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全面的单元操作

PRO /II 的单元操作十分全面,不仅包括一般模型,如闪蒸、阀、压缩机、膨胀机、管道、泵、混合器和分离器,而且还包括复杂的模型,如蒸馏塔、换热器、严格管壳式换热器(包括整合的 HTRI 模型)、加热炉、空冷器、冷箱模型、反应器、固体处理单元等等。

1. 塔

对于塔, PRO/II 提供了一系列蒸馏算法、初始值生成算法和模拟选项,能为任意蒸馏问题建立模型。在塔单元操作中共有四种类型的蒸馏算法供您选择。对于某个问题通常不止一种算法合适。但在一般情况下, IO 算法适合于绝大多数情况和操作条件。 CHEMDIST 算法适合于非理想物系和两个液相的物系。烃类物系的蒸馏如果带中断回流,以及含自由水时,则更适合于用 SURE 算法。对于这些算法,您可以选择是否对板式塔和填料塔的水力学方面进行设计和核算。另外, PRO/II 还支持简洁塔模型,让您能快速对多种塔操作的分离特征进行分析。除此之外, LLEX 单元操作则是一个专门用于液液萃取塔的模型。因此, PRO /II 中的蒸馏计算十分完整。

2. 反应器

PRO / II 提供下述反应器模型:转化反应器、平衡反应器、吉布斯自由能最小化反应器、全混流反应器、平推流反应器等。

转化反应器基于用户提供的化学计量转换比和反应热数据,通过求算一个或多个同时发生的化学反应的热平衡和物料平衡来模拟一个反应器。

平衡反应器则是基于用户输入的化学计量、化学平衡系数或平衡差数据,以及反应热数据等,通过求算一个或多个同时发生的化学反应来模拟一个反应器。

吉布斯自由能反应器通过求算物料和热平衡模拟一个单相或多相反应器。该算法通过自由能的最小化,在满足整个热量和物料平衡前提下,计算产品产率、组成以及热条件。

全混流反应器模型模拟一个连续进料并带搅拌釜的反应器。该模型假设物料进入反应器时完全混合。该模块允许绝热操作,可定义热负荷,或者在指定温度或进料温度下等温操作,对沸腾槽模型,则是在一个恒定体积下操作。

平推流反应器则模拟一个表现出平推流行为的管状反应器。该模型的两个基本的假设是( 1 )无轴向混合或热传递( 2 )所有流体元素通过反应器的时间均等。

另外, PRO / II 中还支持反应精馏,允许对精馏塔中同时进行的反应过程进行严格的建模。

3. 换热器

简单换热器单元可以用于模拟单股物流的加热冷却、两股工艺物流的换热、或一个工艺物流和一个公用工程物流间的换热。另外,换热器的任意一侧均可连接到蒸馏塔的某一块理论板上(包括冷凝器和再沸器),用于模拟与塔内部物流的换热工况。

而严格的换热器则是管壳式换热器的核算和设计模型,将严格的热力学模型和鲁棒的收敛算法进行有机结合。该模型支持几乎所有的 TEMA 管壳式换热器的结构。严格计算通过换热器的热量传递和压降,可正确处理所有可能发生的相变情况,包括物流的冷凝和汽化过程。可选的气液液平衡 VLLE 热力学方法则对换热器任意一侧的三相分布进行严格计算。另外,与 HTRI 换热器模型的整合,则使得您可以在 PRO / II 中直接激活 HTRI XIST 管壳式换热器的计算程序。

PRO / II 允许对冷箱进行建模—— LNG 换热器, 它可以模拟多个冷热物流间的换热。 该换热器分成多个单元代表各个交叉流动的元素。 每个单元也可将多个进料进行混合形成一个联合进料。 进料物流允许在出口时分离成气相和液相产品。

PRO / II 中,加热换热器(或称为炉子) 单元操作通过在一侧燃烧燃料而加热另一侧的流体。 加热炉模型结合了燃烧反应器和换热器的功能。

强大的流程控制与优化

1. 流程控制

PRO / II 拥有解算特大型和复杂流程的能力, 允许在流程中包括反馈控制器和多变量控制器。 这些单元可通过调整上游参数而逐步达到用户定义的工艺单元或物流的参数。 反馈控制器适合于处理控制变量和规定的一对一关系, 而对于要同时处理多个规定和约束时,则需使用多变量控制器。

PRO / II 能自动对流程进行分析,找出循环物流和装置的回路, 并由此决定“撕裂物流”和解算序列。 当然用户也可覆盖这些计算并定义自己的计算序列。 有些类型的循环物流和回路较难收敛,速度慢, PRO / II 提供了 2 种加速算法以加速收敛过程:即 Wegstein 法和 Broyden 法。

上述这些机制和方法,确保了 PRO / II 解算大型和复杂流程的能力,而且收敛性能卓越。

2. 流程优化

所谓流程优化,是从一组设计或操作条件中自动选择出其中最佳的方案。大多数的设计或操作决定都涉及到优化问题,即您希望通过选择某一组的设计或操作变量,而使得另一些变量最大化或最小化。比如,对于一个精馏塔来说,您可以选择一个合适的进料位置,使得塔釜热负荷消耗最小;当然,一个更全局一些的方法则是调整工厂所有的操作条件,使得整个效益或产量最大化等。

显然,完全手动地在大量操作条件中找出最佳条件而使得效益最大化绝非易事。为帮助您轻松完成这些任务, PRO / II 提供了优化器单元操作,该优化器无需评价所有可能的工况,就可以非常聪明地得到最佳方案。 PRO / II 优化器采用 SQP 算法求算非线性优化问题,不再仅是优化单个装置操作条件,而是可以优化整个工艺流程。

PRO / II 优化器中,您需要定义一个目标函数(最大化或最小化)和最少一个操作变量。此外,每个操作变量都应定义一个上下限。约束的数量与变量的数量无直接关系,并且该优化器对优化问题的大小本身并没有硬性的限制。

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