内部热耦合精馏塔动态流程模拟系统及方法

摘要

一种内部热耦合精馏塔动态流程模拟系统，包括与内部热耦合精馏塔连接的现场智能仪表、控制站、数据库以及上位机，上位机包括：信号采集模块，求解计算主模块，过程：设定塔的结构参数和操作参数，设定起始时刻tstart，终止时刻tend；指定初始时刻的各塔板液相组成和液相流量，令当前迭代时间t＝tstart；对每一个塔板，分别其平衡温度和汽相组成、汽液相的焓值、汽液相流量和(t+Δt)时刻的各塔板液相组成和液相流量；令t＝t+Δt，用新的各塔板液相组成和液相流量返回迭代，直到t≥tend，结束迭代，输出结果。以及提出了一种内部热耦合空分塔动态流程模拟方法。本发明提供一种能够快速准确模拟内部热耦合空分塔动态流程的系统及方法。

主权项

一种内部热耦合精馏塔动态流程模拟系统，包括与内部热耦合精馏塔连接的现场智能仪表、控制站、数据库以及上位机，所述现场智能仪表与控制站、数据库和上位机连接，其特征在于：所述的上位机包括：信号采集模块，用以采集当前生产工况数据；求解计算主模块，用以求解计算，采用以下过程来完成：1)设定塔的结构参数和操作参数，设定起始时刻tstart，终止时刻tend；2)指定初始时刻的各塔板液相组成和液相流量，令当前迭代时间t＝tstart；3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；4)对每一个塔板，分别计算汽液相的焓值；5)由式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量： V j + 1 H j + 1 G + U j - 1 H j - 1 L + F j H j F - ( V j + S j G ) H j G - ( U j + S j L ) H j L - Q j = 0 - - - ( 1 ) V j + 1 + U j - 1 + F j G + F j L - ( V j + S j G ) - ( U j + S j L ) = 0 - - - ( 2 ) 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，HG和HL分别是汽液相焓值，下标j‑1、j、j+1分别表示第j‑1、j、j+1块板，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算：Q＝UAΔT    (3)其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差；6)计算(t++Δt)时刻的各塔板液相组成和液相流量： d x i , j dt M j = U j - 1 x i , j + 1 + V j + 1 y i , j + 1 + F j z i , j - ( U j + S j L ) x i , j - ( V j + S j G ) y i , j - - - - ( 4 ) [ U j - 1 + V j + 1 + F j - ( U j + S j L ) - ( V j + S j G ) ] x i , j d U j dt = 518.13 ρ j - 1 / 3 A a - 1 L 2 / 3 U j 1 / 3 [ U j - 1 + V j + 1 + F j - ( U j + S j L ) - ( V j + S j G ) ] - - - ( 5 ) x i , j ( t + Δt ) = x i , j ( t ) + d x i , j dt Δt - - - ( 6 ) U j ( t + Δt ) = U j ( t ) + d U j dt Δt - - - ( 7 ) 其中，Δt是迭代步长，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，ρ是液相密度，Aa是塔板有效面积，l是塔板堰长，下标i＝1，...n表示组分，n表示组分数，上标(t)和(t+Δt)分别表示时刻t和t+Δt，M表示塔板持液量，由下式计算： M j = ρ j A aj [ h wj + 0.00284 ( U j ρ j l j ) 2 / 3 ] - - - ( 8 ) 其中hw是溢流堰高；7)令t＝t+Δt，用新的各塔板液相组成和液相流量返回3)迭代，直到t≥tend，结束迭代，输出结果。