Aspen Plus用户模型技术的煤直接液化全流程模拟

基于六集总动力学模型,采用BFGS优化算法获得煤直接液化升温阶段和恒温阶段的反应动力学常数,同时通过试验数据回归得到用于煤直接液化分离单元的具体产品组成,并以此为基础开发了煤直接液化反应的AspenPlus用户模型。在此基础上,将上述煤直接液化用户模型与Aspcn Plus流程模拟软件集成在一起,充分利用Aspen Plus软件强大的性质数据库和分离过程模拟计算能力,最终实现了基于AspenPlus平台的煤直接液化全流程模拟,模拟计算得到的煤直接液化反应产物在高温和低温分离器的气液相平衡数据与实验值较吻合。基于Aspen Plus的全流程模拟可以为煤直接液化反应和分离条件的优化选择提供技术参考。     

Aspen Plus异丁醇-水萃取精馏过程的模拟计算

借助Aspen Plus,对异丁醇-水体系萃取精馏过程所用的溶剂1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、甘油、乙二醇等进行了模拟计算,确定分离能力大小的顺序为:1,4-丁二醇>甘油>乙二醇>1,2-丙二醇>1,3-丙二醇>1,3-丁二醇。在此基础上,以1,4-丁二醇为萃取剂,对该体系的萃取精馏过程进行了模拟计算,确定了萃取精馏过程的最佳工艺操作条件,并在此条件下获得质量浓度高达99.75%的异丁醇产品。为异丁醇-水萃取精馏分离工艺工业化提供了理论依据和设计参考。     

MTBE反应精馏过程动态模拟和控制系统分析

针对在闭环控制方面还远远不能满足反应精馏技术实际操作需要的问题,展开了相关研究。首先建立了通用反应精馏过程非平衡级动态模型,并在此基础上对MTBE(甲基叔丁基醚)反应精馏(Reactive Distillation,RD)过程进行了动态性能的分析和控制系统的设计,提出了一种基于软测量技术的产品质量／转化率联合控制方案。仿真结果表明,该方案优于其他控制方案,可有效地进行产品质量和转化率的多指标控制,控制效果良好。     

模拟甲基叔丁基醚反应精馏的过程

为揭示反应精馏过程的耦合特性,从而为进一步开发新的反应精馏设计方法提供理论支持,采用Gibbs自由能平衡级模型,应用Aspen Plus软件模拟分析MTBE的反应精馏过程,研究了回流比与理论板数对反应和分离效果的影响。结果表明由于反应和精馏的相互作用,在固定回流比改变理论板数(或固定理论板数改变回流比)的情况下,存在最佳理论板数(或回流比)使产品组成最高,这种特性与普通精馏有所不同。     

Aspen Plus用户模型开发方法探讨

以Aspen Plus支持的几种用户模型开发方法进行了探讨分析，简要介绍了用户模型的开发步骤，以帮助用户熟悉Aspen Plus用户模型的开发方法和步骤。通过介绍和分析Aspen Plus提供的4种用户模型开发方法，发现Fortran用户模型和Excel用户模型易于开发，但支持功能简单，仅适用于简单功能模型的开发，而基于建模工具的用户模型开发则需要专用建模工具的支持，应用范围有限。基于CAPE-OPEN COM技术的用户模型开发可以在功能强大的集成开发环境中进行，有灵活的向导程序引导用户完成模型的开发，开发的模型可在任何支持CAPE-OPEN接口的模拟软件中使用，是最具潜力的用户模型开发方法。     

反应精馏合成亚硝酸甲酯的工艺模拟与优化

中在气偶联合成法生产乙二醇(EG)的工艺过程中,亚硝酸甲酯(MN)反应塔的设计及运行,在整个流程中起到至关重要的作用,本文以实际中试装置数据为基础;采用NRTL热力学方程与KINETIC动力学反应控制模型,通过Aspen软什模拟MN反应塔的工艺,根据实际装置的反应转化率与反应时间,验证并修正了KINETIC动力学参数;结果表明:如果反应时间在50 s内完成、反应物转化率达99.95%、产品回收率达99.96%,与实际操作参数吻合.同时利用Aspen软件的灵敏度,分析模块优化塔的操作参数,(包括理论板数、进料温度、进料位置及同流量等).模拟结果对MN反应塔的工艺设计与工业化有一定指导意义.     

基于Aspen Plus的Petlyuk塔模拟与优化

利用Aspen Plus软件,对Petlyuk塔进行模拟和优化。采用三塔等效流程,进行简捷计算,确定Petlyuk塔的初始参数。在初始参数下,利用Aspen Plus的Multifrac-Petlyuk模块严格模拟,并利用Sensitivity模块,分别优化回流比R、进料位置、侧线出料位置、互连位置及互连物流流量等参数。以乙醇-正丙醇-正丁醇三元体系为例,模拟和优化结果为:主塔塔板数58,预分塔塔板数29,进料在预分塔第12块板,侧线出料在主塔第28块板,主塔摩尔回流比4.6,预分塔塔顶和主塔互连位置在主塔第18块板,塔底和主塔互连位置在第47块板,主塔返回预分塔顶部的液相流量为65 kmol/hr,返回预分塔底部的气相流量为145 kmol/hr。在此优化参数下,可得到98.9%乙醇、98.7%正内醇和99.0%正丁醇,达到分离要求。模拟和优化的结果对工业化设计和生产具备指导意义。     

基于Aspen Plus的蒸汽透平网络模拟和优化

针对乙烯装置蒸汽管网用能过程中存在的不合理现象,采用Aspen Plus化工流程软件对其中的蒸汽透平网络进行了模拟和优化.通过对单个透平的模拟,分析了透平抽汽量、进汽温度和排汽压力等操作条件的变化对透平效率的影响.在此基础上模拟了蒸汽透平网络,并以透平抽汽量为自变量、透平网络总进汽量为目标变量,通过MATLAB-Aspen Plus接口工具箱使用粒子群优化算法(PSO)对其进行操作参数优化.采用智能算法,避开了因在Aspen Plus中设置过多约束作为设计规定而导致模型不易收敛的不足;对于约束条件的处理,通过对不满足约束的粒子加以惩罚来实现.优化结果表明,在满足透平输出功率以及低等级管网蒸汽用量需求的前提下,通过合理分配各透平的抽汽量能够有效地降低透平网络超高压蒸汽(SS)消耗量,优化后的透平网络可减少超高压蒸汽用量0.6吨/小时.     

基于Aspen Plus的“煤拔头”工艺热解过程的模拟

在Aspen Plus对煤热解过程的模拟工作中,多使用经验关联式进行计算或将实验结果直接代入收率反应器,前者有很大的偏差,后者有很大的局限。通过将热解反应器进行分段模拟,不但考虑了热解过程的热效应,而且可以得到煤热解过程中的温度变化情况和热解产物产率,同时可以提高模拟结果的准确性。在本文的研究中,对府谷煤热解过程中操作参数的优化结果表明,将起始物料温度从650℃提高至672℃时,热解反应可以产生更多的焦油产品。     

乙酸乙酯-乙腈萃取精馏的模拟优化

应用化工模拟软件Aspen Plus对乙酸乙酪-乙腈最低共沸物系的连续萃取精馏过程进行了模拟与优化。通过绘制拟二元汽液平衡相图,筛选出合适的萃取剂为二甲基亚砜(DMsO)。确定了双塔连续萃取精馏的工艺流程,并利用灵敏度分析考察了萃取精馏塔的全塔理论板数、原料进料位置、萃取剂进料位置、回流比、溶剂比(萃取剂对原料的体积比)等因素对分离效果的影响。确定的最佳工艺方案为:全塔理论板数为33,原料和萃取剂分别在第26块和第5块理论板进料,回流比为1.5,溶剂比为3。模拟与优化结果为乙酸乙酯.乙腈萃取精馏分离过程的设计和操作提供了依据。     

基于Aspen Plus的聚甲氧基二甲醚精馏过程模拟分析

在装有θ环填料的精馏塔内进行了聚甲氧基二甲醚精馏实验。利用化工流程模拟软件.AspenPlus对聚甲氧基二甲醚精馏过程进行模拟,首先,采用DsTWU简捷蒸馏模型,运用软件中NRTL、WILSON、UNIQUAC,3种物性方法对精馏塔进行了计算,得到了回流比、塔板数和温度等操作参数。接着,采用RadFrac严格精馏模型对精馏塔进行了验证,其计算结果与实验结果吻合良好,满足工艺要求。最后,对精馏塔的操作变量进行了灵敏度分析,讨论了进料位置、进料流率和回流比等参数对精馏分离要求与能耗的影响,并确定了最优化方案,即:进料板为第50块,进料流率为35 mol/h,回流比为6。     

反应精馏合成乙酸乙酯的实验研究与模拟

本文以Amberlyst-36Wet离子交换树脂为催化剂,采用间歇搅拌釜式反应器,在消除内外扩散影响的条件下,测得不同温度下反应速率常数.研究自制反应精馏塔中(直径25 mm,高2.2 m)乙酸乙酯的合成工艺,得到反应精馏的工艺参数.在实验基础上,建立改进工艺的Aspen Plus模拟流程图.实验结果与模拟计算值吻合良好,表明所建立的Aspen Plus模型能够很好地描述反应精馏合成乙酸乙酯过程.以乙醇转化率、产品乙酸乙酯的收率和塔顶油相乙酸乙酯的质量分率为考察目标,通过流程模拟和灵敏度分析,确定该工艺的最佳工艺参数:精馏段、反应段和提馏段的理论板数分别为9、7和7;醋酸和乙醇的最佳进料位置在第9块和第16块塔板上;回流比R为1.6.在此工艺条件下,产品乙酸乙酯的含量是95.2%(wt),乙醇转化率为96.1%.     

Effect of interaction multiplicity on control system design for a MTBE reactive distillation column

The control strategy of a reactive distillation for synthesis of MTBE is investigated. Although steady state multiplicities occur in the column, a linear control is still possible since a controlled and manipulated variable-pairing scheme that exhibits a sufficiently large range of near linear relations can be found, if we operate at constant reflux ratio. Reboiler duty is used to control the temperature of a stage just below the reaction section and near the top of the stripping section. Stoichiometric balance is controlled by a feed ratio plus internal composition control scheme, using a control valve installed on the C4 feed-line as the manipulated variable. Such a scheme is capable of maintaining the desirable steady state that achieves high product purity and reactant conversion. However, a similar scheme that uses a control valve installed on the methanol feed-line as the manipulated variable shows severe oscillation. It is caused by multiplicity in the interaction between the temperature and stoichiometric control loops.     

Aspen Dynamics simulation of a middle-vessel batch distillation process

Aspen Dynamics is a powerful dynamic simulator that is widely used to explore the dynamics and control of continuous processes around some steady-state design operating point. This paper explores its use to study the dynamics of a batch process. The example studied is a middle-vessel batch distillation system for separating a ternary mixture. The batch system is operated by adjusting the two reflux flowrates (one from the reflux drum to the top of the upper column and the second from the middle vessel to the top of the lower column). The liquid inventories in the three drums vary with time. This paper shows how this batch operation can be conveniently simulated by first using the steady-state simulator Aspen Plus to correctly size the equipment. Then the file is exported into Aspen Dynamics where a rigorous dynamic simulation can explore alternative control strategies by using the large library of control functions.     

酯交换合成碳酸二乙酯反应精馏工艺的模拟

碳酸二乙酯是一种性能优良的绿色溶剂,在锂离子电池行业中应用广泛。以碳酸二甲酯和乙醇为原料,采用反应精馏工艺生产碳酸二乙酯是目前的主流工艺。由于该反应分为两步进行,因此如何调节工艺参数来提高反应物转化率和产品收率是工业生产中的重要问题。本文以实验得出的动力学方程、UNIQUAC热力学模型,应用Aspen Plus流程模拟软件实现了工业实际反应精馏工艺流程的模拟,详细讨论了进料位置、回流比、进料配比等因素对反应精馏塔性能的影响。结果表明,模拟值与实验值吻合良好,在回流比为4.5～5,混合进料第20块板,进料醇酯比2.5:1,反应段（2～31）块板,空速小于0.18 hr^-1时,反应精馏塔性能最佳。模拟结果对反应精馏合成碳酸二乙酯的工艺设计和过程优化具有重要指导意义。     

MTBE蒸馏脱硫工艺模拟

为使中国汽油达到欧V汽油的含硫标准,研究蒸馏脱硫工艺的可行性有实际意义。以甲基叔丁基硫醚为关键含硫组分,使用Aspen Hysys v 7.0模拟其与MTBE分离过程。按MTBE单塔蒸馏、双塔能量集成蒸馏和与分馏塔能量集成3种方案脱除硫化物,进料硫化物含量100μg/g的条件下,塔顶MTBE含硫化合物1μg/g,3种方案吨产品蒸汽消耗分别为0.233t、0.13t和0.08t。MTBE中含硫化合物与MTBE容易分离,简单精馏可以实现深度脱硫。双塔能量集成方案比单塔直接分离方案节水50%,节约蒸汽45%。MTBE脱硫塔与MTBE分馏塔或催化蒸馏塔进行能量集成,不增加冷却水,蒸汽消耗每吨MTBE增加小于0.1t。辅助塔可以使硫化物浓缩到99%(m/m),MTBE含硫化物30μg/g,可以混兑低硫产品中或循环回分离系统,MTBE几乎无损失。