考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 I. 动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型，有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件，合理的降液管既可使液体顺利通过，又可使夹带的气体分离出去，同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中，其机理模型大都没有考虑降液管的影响，不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上，基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模，建立了降液管结构和水力学模型，并且考虑降液管部分液相混合的影响，建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现，降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响，将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中，通过修正相关模型，更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模Ⅰ.动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型,有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件,合理的降液管既可使液体顺利通过,又可使夹带的气体分离出去,同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中,其机理模型大都没有考虑降液管的影响,不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上,基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模,建立了降液管结构和水力学模型,并且考虑降液管部分液相混合的影响,建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现,降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响,将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中,通过修正相关模型,更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

基于严格机理模型的精馏塔软测量技术的开发

开发了精馏塔的严格机理模型,用三对角矩阵算法对模型进行求解,采用BWRS状态方程计算泡点、露点和相平衡常数等热力学及物性参数,利用有机回归K技术在保证模型精度的同时大大提高了运算速度。以具有代表性的乙烯精馏塔作为模型验证对象,验证结果表明,所建立的严格机理模型可用于实际工业过程;将基于严格机理模型的精馏塔软测量技术用于气分装置中的脱丙烷塔和丙烯精馏塔,对温度和组成进行软测量,温度和组成的计算值与测量值吻合;基于严格机理模型的精馏塔软测量的精确度和可靠性能完全满足实际应用的需要。     

乙烯精馏塔的瓶颈分析及扩能改造

对抚顺石化分公司乙烯装置中乙烯精馏塔塔釜乙烯残量偏高的原因进行分析,认为部分塔板的雾沫夹带量过大而导致塔板效率偏低。分析认为,可以采用矩形悬挂降液管提高降液管能力、增加鼓泡面积,解开精馏塔的通量瓶颈。采用DJ-3型塔板替换原浮阀塔板,实现不动塔体改造。改造后,该塔分离效果达到设计要求,同时乙烯生产能力从140kt/a扩大到200kt/a,证实矩形悬挂降液管塔板适用于高压精馏塔。     

面向在线分析应用的乙烯精馏装置复杂机理模型开发

传统的软仪表模型一般采用简化的机理模型或基于输入输出参数的关联模型,精度一般偏差较大,应用时需要进行定期校验和模型参数修正,虽然能在一定程度上满足控制要求,但是无法满足装置优化计算的需要。从满足在线分析应用需求的角度出发,开发了乙烯精馏塔的复杂机理模型,相平衡方程中建立了空间分布的塔板效率模型,考虑了塔板结构等多种因素的影响,将实际塔板与理论塔板进行了逐级关联,以非立方型多参数BWRS状态方程作为气-液平衡计算模型,完整地描述塔内气-液平衡关系和热力学状态。并以具有代表性的乙烯精馏塔作为模型验证对象,在某工况下将模型计算数据与Aspen Plus及实际测定值进行了对比,结果表明,所建立的严格稳态机理模型具有较高的准确性,为模型的在线分析应用奠定了基础。     

精馏塔分离块动态数学模型

本文分析了精馏塔动态机理建模的几种主要方法,提出了一种新的精馏塔动态机理分离块模型,该模型用分离块代替平衡级塔板,每个分离块可包含任意个平衡级,可大大减少模型的方程数和微分方程的阶数.该模型具有物理意义明确,建模灵活,通用性强,计算量小等特点,适用于精馏塔动态及静态在线优化控制.     

精馏塔静态仿真：Ⅰ.静动态混合数学模型的应用

本文为了克服精馏塔静态仿真不易收敛和初值难以给定等难题，巧妙地利用隐含数值积分方法的特点，将稳态与动态数学模型耦合起来，用以求解高难度的非理想精馏塔静态仿真问题。所得静动态混俣模型大大提高了精馏塔静态仿真的鲁棒性，对于高度非理想精馏塔的仿真尤为有效。通过对某丙烯腈萃取精馏塔的静态仿真，充分证明了这种混合模型化方法的可行性。     

乙烯精馏系统流程优化改造

通过对某大型乙烯装置乙烯精馏系统的操作情况进行分析,针对该系统目前存在的乙烯精馏塔塔压偏高,乙烯精馏塔冷凝器内三元冷剂气液相分布不均,冷剂无法充分气化换热等问题,提出更换具有气液均布结构的乙烯精馏塔冷凝器,在冷剂进入冷凝器前新增冷剂混合罐使轻重两股三元冷剂可以充分混合、引一股新的液相轻冷剂进罐作为调节、更换乙烯精馏塔塔板等改造手段,在装置停车检修改造实施后,成功地解决了上述问题,取得了良好的改造效果。     

分馏塔的动态计算及工况预报

从机理分析的角度出发，利用虚拟组分的概念，建立了分馏塔的动态数学模型。在内回流非平衡机理模型的基础上，建立了工况预报模型，可以实时预报液泛、干板、雾沫夹带、泄漏、降液管超负荷等非正常工况的发生。同时提供对实际装置的计算结果。     

乙醇胺连续生产过程的计算机控制(B) Ⅲ数学模型

介绍了针对乙醇胺连续生产过程，运用质量守恒定律、能量守恒定律和反应动力学原理，建立了几个主要操作单元的机理数学模型，主要有：管式反应器动态模型、精馏塔动态模型、产品组分分布模型和液ＮＨ３浓度软测量模型。     

游梁式抽油系统动态参数仿真的综合数学模型

针对目前游梁式抽油系统杆、管、液耦合振动仿真模型未考虑电动机转速波动对系统影响的不足 ,建立了考虑电动机转速波动影响的游梁式抽油系统动态参数仿真数学模型。模型由描述曲柄运动规律的非线性常微分方程和描述杆、管、液耦合振动的偏微分方程组组成。因为两个单元的数学模型是通过一个独立变量相互耦合的 ,因此通过对独立变量迭代计算便可分别对两个单元进行独立的仿真计算。根据独立模块仿真方法建立的游梁式抽油系统动态仿真软件 ,具有仿真计算简单、精度较高等优点     

催化精馏塔中催化剂装填技术的现状与分析

将催化精馏塔中催化剂的装填方式分为3种形式做了介绍,即催化剂装在板式精馏塔的降液管中,装在塔板上,或与填料结合方式,并对这些装填方式的优缺点进行了总结分析。     

乙醇胺连续生产过程的计算机控制（B）

介绍了针对乙醇胺连续生产过程，运用质量守恒定律、能量安恒定律反应动力学原理，建立了几个主要操作单元的机理数学模型，主要有：管式反应吕器动态模型，精馏塔动态模型、产品组分分布模型和液ＮＨ３浓度软测量模型。     

多降液管塔板提高油品分馏塔处理量的探讨

综合浙江工业大学的多降液管塔板技术和美国精馏研究公司发表的筛孔塔板水力学模型，编制完成了多降液管塔板设计软件，用此软件时常压油品分馏塔、催化裂化吸收脱吸塔等在扩量改造设计中遇到的“瓶颈”问题进行分析，推荐了应用多降液管塔板的可行方案，为多降液管塔板在油品分馏塔上的应用提供了参考。     

一种新型的二元精馏塔在线优化方法

为了对二元精馏塔实现在线优化，本文提出一种求解速度度、稳定性好、便于在线校正的分段逐板计算静态数学模型。在此基础上提出了一种新型的递阶在线优化方法。通过对某３０万ｔ／ａ乙烯装置中乙烯精馏塔优化研究，取得了满意的结果，单位产品能耗降低了３－５％。     

水平井简摩擦压降对井产能的影响

水平井筒内的摩擦压降对于水平井的生产动态来说是一个具有支配性的因素，筛管和割缝衬管完井的摩擦压降将会变得尤其重要。对水平井单相稳流系统，综合考虑摩擦损失造成的水平井筒压降和变质量流特点，联立水平井的油藏渗流和水平井筒中的流动，建立了水平井筒存在压力梯度的变质量耦合模型，对模型微分方程进行数值求解。对参数进行敏感性分析以讨论摩擦压降对产能的影响。该模型还可以用于确定合理的水平井筒段长度。     

基于工业数据的催化裂化装置选择性催化还原脱硝机理模型

通过研究选择性催化还原(SCR)技术机理,建立催化裂化(FCC)装置再生烟气SCR系统脱硝机理微分方程组模型。基于大量工业SCR系统数据,利用龙格库塔吉尔(RKG)方法对脱硝机理微分方程组进行求解,并结合遗传算法对模型参数进行寻优。结果表明,模型对FCC装置SCR系统出口氮氧化物(NO_x)浓度预测的平均绝对误差为5.75%,模型预测值与装置实际值拟合的可决系数为0.906。这说明所建SCR脱硝机理模型具有较强的泛化能力和较高模拟精度,可用于优化FCC装置再生烟气SCR系统的操作条件,实现NO_x排放达标。     

精馏塔动态数学模型——能量平衡方程对数学模型的影响

在精馏塔动态模型中,能量平衡方程一般被假定为拟稳态的,因而常常被近似成为代数方程.这一假设会严重影响动态模型过渡过程的准确性.本文通过对某脱乙烷精馏塔的动态仿真,系统地研究了能量平衡方程对动态模型的影响,并给出了一个新的精馏塔动态数学模型.     

多元精馏塔非平衡级模型与仿真：Ⅰ.模型的建立与求解

从应用的角度，对Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｔｈｙ和Ｔａｙｌｏｒ的速率模型进行了改进，给出了一种新的多元精馏塔非平衡级仿真模型。通过引入分离效率函数，巧妙地将模型方程化简为三对角矩阵形式，采用分割法选代求解，并用有界Ｗｅｇｓｔｅｉｎ法加速收敛，具有对初值要求不高，计算量小，收敛稳定等优点。该模型既保持了原速率模型的特点，结构简单，又易于求解，适用于精馏塔的工艺设计和操作分析。     

基于有限体积法的裂缝性油藏两相流动模型

针对裂缝性储层中裂缝分布的强非均质性和多尺度性,提出了一种多尺度离散裂缝两相流动模型的数值求解方法。该方法将n维模型中大尺度裂缝降维处理成n-1维实体,并基于格心形式的有限体积法对模型进行了离散,建立了数值求解格式,这些处理方法对降低求解时间及内存需求有显著影响。该方法具有严格的物理意义,保证了模型在局部范围内仍然遵循守恒定律。通过建立上游权值的有界高阶迎风格式,解决了一阶迎风格式所产生的假扩散现象以及大尺度裂缝与基质-微裂缝界面处饱和度突变引起的非物理振荡。使用IMPES顺序求解法对模型进行求解,通过结果对比证明了模型准确性。