多元精馏塔非平衡级模型及仿真——Ⅱ.仿真与分析

以某芳烃联合装置中具有５０块塔板、８个组分的大型抽出液塔为对象，采用非平衡级模型进行仿真计算。结果表明，与平衡级模型相比，非平衡级模型具有更好的通用性和精度，在相同精度下，用分割迭代方法求解模型方程组，速度优于牛顿法。     

多元精馏塔非平衡级模型与仿真：Ⅰ.模型的建立与求解

从应用的角度，对Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｔｈｙ和Ｔａｙｌｏｒ的速率模型进行了改进，给出了一种新的多元精馏塔非平衡级仿真模型。通过引入分离效率函数，巧妙地将模型方程化简为三对角矩阵形式，采用分割法选代求解，并用有界Ｗｅｇｓｔｅｉｎ法加速收敛，具有对初值要求不高，计算量小，收敛稳定等优点。该模型既保持了原速率模型的特点，结构简单，又易于求解，适用于精馏塔的工艺设计和操作分析。     

非平衡级稳态和动态模型仿真技术研究丙烯塔控制方案

针对控制系统分析与设计中存在的问题,开发了一个基于非平衡级模型的仿真软件,包括稳态、动态和控制系统模型,并用于丙烯塔控制系统的研究。对该塔曾经存在不同看法的塔板效率、灵敏板选取、单温差和双温差控制系统的选取以及直接物料平衡和间接物料平衡的选取等问题,通过仿真提出了一些新的论点,其结果符合生产实际。     

精馏塔静态仿真

运用多项式描述精馏塔各个变量逐板分布的原理，可以显著减小精馏塔数学模型的维数，大大缩短仿真时间。所得简化模型具有较高的精度，且可根据需求进行相应的调整。通过对某脱乙表馏塔的静态仿真，证实了这种简化模型化方法的有效性。     

用ChemSep软件研究气液传质的非平衡级与平衡级模型

采用ChemSep软件 ,针对常规精馏和吸收塔 ,分别选用非平衡级模型与平衡级模型对 3个实例 (两个来自文献 ,一个是工业化的复杂塔 )进行了模拟计算 ,找到它们之间的一种对应关系并解释了其中的原因     

精馏塔静态仿真──Ⅲ．多项式正交配置方法的应用

运用多项式描述精馏塔各个变量逐板分布的原理，可以显著减小精馏塔数学模型的维数，大大缩短仿真时间。所得简化模型具有较高的精度，且可根据需求进行相应的调整。通过对某脱乙烷精镏塔的静态仿真，证实了这种简化模型化方法的有效性。     

非平衡级模型及其在化工分离过程中的应用

分离过程在化工、炼油、制药、环保、冶金等行业有着广泛的应用 ,其中精馏、吸收、萃取等分离过程应用最为广泛。因此 ,描述分离设备的传质规律 ,对分离过程的计算与设备的设计极为重要。长期以来 ,化工分离设备的设计与模拟都沿用1 893年Ｓｏｒｅｌ研究稳态精馏过程时提出的平衡级模型。这种模型把传质设备描述为串连的“级” ,如图1。板式塔中的“级”是一块塔板 ;填料塔可根据填料的等板高度把填料层分成若干段 ,每段看作一个“级”。平衡级模型假定离开级的两相物流处于热力学平衡状态 ,温度相同 ,各组份在两相的化学势也相等。平衡级模…     

精馏塔静态仿真──Ⅱ．分段数学模型的应用

为了减少精馏塔的静态仿真时间，必须降低数学模型的维数。本文应用分段集结原理，建立了精馏塔的分段数学模型。它不仅显著地降低了数学模型的维数和计算时间，而且所得仿真结果能够准确契合精确模型的输出。通过对某丙烯腈萃取精馏塔的仿真研究，证实了这种分段模型化方法的有效性。     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 II . 模型求解与仿真分析

 结合动态机理模型的特点，将泡点方程的求解问题转化为微分方程的求解问题，以便于机理模型的应用。以某乙烯生产装置中具有127层塔板、中间再沸器、侧线抽出的，四组分混合物为原料的乙烯精馏塔作为研究对象，建立其动态机理模型。通过对模型中微分方程的刚性分析，选取了基于隐式Runge-Kutta法（TR-BDF2）的积分方法对模型进行求解，大大提高了模型的求解效率。通过仿真对比表明，降液管对多元精馏塔的分离计算具有较大的影响，考虑降液管的影响将更加符合实际工况。     

精馏塔静态仿真：Ⅳ.分段正交配置方法的应用

将分段集结原理同多项式正交配置方法有机地结合起来，开发了一种新型的分段正交配置简化模型化方法，有效地克服了由精馏塔变量的不连续性所引起的模型误差，显著地提高了数学模型的准确度。通过对某丙烯腈萃取精馏塔的稳态仿真，充分证实了这种模型化方法的优越性。     

模拟多元分离过程的非平衡级模型 RATEFRAC

基于速率的非平衡级模型,将分离过程作为速率过程处理,它替代了平衡过程,因而不需要依靠板效率和等板高度等经验因素,弥补了平衡级模型的不足之处.介绍了基于速率的非平衡级模型的工业软件RATEFRAC、主要功能和RATEFRAC在国外应用的典型实例,以及该模型用于气体分馏和酸性水处理的结果.通过与平衡级模型的比较,阐述了非平衡级模型的特点及应用前景.     

二元高纯精馏塔动态建模及仿真

基于二元高纯度精馏塔的动态响应的特点，该文系统化地提出了一种新颖的精馏塔动态建模方法。在一定的假设条件下，仅仅需要稳态设计数据及操作条件，便能构造精馏塔的状态空间数学模型，而且所得模型可直接用于控制系统的设计与分析。通过对某二元高纯度精馏塔的计算机仿真，证明了该建模方法具有较强的鲁棒性和令人满意的准确度。     

采用非平衡级模型模拟催化精馏过程的研究

将化学反应分解成组分生成反应和消耗反应,定义组分的消耗反应速率常数,引入到传统的三对角矩阵法中,提出了改进的三对角矩阵法。用非平衡级模型模拟尿素醇解法合成碳酸二甲酯(DMC)的催化精馏反应过程,采用改进的三对角矩阵法进行求解。模拟结果和实验结果的比较表明,各工艺条件下DMC收率的平均相对误差为3.78%。改进的三对角矩阵法能避免在迭代过程中出现组分浓度为负值的情况,减缓由于迭代中组分浓度变化幅度过大引起的振荡现象。该算法适应快慢反应同时存在的体系,加宽了三对角矩阵法的适应范围。     

催化裂化过程动态模型及仿真──Ⅰ．过程动态模型

催化裂化过程动态仿真系统的开发是实施过程行为分析、过程控制和优化的关键。基于物料衡算、热量衡算和反应动力学建立的催化裂化过程动态模型是具有非线性、分布参数的模型形式。虽然一组偏微分方程可为系统的动态行为提供严格的数学描述，但这种模型结构并不适宜于系统的动态特性分析，故采用对空间离散化的分段处理方法把模型转化为非线性的集中参数模型。为便于过程的仿真研究，应用现代控制论中的状态空间法把非线性模型线性化以得到催化裂化这一高维、非线性、强耦合、时变、分布参数，且带有时延和不确定性过程的简化的九阶状态空间模型。     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模 I. 动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型，有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件，合理的降液管既可使液体顺利通过，又可使夹带的气体分离出去，同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中，其机理模型大都没有考虑降液管的影响，不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上，基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模，建立了降液管结构和水力学模型，并且考虑降液管部分液相混合的影响，建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现，降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响，将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中，通过修正相关模型，更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

凝析气非平衡相变模型研究

在凝析气井近井地带,由于高速流动使得凝析气液相变呈现非平衡特征,对凝析液聚集及产能均会产生影响.基于已有凝析气非平衡相变的研究成果,建立非平衡相变非线形模型,考虑了最小相平衡时间,更加符合客观实际规律.实例对比计算表明,常规的线形模型过大地估计了非平衡的影响.模型的建立有助于凝析气相变渗流与反凝析液聚集规律的研究,并且可以更好地指导凝析气相变实验.     

考虑降液管影响的多元精馏塔动态机理建模Ⅰ.动态机理模型的建立

板式精馏塔的塔板可以分为有降液管和无降液管2种类型,有降液管板式塔中降液管是一个重要的塔内件,合理的降液管既可使液体顺利通过,又可使夹带的气体分离出去,同时防止发生液泛。而目前的精馏塔动态模拟中,其机理模型大都没有考虑降液管的影响,不利于分析蒸馏塔的液相滞留量及故障诊断。在考虑降液管影响的基础上,基于严格理论推导对多元精馏塔进行了动态机理建模,建立了降液管结构和水力学模型,并且考虑降液管部分液相混合的影响,建立了其关联板效率及传质扩散的数学模型。通过理论分析发现,降液管对塔板效率、相平衡常数、蓄液量以及塔板压降等有一定程度的影响,将其影响纳入到多元精馏塔的完整动态机理模型中,通过修正相关模型,更充分地反映了精馏塔的内在机理及其动态特性。     

基于严格机理模型的精馏塔软测量技术的开发

开发了精馏塔的严格机理模型,用三对角矩阵算法对模型进行求解,采用BWRS状态方程计算泡点、露点和相平衡常数等热力学及物性参数,利用有机回归K技术在保证模型精度的同时大大提高了运算速度。以具有代表性的乙烯精馏塔作为模型验证对象,验证结果表明,所建立的严格机理模型可用于实际工业过程;将基于严格机理模型的精馏塔软测量技术用于气分装置中的脱丙烷塔和丙烯精馏塔,对温度和组成进行软测量,温度和组成的计算值与测量值吻合;基于严格机理模型的精馏塔软测量的精确度和可靠性能完全满足实际应用的需要。     

挥发油非平衡相变对脱气影响的定量评价模型

为了定量评价非平衡相变对油气系统脱气的影响和准确确定不同采油速度下油气系统的泡点压力,以亨利模型为基础,考虑挥发油非平衡相变,建立了考虑压降影响的气体溶解度计算模型。利用变压器油和二氧化碳组成的油气系统在不同压降速度下进行脱气实验,分别测量非平衡相变和平衡相变状态下的脱气速度,经计算、拟合得到表征油气系统非平衡性的重量函数,最后计算出不同压降速度时的脱气速度和泡点压力,并定量评价非平衡相变对脱气的影响程度及泡点压力偏离程度。考虑油气系统非平衡相变模型的计算精度高于未考虑非平衡相变的亨利模型,计算结果表明,挥发油藏开发过程中,油气非平衡相变降低了油藏泡点压力,延缓了挥发油脱气进程,压力降落速度和压力降落幅度决定非平衡相变对脱气的影响程度:压力降落幅度越大、压力降落速度越大,非平衡相变对脱气影响越明显,泡点压力越低、脱气速度越小。