吸收塔动态模型的建立及应用研究

气体吸收是非常重要的化工单元操作,实现这一过程的设备称为吸收塔。吸收塔的计算涉及物料衡算、填料高度、操作线方程的计算等。静态模型不能满足对于工业流程中动态模拟仿真的需求。本文基于将吸收塔的气相流道及液相流道分割为多个小单元,对单元之间传质时浓度随时间的变化建立了模型,并对单元块的平推流建立了模型,结合这两个模型,建立了吸收塔的动态模型。应用此模型对吸收塔的冷态开车及操作条件波动进行了动态模拟。模拟结果显示,此方法能较好地对吸收塔的动态特性进行模拟,可以将该模型应用于DCS仿真系统的开发及吸收塔动态特性的分析。     

多级汽提分离动态模型及动态模拟

多级汽提分离已广泛应用于CO2-H2S-NH3废水体系,以分离酸性气体和氨为目的。文章以复杂的带侧线加压汽提塔为研究对象,讨论了汽提分离的化学模型和分离动态模型。在此基础上,借助动态模拟工具,研究了在特定控制回路下系统对扰动响应情况。另外,对利用动态模拟工具进行控制回路的PID参数整定方法也给予了讨论。     

套管式换热器动态数学模型的建立及仿真研究

对典型的套管式换热器进行动态模拟。通过将流动空间分割成多个等体积的单元块,建立了设备内流体平推流流动模型。之后根据传热基本方程,建立了两个单元块传热时温度随时间变化的模型。将流动模型与单元块传热模型结合就得到了换热器的动态模型。基于换热器的动态模型,设计VBA程序对换热器进行了模拟计算。得到了换热器中的温度分布,并研究了在改变换热器入口温度,或者改变传热系数的情况下,换热器出口温度随时间的变化及换热器内部的温度分布变化情况。结果显示,此模型能够正确模拟换热器内的温度分布及其动态特性。     

超低渗透油藏流动单元剩余油分布研究

以华庆油田白155井区长63油藏为例,应用流动单元方法研究超低渗透油藏储层剩余油分布规律.在流动单元划分中选取了流动层指数、渗透率、流动系数、孔隙度及泥质含量5个参数,应用聚类分析法将储层划分为Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ三类流动单元,优选出序贯指示模拟方法对流动单元进行了井间预测,建立了流动单元三维地质模型.研究表明,流动单元三维地质模型可以将岩相模型不能区分的隔层和夹层区分开.由流动单元约束下的数值模拟结果:剩余油主要富集在物性、渗透性相对较差的Ⅱ、Ⅲ类流动单元区.Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ三类流动单元生产历史与剩余油分布吻合性好,为油田开发调整提供了重要的动态依据.     

橡胶挤出机销钉机筒温控过程数值模拟

将PID算法与数值模拟相结合,模拟销钉机筒的动态温控过程,研究机筒温度稳定状态下的动态温度分布情况及PID参数对机筒温度变化和冷却系统工作时间的影响。结果表明:稳定状态下机筒温度动态分布;PID参数对机筒温控过程影响较为显著,但达到稳定状态后,对冷却水通入累积时间比例的影响很小。本研究有助于对橡胶销钉挤出机机筒冷却结构及控制算法进行优化。     

下行床气粒流动行为的Eulerian-Lagrangian模拟

采用计算流体力学和离散单元方法耦合模型（CFD-DEM）对二维下行床内的气粒流动行为进行了全床数值模拟。模拟结果展示了下行床典型操作条件下特有的气固动态流动结构：沿流动方向存在明显的入口控制区、过渡区和（完全）发展区;颗粒聚团并不是出现在浓度相对较高的入口区,而是在过渡区之后的发展过程中逐渐形成较多的、松散的动态聚团结构。下行床发展段呈现典型的近壁浓环结构,这与实验结果基本一致。考察了颗粒之间以及颗粒与壁面之间的碰撞参数对下行床内气固流动结构的影响,发现完全弹性碰撞颗粒体系在入口区呈现最快速的颗粒分散;而对本文研究的操作条件,颗粒碰撞参数对发展段时均流体力学行为只产生轻微的影响。     

基于结构曳力的吸收塔内部气液流动模拟

湿法脱硫系统中的吸收塔为多尺度结构构成的复杂系统,其中介观结构对液滴和烟气在塔内流动有重要影响。而液滴和烟气的流动状况直接关系着脱硫系统的脱硫效率及运行阻力。本文基于吸收塔内部结构,建立基于介观结构的曳力模型,并将该模型耦合到多相流模型中,结合商业软件Fluent对吸收塔内部烟气和液滴流动状况进行模拟预测。在模拟结果中,通过对吸收塔二维、三维的压降、速度和液滴分布的模拟计算结果分析和对比,表明模拟结果准确预测了烟气和液滴在吸收塔内流动结构,充分说明了基于介观结构的曳力模型可以很好反映液滴和烟气之间的作用力。     

基于非平衡级模型的低温甲醇洗流程模拟

对于多级分离过程的模拟通常都采用平衡级模型,而实际化工过程的非理想性使其应用受到了很大限制。本文引入非平衡级模型,采用修正的PSRK物性方法用Aspen plus软件对低温甲醇洗流程的吸收塔及CO2解吸塔进行模拟研究,并将其模拟结果与平衡级模型作对比。该模型下对吸收塔及CO2解吸塔的模拟结果都与设计值吻合很好。并将该流程吸收塔的非平衡级模型计算结果与本文作者教研组前期工作中研究的吸收塔的非平衡级模型结果作对比。研究结果表明,非平衡级模型可以应用于低温甲醇洗流程的模拟计算,为低温甲醇洗流程的设计计算提供了可靠的技术支持。     

乙烯装置脱乙烷塔的动态模拟分析

应用gPROMS和Aspen Properties,建立了乙烯装置脱乙烷塔系统的动态模型并对其进行了模拟验证,基于该模型研究了开车过程中脱乙烷塔系统的动态特性,以及在常规PID控制系统自动调节下,脱乙烷塔对进料量波动﹑进料中乙烯含量增加和进料温度下降等工艺参数扰动的动态响应。结果表明,开车过程中,及时超调回流量和再沸器加热量可以减少产品质量达到控制要求所需的时间;衰减震荡式进料量波动﹑乙烯含量增加和进料温度下降等工艺参数扰动,首先会引起再沸器液位的逆向动态响应,并且衰减震荡式进料量波动和乙烯含量增加都会引起塔顶丙烯含量和塔底乙烷含量的峰值波动。     

一维平推流反应器动态模型的新型求解方法

目前对一维平推流反应器动态模型求解时，常将反应体系中气体的体积流量假设为恒定参数。由于实际过程中气体的体积流量会随着温度等相关参数的改变而不断变化，该假设会对模拟结果带来一定的误差。本文针对此问题提出一种新的求解方法：首先通过有限差分法将动态模型中的空间和时间变量均离散化得到相应的代数方程组，再结合气体状态方程，推导出浓度关于气体摩尔流量和温度的函数，然后联立方程组进行求解；此方法有效克服了动态模拟中由于气体的体积流量变化而导致模型方程难以求解的困难。将所提出的方法应用于丙酮气相裂解生成乙烯酮过程的动态模拟，并将所得到的模拟结果与线上法动态模拟的结果进行比较，结果表明所提出的求解方法得到的模拟结果更加精确。     

低温甲醇洗吸收塔工艺模拟与过程参数优化

低温甲醇洗汽液平衡数据的测定难度大,而文献报道又极少。利用ASPEN PLUS软件,采用UNIFAC基团贡献法预测该体系汽液平衡,建立了低温甲醇洗吸收塔的过程模拟。模拟结果表明,该模型能够较好地反映该工艺装置的实际操作状况。在此基础上,考查了甲醇流量以及甲醇温度等参数对分离过程的影响,获得了低温甲醇吸收塔的最佳工艺参数。     

氨法烟气脱硫工艺过程模拟与优化

为了进一步研究氨法烟气脱硫工艺过程,以非平衡级传质理论为依据,利用化工流程模拟软件Aspen Plus建立填料吸收塔脱除SO2过程的数值计算模型,分析和优化操作参数对脱硫效果的影响,模拟结果与文献值吻合较好。模型计算结果表明:脱硫率随着吸收液pH值和液气比的增大而增大;随着进口SO2质量浓度和进口烟气流量的增大而降低,并得出吸收液pH值及液气比在氨法烟气脱硫效率影响因素中占主要位置。所建立的氨法烟气脱硫工艺过程模型准确合理,模拟结果可为脱硫系统实际运行调节各操作参数对脱硫效果的影响提供参考和借鉴。     

翼形桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,对单层轴流式三叶CBY翼形桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时采用数值模拟的方法研究了不同的示踪剂加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律;模拟结果表明,混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与示踪剂加料点及监测点位置密切相关。上述的研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

硫酸铵溶液三效并流蒸发系统的动态模拟

以江苏某化工厂三效并流蒸发含有一定浓度氨气的硫酸铵溶液为例,采用Aspen Plus软件进行稳态模拟,以稳态模拟结果作为动态模拟的初始条件,建立三效并流蒸发系统的动态模型,利用Aspen Dynamics软件对带有基本控制结构的三效蒸发溶液浓缩系统进行研究,分析进料流量、温度和组成发生变化时系统其他参数的变化规律。结果表明,当进料流量、温度及组成发生变化时,液相出口浓度阶跃性变化。为使液相出口浓度保持恒定,制定了2种控制方案,进料流量串级控制和加热蒸汽流量串级控制,并对其控制效果进行比较。动态分析表明,2种控制方案均能稳定液相出口浓度,但加热蒸汽流量串级控制方案超调量更小、恢复时间更短。动态模拟结果对实际生产操作的多效蒸发溶液浓缩系统的控制提供一定的指导作用。     

自适应时间步长在化学驱油藏模拟中的应用

目前国内大多化学驱数值模拟软件中应用了固定时间步长或者通过组分浓度控制时间步长的方法,在油藏模拟计算过程中,算法的稳定性受限于时间步长的设置及模型对其他参数的敏感性。通过在软件中加入压力-组分浓度联控时间步长,以及在方程不收敛时自动修正当前时间步长重新计算的功能,改进了化学驱数值模拟软件的计算稳定性,并通过概念模型和矿场模型的应用对改进的功能进行了验证。     

基于OpenFOAM的精馏塔内气液两相流传热传质模拟

对于精馏塔内的多相传质过程,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅可用于模拟流动现象,而且可以用于研究传热传质过程及其与流动的相互作用规律。基于之前精馏塔板气液流动模拟的研究工作,本研究应用OpenFOAM平台的多相流求解器,考虑了能量方程与组分输运方程,构建了精馏体系的传热传质模型,分别对环己烷-正庚烷理想体系与乙醇-水非理想体系进行了模拟,并分析了塔板上气液两相流动、组分浓度及温度等参数的分布规律。对于理想体系,理想溶液传质模型能够较准确地预测多层塔板上的温度及浓度场;对于非理想体系,需要在理想溶液传质模型的基础上引入活度系数模型,为此对比了UNIQUAC与NRTL两种活度系数模型的效果。在当前模拟框架下,引入活度系数模型有助于提升非理想体系温度场与浓度场的模拟精度,两种活度系数模型预测的整体趋势与文献结果基本一致,但在数值上UNIQUAC模型与文献结果吻合更好。此外,气液两相流场与浓度场分布的对比分析表明,液相的循环流动能够提升塔板的局部传质效率,导致液相入口与塔板堰处的效率高于塔板中心,但是循环区域内气液两相无法及时更新,将导致塔...     

PID控制器性能评价

现代过程工业中PID控制器的使用依然占据统治地位。本文以PID控制能实现的最小方差为基准,当被控过程模型未知,通过对正常运行数据拟合模型,再估计PID能实现的最小方差及其相应的PID控制器参数。仿真研究表明,估计结果与已知模型时的计算结果近似,评价结果更加合理,得到的控制器参数能够明显改善过程输出方差。     

细分流动单元技术在油藏"三高"开发后期的应用

流动单元(又称储层流动单元)是20世纪80年代中后期才逐渐形成的一种储层描述技术它为储层非均质性的研究提供了一种有效的方法,对于油藏二次采油后期的精细油藏描述研究具有重要意义.本文结合梁11断块丰富的静、动态资料,以密井网条件下的精细储层描述和构造研究为基础综合考虑岩性、物性、电性及非均质性和水淹特征,通过多元回归分析,建立了储层物性与表征储层渗透特征的参数FZI之间的关系式,由此将该区储层划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类流动单元.并在此基础上,把流动单元研究与剩余油研究结合起来,认为Ⅲ、Ⅳ类流动单元在高含水后期的油藏开发中,水淹程度较轻,容易形成利余油富集区,由此可为提高油气采收率提供可靠的地质依据.     

纸机网前部中浓浆专用控制装置

给出一个造纸厂纸机网前部中浓浆专用控制装置的结构框架,重点介绍了其中浓度调节回路的模型辨识、浓度检测、基本PID控制和变参数PID控制。结果表明了变参数PID控制的优越性。     

木塑复合材料挤出温度的鲁棒H_∞控制策略

采用鲁棒控制理论设计了H_∞控制器对WPC挤出机的温度系统进行控制研究。忽略模型参数和结构的不确定性,将挤出温度系统简化为具有纯滞后环节的二阶系统,针对该系统的状态方程计算控制律,构造具有鲁棒性的H_∞控制器。在仿真实验中加入了传输延时和白噪声扰动以模拟实际工业过程,并与常规PID控制器进行对比。仿真实验结果表明:基于H_∞控制器的挤出温度控制系统抗扰能力强,具有理想的系统动态响应性能以及高控制精度。