第10章工艺流程模拟
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第10章精密模锻
第10章 精密模锻
10.1 精密模锻工艺过程设计 10.1.1精密模锻件的可成形分析
精密模锻件表面不应有氧化皮。 精密模锻件表面不应有（或允许有少量的） 氧化皮。因此，热精密模锻时通常采用少无氧 化加热坯料。往往使用具有较高精度的模具和 合适的精密模锻设备进行精密模锻。
第10章 精密模锻
精密模锻时要严格控制模具温度、锻造温 度、润滑条件和操作等工艺过程因素。还要提 高坯料下料品质。 用普通模锻方法能锻造的任何合金材料都 可以精密模锻。一般锻造用的铝合金和镁合金 等轻金属和有色金属，因其具有锻造温度低、 不易产生氧化、模具磨损少和锻件表面粗糙度 低等特点，更适宜精密模锻。
第10章 精密模锻
复动成形过程示意图如图10.5。先 将上下成形模具闭合并施加一定的合模 载荷，再由复动式凸模施加压力，致使 毛坯产生多向流动，从而在一道变形工 序中将复杂形状的零件精锻成形。
第10章 精密模锻
图10.5 复动成形原理
第10章 精密模锻
采用复动成形，既可使用专用多向压 力机，也可使用单动压力机加专用复动 成形模架。对大批量生产的小型精密锻 件，如等速万向节星形套、三销轴等， 采用后一种方法更为经济实用。 3.氮气弹簧在复动成形中的应用
从图中可知在挤压轴颈时金属向侧腔流动很均匀其前端近似圆弧呈理想的流动状态而且由于是双向挤压金属坯料金属是从两个挤压筒里向模腔流动缩短了金属的流动行程减少了变形程度从而变形抗力降低其ps曲线见图103910图1042双向等速复动成形十字轴金属变形过程模拟10图1043所示为双向等速复动成形时其金属在模腔内流动的速度场表明了在成形的各个阶段金属流动速度的大小及方向
①产生合模力； ②产生顶出力
第10章 精密模锻
在生产三级从动齿轮毛坯（如 图10.12）温挤成形模（如图10.13） 中，应用了氮气弹簧。
2022年中考化学：工艺流程专项训练(6)(Word版含答案)
2H SO =====2CuSO 工艺流程图专项训练（六）1、生产金属镁后的废渣可以综合利用制备光卤石(MgCl2·6H 2O)和金属镁，其工艺流程如下：己知：①废渣的主要成分：MgCl2、KCl、MgO、BaCl2、CaCl2、粉尘等杂质；②MgCO3 微溶于水，本题中视为可溶。
（1）将废渣粉碎的作用是；（2）滤渣Il 的主要成分是；（3）操作a 包含多个操作，分别为蒸发浓缩、、、洗涤、干燥。
2、我国制碱工业的先驱侯德榜发明了“侯氏联合制碱法”，其模拟流程如下：（1）“侯氏联合制碱法”的主要产品“碱”是指(填化学式)。
（2）图中不涉及的基本反应类型是。
（3）在该模拟流程中，能被循环利用的物质是。
3、对废旧手机回收利用可节约金属资源。
某手机电路板中含有以下金属：Ni(镍)、Pb(铅)、Ag、Au、Fe、Cu、Sn(锡)、Pd(钯)。
如图是某工厂设计的回收金属流程图(假设流程图中各反应均恰好完全反应。
已知：2Cu＋O2＋ 2 4 △4＋2H2O)。
（1）步骤②中反应的基本反应类型是反应。
（2）步骤⑤实验现象是。
（3）金属Ni、Fe、Pd 的活动性由强到弱依次是。
4、工业上制备K2SO4 晶体的工艺流程图如下。
请根据流程回答问题：（1）将CaCO3 研成粉末的目的是。
（2）上述流程中可循环使用的物质有CaCO3 和(填化学式)。
（3）不用水而用饱和K2SO4 溶液洗涤“反应Ⅲ”所得晶体的原因是。
5、MgSO4·7H2O 是一种重要的化工原料，某工厂以一种镁矿石(主要成分为SiO2 和MgCO3，还含有少量FeCO3)为原料制备MgSO4·7H2O 的主要流程如图：已知：SiO2 既不溶于水也不溶于稀硫酸。
请回答下列问题：（1）“操作a”的名称是。
（2）“废渣Y”中含有少量的FeOOH，其中铁元素的化合价是。
（3）选用MgO 调节pH 使Fe3＋转化为沉淀，而不选用NaOH 的原因是_ _ ____ __ __ _ ____ 。
[能源化工]aspen讲义
![[能源化工]aspen讲义](https://img.taocdn.com/s3/m/36f0f7140640be1e650e52ea551810a6f424c859.png)
第一章前言第一节化工过程流程摸拟的基本概念一、化工过程流程模拟化工过程流程模拟就是借助计算机求解整个化工生产过程的数学模型，得到有关该化工过程的性能的信息。
二、稳态模拟和动态模拟化工流程模拟可分为稳态模拟和动态模拟。
稳态模拟是模拟一个稳态的化工生产操作过程。
一头是稳定地连续进料，中间经过一系列稳定连续的加工操作，最后从另一头稳定连续的提供出化工产品的工厂或装置都属于稳定操作过程。
我厂绝大多数生产装置都是稳态生产过程，例如，乙烯裂解装置、原油加工装置等。
动态模拟系统是模拟不稳定的生产过程，例如间歇操作反应釜的生产过程、装置的开停工过程都属于不稳定的生产过程。
目前，由于化工流程稳态模拟系统与动态模拟系统相比，较为成熟，且应用范围较广。
所以化工流程模拟一般是指化工流程稳态模拟。
三、化工过程流程模拟的应用范围化工过程流程模拟主要用于新装置的设计和指导现有装置操作。
化工过程流程模拟能够对化工过程进行稳态的热量和物料衡算、尺寸计算和费用计算、过程的技术经济评价及过程优化。
四、化工流程模拟系统化工流程模拟系统是能够用来实现化工流程模拟的一整套计算机程序，或软件系统。
五、通用和专用化工模拟系统从应用范围方面来看，化工流程模拟系统还可以分为专用的和通用的化工流程模拟系统。
专用化工流程模拟系统是针对特定流程专门开发的模拟系统，只能用于对该流程进行模拟的目的，不具有通用性。
例如，荷兰KTI公司的SPYRO软件便是一个只用于乙烯裂解炉的、稳态的、专用模拟软件。
通用化工流程模拟系统是指并非针对特定流程开发的、对不同流程均可适用的、带有通用性的化工流程模拟系统。
本课程所要讲的ASPEN PLUS 便是一个稳态的、通用化工流程模拟系统。
六、模拟系统的“三要素”系统模型、物性数据和解算方法是模拟的三个核心环节，缺一不可，亦称“模拟三要素”。
系统模型即描述化工系统性能的数学模型。
一个完整的系统模型，不仅必须包括组成此系统的各个单元模型，而且还包括能对系统结构给予明确表述的部分。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第10章工艺流程模拟
➢ 在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的 计算顺序； ➢ 最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺 序。 3.增大迭代次数 4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 直接迭代法（Direct） ➢ 韦格斯坦法（Wegstein）
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
第10章 工艺流程模拟
目录
10.1 带循环的工艺流程 10.2 工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）
Purge
Product
Compositional Recycle
撕裂流举例
S7
B1
B2
B3
B4
S1
S2
S3
S4
S5
MIXER
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
➢ S7 ➢ S6
哪个可能是撕裂流？
➢ S7和S6 ➢ S2和S4 ➢ S3
哪个是最好的撕裂流选择？
➢ S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
U5
U6
U7
R1 S9
R2
交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S8
S1
S2
S3
S4
S5
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
第10章 工艺流程模拟
目录
10.1 带循环的工艺流程 10.2 工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）
Purge
Product
Compositional Recycle
撕裂流举例
S7
B1
B2
B3
B4
S1
S2
S3
S4
S5
MIXER
MIXER
FSPLIT
FSPLIT
S6
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流举例
哪个是循环物流？
➢ S7 ➢ S6
哪个可能是撕裂流？
➢ S7和S6 ➢ S2和S4 ➢ S3
哪个是最好的撕裂流选择？
➢ S3（只需要一个撕裂流，而其它选择都是两个）
U5
U6
U7
R1 S9
R2
交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S8
S1
S2
S3
S4
S5
第10章多种液体混合装置控制
4.搅匀结束以后，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液 面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空， 混合液阀门关闭，开始下一周期。
5.关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。
三、程序流程图
四、I/O分配
PLC地址（PLC端子） 电气符号（面板端子）
功能说明
多种液体混合装置控制
多种液体混合装置控制
一、工艺要求
二、控制要求
1.总体控制要求：如面板图所示，本装置为三种液体混合 模拟装置，由液面传感器SL1、SL2、SL3，液体A、B、 C阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4， 搅匀电机M，加热器H，温度传感器T组成。实现三种液 体的混合，搅匀，加热等功能。
X00
SD
启动（SD）
X01
SL1
液位传感器SL1
X02
SL2
液位传感器SL2
X03
SL3
液位传感器SL3
X04
T
温度传感器T
Y00
YV1
进液阀门A
Y01
YV2
进液阀门B
Y02
YV3
进液阀门C
Y03
YV4
排液阀门
Y04
YKM
搅拌电机
Y05
H
加热器
主机COM、面板COM接电源GND
电源地端
主机COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、 接电源GND
七、程序设计
电源地端
面板V+接电源+241.检查实训设备中器材及调试程序。 按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与实训模块之间的
接线，认真检查，确保正确无误。 打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，
5.关闭“启动”开关，在当前的混合液处理完毕后，停止操作。
三、程序流程图
四、I/O分配
PLC地址（PLC端子） 电气符号（面板端子）
功能说明
多种液体混合装置控制
多种液体混合装置控制
一、工艺要求
二、控制要求
1.总体控制要求：如面板图所示，本装置为三种液体混合 模拟装置，由液面传感器SL1、SL2、SL3，液体A、B、 C阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4， 搅匀电机M，加热器H，温度传感器T组成。实现三种液 体的混合，搅匀，加热等功能。
X00
SD
启动（SD）
X01
SL1
液位传感器SL1
X02
SL2
液位传感器SL2
X03
SL3
液位传感器SL3
X04
T
温度传感器T
Y00
YV1
进液阀门A
Y01
YV2
进液阀门B
Y02
YV3
进液阀门C
Y03
YV4
排液阀门
Y04
YKM
搅拌电机
Y05
H
加热器
主机COM、面板COM接电源GND
电源地端
主机COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、 接电源GND
七、程序设计
电源地端
面板V+接电源+241.检查实训设备中器材及调试程序。 按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与实训模块之间的
接线，认真检查，确保正确无误。 打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，
地基处理技术第十章
杂填土中包含大量有机生活垃圾，或者软土的含水量过分高，用石灰桩
解决不了问题；当地下水渗流量很大或者含酸量过高时，石灰桩桩身的 形成和强度均受影响，也不宜使用石灰桩。在某些情况下，例如在渗透
系数较大的填土和透水量中等的夹薄透水层的粘土中，以及在雨季施工
时，应采取阻水和降水等措施。
2017/3/21
地基处理技术
第十章 石灰桩法
（二）桩身 对单一的以生石灰作原料的石灰桩，当生石灰水化后，石灰桩的 直径可胀到原来所填的生石灰块屑体积的一倍，如充填密实和纯氧化 钙的含量很高，则生石灰密度可达1.1一1.2t／m3。 生石灰吸水膨胀后仍存在着相当多的孔隙——软化。试验证明， 为保证石灰桩桩身不产生软化，必须要求石灰桩应具有一定的初始密 度，而且吸水过程中有一定的压力限制其自由胀发。提高石灰含量或 缩短桩距来进一步约束桩的胀发作用，也可提高桩身的密实度，用砂 填充石灰桩的孔隙；桩顶采用粘土封顶；采用掺合料(粉煤灰、火山 灰、钢渣或黏性土科)也可防止石灰桩软心。 （三）复合地地基 一般认为在软土中石灰桩的置换作用和吸水膨胀作用是主要的， 而在杂填土中置换和挤密起着同样重要的作用。由于石灰桩桩体具有 较桩间土有更大的强度(抗压强度约500kPa)，在与桩间土形成复合地 基中具有桩体作用。当承受荷载时，桩上将产生应力集中现象。根据 国内实测数据，石灰桩复合地基的桩土应力比一放为2.5-5.0。
（二）施工顺序
石灰桩一股是在加固范围内施工时，先外排后内排；首先周边后中 间；单排桩应先施工两端后中间，并按每间隔l一2孔的施工顺序进行，
不允许由一边向另一边平行推移。
2017/3/21 地基处理技术 12
第十章 石灰桩法
（三）成桩 1.成孔 石灰桩成孔可选用沉管法、挖孔法等。 沉管法是最常用的成孔方法。使用柴油或振动打桩机将带有特制桩 尖的钢桩管打入土层中，达到设计探度后，缓慢拔出桩管即成桩孔。沉 管法成孔孔壁光滑规整，挤密效果和施工技术都比较容易控制和掌握， 成孔最大深度由于受桩架高度的限制，一般不超过8m。 冲击法成孔是使用冲击钻机将0.6—3.2t锥形钻头提升0.5—2.0m高 度后自由落下，反复冲击，使土层成孔。冲击法成孔的孔径大，孔深不 受机架高度的限制，同一套设备既可成孔，又可填夯。 螺旋钻进法成孔的优点是：不使用冲洗液，符合石灰桩施工要求； 钻进时不断向孔壁挤压，可使孔壁保持稳定；可一次成孔，不需要升降 工序，可进行深孔钻进，桩孔深度不受设备限制；钻进效率高，每小时 效率可高达几十米。 爆扩法成孔工艺简便，不需要打桩机械，适用于缺少施工机械的新 建工程场地。
物流工程第10章物流系统仿真技术
（3）事件
• 在离散事件系统仿真中，事件有两类。
• 一类是引起系统状态变化的行为，例如仓储系统 物品入库到达被称为一个事件，物品的出库离去 被称为一个事件。可以看出这一类事件是系统固 有的，是系统状态变化的主要驱动力。
• 另一类事件是所谓的程序事件，例如仿真过程中 为了使仿真结束，专门定义一个事件，使其终止 仿真。程序事件并非系统所固有的，而是根据需 要设定的。
• 由于物流仿真模型的一次运行只是对真实 系统的一次抽样模拟，所以系统仿真不是 一种严格意义上的优化方法，它一般不能 直接求出系统的最优解。
• 不过，物流系统仿真却是一种很好的间接 优化方法。
• 系统仿真不单纯追求耗时费力的、有研究 意义而无实际意义的最优解，而是快速寻 求改善和优化物流系统的途径和方法。
• 在物流系统还处于规划设计、没有实际建成的情 况下，把系统规划转换成仿真模型，通过运行模 型，评价规划方案的优劣并修改方案，是系统仿 真经常用到的一方面。可以在系统建成之前，对 不合理的设计和投资进行修正，避免了资金、人 力和时间的浪费。
• 系统仿真运行准确地反映了未来物流系统在有选 择的改变各种参数时的运行效果，从而使设计者 对规划与方案的实际效果更加胸有成竹，有利于 避免企业新上项目的失误。
• 系统仿真有三个基本活动，即系统建模、仿真建 模和仿真试验，联系这三个活动的是系统仿真的 三要素：即系统、模型、计算机（包括软件和硬 件）。
• 2）物流系统的复杂性
• 物流系统是由物流各要素组成且各要素之 间存在着有机联系的综合体。
• 物流系统是一个复杂系统，其复杂性主要 源于物流系统诸要素的不确定性和系统要 素间的相关性，而且随着系统要素不确定 性和相关性的相互叠加，其复杂性进一步 增强。
高中化学课件：工艺流程
课题8 工艺流程
例题
工业上可用软锰矿(主要成分是MnO2)和黄铁矿(主要成分是FeS2)为主要原料制备 高性能磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其工艺流程如下：
预处理 阶段
物质转化和分离阶段
目标产品生 成阶段
一、预处理阶段
目的：使原料中待提取元素的状态由难 提取物转变成易提取物。
操作：原料粉碎、焙烧。
增加表面积，增 大后或其他高价态化合物；使 金属元素转化为高价态氧化物 或其他高价态化合物
二、物质转化与分离阶段
目的：通过氧化还原反应、复分解反应、盐 类水解等反应达到除杂、变价等目的。
操作：溶浸、各种反应、除杂及分离。
酸浸、碱浸、 盐浸等等
复分解反应； 氧化还原反应：利用 氧化剂氧化低价态金 属离子，或用还原剂 还原氧化性微粒，以 达到除去杂质或达到 转化目的
过滤、萃取、 反萃取等等
三、目标产品生成阶段
最后阶段，得到目标产物。
操作：结晶、过滤、洗涤、干燥； 电解； 煅烧等等。
变式训练1
预处理 阶段
物质转化和分离 阶段
目标产品生 成阶段
变式训练2
变式训练3
变式训练4
例题
工业上可用软锰矿(主要成分是MnO2)和黄铁矿(主要成分是FeS2)为主要原料制备 高性能磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其工艺流程如下：
预处理 阶段
物质转化和分离阶段
目标产品生 成阶段
一、预处理阶段
目的：使原料中待提取元素的状态由难 提取物转变成易提取物。
操作：原料粉碎、焙烧。
增加表面积，增 大后或其他高价态化合物；使 金属元素转化为高价态氧化物 或其他高价态化合物
二、物质转化与分离阶段
目的：通过氧化还原反应、复分解反应、盐 类水解等反应达到除杂、变价等目的。
操作：溶浸、各种反应、除杂及分离。
酸浸、碱浸、 盐浸等等
复分解反应； 氧化还原反应：利用 氧化剂氧化低价态金 属离子，或用还原剂 还原氧化性微粒，以 达到除去杂质或达到 转化目的
过滤、萃取、 反萃取等等
三、目标产品生成阶段
最后阶段，得到目标产物。
操作：结晶、过滤、洗涤、干燥； 电解； 煅烧等等。
变式训练1
预处理 阶段
物质转化和分离 阶段
目标产品生 成阶段
变式训练2
变式训练3
变式训练4
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第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路的种类
独立循环回路(Independent Loop)
嵌套循环回路(Nested Loop)
交叉循环回路(Interconnected Loop)
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 化工流程模拟的计算方法 序贯模块法 联立方程法 联立模块法
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
0.01
0.97
0.97
0.0001
0.09
0.0001
DECANT进料中各组分 进入物流ORG的分率
0.98 0.01 0.99
图10-1 共沸精馏分离乙醇和水流程图
如图10-2所示。
图10-2 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——问题描述
1. 乙苯转化为苯乙烯的催化脱氢反应式如下： C8H10（g）→C8H8（g）+H2（g）
反应器中通入蒸汽，其目的是抑制副反应； 2. 物流1是新鲜乙苯，循环物流15的主要成分是乙苯， 这两股物流进入混合器A得到物流3，然后通过加热器B加热 到500℃，得到物流4； 3. 循环物流11的主要成分是水，物流14是补充水，这两 股物流进入混合器E得到物流13，温度是50℃； 4. 物流13被加热器D加热到700℃，得到物流5，和物流 4一起进入混合器C，得到物流6，温度是560℃； 5. 物 流 6 进 入 反 应 器 F ， 反 应 器 出 口 物 流 7 的 温 度 是 560℃，压力是0.1MPa，反应转化率是35%；
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 输 入 物 流 FEED1 和 FEED2 进 料 条 件 ， 模 块 DIST1和DIST2参数，运行模拟，控制面板显示 错误，流程不收敛。 在 Control Panel （ 控 制 面 板 ） 中 的 “Flowsheet Analysis（流程分析）”页面查看 默认撕裂流为RECY-H2O、RECYCLE。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II) ，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法) ，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。
计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序 进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。通常 ，过程原料物流的变量是指定的 。
9. 如果Aspen Plus选定的撕裂物流不合适，则定义新的 撕裂物流，同时重新确定收敛模块和收敛顺序；
10. 当所有子流程计算完成后，将其组合为一个完整的流 程。此时的流程计算可能需要改变撕裂物流，设计规定也 逐步严格直到整个流程收敛。
第10章工艺流程模拟
10.2 工艺流程模拟
n 示例：苯乙烯的生产 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
Properties∣Parameters∣Binary Interaction∣UNIQ1页面修改参数
用户自定义撕裂物流
用户自定义收敛次序
可以规定全部 的计算顺序和 局部的顺序
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 例题
以环己烷作共沸剂，通过共沸精馏分离乙醇和水，流程图 如图10-1所示。进料（FEED1）中乙醇和水的摩尔流率分 别为10kmol/hr和225kmol/hr，进料（FEED2）为纯的 环己烷，摩尔流率为0.005kmol/hr。进料均为饱和液体， 操作压力为0.1MPa，塔和分相器的压降可忽略。精馏塔（ DIST1和DIST2）选用Sep2模块，分相器（DECANT）选 用Sep模块，只做物料衡算，表10-1给出了各个模块的操 作参数。试计算精馏塔（DIST2）塔底物流中乙醇的纯度 。
如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流 的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product
streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow
Processing Sequence) 。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流
撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并 且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值 在规定的容差范围内为止
撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样
要 确 定 由 Aspen Plus 选 择 的 撕 裂 流 ， 可 在 Control Panel（控制面板）中的“Flowsheet Analysis（流 程分析）”页面查看
在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小 时的计算顺序
最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳 的计算顺序
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环工艺流程
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
1.为循环物流提供合适的初始值 2.选择合适的单元计算顺序 ➢ 在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的计 算顺序； ➢ 最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺 序。 3.增大迭代次数 4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 直接迭代法（Direct） ➢ 韦格斯坦法（Wegstein）
该工艺过程的进料条件： 物 流 1 ： 纯 乙 苯 ， 摩 尔 流 率 为 45.35kmol/hr ， 温 度 为 25℃，压力为0.1MPa； 物 流 14 ： 纯 水 ， 摩 尔 流 率 为 18.14kmol/hr ， 温 度 为 25℃，压力为0.1MPa。
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——问题描述
物性方法采用UNIQUAC，系统的二元交互作用参数如表 10-2所示。
组分i 组分j 温度单位
Aij Aji Bij Bji 温度下限 温度上限
表10-2 系统二元交互作用参数
苯乙烯 乙苯 ℃
0 0 -239.3595 173.3769 90 100
苯乙烯 水 ℃ 0 0
-889.45 -331.65
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——问题描述
6. 物流7在两相闪蒸器G中冷却到50℃，得到富含H2的物 流9，去流程的其他部分。物流8在分相器H中进一步冷却到 25℃，分离出水相物流11和有机相物流10；
7. 物流10在精馏塔J中进行乙苯和苯乙烯的分离，塔底得 到富含苯乙烯的物流12；塔顶得到富含乙苯的物流2，经过 冷却器K被冷却得到物流15。
初始化后，重新运行模拟，控制面板显示结果可行。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 查看结果
选 择 Streams∣B-ETHNOL∣Results ， 在 Material 页 面 可 看 到DIST2模块塔底物流（B-ETHNOL）中乙醇（ETHAN-01 ）的摩尔分数为1.00
布洛伊顿拟牛顿法对迭代变量进行修正时，考虑了变量间的 交互作用，特别适用于求解变量间存在较强交互作用的情况， 并且在接近收敛值时，仍然具有很高的收敛速度；
牛顿法收敛速度快，但计算量大。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
增大迭代次数
选择收敛方法
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 布洛伊顿拟牛顿法（Broyden） ➢ 牛顿法（Newton）
直接迭代法的收敛速度较慢，特别是当迭代矩阵的最大特征 值接近1时；
韦格斯坦法具有计算简单、所需存储量少等优点，在化工过 程模拟中应用广泛；
用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行 规定
为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力 推荐，否则缺省值为零）
如 果 输 入 了 “ 回 路 ” 中 的 某 个 物 流 的 信 息 ， Aspen Plus会自动设法把该物流选为撕裂流 第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
结论
模拟带有循环的工艺过程时，使用 Aspen Plus默认的撕裂物流和收 敛方法可能不收敛，此时可以尝试 改变撕裂物流或收敛方法，使流程 收敛。
第10章工艺流程模拟
10.2 工艺流程模拟
n 工艺流程模拟经验总结
1. 将总流程划分为一系列子流程； 2. 每个子流程使用准确的物性方法； 3. 模拟子流程时，首先只进行物料衡算； 4. 计算时先采用系统默认设置，如收敛算法采用默认的韦
第10章工艺流程模拟
2020/11/25
第10章工艺流程模拟
目录
n 10.1 带循环的工艺流程 n 10.2 工艺流程模拟
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）
输入模块（G）参数
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——简单模块流程
n 分离单元均用简单分离器模块计算
输入模块（H）参数
输入模块（J）参数
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——简单模块流程
n 分离单元均用简单分离器模块计算
查看物流结果
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——物性参数
选择物形方法UNIQUAC并修改二元交互作用参数
计算顺序必须包括所有的流程单元 计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假 设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路的种类
独立循环回路(Independent Loop)
嵌套循环回路(Nested Loop)
交叉循环回路(Interconnected Loop)
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 化工流程模拟的计算方法 序贯模块法 联立方程法 联立模块法
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
组分
乙醇 水 环己烷
表10-1 过程工艺数据
塔进料中各组分进入塔底物流的分率
DIST1
DIST2
0.01
0.97
0.97
0.0001
0.09
0.0001
DECANT进料中各组分 进入物流ORG的分率
0.98 0.01 0.99
图10-1 共沸精馏分离乙醇和水流程图
如图10-2所示。
图10-2 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——问题描述
1. 乙苯转化为苯乙烯的催化脱氢反应式如下： C8H10（g）→C8H8（g）+H2（g）
反应器中通入蒸汽，其目的是抑制副反应； 2. 物流1是新鲜乙苯，循环物流15的主要成分是乙苯， 这两股物流进入混合器A得到物流3，然后通过加热器B加热 到500℃，得到物流4； 3. 循环物流11的主要成分是水，物流14是补充水，这两 股物流进入混合器E得到物流13，温度是50℃； 4. 物流13被加热器D加热到700℃，得到物流5，和物流 4一起进入混合器C，得到物流6，温度是560℃； 5. 物 流 6 进 入 反 应 器 F ， 反 应 器 出 口 物 流 7 的 温 度 是 560℃，压力是0.1MPa，反应转化率是35%；
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 输 入 物 流 FEED1 和 FEED2 进 料 条 件 ， 模 块 DIST1和DIST2参数，运行模拟，控制面板显示 错误，流程不收敛。 在 Control Panel （ 控 制 面 板 ） 中 的 “Flowsheet Analysis（流程分析）”页面查看 默认撕裂流为RECY-H2O、RECYCLE。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
在大多数过程模拟软件中(包括ASPEN、PRO/II) ，某一时间只计算(模拟)一个单元(采用序贯模块法) ，单元和物流计算的先后次序称为计算顺序。
计算的顺序是自动按照模拟流程的信息流的顺序 进行计算的，而信息流取决于化工过程的规定。通常 ，过程原料物流的变量是指定的 。
9. 如果Aspen Plus选定的撕裂物流不合适，则定义新的 撕裂物流，同时重新确定收敛模块和收敛顺序；
10. 当所有子流程计算完成后，将其组合为一个完整的流 程。此时的流程计算可能需要改变撕裂物流，设计规定也 逐步严格直到整个流程收敛。
第10章工艺流程模拟
10.2 工艺流程模拟
n 示例：苯乙烯的生产 乙苯催化脱氢生产苯乙烯的简化工艺流程图
Properties∣Parameters∣Binary Interaction∣UNIQ1页面修改参数
用户自定义撕裂物流
用户自定义收敛次序
可以规定全部 的计算顺序和 局部的顺序
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 例题
以环己烷作共沸剂，通过共沸精馏分离乙醇和水，流程图 如图10-1所示。进料（FEED1）中乙醇和水的摩尔流率分 别为10kmol/hr和225kmol/hr，进料（FEED2）为纯的 环己烷，摩尔流率为0.005kmol/hr。进料均为饱和液体， 操作压力为0.1MPa，塔和分相器的压降可忽略。精馏塔（ DIST1和DIST2）选用Sep2模块，分相器（DECANT）选 用Sep模块，只做物料衡算，表10-1给出了各个模块的操 作参数。试计算精馏塔（DIST2）塔底物流中乙醇的纯度 。
如果流程中存在循环物流，则需在包含循环物流 的流程段，迭代计算直至流程计算收敛。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
主流程处理顺序
从原料物流(Feed streams)到产物物流(Product
streams)的流程顺序，称为主流程处理顺序(Main Flow
Processing Sequence) 。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流
撕裂流是Aspen Plus给出其初始估值的一股物流，并 且该估值在迭代过程中逐次更新，直到连续的两个估值 在规定的容差范围内为止
撕裂流与循环物流是相关的，但又与循环物流不一样
要 确 定 由 Aspen Plus 选 择 的 撕 裂 流 ， 可 在 Control Panel（控制面板）中的“Flowsheet Analysis（流 程分析）”页面查看
在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小 时的计算顺序
最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳 的计算顺序
第10章工艺流程模拟
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循环工艺流程
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
1.为循环物流提供合适的初始值 2.选择合适的单元计算顺序 ➢ 在默认状态下，ASPEN总是取切断物流数为最小时的计 算顺序； ➢ 最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳的计算顺 序。 3.增大迭代次数 4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 直接迭代法（Direct） ➢ 韦格斯坦法（Wegstein）
该工艺过程的进料条件： 物 流 1 ： 纯 乙 苯 ， 摩 尔 流 率 为 45.35kmol/hr ， 温 度 为 25℃，压力为0.1MPa； 物 流 14 ： 纯 水 ， 摩 尔 流 率 为 18.14kmol/hr ， 温 度 为 25℃，压力为0.1MPa。
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——问题描述
物性方法采用UNIQUAC，系统的二元交互作用参数如表 10-2所示。
组分i 组分j 温度单位
Aij Aji Bij Bji 温度下限 温度上限
表10-2 系统二元交互作用参数
苯乙烯 乙苯 ℃
0 0 -239.3595 173.3769 90 100
苯乙烯 水 ℃ 0 0
-889.45 -331.65
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——问题描述
6. 物流7在两相闪蒸器G中冷却到50℃，得到富含H2的物 流9，去流程的其他部分。物流8在分相器H中进一步冷却到 25℃，分离出水相物流11和有机相物流10；
7. 物流10在精馏塔J中进行乙苯和苯乙烯的分离，塔底得 到富含苯乙烯的物流12；塔顶得到富含乙苯的物流2，经过 冷却器K被冷却得到物流15。
初始化后，重新运行模拟，控制面板显示结果可行。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
n 查看结果
选 择 Streams∣B-ETHNOL∣Results ， 在 Material 页 面 可 看 到DIST2模块塔底物流（B-ETHNOL）中乙醇（ETHAN-01 ）的摩尔分数为1.00
布洛伊顿拟牛顿法对迭代变量进行修正时，考虑了变量间的 交互作用，特别适用于求解变量间存在较强交互作用的情况， 并且在接近收敛值时，仍然具有很高的收敛速度；
牛顿法收敛速度快，但计算量大。
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
增大迭代次数
选择收敛方法
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
4.选择合适的加速收敛方法 ➢ 布洛伊顿拟牛顿法（Broyden） ➢ 牛顿法（Newton）
直接迭代法的收敛速度较慢，特别是当迭代矩阵的最大特征 值接近1时；
韦格斯坦法具有计算简单、所需存储量少等优点，在化工过 程模拟中应用广泛；
用户确定的撕裂流可在Convergence/Tear页面进行 规定
为撕裂流提供估计值可以促进或者加快流程收敛（极力 推荐，否则缺省值为零）
如 果 输 入 了 “ 回 路 ” 中 的 某 个 物 流 的 信 息 ， Aspen Plus会自动设法把该物流选为撕裂流 第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
结论
模拟带有循环的工艺过程时，使用 Aspen Plus默认的撕裂物流和收 敛方法可能不收敛，此时可以尝试 改变撕裂物流或收敛方法，使流程 收敛。
第10章工艺流程模拟
10.2 工艺流程模拟
n 工艺流程模拟经验总结
1. 将总流程划分为一系列子流程； 2. 每个子流程使用准确的物性方法； 3. 模拟子流程时，首先只进行物料衡算； 4. 计算时先采用系统默认设置，如收敛算法采用默认的韦
第10章工艺流程模拟
2020/11/25
第10章工艺流程模拟
目录
n 10.1 带循环的工艺流程 n 10.2 工艺流程模拟
第10章工艺流程模拟
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： 组分循环（循环质量和能量） 热量循环（仅仅循环能量）
输入模块（G）参数
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——简单模块流程
n 分离单元均用简单分离器模块计算
输入模块（H）参数
输入模块（J）参数
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——简单模块流程
n 分离单元均用简单分离器模块计算
查看物流结果
第10章工艺流程模拟
苯乙烯的生产——物性参数
选择物形方法UNIQUAC并修改二元交互作用参数
计算顺序必须包括所有的流程单元 计算顺序无须和主流程顺序相同，给定不同物流的初始假 设值可选择不同的计算顺序，有时候可加速计算的收敛速度