15 RadFrac的收敛.doc

第十五章 RadFrac的收敛目的：介绍在RadFrac模型中可用的收敛算法和初始化策略。（1）RadFrac的收敛方法RadFrac模型为求解分离问题提供了多种收敛方法。每个收敛方法代表一种收敛算法和一个初始化方法。可用的收敛方法如下：l Standard（标准的，缺省的）l Petroleum / Wide-Boiling（石油/宽沸程）l Strongly non-ideal liquid（强非理想液体）l Azeotropic（共沸的）l Cryogenic（低温的）l Custom（定制的）方法算法初始化StandardStandardStandardPetroleum / Wide-boilingSum-RatesStandardStrongly non-ideal liquidNonidealStandardAzeotropicNewtonAzeotropicCryogenicStandardCryogenicCustom任选其一任选其一（2）RadFrac的收敛算法RadFrac提供了四种收敛算法：l Standard（有Absorber=Yes或No）l Sum-Rates（流率求和）l Nonideal（非理想的）l Newton（牛顿）（3）标准算法Standard（缺省时，Absorber = No）算法：l 使用原始的I-O方法l 对大多数问题都很有效和快速l 在中间回路中求解设计规定l 对于求解沸程非常宽或高度非理想的混合物可能有困难当Absorber=Yes时的Standard算法：l 使用与古典的流率求和算法类似的修正的方法l 只使用于吸收塔和汽提塔l 收敛迅速l 在中间回路中求解设计规定l 对于求解高度非理想的混合物可能有困难（4）流率求和算法Sum-Rates算法：l 使用与典型的流率求和算法类似的修正的方法l 可在求解塔描述方程的同时求解设计规定l 对于宽沸程混合物和带有许多设计规定的问题是非常有效和快速的l 对于高度非理想的混合物可能有困难（5）非理想算法Nonideal算法：l 在局部物性方法中包括组成相关性l 使用连续收敛法l 在中间回路中求解设计规定l 对于非理想问题是很有效的（6）牛顿算法Newton算法：l 是Newton方法的一个典型应用l 可以同时求解所有塔的描述方程l 用Powell折线策略来稳定收敛l 能够同时或在外部回路中求解设计规定l 能很好地处理非理想物系，并可在求解附近极好地收敛l 对共沸蒸馏塔推荐使用该算法（7）气-液-液计算对于三相的汽-液-液体系可以使用Standard、Newton和Nonideal算法。在RadFrac Setup Configuration页上，在Valid Phases（有效相）域中选择Vapor-Liquid-Liquid。Vapor-Liquid-Liquid计算：l 严格地处理包括两个液相的塔计算l 处理倾析器l 用下列方法求解设计规定： 对Newton算法即可用同时（缺省的）回路方法也可用中间回路方法 所有其它算法都用中间回路方法（8）收敛方法的选择对于Vapor-Liquid（汽-液）体系，要首先用Standard收敛方法。如果Standard方法失败，再用下列方法：l 如果该混合物的沸程非常宽则用Petroleum/Wide Boiling方法l 如果该塔是一个吸收塔或汽提塔，则用Custom方法，并在RadFrac Convergence Algorithm页上将Absorber改为Yesl 如果该混合物是高度非理想，则用Strongly non-ideal liquid（强非理想液体）方法l 对于可能有多解的共沸蒸馏问题用Azeotropic方法。对于高度非理想体系也可以使用Azeotropic算法对于Vapor-Liquid-Liquid（汽-液-液）体系：l 首先在RadFrac Setup Configuration页的Valid Phases域中选择Vapor-Liquid-Liquid，并使用Standard收敛方法l 如果Standard法失败，再试一下用Nonideal或Newton算法的Custom方法（9）RadFrac的初始化方法Standard是RadFrac模型的缺省初始化方法。该方法有下列功能：l 对合成进料执行闪蒸计算以得到平均的气体和液体组成l 假定一个恒定的组成分布数据l 根据合成进料的泡点和露点温度估算温度分布数据（10）专用的初始化方法专用的初始化方法有四种。使用用于Crude（粗的）带有多采出点塔的宽沸程体系Chemical（化学的）窄沸程化学体系Azeotropic（共沸的）共沸蒸馏塔Cryogenic（低温的）低温的应用（11）估算RadFrac模型通常不要求温度、流量和组成分布估值。RadFrac可能要求：l 在出现收敛问题的情况下要求估算温度作为第一个尝试数据l 对宽沸程混合物的分离要求液体和/或气体流量估值l 对于高度非理想体系、极端宽沸程（例如，富氢的）体系、共沸蒸馏体系或汽-液-液体系要求组成估值（12）组成的估算下面的例子说明了在极端宽沸程体系中需要组成估算值：（13）练习：RadFrac的收敛目的：应用收敛技巧收敛氯乙烯工厂中的HCl塔。NSTAGES = 35Mass-RR = 0.7D:F = 1.0 (基于HCl)P: 17.88 bar (冷凝器) 18.24 bar (再沸器)进料: Above-Stage 17冷凝器: Partial-Vapor进料：130000 kg/hT = 50P = 18 barHCl = 19.5%wtVCM = 33.5%wtEDC = 47.0%wtl HCl：Hydrogen-Chloride（氯化氢）l VCM：Vinyl-Chloride（氯乙烯）l EDC：1,2-diChloroethane（二氯乙烷）l 采用PENG-ROB物性方法l 文件名：VCMHCL.BKP画流程图如下。其中COLUMN模块采用Columns/RadFrac模型。在Setup/Report Options Stream页上选中Mass项。输入组分HCl、VCM、EDC。采用PENG-ROB物性方法。指定FEED物流。进料：130000 kg/h、T = 50、P = 18 bar、HCl = 19.5%wt、VCM = 33.5%wt、EDC = 47.0%wt指定COLUMN模块。NSTAGES = 35、冷凝器：Partial-Vapor、D:F = 0.2（基于HCl）、Mass-RR = 0.7。点击Feed basis按扭指定D:F的基准。点击设定D:F的基准D:F基于HCl。进料：Above-Stage 17。P：17.88 bar（冷凝器）、18.24 bar（再沸器）。运行如下。HCl（在BOT中）和VCM（在DIST中）的质量分率分别为0.002和0.013。上述HCl和VCM的含量太高。下面做两个设计规定：（1）改变Mass-RR = 0.7-1.2，使HCl质量分率（在BOT中）= 5 ppm；（2）改变D:F = 0.9-1.1，使VCM质量分率（在DIST中）= 10 ppm。下图中点击New.添加一个新的设计规定。点击New.按扭添加一个新的设计规定输入ID。HCl的质量分率5 ppm，Stream type选Product。HCl在物流BOT中，Base components选上所有组分。Product streams选BOT。创建第二个设计规定。VCM的质量分率10 ppm，Stream type选Product。VCM在物流DIST中，Base components选上所有组分。Product streams选DIST。点击New.按扭添加一个新的变量点击New.添加一个新的变量。输入ID。变量为RR，范围0.7-1.2。创建第二个变量。变量为D:F，范围0.9-1.1。重新运行如下。结果有错误，不收敛。回至Blocks/COLUMN/Setup页，将Convergence由Standard（默认值）改为Custom。在Blocks/COLUMN/Convergence页上，将Algorithm改为Sum-Rates。重新运行如下。结果收敛。查看物流结果。HCl和VCM质量分率分别降至为5和10 ppm，达到设计规定要求。变量Mass-RR最终计算值为0.75170929。变量D:F最终计算值为0.99998519。（14）补充：RadFrac的收敛问题如果RadFrac没收敛，做以下工作会有帮助：l 检查正确地规定了有关物性方面的问题（物性方法的选择、参数可用性）l 确保塔操作条件是可行的l 如果塔的err/tol是一直减少的，在RadFrac Convergence Basic页上增加最大迭代次数l 在RadFrac Estimates Temper