HYSYS塔模块使用技巧.doc

HYSYS塔模块使用技巧软件会对塔顶进行第二液相检查，如果存在第二液相，并且没有游离水抽出，会给出警告信息。如果设置了游离水抽出，软件会对塔盘从上之下检查，直到没发现第二液相。如果检查到中间塔盘开始不出现第二液相，但后续塔盘又出现第二液相，则软件对后续塔盘是不做检查的。三种方式对塔提供计算初值：1、刚开始建塔（专家系统）；2、在Parameters-Profiles或Estimates；3、在Design-Monitor或Specs；塔的估计值（初值）有三类：1、塔盘温度（Parameters-Profiles）；2、塔盘气液相负荷（Parameters-Profiles）；3、塔盘上的物质组成（Parameters-Estimates）；4、未激活的设计规定项（Design-Monitor或Specs）；如果塔顶规定过冷液体采出，则回流罐的合理温度估计值（Parameters-Profiles）为泡点温度，给过冷温度可能难收敛。板间进料和板上进料。软件默认设置为板上进料，即进料气液相与塔盘上的气液相混合，然后进行一次闪蒸。可通过Design-Connections或Flowsheet-Setup，将Inlet Streams设置为Split实现板间进料，即进料气液相在进料时分开，气相进入进料板的上一层塔盘，液相进入进料板。模拟计算需要给定塔的基本参数：1、塔板数（不包括冷凝器、再沸器）；2、塔内压力分布（包括冷凝器、再沸器），通常给定冷凝器及塔顶压力、塔底及再沸器压力，软件对中间塔板上的压力通过线性内插计算；3、进料流股数及位置、产品流股数及位置；4、如果有中段、侧线汽提、侧线精馏等，需给定数量及位置；软件支持输出中段回流的能量流股，也可将中段回流的进出物流以虚拟物流的形式从塔环境中输出到Main Flowsheet中。在Side Ops-Pump Arounds中勾选Export可引出中段回流的虚拟物流。塔环境内部采用了联立方程算法，因此在塔环境中设置循环物流不需要（也无法使用）Recycle模块。在基础环境-Fluid Pkgs中可设置塔环境和主流程使用不同的流体包，如果在主流程中删除了与塔相连的物流，则塔环境中对应的物流（Internal Stream）也会被删除。当主流程中建立物流，塔环境中的物流也会随之建立，并且物流名称相同。但在塔环境中建立或删除物流，主流程成中是不会有影响的。在Preferences-Simulation-Column中可关闭塔的专家输入系统。回流比是指返回塔顶的液相流量除以塔顶回流罐采出的总流量（气相和液相物流，但不包括游离水）。三相精馏的默认计算方法是Spare Continuation Solver，对强非理想体系有很好的支持。软件默认使用Inside-Out算法，内层计算的收敛容差为Heat/Spec Errors，外层计算的收敛容差为Equilibrium Errors，内层容差默认值为0.0005，外层容差的默认值为0.00001,。Design-Monitor或Specs或Specs Summary中的内容项是相同的，都可指定设计规定。Design-Monitor中的Active、Estimate、Current复选框之间的关系：1、通常，勾选Active，其余两个自动勾选，并且无法取消。不勾选Active，Estimate自动勾选，Current随之不勾选，但此时也可手动取消Estimate，如果仅勾选Estimate，该项目仅作估计值。Current不能手动勾选或取消；2、如果在Specs Summary中设置可转移设计规定项，当迭代次数超过最小迭代次数且塔还未收敛，则某一个或多个设定为Active项，其原本勾选的Current项会转移到所指定的非Active项。Design-Monitor中的Update Inactive按钮的作用是将Specified Value用Current Value更新；Group Active的作用是将Active项顶置。对于某些难收敛的设计规定，可将这些规定的Spec Type设置为Ranged Spec（范围内收敛）或Alternate Spec（可转移的设计规定项）。如果在这两个模式下收敛，则收敛标志以紫色显示（通常是绿色）。使用Ranged Spec或Alternate Spec的前提：1、仅支持Inside-Out、Modified Inside-Out算法；2、在Parameters-Solver单击Advanced Solving Options按钮进行配置：最小迭代次数（触发这两种计算方式的最小迭代次数）、设置Alternate Spec或Ranged Spec的优先级（不清楚可设置Auto Reset）3、对于Alternate Spec，在Specs Summary中必须使转移项与被转移项的数目相等（Alternate的个数为偶数）。Parameters-Profiles提供温度和塔内气液相负荷估计，Parameters-Estimates提供组成估计。Lock按钮表示对估计值进行锁定，此时估计值的字体为蓝色，Unlock的功能则相反。Lock与Unlock的区别：当用Reset重置塔的计算时，使用Unlock的估计值会被清空；使用Lock的估计值会被保存，下次运行时就容易收敛，但当塔第一次收敛后，估计值会被新的计算值所更新，不收敛则保持原来的估计值。软件默认对温度和气液相负荷的估计值Lock，对组成的估计值为Unlock。软件对塔计算的迭代次数一般指的是外层循环的迭代次数，但如果用牛顿算法，内层循环50次不收敛则终止计算。Equilibrium Error指的是对气相摩尔分率计算，等于sum1-sum(各板气相组成)20.00001。外层迭代用严格热力学模型，因此其要求的精度较高。Heat/Spec Error指的是热平衡容差与设计规定的容差加和，代表了内层迭代的误差，由于其运用简单热力学模型，其规定的精度不能高于Equilibrium Error。简单热力学模型的计算结果需要外层严格热力学模型来更新。Jacobian矩阵用于求解内层迭代，如果塔运算时收敛困难，一直在求解内层的Jacobian矩阵，此时屏幕上报告的迭代次数不增加，那么就没必要继续运算。需检查初值、设计规定、塔的配置是否正确。Reset按钮的作用：清除塔的所有计算值和未锁定的估计值（红色字体，但默认Solver设置中默认保持上一次收敛结果作为下一次计算的初值）。如果你在塔收敛后做了较大的输入调整，则下次计算时建议使用Reset按钮；如果仅稍微调整，则下次计算直接按Run。通常，在Parameters-Solver中，默认勾选Save Solutions as Initial Estimate，这样每次收敛后，用计算值作为下次计算的初值，在Parameters-Profiles中就会有体现。如果塔板上出现超临界流体，此时状态方程是无法计算的，软件默认用理想K值模型来计算。在Parameters-Solver中，Super Critical Handling Model，默认设置为Simple K。软件对塔的计算提供多种计算方法：Default Inside-Out、Modified Inside-Out、Newton Raphson Inside-Out、Sparse Continuation solver、Simultaneous Correction。前两者不支持塔内发生化学反应，后三者支持；Sparse Continuation solver是唯一支持三相精馏的算法，Default Inside-Out、Modified Inside-Out仅可支持有游离水抽出的三相体系。Default Inside-Out：通用算法，支持大多数过程求解Modified Inside-Out：通用算法，对塔环境中使用混合器、三通、换热器的计算容易收敛Newton Raphson Inside-Out：通用算法，对塔盘上的液相发生动力学反应的体系，计算容易收敛Sparse Continuation Solver：支持双液相体系，主要用于求解高度非理想的化学体系及反应精馏体系Simultaneous Correction：对化学体系支持较好，同样也支持反应精馏体系阻尼因子（Damping Factor）用于控制由内层简单热力学模型计算更新至外层计算时的步长。如果遇到Heat/Spec误差小，但Eqm的误差开始发散或震荡，将阻尼因子设为0.30.9。默认阻尼因子为1.0，可适应大部分情况的计算。通常阻尼因子保持默认值，改变阻尼因子容易使内层循环不容易收敛。如果是高度非理想体系，需减小阻尼因子，如果存在共沸物，需勾选Azeotropic（注：此时实际阻尼因子为负值，但显示仍是正值）阻尼因子有两种方式给定：固定（Fixed）和自适应（Adaptive）。默认使用固定，如果出现难收敛的情况，可尝试使用自适应。自适应的阻尼因子可根据计算周期（Adaptive Damping Period，默认为10，即迭代10后根据情况软件会自动调整阻尼因子）自动调整，如果勾选Reset Initial Damping Factor，若果阻尼因子已经与初始值不同，无论塔是否收敛，都会将阻尼因子重新恢复到初始值。阻尼因子设置技巧：通常设为Fixed，值为1.0；如不收敛，将值设为0.30.7；仍不收敛，设为Adaptive，初始值可设为1.0，周期默认10，建议勾选Reset Initial Damping Factor，这样每次都以初值阻尼因子为1.0开始计算。对于三相精馏塔，Parameters-2/3 Phase页面才有用，对于液液萃取塔，该页面置灰。在Parameters-2/3 Phase页面，当需要检查某层塔盘是否存在第二液相，需勾选Check，如果Petro-SIM计算存在第二液相，软件会对Detected勾选，并计算出第二液相流量。Boil Up Ratio（再沸比），指再沸器中气相物流进入上层塔盘的流量，比上液相物流（通常指抽出物流）的流量。勾选Side Ops-Pump Arounds中的Export，可输出中段回流的虚拟物流。Performance页面用于查看模拟结果，Performance-Plots页面，设置查看物流的流量，在Phase组合面板中，Bulk Liquid指液相总流量，Light Liquid指第一液相，Heavy Liquid指第二液相。Bulk Liquid = Light Liquid + Heavy Liquid；在Tray Flow Basis组合面板中，Net基准指的是塔盘之间物流的流量基准，Total基准则还包含侧线抽出流量和中段回流量。当塔的内部和外部使用不同的物性方法，内部物流数据和外部物流数据需要传递，默认传递基准为P-H FlashP-H闪蒸，压力和焓是直接在内外物流中传递，温度、气相分率等参数是计算得到的。能流用None Reqd，因为能量是直接传递的。对进料物流使用Split，将进料物流分为气相和液相，气相进入上一层板，液相进入进料板。相当于Aspen Plus的Above Stage（板间进料）。如果进料物流（包含气液相）使用Split，将减少一次闪蒸计算，闪蒸段温度会提高。Flowsheet-Internal Streams中，构建塔内某层塔盘的虚拟物流，该物流在塔环境中处于未连接状态，不计入物料平衡计算。可以使用Export选框，将物流在Main Flowsheet中输出。需要的初值：塔顶、塔底、某一两个侧线的温度有助于收敛；不需要的初值：塔内各个塔板的气液相（负荷）流量如果Eqm误差接近零，Heat/Spec误差基本维持不变（如在0.13附近），则没必要继续运算，需检查规定值是否有错误。运行塔时，未收敛前，塔的压力、塔板数、进料抽出位置、中段回流位置不要随便更改。要塔收敛，首先考虑的是给定合适的回流比、中段回流热负荷等初值，抽出产品的流量可以稍作调整。塔顶流量的估计值=所有期望的塔顶轻组分+少量重关键组分给定的回流比初值不合理通常对塔的收敛影响不大。但对沸点相当的物质进行分离会有影响的如果塔内有惰性气体，如H2、N2，需要对塔顶流量给定合理的初值，否则塔顶的泡点值可能偏差很大。如果有蒸汽汽提，确保塔顶回流罐设置游离水抽出出现