10.1 带循环的工艺流程模拟

撕裂流与计算顺序的关系
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


10.1 带循环的工艺流程模拟

循环工艺流程
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）
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。
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增大迭代次数

选择收敛方法
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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
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

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主流程处理顺序
S9 U7 S10 S1 U1 S2 U2 S3 U3 S4 S5 R1 U4 S6 U5 S7 U6 S8
Recycle Stream Guessed
Calculation Sequence
R1 S3
S4 S6
U1，(U2，U3，U4，U5)，U6 U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6
U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6 U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6
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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 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

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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；
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
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撕裂流举例
S7
S1
B1
MIXER
S2
B2
MIXER
S3
S5
S6
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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）
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。
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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
S8
S9

交叉循环回路(Interconnected Loop)
R1 S4 S5 S6 S7 S8 S1 U1 S2 U2 S3 U3 U4 U5 U6 U7
S9 R2
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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


10.1 带循环的工艺流程模拟
第10章 工艺流程模拟
作者：王丁丁 孙兰义
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
Feed Thermal Recycle
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)
S8 S1 S2 S3 R1 S4 S5 S6 R2 S7 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7
S9

嵌套循环回路(Nested Loop)
S1 U1 S2 U2 S3 U3 S4 R1 R2 U4 S5 U5 S6 U6 S7 U7
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 。

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。

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) 。 S9 S10
U7 S1 U1 S2 U2 S3 U3 S4 S5 R1 U4 S6 U5 S7 U6 S8