Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет)

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ASPEN PLUS

Методические указания

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

УДК 66:004.9

ББК: 435

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ASPEN PLUS: Методические указания / Санкт-Петербургский горный институт (технический университет). Сост.: И.Н.Белоглазов, Ю.В.Шариков, А.Краславский, С.И.Митричев, О.С. Белоусова, П.А.Петров. СПб, 2011. 147 с.

ISBN

Даны основные понятия и возможности программного пакета ASPEN PLUS. Изложены методики расчета оборудования и физических свойств потоков фаз. Рассмотрена возможность использования программного пакета для расчета сложных технологических систем.

Предназначены для студентов всех форм обучения по специальностям: 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» и 220301 «Автоматизация техноло-гических процессов и производств»

Программное обеспечение Aspen PLUS для проведения лабораторных и научно-исследовательских работ закуплено по государственному контракту в рамках Инновационной программы развития высшей школы

Табл. 81. Ил. 78

Научный редактор проф. И.Н Белоглазов

ISBN

 Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2011 г.

Содержание

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ASPEN PLUS 5

1.1. Введение в моделирование технологических процессов 5

1.2. Интерфейс пользователя Aspen Plus 6

1.2.1. Автоматическое наименование потоков и блоков 6

1.2.2. Изменение блоков и потоков 8

1.2.3. Базовый ввод данных 9

1.3. Настройка представления схемы технологического процесса 23

a. Особенности работы с программой Aspen Plus. Системные требования 28

b. Возможности взаимодействия с другими программами 32

с. Задание для самостоятельного моделирования – расчет технологического процесса извлечения бензола 35

2. РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ В ASPEN PLUS 37

2.1. Типовые модели аппаратов 37

2.2. Модели колонн (RadFrac) 50

2.3. Задание для самостоятельного моделирования. Расчет ректификационной колонны производства метанола 60

2.4. Сходимость RadFrac 62

2.5. Задание для самостоятельного моделирования по сходимости RadFrac 66

2.6. Модели реакторов 68

2.6. Задание для самостоятельного моделирования. Сравнение различных типов реакторов 73

2.7. Задание для самостоятельного моделирования. Производство циклогексана 76

2.8. Теплообменники 78

2.9. Задание для самостоятельного моделирования по блоку HeatX 85

2.10. Устройства, изменяющие давление 87

2.11. Задание для самостоятельного моделирования по устройствам, изменяющим давление 91

3. РАСЧЕТ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В ASPEN PLUS 93

3.1. Процесс задания параметров физических свойств 93

3.2. Задание для самостоятельного моделирования по физическим свойствам 105

3.3. Оценка физических свойств 109

3.4. Задание для самостоятельного моделирования по оценке физических свойств 114

3.5. Электролиты 114

3.6. Задание для самостоятельного моделирования по работе с электролитами 117

3.7. Работа с твердыми веществами 121

3.8. Задание для самостоятельного моделирования по работе с твердыми веществами 126

4. УТИЛИТЫ 131

4.1. Использование переменных 131

4.2. Расчетные исследования 133

4.3. Задание для самостоятельного моделирования по расчетным исследованиям 136

4.4. Подбор параметров 138

4.5. Задание для самостоятельного моделирования по утилите подбора 140

4.6. Калькулятор 141

4.7. Задание на самостоятельное моделирование с использованием утилиты калькулятора 147

5. Возможности ускорения расчета сложных технологических схем 148

5.1. Сходимость схемы технологического процесса 149

5.2. Задание для самостоятельного моделирования по сходимости схемы технологического процесса 152

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ASPEN PLUS

1.1. Введение в моделирование технологических процессов

Моделирование технологических процессов это

– использование компьютерной программы для расчета материальных и тепловых балансов технологического процесса.

– использование основных физических соотношений: материальный и тепловой балансы; фазовое равновесие; реакции и массопередача.

– предсказательный расчет: расход потоков, их состав и свойства;

рабочие режимы.

Преимущества моделирования:

1. Сокращает время проектирования установки: позволяет инженеру быстро проверять различные варианты конфигурации установки.

2. Помогает усовершенствовать используемые установки: отвечает на вопросы «что, если…»; определяет оптимальные условия процесса с учетом заданных ограничений; содействует в устранении «узких мест».

Подходы к моделированию технологических процессов:

1. Последовательный модульный (SM): каждый аппарат решается отдельно в определенной последовательности; используется при решении сложных схем.

2. Ориентированный на уравнения (EO): все уравнения решаются одновременно; необходимо хорошее начальное приближение.

3. Сочетание двух методов: используется подход SM для начального, приблизительного решения, после чего применяется подход EO для более точного решения процесса; используется подход SM для получения начального решения, после чего подход EO для оптимизации или настройки модели.

Полезные советы при построении моделей технологических процессов:

1. Сложные технологические процессы строятся по блокам, что упрощает поиск ошибок в случае возникновения проблем.

2. Нет необходимости моделирования в Aspen Plus всего оборудования.

3. Необходимо убедиться в точности и согласованности данных на входе технологического процесса.

4. Результаты должны быть не противоречивы и реалистичны.

Некоторые важные функции Aspen Plus:

– точное моделирование электролитов;

– работа с твердыми веществами;

– регрессия данных;

– согласование данных;

– оценка свойств;

– пользовательские расчеты;

– моделирование, ориентированное на уравнения, в том числе моделирование, оптимизация и согласование данных для применения в системах онлайн-оптимизации.