论文总字数：16551字

摘 要

Aspen Plus Dynamics 考察过程控制方案的可行性与有效性，采用压力驱动的方式对乙烯法年产15万吨醋酸乙烯工艺流程中闪蒸罐、反应器、塔器进行了动态模拟，考察所选用的设备尺寸、阀门规格对工艺过程稳定性的影响，观察分析数据变化的中间过程。重点探讨了进料流率变化对闪蒸器V0101的液位变化、反应器R0101的温度变化和粗分塔T0101塔顶醋酸乙烯采出量的变化的关系。结果表明：当进料流率变化±30%时闪蒸器液位分别为3.3275m和2.06m且液位的越权控制结构要优于普通控制结构。当进料流率变化±30%时反应器的温度分别为154℃和143℃，较稳态值150℃分别上升了4℃和下降了7℃。精馏塔进料流率变化±20%时，塔顶采出量一度为0kmol/h，不符合生产需求。

关键词：动态模拟；压力驱动；醋酸乙烯

Dynamic Simulation Of Vinyl Acetate Process Based On

Aspen Plus Dynamics 15wt/a

Abstract

Aspen Plus Dynamics inspected the feasibility and validity of the process control scheme. The dynamic simulation of flash tank, reactor and tower in the ethylene process with an annual output of 150,000 tons of vinyl acetate was carried out by using pressure-driven method. The effects of equipment size and valve specifications on the process stability were investigated, and the intermediate process of data change was observed and analyzed. The relationship between the change of feed flow rate and the change of liquid level of flash evaporator V0101, temperature of reactor R0101 and the change of vinyl acetate production at the top of crude fractionator T0101 was discussed. The results show that the flash level is 3.3275m and 2.06M respectively when the feed flow rate changes ( 30%) and the ultra-weight control structure of the flash level is better than the common control structure. The temperature of the reactor was 154 and 143 when the feed rate changed ( 30%), which increased by 4 and decreased by 7 compared with the steady value of 150 respectively. When the feed flow rate of the distillation column changes ( 20%), the recovery at the top of the column is once 0 kmol/h, which does not meet the production demand.

Keywords: Aspen Plus Dynamic; Pressure Driven; Vinyl Acetate

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 Aspen Plus简介 1

1.2 Aspen Plus Dynamics简介 1

第二章 动态模拟的意义 3

第三章 模拟部分 5

3.1 储罐的液位控制 5

3.1.1 闪蒸器的常规液位控制结构 5

3.1.2 越权液位控制结构 12

3.2 反应器温度控制模拟 15

3.3 精馏塔塔顶采出量模拟 19

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

致 谢 23

参考文献 24

引 言

1.1 Aspen Plus简介

Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，由美国Aspen Tech公司研发，是唯一能处理带有固体、电解质和常规物料等复杂体系的流程模拟软件。^[1]它具有庞大的数据库和完备的单元操作模块，能处理多种复杂的体系，并对模拟过程中的物料和能量衡算、各单元操作模块参数、物流性质等进行严格计算，为工业过程的模拟与优化提供相对可靠的参数。

Aspen Plus作为化工过程模拟的重要软件经过30多年的不断改进、扩充和提高，已经先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型模拟软件。^[2]全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。Aspen Plus可广泛地应用于新工艺的开发、装置设计及优化，以及脱瓶颈分析与改造。此稳态模拟工具具有丰富的物性数据库，可以处理非理想、极性高的复杂物系；并独具联立方程法和序贯模块法相结合的结算方法，以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度分析、自动排序、多种收敛方法，以及报告输出等功能。具体来说Aspen Plus的模拟可以横跨整个工艺生命周期，可以利用详细的设备模型进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算；预测物流的流率、组成和性质；预测操作条件、设备尺寸；减少装置的设计时间并进行各种装置的设计方案比较；在线优化完整的工艺装置；回归实验数据。Aspen根据模型的复杂程度支持规模工作流，可以从简单的、单一的装置流程到巨大的、多个的工程师开发和维护的整厂流程。分级模块和模板功能使模型的开发和维护变得更加简单。

总的来说Aspen Plus具有集成能力强；结构完整；具有完备的物性系统；有强大的模型和流程分析功能等特点

1.2 Aspen Plus Dynamics简介

Aspen Plus Dynamics是一款发展相对成熟的专业动态过程模拟软件。^[3]它支持用户同时进行工艺过程设计和控制方案设计来降低建设成本和操作费用,预防控制过程中可能存在的风险,提高装置运行的安全性。Aspen Plus Dynamics的驱动方式有两种：一种是流动驱动（Flow Driven）；另一种是压力驱动（Pressure Driven）。流动驱动方式与Aspen Plus保持一致，设备出口物流的压力与流动速率只与本设备的参数设置于有关，不受下游设备操作条件的影响。压力驱动方式规定设备进出口物流压力，但不能规定物流流动速率，物流流动速率由设备之间的压力参数计算获得。因此，压力驱动方式需要提供的参数要多一些，当然模拟结果更接近真是情形，也更准确。在工厂实际过程中，往复泵、计量泵比较接近流量驱动，离心泵、有足够大容积和一定液位的容器比较接近压力驱动，但不能等同。本动态模拟均采用压力驱动的方式。动态模拟工作量很大，特别是单元操作比较多时，其工作量增加很快。动态模拟很容易发散，即模型运行过程中突然就发散了，不收敛了，模型运行中自动停下来。所以在做动态模拟的时候要勤于保存，一旦不收敛了，就可以打开上次保存的文件。而且，一般按时间保存为不同的文件。所以一个动态模拟做下来会有很多文件。

动态模拟一般涉及和环境的换热，需要输入环境温度，压力等。动态模拟一般还需要加入控制阀，这属于自动控制概念，控制阀一般是实施PID（P代表比例，I代表积分，D代表微分）调节，如果难于稳定控制，需要调节PID参数，这需要对PID有一定的了解。本篇建立动态模拟的步骤分为：用Aspen Plus建立稳态模拟，添加动态数据，运行收敛，将模型输出为dynf模型，用Aspen Plus Dynamics 打开dynf模型，改变控制系统，添加趋势图，运行模拟，分析动态模拟数据图，得出结论。

动态模拟的意义

在化工生产中，化工装置操作的稳定是必须的，但是非稳态过程也会经常出现，而且必须面对并且妥善处理。^[6]动态模拟是模拟一个工艺随时间的变化过程，模拟出的操作参数随时间变化，包括他的控制系统。稳态模拟是计算一次，结果出来就算完成了。动态模拟是要永远计算下去，即使操作参数已经平稳，模型也处于计算状态。稳态模拟的本质是求解一组非线性代数方程组，而动态模拟时增加了一个时间变量，需求解一组非线性微分方程组。因此稳态模拟为动态模拟提供了必要的基础与初值，动态模拟为稳态模拟结果的实现提供了保障。本文基于15wt/a醋酸乙烯工艺对闪蒸器、反应器和精馏塔作了动态模拟，稳态模拟流程如图2.1所示。

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