8-附录五 动态模拟说明书

利用抽余C4年产13万吨甲基丙烯酸甲酯项目酯争朝烯 合肥工业大学酯争朝烯队团队成员：侯鑫 张宇 迟璐璐 刘权锋 艾雪竹指导老师：杨则恒 姚运金 王莉 杨庆春 张卫新动态模拟说明书合肥工业大学酯争朝烯队 艾雪竹1扬子石化年产13万吨PMMA项目酯争朝烯附录五 动态模拟说明书一、概述在化工生产过程中，装置运行效率、产品产量与质量、生产操作的经济性与安全性均受到诸多因素的影响，这些因素具有很强的不确定性与复杂性。为了减少装置运行故障、维持化工装省正常高效的生产操作，可以通过必要的工具对故障进行预测并解决装置运行过格中各种内家带来的操作问题。动态过程模拟即是解决这些问题的工具之一，其在化工生产球作过程中的作用主要包括以下儿点：1、确保安全操作：在装置设计初级阶段对生产操作过程中可能发生的故障及由此产生的影响进行预测，采取相应措施保障装置投产运行后能够有效抵抗这些因素的干扰，实现安全操作；2、减少环境污染：确保在装置出现故障时不会因有害物质泄漏而对周边环境造成污染；3、提升装置操作性能：保证装置有较强的操作灵活性，在短时间内能够适应不同的操作条件，提高装置生产弹性；4、改善开停工过程：降低装置在试运行及开停工过程中发生故障的概率，缩短开停工时间，提高装置总体生产效率；5、维持产品质量：保证所设计的控制方案能够有效抵抗各种因素的干扰，减少不合格产品的产生；6、故障模拟：能够对生产过程中可能发生的故障进行模拟，并对故障解决方案的有效性进行测试；7、优化间歇操作过程：通过分析优化间歌操作参数，达到减少操作时间、提高产品收率、提高间歇操作生产效率的目的。二、精馏塔动态模拟（温度控制结构）1、灵敏板的选择在精馏塔控制过程中，可以通过维持某块塔板温度来控制产品纯度，被选作控制温度的塔板即为灵敏板，目前温度灵敏板选择判据均基于稳态信息，通过Aspen Plus模拟软件分析T0403的灵敏板。将操纵变量，即T0403塔釜再沸器热负荷增加0.1 %，从Aspen中提取每块塔板温度后，计算开环增益，即塔板温度变化量与操纵变量变化量的比值，并用Origin作图，得出下图。图1 开环增益vs.塔板数曲线峰值出现在第36块板，因此选取第36块板作为温度灵敏板。2、搭建控制结构并整合控制参数完成温度完成温度灵敏板选择后，对T0403搭建如下控制回路结构：（1）塔顶压力控制回路；（2）回流罐液位控制回路；（3）塔底液位控制回路；（4）进料流量控制回路；（5）回流量与进料量比值控制回路；（6）灵敏板温度控制回路。Aspen Plus Dynamics已为该塔建立了塔顶压力控制器，因此，通过建立相应的PIDIncr控制器，并选定对应的控制器输入输出信号搭建控制回路。需要特别注意的是由于温度控制存在滞后，因此在温度控制器输入信号端插入死区时间元件，并采用继电-反馈测试系统整定温度控制器参数。测试曲线如图2所示。图2 继电-反馈测试曲线获得的控制器比例增益与时间参数如图3所示，并将得到的比例增益与时间参数更新至温度控制器，至此完成了温度控制器的参数整定。图3 计算温度控制器比例增益和积分时间搭建完成后的精馏过程控制回路如下图所示：图4 精馏塔温度控制策略流程图3、精馏塔控制系统评价在运行初始引入进料量增加10 %的扰动，记录塔釜产品中甲基丙烯酸甲酯的质量流量响应曲线，如下图所示。图5 产品流量在 +10% 进料量扰动下的响应曲线由图5中动态响应曲线可以看出，在进料量的扰动下，建立的温度控制结构能够保证产品产量接近设定值，并可在2.5 h内使产品产量恢复稳定。控制效果良好。三、闪蒸罐动态模拟本项目中MMA精制塔塔顶得到大量正己烷与水的混合物，若直接丢弃将造成资源大量浪费，模拟中用一闪蒸罐将正己烷分离，实现资源回收利用，并建立动态模拟，考察进料量发生变化对闪蒸流程产生的影响。1、搭建控制结构在Aspen Plus Dynamics中为闪蒸动态模型搭建如下控制回路：（1）进料流量控制回路；（2）闪蒸罐液位控制回路；（3）闪蒸压力控制回路。在Aspen Plus Dynamics中选取PIDIncr控制器，并连接相应的输入输出变量，搭建完成后的闪蒸罐动态模拟流程如图6所示。2、测试控制效果在搭建完控制回路后，我们对该控制系统做了评价（图7）：在一小时处添加进料量增加20 %的扰动，扰动持续三小时，该扰动持续三个小时考察闪蒸罐气相出料正己烷流量与摩尔分数的动态响应效果。图6 闪蒸罐动态模拟流程图图7 待测变量响应曲线由响应曲线可知，当进料量增加20 %后，气相产品流量与正己烷摩尔纯度均增加，即被控变量与扰动成正相关。控制效果良好。四、反应器动态模拟MMA聚合过程中当转化率达20 %时，聚合速率明显增高，粘度上升十分之快，以致局部过热，甚至产生暴聚，因此本项目对PMMA聚合釜式反应器进行动态模拟。聚合反应操作温度在120 140 ，在Aspen Plus Dynamics运行1小时，由图8 前