JL201001-模拟优化FIT)

[J (K )] = = [C [ K ] ]+ + [ A[ K ] ]
渊3冤 组分平衡
d ( M j xi, j ) dt
L L x i , j -1 - ( L j + S L + N iL = L j - 1窑 j ) xi, j + F j z i, j + ,j
渊4冤
d ( M j yi , j ) dt
要液相焓量曰 h 要气相焓量曰 S j 要液相 v 抽出袁 无侧线抽出为零曰 S V j 要 气相抽出袁 无侧线抽出为零遥
L L j
L L
i 组分浓度曰 h
v v j
i 组分 浓 度 曰 yi , j 要气 相
在仿真计算中可以利用现场 实测 数据袁 结合 较为简 单的 公式 进行传热 尧 传质的 计算 遥 根据以 前 的 实 验 数据和 经验 公 式 袁 假设原料油 恩氏蒸 馏质量馏出 分率 wi , j 与 Ti 气 相温度 函数 关系为院
琢 i , jTi -茁 b i, j wi , j = =a
渊7冤
图 1 第 j 平衡级 分别列出气尧 液 相衡算 方程 式袁 经 过简 单变 换后可以得 到下面的基本平衡关系式遥 渊1冤 物料衡算 dM j dt
= L j -1 + V j -1 - ( L j + S ) - (V j + S ) + ( F + F )
v
v j
在处理有中断回流的塔 断时 袁 需将对应 的进料 项与 抽出
L V = FpV 袁 式 中的 下标 项的各平衡关系式联立袁 即 S L j = Fp 袁 S j
j 和 p 均为板数遥 中断回流之间的塔板主要是换热场所袁 所以 可视为一块理论板遥 1.2 传质传热量计算 原油精馏过程是一个非常复 杂的传质尧 传热过程遥 上面
V V V = V j +1窑 xi , j + 1 - (V j + S V j ) y i , j + F j z i , j + N i , j 渊5冤
袁 其中
渊 4冤 假设塔内液相回流量与 塔板上 溢流 堰以 上液层 高度 之间满足 Francis 堰公式院
M
L t
[C[K ] ] 可 用 解 析 式 求 解 袁 每 次 迭 代 计 算 一 次 曰 [ A[ K ] ] 则 用
渊6冤
2
2010.03.30
模 拟 优 化
Distillation
表1
算法 优点 泡点法渊BP Method冤 算法简单
矩阵法各种算法比较
缺点 算法饮食泡渊露冤点计算袁费机时 当临近解时收敛速度慢袁迭代次数过多
程序的部分源代码如下院 void CsimDisDlg::OnButton1 ( ) { initM (MATCOM_VERSION; begin_scope extern Mm F; extern Mm z1; 噎噎 噎噎 display( plot(CL(t), x1(c_p ,1.0) ,TM("r-")) ); display ( xlabel ((CL (TM (" 板数")))) 组成")))) call_stack_end; nargin_val=old_nargin; nargout_val=old_nargout; // function exit code return x_M; end_scope exitM ( ) } ) ; ) ; display ( ylabel ((CL (TM (" 稳态 时各 线
L 窑 L 窑 L + E L - Q L 渊2冤 +SL h L = L j -1窑 j -1 - ( L j j ) h j + F j h Fj 渊8冤
式中 K 是塔尺寸尧 结构和气液流量的函数遥
d ( M j hV j ) dt
V V V V V V 窑 窑 = hV = V j +1窑 j +1 - (V j + S j ) h j + F j h Fj + E j - Q j 渊3冤
Matlab 编 译 发 展 平 台 Mideva袁 进 行 Matlab 和 Visual C++ 混 合 编 程 遥 在 确 保源 代 码安全 性 和程 序 的 通 用 性 基础 上 袁 开 发 出 一 种 针 对多 组分精馏 塔 系统稳态过 程的 仿真计算软件 遥 该 软件 应 用 了 非平衡级稳态精馏模 型 袁 保证 了仿真计算 的精确 性 遥 并 对 原 油 蒸 馏用常 压板 式塔 进行 了实 例 仿真 遥 仿真 结果证明 袁 该 软件 可以非常 好地 应 用于精馏过程的稳态 仿真遥
L j V j V j L j
的函数袁 在塔稳定运行时 2 个系数可以近 似 视为常数遥 在建 模过程中可以根据经验数据和现场的实测数据得到大量
ai, j 尧 茁 式中 琢 b i , j 是塔的实际分离效果尧 油气分压和组成
wi , j
ai, j 和 茁 bi , j 的最优 和 Ti 的值袁 利用最小二乘法便可回归求出 琢
1 模型建立
1.1 非平衡级模型的建立 精馏 塔 分 为 2 种 院 板 式塔 和 填料 塔 遥 在建模中袁 对板式塔应该先建立单板模 型遥 列 出 单 个 塔板 的物 料 衡 算 渊 M 方程 冤尧 能量衡 算 渊 E 方程 冤尧 速率 方程 渊 R 方程 冤 和 相 平衡方程 渊 Q 方程 冤袁 然后 对 各个 塔 板 的 MERQ 方 程 组 联 立 运 用 数 值 方 法 求 解 遥 对于 填料塔则 要首 先 对 填料塔 中的 填 料进行分级 袁 然后列出 各平衡级 MERQ 方 程进行 计算 袁 分级 越 多 则结果越 精确 遥 下 面以 板式塔 为 例 袁 建立精馏过程的非平衡 级模型遥 在 建立精馏 塔 的 单 级模型 之前 袁 需 要 对所 建立的模型 做 如 下假 设 院 淤 回流罐 和
2.2 程序设计 根据 Matlab 语言和 VC++ 开发平台各自的特点袁 仿真程 序的设计流程如图 2 所示遥 物性计算以上部分都由 Visual C++的主控制台编辑完成袁 MERQ 方程组的 求解 和 仿真 结果 的可视化输 出都由 Matlab 编程完 成 遥 首 先 在 Matlab 中 编 写 M 文 件 袁 再 由 Mideva 将 M 文 件 转 化 为 cpp 文 件 后 导入 到 VC 工程 文 件 中进行 混 合 编 程 遥 这 样既 有 效 利用了 Matlab 强大的数值计算能 力 袁 又提 高 了 代 码 的 运 行 效 率 袁 并且使程序具有良好的交互性遥 图 2 仿真计算流程图
Quasi-Newton 法求解 遥 混合 法实 际 上集 合 了解析法 和 矩阵 算法的优点袁 使用混合法比 使用 单纯的数值解法收敛速 度更 快袁 稳定性更好遥
籽L + 0 .00 2 8 4窑 ( = r j Aa , j [ h w , j +
Lj
r 籽 L , jlw , j
) ]
2 3
display ( title ((CL (TM (" 稳态时精馏塔浓度曲线")))) ) ;
3 仿真结果分析
3.1 仿真实例工艺说明 该软件仿真的常减压装置设计处理能力为 4.8Mt/a袁 加工原 料为四川地区原油遥 轻油回收率 52.4%袁 总拔出率 78.2%遥 设 有脱水脱盐装置尧 加热炉尧 汽提塔尧 初馏塔和常减压塔等遥 常 压塔直径 5m袁 内设塔板 49 层遥 有 1 个顶部回流和 2 个中段回 流以及 4 个侧线全液相抽出袁 侧线抽出均设有汽提塔遥 塔底通 入过热蒸汽袁 进料在加热炉加热后袁 在第 45 层塔板处进入遥 初 馏塔的侧线抽出从常压塔第 15 层进入遥 根据精馏产品的规格袁 将所处理的原料油划分成不凝气尧 重汽油尧 航煤尧 轻柴油尧 重 柴油尧 溶剂油尧 石脑油尧 常压渣油 8 个集中虚拟组分遥 3.2 仿真结果分析 模型仿真程序在给出所有物性参数尧 工艺参数及初始条件 后袁 进行时间步进计算袁 最后得到稳态值遥 图 4 是数值计算过 程中塔顶和塔釜组分浓度的收敛过程遥 图 4 中袁 X11 表示重汽油 虚拟组分的塔顶浓度曲线曰 X1N 则为重汽油虚拟组分的塔底浓 度曰 X2 为重柴油曰 X3 为常压渣油遥 从图 4 中可以看出袁 仿真程 序使用的算法在 3 200 步以后就得到了较好的收敛遥 从图 4 中可以 看出袁 在塔 顶处袁 汽油 虚拟组分浓 度达 到 最高袁 而在塔釜 处重 柴油的组分 浓度最高 袁 这 符合原 油蒸 馏 工艺处理的要求 遥 在 对处理 后的 原油进行取样测试 后得出的
2 仿真程序编写
2.1 算法分析 MERQ 方程是一庞大的非线性方程组袁 求解方 法包括逐 板计算法尧 非稳态方程法和 矩阵法遥 其 中矩阵法非常适 合计 算机求解袁 矩阵法的一些常见算法见表 1遥 考虑到建模仿真所针对的实际对象以及 MERQ 方程组的 特点袁 在编程中一般都采用 Lucia 的混合法求解[6]遥 这种算法 将 MERQ 方程组 矩阵 分成 2 部 分
作者简介院 聂 永 广袁 化工过程机械专业 博士研究生袁 研究方 向院 多相流与燃烧数值 仿真 袁 nygbook@gmail. com曰 刘枭 袁 工程 师 袁 主要从事石油与天然气 化工设备的设计与施工 工作遥
2010.03.30
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Distillation
模 拟 优 化
再沸器各视为一级塔板袁 分别为 1 级和 N 级塔板曰 于各级塔 板的气液相处于力学平衡状态 曰 盂忽略雾沫 和液 沫夹带 渊 主 要指板式塔冤袁 则精馏塔的单级模型如图 1 所示遥 图 1 中袁 字 母的下标 j 指第 j 级塔板 渊或平衡级 冤袁 其 中院 F