ECSS工程化学模拟系统及其在化工过程中的应用

1 概述 随着电子计算机在化工领域的逐渐普及,化工过程模拟系统软件在过程设计、开发、设备改造、模拟调优诸方面发挥着越来越重要的作用。青岛化工学院受国家自然科学基金和化工部的资助,于1987年开发成功了工程化学模拟系统,简称ECSS(Engineering Chem-istry Simulation System)。 到目前为止,ECSS作为国内唯一的大型微机汉化化工应用软件,已在50余家石油、化工、冶金、轻工、制药等行业的设计、研究单位和企业中装机运行。2 ECSS的总体结构及功能2.1 ECSS的总体结构 ECSS的总体结构可以分为5级:数据库、基础子程序、单元模块、功能子系统、系统。它们之间关系如图1所示。     

基于价格的精馏过程综合的研究

过程系统综合通常以系统的经济效益最优为设计目标。根据精馏系统的用能特点,把分离过程综合问题表述为一个混合整数非线性规划问题。基于提出的热(火用)价格模型方案,以(火用)经济为目标,用改进的模拟退火算法研究了十组分烃类的精馏过程综合问题。在算例中,精馏系统的公用工程分别采用不用的类型。结果表明以(火用)经济为目标优化分离过程综合问题,充分满足了节能与节钱并重的要求,可以从众多的分离方案中得到更合理的精馏流程结构方案；采用多种公用工程的精馏系统比采用一种公用工程的精馏系统经济效益更好。从分离方案中得到最优的精馏流程结构方案及数据,可以为工厂的设计提供非常有价值的参考。     

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。     

石油磺酸盐生产过程中溶剂精馏过程的模拟分析

胜利石油磺酸盐采用三氧化硫液相磺化反应制得,其磺化剂和原料油均使用1,2-二氯乙烷作为溶剂稀释。为保证磺化剂配制的安全性,1,2-二氯乙烷精制纯度须达到99.9%。采用AspenPlus软件对1,2-二氯乙烷的精馏提纯系统进行化工过程模拟,并对模拟过程与实际操作的吻合性进行验证。在优化模拟中考察了回流比以及进料位置对精制产品质量的影响。发现:提高回流比至4以上、将二塔底部进料方式改为塔中适宜位置进料,精馏出的1,2-二氯乙烷含量可达99.9%以上,现场试验结果与模拟结果基本吻合。     

满足不同需求的水热电联产系统的模型和设计简

In order to improve the energy efficiency, reduce the CO2 emission and decrease the cost, a cogenera- tion system for desalination water, heat and power production was studied in this paper. The superstructure of the cogeneration system consisted of a coal-based thermal power plant （TPP）, a multi-stage flash desalination （MSF） module and reverse osmosis desalination （RO） module. For different demands of water, heat and power production, the corresponding optimal production structure was different. After reasonable simplification, the process model ot each unit was built. The economical model, including the unit investment, and operation and maintenance cost, was presented. By solving this non-linear programming （NLP） model, whose objective is to minimize the annual cost, an optimal cogeneration system can be obtained. Compared to separate production systems, the optimal system can reduce 16.1%-21.7% of the total annual cost. showing this design method was effective.     

基于有效能分析的复杂精馏塔优化设计

提出了以有效能消耗最小为目标的复杂精馏塔优化设计新方法。给出了精馏塔优化设计模型及最佳进料位置、适宜理论板数NT、塔内换热器简约的确定方法,并以两组分正庚烷和乙苯的混合物为例进行设计与讨论。优化后的精馏塔含有中间换热器,与传统的简单塔有本质的区别,平衡线和操作线均处于相对平均的位置,更节能。     

连续波长紫外分光光度法对合成食用色素混合体系的同时定量测定

提出一种用连续波长的紫外光谱吸光度数据对多组分合成食用色素的定量分析方法。该方法利用连续波长信息把吸光系数和待测浓度同时作为自变量,建立非线性优化模型,对于组分浓度差较小的混合物体系经一次优化分析可得待测浓度。混合物中浓度差较大的体系经四次左右优化迭代,逐步降低误差得分析结果。利用本法对四组分混合色素体系分析结果表明,该法稳定、准确、简便快速、实用灵活,可对色素混合物体系进行定量测定。     

多相多组分体系相平衡计算的改进τ因子法

提出了一种多相平衡计算的改进τ因子法,该方法基于一种修正各相摩尔分数和的概念,研究模型的建立和用遗传算法计算多组分复杂体系的相平衡问题。首先通过建立数学模型,将相平衡计算问题转化为带线性约束的非线性规划(NLP)问题;其次用遗传算法对模型进行求解,并通过对优化变量采取动态边界的可行域编码方法保证了算法的有效实施;最后对2个体系的计算表明,结果与文献值相吻合,且此方法不仅可以求解不含化学反应体系的相平衡问题,也同样适用于含化学反应体系的相平衡计算,是一种比较可靠和通用的方法。     

基于优化的反应精馏塔简捷设计

基于G ibbs自由能最小原理达到反应和相平衡的假设,提出了一种适用于初步设计的新的设计方法。以甲基叔丁基醚和碳酸二乙酯的反应精馏过程为例,应用Aspen软件模拟,经分析发现,通过改变理论级数和回流比,可得到合理的塔内温度分布,从而使塔底产品组成得到最大程度的提高,为此提出基于优化的设计法:以产品组成最大为目标函数,以回流比、精馏段和提馏段理论板数为决策变量,采用遗传算法进行优化计算。结果表明,2个设计实例均能在保证低能耗的同时得到较高的产品纯度,说明该设计方法可以设计出较好的反应精馏塔。     

基于溶解度参数的界面张力分子模拟

介绍耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)模拟的基本原理和基于粒子数计算液液界面张力的溶解度参数法(WSG法).计算13组物系的模拟表明,WSG法不适用于界面张力较小的体系.因而提出修正方案,即取粒子数小于1,计算结果令人满意.