【丙烯精馏塔动态模拟过程分析案例5200字】

丙烯精馏塔动态模拟过程分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u134丙烯精馏塔动态模拟过程分析案例 159101.1丙烯精馏塔动态模拟内容简述 1168271.2导入动态模型 1228441.3丙烯精馏塔冷态开车模拟 2258851.3.1设置初始条件 2164451.3.2冷态开车运行 342931.4温度控制结构 779021.1.1选择温度灵敏板 7177161.1.2温度控制结构 12126101.1.3温度控制响应 1574441.5组成控制结构 1687311.5.1添加组成控制 16287331.5.2组成控制响应 1725981.6组成-温度串级控制结构 1870891.6.1添加组成-温度串级控制 18175751.6.2组成-温度串级控制响应 19324311.7小结 211.1丙烯精馏塔动态模拟内容简述通过稳态模拟确定最佳操作参数和条件，在此基础上进行时间变量的添加从而转化为动态模拟。提出三种添加进料扰动的控制方案，模拟研究进料流量扰动对丙烯精馏塔的影响，分别为添加温度控制、组成控制和串级控制，来实现动态控制，为进一步优化操作、减少经济成本奠定初步基础。1.2导入动态模型AspenPlus和Dynamics结合紧密，可将稳态模拟的结果直接导入到动态模拟当中，为用户调用提供了便利，同时也保证了两者的一致性。只有满足一定条件的稳态模拟才能成功导入Dynamics中，因此在导入AspenPlusDynamics软件前需要进行前期准备工作。（1）添加驱动设备泵和阀门由于稳态模拟中的模型是流量驱动型，在无特殊情况下物流可以从低压单元流向高压单元，所以不必对稳态模型添加驱动设备，丙烯精馏塔在稳态模拟搭建流程时均无泵和阀门。但是与稳态模拟不同的是，动态模拟则需要将其改变为压力驱动，这也是两者最大的区别。在为动态模拟流程添加必要的泵和阀门后运行模拟文件，如图所示：为了能够顺利导入动态模拟，将TPFQ窗口的进料板压力数值复制到阀门V1的OutletPressure中去，保持一致性。因为塔顶出料为气相，所以选用输送气体的风机作为压力驱动设备。需要注意的是，要将阀门V2的有效相态设置为Vapor，阀门V1、V3的有效相态设置为Liquid-Only。运行模拟软件。图35添加压力驱动设备Figure35Addingpressuredrivedevices（2）输入动态数据输入上文求得的塔顶冷凝器、塔底再沸器的结构参数，点击DynamicMode，将稳态模型转化成动态模型。（3）设定塔的水力学参数在Hydraulics窗口输入塔板的结构参数。图36输入塔板结构参数Figure36Inputtingthestructureparametersofthetowerplate（4）导出模拟文件点击PressureDriven，保存导出的文件，成功将稳态模型导入动态模拟。1.3丙烯精馏塔冷态开车模拟1.3.1设置初始条件导出的动态模拟文件初始状态是丙烯精馏塔正常开工状态，因此在进行冷态开车前，要先将所有设备的初始状态设置为冷态。首先将塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷设置为0，使系统在运行一段时间后，温度降低，然后将进口阀门的开度调低至0.1，切断物料流入。不能将塔顶、塔釜出料阀门开度调为0，是为了保证系统压力恒定，接着逐渐关闭塔顶、塔釜的泵和阀门。一定要保证系统压力与外界压力相一致，使顺利开车。图37设置关闭冷凝器和再沸器Figure37Settingoffcondenserandre-boilingdevice完成上述操作后，选择Initialization模式运行。图38冷态开车图Figure38ColdDrivingflowsheet1.3.2冷态开车运行选择动态模式模拟运行，将进料阀门的开度调至50%，保持运行一段时间，使系统内各物流流量和组成达到基本稳定。新建塔顶冷凝器热负荷、塔釜再沸器热负荷、塔顶组成、塔底组成及温度随时间变化的视图，重新启动再沸器和冷凝器，观察上述参数的动态变化。1.3.3获取动态特性上述参数随时间的动态变化视图如下所示：图39进料流量动态变化Figure39Dynamicvariationinfeedflow图40冷凝器热负荷动态变化Figure40Dynamicvariationofthermalloadofcondenser图41再沸器热负荷动态变化Figure41Dynamicvariationinthermalloadofthere-boilingdevice图42塔顶温度动态变化Figure42TemperatureDynamicVariationofTowertop图43塔釜温度动态变化Figure43TemperatureDynamicVariationofTowerkettle图44塔顶丙烯含量动态变化Figure44Dynamicvariationofpropylenecontentintopofthetower图45塔底丙烷含量动态变化Figure45Dynamicvariationofpropanecontentinbottomofthetower通过分析上述开车运行时，丙烯精馏塔各参数随时间动态变化的图像，可以得出丙烯精馏塔冷态开车时的特性。（1）进料流量动态变化表现为先迅速下降，后开始回升，不断地来回波动最终趋于稳定，可以说明，当启用塔顶冷凝器和塔底再沸器时，塔内物流的回流量增加，进口物料的流量就会相应减少，丙烯精馏塔的塔板较多，物流稳定较慢，随着时间的增加，塔顶所需物流不断流出，总体上看，最终进料流量相比最开始还是处于降低状态，启动冷凝器和再沸器致使进口流量发生波动，影响了进料流量的变化。（2）塔顶、塔釜温度动态变化分别表现为，塔釜的温度在波动中呈上升趋势，最后趋于稳定，而塔顶的温度却在波动中呈下降趋势。但是由于塔顶的物料量比塔釜物料量高，且塔顶还有物料回流，致使塔顶温度变化缓和，在更短的时间内可以达到平衡状态，最终趋于稳定。（3）塔顶、塔底关键组分含量动态变化表现为，塔釜丙烷的含量急剧升高，塔顶丙烯的含量呈下降趋势，丙烯与丙烷的分离与温度息息相关，随着塔釜温度的升高，塔底丙烷含量不断升高，最后趋于稳定；而塔顶丙稀的含量也随着塔顶温度的降低而减小。1.4温度控制结构由于灵敏板是对温度的变化较为敏感，因此在选择合适的灵敏板之后，再建立温度控制结构。1.1.1选择温度灵敏板灵敏板可以通过灵敏度判据，在之前的稳态模拟数据中选择，对热负荷添加少许扰动，通过观察温度的变化来选择温度灵敏板。（1）首先将之前通过严格计算获得的丙烯精馏塔塔釜再沸器的热负荷数值带入到系统中，观察并记录每个塔板的温度变化情况。（2）然后给再沸器添加微量（0.1%）的热负荷扰动，再次记录每个塔板的温度变化情况，将两次塔板温度变化情况进行对比。表7选择温度灵敏板Table7Chooseatemperaturesensitiveboard塔板温度(22751.4kW)变化后温度(22771.15kW)比值ΔT/ΔQ℃℃℃/kW147.5352147.53531.06E-06247.5794747.579543.15E-06347.6095947.609662.90E-06447.633747.633772.93E-06547.6552547.655323.08E-06647.6757347.67583.28E-06747.6957447.695823.52E-06847.7155747.715663.77E-06947.7353247.735411.04E-061047.7550447.755141.32E-061147.7747547.774861.61E-061247.7944747.794581.90E-061347.8141947.81435.21E-061447.8339147.834045.53E-061547.8536447.853785.87E-061647.8733847.873526.20E-061747.8931347.893286.56E-06续1847.9128947.913046.92E-061947.9326547.932827.30E-062047.9524247.95267.68E-062147.972247.972388.08E-062247.9919947.992188.48E-062348.0117848.011998.90E-062448.0315948.03189.33E-062548.051448.051629.76E-062648.0712248.071451.02E-052748.0910548.091291.07E-052848.1108848.111141.11E-052948.1307348.130991.16E-053048.1505848.150861.21E-053148.1704548.170731.26E-053248.1903248.190611.31E-053348.210248.210511.36E-053448.2300948.230411.41E-053548.2499848.250311.46E-053648.2698948.270231.51E-053748.289848.290161.56E-053848.3097348.310091.62E-053948.3296648.330041.67E-054048.349648.349991.73E-054148.3695548.369961.78E-054248.3895148.389931.84E-054348.4094848.409911.89E-054448.4294648.42991.95E-054548.4494448.44992.00E-054648.4694448.469912.06E-054748.4894448.489922.11E-054848.5094648.509952.17E-054948.5294848.529982.22E-055048.5495148.550032.28E-055148.5695548.570082.34E-055248.589648.590152.39E-055348.6096648.610222.45E-055448.6297348.63032.50E-055548.6498148.650392.56E-055648.6698948.670492.61E-055748.6899948.69062.67E-055848.710148.710722.72E-055948.7302148.730842.78E-056048.7503448.750982.83E-05续6148.7704848.771142.88E-056248.7906448.791312.93E-056348.8108348.811512.99E-056448.831148.831793.04E-056548.8515248.852223.09E-056648.872348.873023.13E-056748.8939648.894683.18E-056848.9176948.918423.21E-056948.9357548.936563.53E-057048.9531648.954043.88E-057148.9703148.971281.26E-057248.9874148.988471.68E-057349.0045449.005715.12E-057449.0217649.023045.61E-057549.039149.040496.13E-057649.0565749.058096.69E-057749.074249.075867.30E-057849.0919949.09387.95E-057949.1099849.111948.62E-058049.1281649.13039.40E-058149.1465649.148890.0001028249.165249.167730.0001118349.1840949.186840.0001218449.2032749.206260.0001318549.2227549.225990.0001438649.2425649.246080.0001558749.2627349.266550.0001688849.2832949.287440.0001828949.3042849.308770.0001979049.3257449.330590.0002149149.3476949.352950.0002319249.3701949.375880.0002509349.3932849.399440.0002709449.4170249.423670.0002929549.4414649.448650.0003169649.4666649.474430.0003419749.492749.501080.0003699849.5196349.528680.0003989949.5475449.557310.00043010049.5765249.587060.00046310149.6066549.618030.00050010249.6380549.650320.00053910349.6708349.684050.000581续10449.7050949.719340.00062610549.7409849.756340.00067510649.7786549.795190.00072710749.8182449.836050.00078310849.8599249.87910.00084310949.9038949.924530.00090711049.9503549.972560.00097611149.9995150.02340.00105011250.0516150.07730.00112911350.1069250.134540.00121411450.1657250.19540.00130511550.228350.260180.00140211650.2949950.329240.00150511750.3661650.402930.00161611850.4421850.481630.00173411950.5234550.565760.00186012050.610450.655750.00199312150.7034850.752060.00213512250.8031850.855170.00228512350.9099650.965570.00244412451.0243651.083770.00261112551.1468651.210270.00278712651.2705751.345550.00329612751.4094351.49010.00354612851.5576751.644330.00380912951.715751.808610.00408413051.8838251.983220.00436913152.0622552.168320.00466213252.2510752.363950.00496113352.4502252.569960.00526313452.6594552.786010.00556313552.8782753.011550.00585813653.1059853.245790.00614513753.3416353.487690.00642013853.5839553.735980.00668213953.831453.989170.00693514051.0855451.245610.00703614151.3424251.503550.00708214251.6005851.761230.00706114351.8543655.017130.00715414455.109855.270290.00705414555.3694455.5210.00666114655.6270655.772260.006382续14755.8944356.032850.00608414856.1921856.323790.00578514956.5667856.692020.00550515057.1186657.238530.005269图46塔板灵敏度变化图Figure46Sensitivityvariationdiagramoftowerplate根据塔板灵敏度变化图可知，第143块板的开环增益最大，即为曲线的峰值，因此选择第143块板为温度灵敏板。1.1.2温度控制结构选择好温度灵敏板之后，还需要添加进料流量控制、塔压力控制、塔顶液位控制、塔釜液位控制和比值控制回路，就可以保证丙烯精馏塔温度控制结构的合理性。（1）添加进料流量控制将进料流量的控制器命名为“FC”，进口物料质量流量当作控制器输入信号，阀门开度作为控制器输出信号。如图所示：BABACC图47添加进料流量控制Figure47Addingfeedflowcontrol输入信号；B.采集输入信号；C.输出信号设置参数进料流量控制回路设置完成后，需要设置参数，具体设置数据如图所示：图48添加完成的进料流量控制回路Figure48Addedfeedflowcontrolloop图49设置流量控制器参数Figure49ConfiguretheFC依照相同的方法建立其他的控制结构，并进行参数的设置（压力控制为动态模型自动生成），设置如下：表8设置参数Table8Settingupparameters控制回路控制代号输入信号输出信号比例增益,%/%积分时间,min微分时间,min作用方向进料物流流量控制FC进料摩尔流量进料阀V1开度0.50.30反塔顶压力控制PC冷凝器压力冷凝器热负荷20120反塔顶液位控制LC1回流罐液位塔顶出料V2开度299990正塔釜液位控制LC2塔釜液位塔底出料V3开度299990正R/F比值控制R/F进料摩尔流量；R/F=0.925精馏塔回流量///0.925温度灵敏板控制TC第143块塔板温度再沸器热负荷需要整定需要整定需要整定反（3）由于温度控制的不及时性，因此需要添加死区时间，减少时间滞后带来的误差。（4）建立完成丙烯精馏塔模型如下所示：图50温度控制结构流程Figure50Flowsheetoftemperaturecontrolstructure1.1.3温度控制响应（1）进料流量动态测试在稳定运行0.5h后增加进料量10%的扰动，并观察塔顶丙烯的含量和塔底丙烷含量的动态响应，如下图所示:图52进料量干扰测试Figure52Feedinterferencetest从结果中可以看出，当增加进料扰动时，对其它操作参数都产生了不同程度的影响，而对于塔顶和塔釜关键组分产出量影响更为明显，说明在丙烯精馏塔的工作中，塔操作参数不能轻易变动，当进料量没有大幅度的变化时，尽量不要对精馏塔进行调整。（2）进料组成动态测试在保持原进料量的基础上，增加丙烯摩尔流量10%的扰动，降低丙烷摩尔流量10%的扰动。如下图所示:图53进料组成干扰测试Figure53Feedcompositioninterferencetest从结果中可以看出，当增加进料组成中丙烷的摩尔分数后，塔顶丙稀的摩尔分数在5h内由0.735变化到0.690，变化较缓慢，且塔顶丙烯的采出量不断下降。当增大进料丙烷浓度时，可以相应降低塔顶丙烯的采出率，因此可以通过加大丙烷的采出量，降低丙烯收率的方式稳定来塔顶丙烯的纯度要求。1.5组成控制结构1.5.1添加组成控制需要注意的是，组成控制结构要添加更久的死区时间。（1）设置参数表9设置参数Table9Settingupparameters控制回路代号输入信号输出信号比例增益,%/%积分时间,min微分时间,min作用方向压力控制PC冷凝器压力冷凝器热负荷20120反回流罐液位控制LC1回流罐液位塔顶出料V2开度299990正塔釜液位控制LC2塔釜液位塔釜出料V3开度299990正进料物流流量控制FC进料摩尔流量进料阀V1开度0.50.30反R/F比值控制R/F进料质量流量；R/F=0.925精馏塔回流量///0.925组成控制CC塔顶丙烯摩尔分数再沸器热负荷需要整定需要整定需要整定反（2）建立完成丙烯精馏塔模型如下所示：图54组成控制结构流程Figure54FlowsheetofCompositioncontrolstructure1.5.2组成控制响应与温度控制响应同理。（1）进料流量动态测试图55进料量干扰测试Figure55Feedinterferencetest（2）进料组成动态测试图56进料组成干扰测试Figure56Feedcompositioninterferencetest1.6组成-温度串级控制结构将温度、组分控制通过串级形式结合起来测试，对比单一控制结构。1.6.1添加组成-温度串级控制（1）设置参数表10设置参数Table10Settingupparameters控制回路控制代号输入信号输出信号比例增益,%/%积分时间,min微分时间,min作用方向进料物流流量控制FC进料摩尔流量进料阀V1开度0.50.30反塔顶压力控制PC冷凝器压力冷凝器热负荷20120反塔顶液位控制LC1回流罐液位塔顶出料V2开度299990正塔釜液位控制LC2塔釜液位塔底出料V3开度299990正R/F比值控制R/F进料摩尔流量；R/F=0.925精馏塔回流量///0.925温度灵敏板控制TC第143块塔板温度再沸器热负荷需要整定需要整定需要整定反组成控制CC塔顶丙烯摩尔分数再沸器热负荷需要整定需要整定需要整定反（2）建立完成丙烯精馏塔模型如下所示：图57组成-温度串级控制结构流程Figure57FlowsheetofComposition-