国外化工节能减排及优化管理发展新动态——Sugars~(TM)计算机模拟技术

介绍了近年国外化工节能减排及优化管理的SugarsTM计算机模拟技术新的发展动态,探讨了SugarsTM软件如何应用化工系统工程和计算机软件技术,寻求新手段模拟改造和优化传统的制糖工艺过程。     

钻井液动态模拟装置中多相分离技术综述

钻井液的实验室动态模拟装置可以对钻井液在钻井过程的真实过程进行模拟,对取得钻井液的各项性能指标和优选钻井液配方等方面具有重要意义。对于钻井液动态模拟过程的气-液-固多相分离方法若采用目前工业中普遍采用的泥浆固控技术,则工艺过程复杂、投资成本高等缺点,本文通过分析并总结工业中泥浆固控技术和气-液-固多相分离技术,为钻井液动态模拟装置中的气-液-固多相分离技术优化设计提供建议,并通过实验室技术的改进和优化促进工业泥浆固控技术发展。     

共混用动态混合器的研究与应用进展

动态混合器具有提高聚合物共混过程中分散相混合质量的优点。本文从混合理论出发,重点介绍了分散和分布混合理论的研究进展。对共混用动态混合器进行了分类与整理,简述了釜式搅拌器与螺杆挤出机类动态混合器,并详细介绍了销钉式、球窝式和空穴传递式动态混合器的原理与结构。从实验和数值模拟两个方面阐述了动态混合器的研究方法,实验研究主要包括计算机图像处理技术与显微分析技术、力学性能分析技术和粒子图像测速技术,数值模拟研究方法方面则从宏观和介观两种尺度进行了简要的介绍。最后介绍了共混用动态混合器在化纤、塑料、橡胶等多个工业领域的应用,指出实验与数值模拟相结合的方法有助于提高现有研究水平,解决动态混合器设计与优化过程中的难题。     

计算流体力学在膜过程传质优化中的研究进展

分别从膜组件、膜本身结构、膜过程操作条件、膜过程耦合4个方面的优化阐述了近期计算流体力学(CFD)在膜过程传质优化中的研究及应用进展。指出CFD模拟对料液隔网的形态研究和局限性改进显示出了优越性;在膜表面形貌及支撑层结构修饰与优化方面发挥了关键作用;对脉动流、两相流与机械振动的引入及其在流场、浓度场、温度场中的可视化研究也已相对成熟;此外,CFD模拟证明,将膜过程与其他动态分离过程相耦合也是提高膜表面剪切速率、增强传质与分离效率的有效途径。指出了目前大部分CFD模拟工作的准确性还不够、通过模型优化改善准确性时会不可避免地增加模拟计算的复杂性以及膜组件的设计研究与材料加工工艺还不很匹配等存在的问题,认为该领域未来的发展方向将集中在不同优化方式的耦合,以及利用新兴的检测技术与制备工艺弥补目前实验数据缺乏的弊端,得到更贴合实际的理论模型。     

间歇萃取精馏技术的研究进展

对间歇萃取精馏分离技术和进展进行了评述,主要从萃取精馏的溶剂选择与设计、模拟及优化、操作参数对分离过程影响及萃取精馏塔设备等几个方面,介绍了国内外关于间歇萃取精馏新兴分离技术的最新研究动态,最后指出了萃取精馏技术目前存在的问题和今后发展的方向。     

CAE技术在叠层式注塑模具设计中的应用

利用CAE技术的Moldflow分析软件,通过对塑料填充、保压和冷却过程的模拟分析,对空调面板叠层式模具的成型过程进行动态模拟,分析了影响注射的主要因素,优化了工艺参数。     

反应精馏过程耦合强化技术基础与应用研究述评

反应精馏技术是过程强化概念在化学工业成功应用的典范。由于反应与精馏耦合的高度复杂性和非线性,反应-精馏相互影响机制、耦合方式及其过程能效调控与优化成为制约该技术广泛应用的关键科学问题。综述了近二十年来国内外反应精馏技术从基础研究到工业应用的概况,包括反应精馏过程的可行性分析与概念设计方法、稳态模拟过程优化与动态模拟控制策略设计、兼具催化反应与气液传质的高效内构件开发以及反应精馏在各领域的应用。探讨了目前制约反应精馏广泛应用关键问题的解决方法与途径,阐明了普适性的反应精馏过程开发方法,总结了基于反应精馏过程耦合的新型过程强化技术,指出了反应精馏技术的发展趋势。     

Aspen Plus在超临界流体技术中的应用研究进展

Aspen Plus是集生产装置设计、稳态模拟和优化于一体的大型通用流程模拟系统,可用于医药、化工等多种工程领域的工艺流程模拟、工程性能监控、优化等贯穿于整个生命周期的过程行为。超临界流体技术作为一项新兴的绿色环保技术,近年来在理论研究、工程应用及发展方向等方面得到了科研工作者们的广泛关注,但基础数据和理论模型匮乏、运行成本较高等问题阻碍了该技术的工业化进展。本文将Aspen Plus软件应用于超临界流体技术,介绍了Aspen Plus模拟软件的主要功能,综述了Aspen Plus模拟软件在超临界流体技术领域科研开发、工业过程设计及优化、生产过程中能耗问题的应用情况,同时也指出了Aspen Plus在模拟超临界流体技术中的不足。     

反应精馏过程耦合强化技术基础与应用研究述评

反应精馏技术是过程强化概念在化学工业成功应用的典范。由于反应与精馏耦合的高度复杂性和非线性,反应-精馏相互影响机制、耦合方式及其过程能效调控与优化成为制约该技术广泛应用的关键科学问题。综述了近二十年来国内外反应精馏技术从基础研究到工业应用的概况,包括反应精馏过程的可行性分析与概念设计方法、稳态模拟过程优化与动态模拟控制策略设计、兼具催化反应与气液传质的高效内构件开发以及反应精馏在各领域的应用。探讨了目前制约反应精馏广泛应用关键问题的解决方法与途径,阐明了普适性的反应精馏过程开发方法,总结了基于反应精馏过程耦合的新型过程强化技术,指出了反应精馏技术的发展趋势。     

异常高压气井生产动态仿真研究及应用

异常高压气井生产动态仿真方法不仅改变了传统物理仿真成本高、过程复杂的缺点,而且具备了计算机仿真模拟的准确性。考虑异常高压气井流体高压、高温的特点,本文将异常高压气井生产压降分解为地层流动压降、井筒流动压降和嘴流流动压降三个过程,并建立了气井生产动态流动数学模型;本文利用计算机仿真技术模拟了异常高压气井地层流体流动过程、井筒流体流动过程和气嘴流体流动过程,并预测了气井生产动态流动参数,为下步异常高压气井动态配产提供了基础数据。通过实例分析,将计算机仿真预测出的异常高压气井流动参数代入优化配产模型计算出配产结果与实际配产结果十分接近,表明异常高压气井生产动态仿真对实际生产具有重要的指导意义。     

醋酸甲酯侧反应精馏过程的多变量动态控制

侧反应器与精馏塔的耦合结构与物料交换方式的灵活性,造成系统的自由度高、设计变量多,增加了该过程的稳态优化模拟和动态控制的难度。针对侧反应精馏过程(SRC)的平滑操作和自动控制问题,以醋酸甲酯工业生产过程为例,采用基于独立反应量的稳态设计方法获取最佳的反应精馏集成结构和操作参数,在此基础上设计了以产品成分调节变比值控制为主的多变量控制方案,并通过在Aspen流程模拟软件建立醋酸甲酯侧反应精馏动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。     

Decision support for the development,simulation and optimization of dynamic process models

Simulation is besides experimentation the major method for designing,analyzing and optimizing chemical processes.The ability of simulations to reflect real process behavior strongly depends on model quality.Validation and adaption of process models are usually based on available plant data.Using such a model in various simulation and optimization studies can support the process designer in his task.Beneath steady state models there is also a growing demand for dynamic models either to adapt faster to changing conditions or to reflect batch operation.In this contribution challenges of extending an existing decision support framework for steady state models to dynamic models will be discussed and the resulting opportunities will be demonstrated for distillation and reactor examples.     

Fluent软件在化工设备模拟中的应用

Fluent软件是以流体力学为基础,用于研究过程流场的计算软件,目前在过程模拟领域中有较广泛的运用。旨对Fluent软件在常见化工设备中的模拟研究进展进行综述。Fluent软件在混合器的研究中,主要是模拟研究叶片、混合头等内部构件改变对流体流动过程的影响,由此开发出了一些混合效果良好的混合器;在换热器的研究中,主要对换热通道结构改变时的流场进行模拟,以分析优选出强化流体流动和传热特性的有效措施;在反应器的研究中,主要模拟反应器结构、器型及操作参数改变对反应器特性的影响,从而优化反应器;在结晶器的研究中,主要模拟不同结晶生长参数对结晶器流场、温度场和压力场的影响,为结晶器的优化提供了依据。在这些设备的研究中,应用Fluent软件不仅可加速过程的优化进程,而且能直观地分析过程的流体力学规律,因而在化工领域Fluent软件将会获得越来越多的应用。     

基于动网格的高压煤浆输送泵内部流场数值模拟优化研究

为了解决高压煤浆输送泵试验运行中存在的堵塞和回流等问题并提高其输送效率,利用FLUENT软件提供的动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对高压煤浆输送泵试验装置的三维非定常黏性不可压缩流动进行动态数值模拟.该模拟方法突破以往静态研究的局限,可更真实地模拟高压煤浆输送泵内部流场的动态变化过程.得到了其周期运动中各个时刻流场的变化情况,模拟结果和试验运行情况基本吻合.随后调整其结构尺寸与运动参数进行优化模拟,运行效果得到改善,基本消除堵塞现象,缓解回流问题,为高压煤浆输送泵的国产化提供了技术基础.     

化工过程模拟

化工过程模拟是计算机化工应用 最为基础，发展最为成熟的技术。本文从分子模拟，单元过程模拟及流程模拟三个模拟层次综述其最近的发展及今后的趋势。并对过程的优化及过程模拟的开发环境发展作了简要的评述。     

智能蚁群算法在化工过程优化中的应用

对基本蚁群算法进行了智能化改进,并运用智能蚁群算法和Matlab语言,对化工生产过程中的实际优化问题,苯-甲苯闪蒸过程进行了优化仿真计算,仿真结果表明,在有效地调整温度、压力及分流系数的条件下,使得汽相产物中苯的产量达到最大,实现了苯-甲苯闪蒸过程的最优化,同时也证明了蚁群算法可以有效地解决化工生产过程中的优化问题。     

动态实时优化策略下的分层式预测控制及其在化工过程中的应用

针对化工过程中那些因存在批处理、含有物料回流环节而很难达到稳态的过程以及一些因扰动的存在而很难精确地操作在一个设定点处的非线性过程,采用常规的稳态优化会产生低效或失效优化解的问题,提出一种动态实时优化策略。即在多层控制结构中的RTO层采用动态优化而非常规的稳态优化,依照过程的优化操作信息在满足过程动态规律和物料、产品市场价格变化的条件下实现生产的经济利润最优,事例仿真结果表明该方法的可行性和有效性。     

神经网络过程模型辨识

利用修正的反传神经网络(BP)算法分别对稳态过程和动态过程以及两个实际化工生产过程进行模型结构辨识,所确定的最佳神经网络结构经验证表明具有较好的收敛性和稳定性,模拟精度高、适用性强.     

Optimal temperature profile in methanol synthesis reactor

An optimal temperature profile is determined for a methanol synthesis reactor of LURGI type. The temperature profile is estimated so that methanol production rate in the reactor outlet will be maximized. First, the reactor is simulated based on heterogeneous one- and two-dimensional models. The comparison of the simulation results and plant data shows that the heterogeneous one-dimensional model can reliably be used for determining optimal temperature profile. Since optimal temperature profile for reversible exothermic reaction in tubular reactors is a decreasing function of reactor length, the technique of control variable parameterization is used for determining optimal temperature profile in a methanol reactor. In this way, a third order polynomial is considered for the temperature profile and the polynomial coefficients are as decision variables. The optimization is based on a Quasi-Newton's method (BFS technique), and the objective function is methanol flow rate at the reactor outlet. The results of optimization indicate that if optimal temperature profile is implemented in the reactor, methanol production will significantly be increased.     

Dynamic modelling of CO2 absorption for post combustion capture in coal-fired power plants

Power generation from fossil fuel-fired power plants is the largest single source of CO₂ emissions. Post combustion capture via chemical absorption is viewed as the most mature CO₂ capture technique. This paper presents a study of the post combustion CO₂ capture with monoethanolamine (MEA) based on dynamic modelling of the process. The aims of the project were to compare two different approaches (the equilibrium-based approach versus the rate-based approach) in modelling the absorber dynamically and to understand the dynamic behaviour of the absorber during part load operation and with disturbances from the stripper. A powerful modelling and simulation tool gPROMS was chosen to implement the proposed work. The study indicates that the rate-based model gives a better prediction of the chemical absorption process than the equilibrium-based model. The dynamic simulation of the absorber indicates normal absorber column operation could be maintained during part load operation by maintaining the ratio of the flow rates of the lean solvent and flue gas to the absorber. Disturbances in the CO₂ loading of the lean solvent to the absorber significantly affect absorber performance. Further work will extend the dynamic modelling to the stripper for whole plant analysis.