǒng)物料(kg/h)：計(jì)算相對(duì)誤差≤（具體計(jì)算結(jié)果參見表20）表20 相對(duì)誤差結(jié)果MATERIALNO.0CO10CO220H230CH440N250Ar6CH3OH70H2O80（CH3)2O900C4H9OH10RELATIVE ERROR 熱量衡算 參考數(shù)據(jù)⑴ 氣體恒壓熱容《氮肥工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（理化數(shù)據(jù)分冊(cè)）75頁 表21 氣體恒壓熱容 單位：kcal/kmol.℃MET.abcCOCO2H2CH4N2Ar00⑵ 液體恒壓熱容 表22 液體恒壓熱容 單位：kcal/kmol.℃MET.abcdCH3OHH2O(CH3)2OC4H9OH⑶ 汽化熱:《氮肥工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（理化數(shù)據(jù)分冊(cè)）75頁 表23 汽化熱 單位：kcal/kgMET.70℃64℃(表)CH3OHH2O⑷ 平均熱容 表24 平均熱容 單位：kcal/kg.℃TEMP.MET.Ave. Vapo HEAT20℃70℃ H2O40℃70℃ CH3OH 熱量衡算原理及方法⑴ 原理根據(jù)能量守恒定律，對(duì)于合成塔、精餾塔和換熱器可用穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的熱力學(xué)第一定律簡化式進(jìn)行熱量衡算⑵ 焓的計(jì)算對(duì)于精餾塔和換熱器，由于無化學(xué)反應(yīng)熱，所以采用熱容和相變熱進(jìn)行熱量衡算較為簡便。通常，在計(jì)算焓值時(shí)會(huì)用到狀態(tài)方程法（框圖法）。這里，以0℃為基準(zhǔn)溫度，設(shè)0℃時(shí)氣體和液體的焓均為0。[22]0℃各純i物質(zhì)
氣態(tài)，液態(tài)
H=0t℃各純i物質(zhì)
氣態(tài)，液態(tài)
Hit℃液體混合物
氣體溶于液體
HL其中：熱容的計(jì)算公式為：其中：n,xi ——分別表示摩爾流量和摩爾分率w,wi——分別表示質(zhì)量流量和質(zhì)量分率ΔHV,i——分表示汽化熱 D701熱量衡算進(jìn)入系統(tǒng)熱量(kJ/h)：離開系統(tǒng)熱量(kJ/h)：熱量衡算(kJ/h)：再沸器熱負(fù)荷(kJ/h)：加熱蒸氣流量（kg/h）：圖5 D701熱量衡算示意圖 D702熱量衡算進(jìn)入系統(tǒng)熱量(kJ/h)：離開系統(tǒng)熱量(kJ/h)：熱量衡算(kJ/h)：再沸器熱負(fù)荷(kJ/h)：加熱蒸氣流量（kg/h）：圖6 D702熱量衡算示意圖 主精餾塔冷凝器E708熱量衡算管程：精甲醇蒸汽→精甲醇液體殼程：冷卻水熱負(fù)荷(kJ/h)：冷卻水流量（kg/h）：圖7 E708熱量衡算示意圖沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 Error! No text of specified style in 第四章 設(shè)備計(jì)算 E708管殼式冷凝器選型在該小節(jié)中主要解決：傳熱量及對(duì)數(shù)平均溫度差，估計(jì)總傳熱系數(shù)及傳熱面積，試選適當(dāng)型號(hào)的換熱器等問題。涉及到之前數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和使用，計(jì)算時(shí)應(yīng)該在單位統(tǒng)一為國標(biāo)或者是常見單位的前提下進(jìn)行計(jì)算，以防出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。同時(shí)，計(jì)算的最后結(jié)果要在相關(guān)文件的約束下進(jìn)行劃歸處理。[2326]兩股流體的進(jìn)出口溫度為：熱64—40℃ 冷35—20℃甲醇的定性溫度為：甲醇在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：；；；水的定性溫度為：水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：；；；熱負(fù)荷計(jì)算：冷卻水耗量：平均溫差：計(jì)算R和P： 由R、P值，查圖得，因，選用單殼程可行。圖8 RP管型選擇圖（單殼層、雙管層） 圖9 RP管型選擇圖（雙殼層、四管層）總傳熱系數(shù)：由公式可得總傳熱面積：該小節(jié)主要計(jì)算管、殼程傳熱膜系數(shù)，確定污垢熱阻，求出總傳熱系數(shù)，并與估算時(shí)所取用的傳熱系數(shù)進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重作估算。⑴ 管程對(duì)流傳熱系數(shù)校正系數(shù)：⑵ 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)由于：管子為正三角形排列，則：殼程中甲醇被冷卻，取 ⑶ 污垢熱阻；⑷ 總傳熱系數(shù)K管壁熱阻可以忽略時(shí)，總傳熱系數(shù)K為： 計(jì)算傳熱面積該小節(jié)根據(jù)核算的K值與溫度校正系數(shù)，計(jì)算傳熱面積，一般應(yīng)使所選用或設(shè)計(jì)的傳熱面積大于計(jì)算所得面積約10％～15％為宜。有上述計(jì)算可以知道：故所選換熱器是合適的，安全系數(shù)為：設(shè)計(jì)結(jié)果為：選用固定管板式換熱器（JB/T 4715－92） 計(jì)算管、殼程壓力降⑴ 管程壓降根據(jù)壓降計(jì)算公式：其中，；； 對(duì)于碳鋼管，取管壁粗糙度由關(guān)系圖中可以查的采用直管，故⑵ 殼程壓降根據(jù)壓降計(jì)算公式：其中：；管子為正三角形排列：F=取折流板擋板間距 ()殼程流通面積：殼程流速：所以： 計(jì)算結(jié)果表明，管程和殼程的壓降均能滿足設(shè)計(jì)要求。 確定設(shè)計(jì)選型由于兩流體溫差＜50℃，可選用固定管板式換熱器。選用固定管板式換熱器（JB/T 4715－92）主要參數(shù)如下表25：表25 冷卻器主要工藝參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)公稱直徑DN/mm600管子根數(shù)n245公稱壓力PN/MPa中心排管數(shù)17管程數(shù)Np1管程流通面積/m2管子尺寸/mmΦ25換熱管長度/mm3000管中心距/mm32管子排列方式正三角形沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 Error! No text of specified style in 第五章 ASPEN工藝核算及優(yōu)化 引言在前三章內(nèi)容中，已經(jīng)分別介紹了關(guān)于甲醇精餾三塔現(xiàn)有的工藝流程、影響效率的操作參數(shù)以及對(duì)于甲醇精塔的具體控制方案設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，本章主要根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制方案，以工藝流程為依據(jù)搭建精餾裝置模型，以此對(duì)控制方案的可操作性進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)也對(duì)在精館塔控制方面的仿真研究有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)?；み^程的模擬通常由兩大塊組成，分別為穩(wěn)態(tài)以及動(dòng)態(tài)仿真，精餾塔工藝流程的模型搭建屬于穩(wěn)態(tài)模擬，控制方案的實(shí)施則屬于動(dòng)態(tài)模擬。[2731] Aspen Plus軟件介紹化工流程模擬需選用適宜的軟件，通過相關(guān)軟件的操作運(yùn)行，在計(jì)算機(jī)上就可對(duì)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行全面的了解與檢測，是連接理論研究及落實(shí)應(yīng)用于實(shí)際的橋梁。在計(jì)算機(jī)上通過軟件的操作避免了對(duì)具體工藝生產(chǎn)中的設(shè)備、管線的變動(dòng)，可以較為自由地對(duì)不同的控制方案及工藝流程進(jìn)行研究探討分析。流程模擬可以用于對(duì)新工藝技術(shù)的研究與開發(fā)、新流程裝置的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)、舊有設(shè)備的改造、生產(chǎn)流程優(yōu)化及操作故障診斷等，同時(shí)還可以減少大量時(shí)間及資金費(fèi)用地投入。根據(jù)化工過程模擬對(duì)生產(chǎn)過程、環(huán)境評(píng)價(jià)及經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行綜合的評(píng)估分析，其所得數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)裝置管理投資提供了有力的依據(jù)。在理論研究方面，化工過程模擬是相關(guān)研究發(fā)設(shè)計(jì)的有力保障，在具體生產(chǎn)過程中，化工過程模擬是使其從經(jīng)驗(yàn)型向科技型轉(zhuǎn)變的有效手段。Aspen Plus是在化工模擬中較常被使用的軟件工具，也是本文用于驗(yàn)證方案可操作性的軟件平臺(tái)。它的出現(xiàn)得益于一項(xiàng)名為“Advanced System for Process Engineering”(先進(jìn)過程工程系統(tǒng))的項(xiàng)目。這一項(xiàng)目直到1981年末得以全部完成，其后不久Aspen Tech公司正式成立，而Aspen Plus作為商業(yè)化軟件得到發(fā)行。Aspen Plus經(jīng)過多次的改進(jìn)、升級(jí)與擴(kuò)充，現(xiàn)下己成為業(yè)界公認(rèn)的大型化工模擬軟件?；み^程的模擬不明思議需要根據(jù)流程搭建所需的模型，Aspen Plus也是如此，因此它提供了一系列的操作模塊供用戶進(jìn)行選擇，使得模型的搭建更具合理性及適用性這些操作模塊不僅能夠應(yīng)付單個(gè)生產(chǎn)單元的模擬，同時(shí)對(duì)完整的工藝流程都能夠勝任。而之后的所有操作都是建立于所搭建的模型之上完成的。Aspen Plus的組成部分大致可分為三類，物性數(shù)據(jù)庫、單元操作模塊及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略。⑴ 物性數(shù)據(jù)庫化工過程是千差萬別的，不同的反應(yīng)原理不同的反應(yīng)式，各種物質(zhì)對(duì)應(yīng)的特性本就不同進(jìn)行反應(yīng)后又有所差別，因此化工流程模擬軟件就需要一個(gè)盡量完善的數(shù)據(jù)庫，而Aspen Plus在這一點(diǎn)上是相對(duì)出色的。它包含有兩個(gè)大型數(shù)據(jù)庫，一個(gè)是由其發(fā)行公司自主研發(fā)而成，另一個(gè)則是化工行業(yè)中極具權(quán)威性的數(shù)據(jù)庫(DIRR)。以此為后盾，Aspen Plus可以輕松地應(yīng)對(duì)客戶的多種要求?；蛟S在常見的領(lǐng)域其優(yōu)勢(shì)尚未明顯，但在特殊領(lǐng)域如固體加工等，其數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。為了更合理逼真地接近具體的工況，在選定合適的流程模型后還需要進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，參數(shù)的設(shè)置包括有對(duì)流股、模型裝置、全局設(shè)定及特殊環(huán)境設(shè)定等。參數(shù)的設(shè)定可以由物性輸入界面鍵入，也可由軟件對(duì)整個(gè)流程裝置進(jìn)行評(píng)估后計(jì)算得到。同時(shí)Aspen Plus軟件本身就為用戶提供了各種物質(zhì)的特性參數(shù)供選擇。⑵ 單元操作模塊Aspen Plus軟件所擁有的單元操作模塊數(shù)量多達(dá)50多種。這些模塊的不同組合可以滿足不同工藝流程的需求。此外，多種貼心的工具可用于模型分析，用戶可自行選擇。工況分析及靈敏度分析模塊是較常被用的兩種工具。工況分析模塊的功能可以得到同一個(gè)工藝流程在不同的操作工況下運(yùn)行所得數(shù)據(jù)，對(duì)工藝流程投入至實(shí)際生產(chǎn)過程中具有指導(dǎo)性作用，也是研究工藝流程合理性的重要助。通過靈敏度分析模塊的相關(guān)設(shè)置，可以選定某一變量成為特定變量。通過改變這一變量的數(shù)值時(shí)，軟件運(yùn)行結(jié)果也隨之變化。⑶ 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略Aspen Plus作為一個(gè)成熟的商業(yè)軟件，它的功能是較為完善的，因此除了基本的配備即完備的數(shù)據(jù)庫與多種不同的單元模塊外，一些輔助功能也被軟件所收納，其中較為突出的是數(shù)據(jù)輸入、計(jì)算策略及結(jié)果輸出。① 數(shù)據(jù)輸入Aspen Plus的輸入可以通過兩種方式來完成，在建立好相關(guān)模型后，點(diǎn)擊Next便可通過彈出的窗口鍵入相關(guān)的數(shù)據(jù)完備模型裝置的參數(shù)使得模型更趨近于真實(shí)的工況。除此之外軟件也支持由命令輸入的方式，在數(shù)據(jù)輸入的文件中用于注釋的語句能夠通過轉(zhuǎn)化變成利于仿真的相關(guān)信息。此種形式對(duì)軟件用戶較大程度地帶來了便捷。② 計(jì)算策略Aspen Plus仿真結(jié)果是通過提供的模型參數(shù)設(shè)定值進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算而得，其計(jì)算方式主要有兩種，分別為聯(lián)立方程及序貫?zāi)K。計(jì)算順序由軟件根據(jù)模型搭建方式自動(dòng)進(jìn)行，若有特殊的需要用戶也可以通過定義參數(shù)來進(jìn)行調(diào)整在工業(yè)生產(chǎn)中往往存在循環(huán)回路，而在軟件模型過程中需對(duì)這一部分査看其收斂結(jié)果。③ 結(jié)果輸出計(jì)算之后的結(jié)果輸出有多種方式，可以以圖表查看，也可生成報(bào)告文件査看。報(bào)告文件可以包含各種輸入的數(shù)據(jù)及運(yùn)行模擬的結(jié)果，可通過相關(guān)命令控制報(bào)告文件的輸出形式及相關(guān)內(nèi)容。結(jié)