对二甲苯工艺全流程动态仿真_陈宗海

《中国控制会议论文集》1997IU71121年8月1725日江西庐LJI对二甲苯工艺全流程动态仿真陈宗海「,戴路沈廉荀230027勇}国科技大学l〕动化系合肥摘要;关键词:Px)的全流程仿真培训系统本文介绍了年产55万吨对二甲苯(该仿vPR00X真系统采用微机网络结构模拟了化工过程特性和仿集散控制系统并拥有工艺现场模拟站以及教师指令台对二甲苯仿真培训系统DCS数学建模一引言随着计算机与自动化技术的发展工业生产设备不断现代化的同时装置操作人员技术人员和管理人员的素质决定着现有设备能否安全稳定长期优质生产和新建设备的早日成功投产而实现这一目标最佳途径就是建立计算机仿真培训系统因此为配合新建年产55万吨Px装置的一次开车成功我们研制了Px全流程DCS已于1995年5月投人使用;另外仿真培训系统x全流程仿真培训系统可从集散系P)统(DcSx过程的开停车正常操作以及事故处理等诸方面对操作人员及技术人员P进行了全面而有效的培训提高了他们的综合处理能力;而且该系统是基于Pc微机上实现的具有极佳的性能价格比和推广价值本文将从Px流程软硬件结构建模‘过程等方曲介绍该系统的设计二工艺流程介绍:对二甲苯的工艺流程分为五个部分BT分馏单元歧化单元二甲苯分馏单元Parex单元异构化单元川如图、所示Cg芳烃及循环甲苯循环c歧化单元将原料甲苯9芳烃和氢气混合预热后经aMP压力和114h空速(体)进人反应器加热炉加热到反应温度以3」加热炉的对流段设有废热锅炉反应原料在绝热式固定床反应器中进行歧化和烷签转移反应产物经冷却后进人产品分离器进行气液分离产品分离器分出的大部分氢气经循环氢压缩机压缩后返回反应系统小部分循环气为保持氢气纯度而排放至燃料气系统或异构化装置并补充新鲜氢气异构化单元将来自二甲苯分离装置的CS芳烃与由重整或歧化装置来的氢气混合经气化后进人进料加热炉加热到反应温度后进人异构化反应器在催化剂作用下发生异构化反应反应产物从反应器底部流出与进料换热后进人空冷器冷却到钧℃再进产品分离器进行气液分离气相富氢从顶部流出液相物料经换热后进人脱庚烷塔脱庚烷塔主要作用是脱除C7以下轻组分气相部分作回流部分进人重整装置用脱戊烷塔液相是除去轻组分后的CS芳烃它进人白土塔除去微量烯烃最后精馏方法除去Cg以上芳烃将所得混合二甲苯送二甲苯分离装置分离吸附分离工段是将原料CS混合芳烃加热到l”℃经旋转阀进人吸附塔吸附分离后抽提液从吸附塔流出经旋转阀送到抽提液塔抽提塔顶馏分为粗对二甲苯送至成品塔塔底采出液为解吸剂抽余液从吸附塔流出经旋转阀送至抽余液塔塔底分出的解吸剂与抽提塔底解吸液汇合大部分进人解吸剂槽后经旋转阀再进人吸附少部分(约l%)送解吸剂再枯馏塔从解吸剂再精馏塔顶采出的纯解吸剂经Jhl余液塔去解吸剂槽塔底为解吸剂中的高沸点重组分物质从抽余液塔侧线采出的含对二甲苯很少的混合二甲苯送至异构化装置作为异构化原料成品塔顶馏出物为主塔要含甲苯的轻馏分送芳烃抽提装置回收利用塔底产品是精制的对二甲苯三x装置全流程动态模拟P仿真培训系统设计的核心是过程动态数学模型的建立化工过程装置是由各单元设备及连接各单元设备的管网组成单元设备是物料进行反应分离储存缓冲的场所;管网是起着连接和协调各单元设备的重要作用即相当于各单元设备之问的协调器首先要对过程对象进行分析建立以单元设备为节点管网为弦的有向信息图即节点网络图然后在此基础上根据仿真培训系统的特点进一步了解建模所需要的全流程水平上的信息这些信息包括:¹Px工艺所有单元设备的详尽的规定这些规定可以是设备的结构和操作参数也因此在建模过程中可以是关于设备的功能的要求ºPX流程拓扑的规定即各单元设备之间的连接方式包括所有物料流能量流和其它相互作用»流程所处理的物质的性质包括热力学性质传递性质和化学反应性质根据这些信息我们利用自行设计的仿真系统开发平台建立典型单元设备的数学模型并进行单元模型实验然后根据管息建立网络模型将各单元设备模型连接成一个整体实现对Px全流程的仿真由于篇幅本文以歧化反应器为例介绍仿真培训系统的过程单元大范围动态模型的建立过程3,拟流动模型由于固定床反应器返混小可以近似采用平推流式反应器(PFR)模型来进行模~…;A+B一·歧化反应是二级反应(2^一一)且近似等温等容的情况故其操作方程式为K了。rC月。=c加CXA一月c,二Xl一月(l)月X为停留时间;几为进料中A的浓度;为出口处人的转化率假设进口处转化率为仇床层压降△尸=d;中口o,‘a(2)一1118一几为摩擦系数为床层压降率;可查表得出;p为流体密度;‘气为床层平均流速;‘L为床层高度;。与;X为直径等于d的粒子所占的重量分率;是粒子的婴i二一鱼di形状系数床层压降是反应器运行中的一个重要监视参数它的变化直接影响到接触时间的变化3绝热床温度模型由于反应热效应较小而反应的选择性在一定温度范围变化不大简单地处理由于绝热床无径向传热故可作一维处理:=(△/):一:3可以用绝热床来一试中不兀分别为进出口流体的温度;xX分别为进出口组分A的转化率;四为反应。热;气为进料中A的摩尔流量;F为物料的总摩尔流量;可为物料的平均热容;{到,.x(一)(3)Z34反应选择性与转化率在本反应中温度升高转化率增加但反应选择性降低;氢气分压与反应速度成正比且分压可降低催化剂积碳速度但氢气循环量过大会使反应接触时间缩短转化率降低氢分压可由下式计算:pH二尸(月)HZ/HC/试中‘为循环气中氢气的10m21百分数;P为系统总压;2凡为反应器内的氢分压;凡为l流量;在装置循环气中氢气的o催化剂活性函数刀的计算HC为反应器混合进料中烃的ml流量;o其电ah气为平均分压2嘿则对第一”一、·0Ki个反应的催化选择·嗽一‘乃一戈瑕能力为:(5):反应速率等式为:厕(P)t!,卜二p{一。2}‘况(),‘}(6):(),=‘‘,才(7)四仿真培训系统的构成x工艺计算机仿真培训系统是由PPx工艺全流程动态数学模型和加载过程数学投型\\ox柒散控制系统仿真环境构成该系统采用双分离技术(环境与模型分的PRO离算法与数据分离)利用微机网络系统结构逼真地模拟了Px工艺动态过程和DCs的环境功能实现了对工艺操作员仪表技术员和组态工程师的培训一1119一41硬件构成该系统的硬件主要由多台微机配以特定外设通过TCP/IP协议网络构成毛其结构示竞图如图2所示Jt中训兄计算站进行网络服务运行数学模型和控}}川是算法;2即,,教师指令台实现教师指令组态和运行;3#是现场操作站模拟工艺现场的各种操作和监视;4#是工程师站实现控制站和操作站的组态;S操作站(可以挂1一s台5#是仿真系统DC机器4软件结构本系统的软件由若干相互作用相互联系的软件模块组成主要可分为机主控模块PR0vox控制单元控制算法模块Px工艺过程数学模型模块机通讯模块工程师控制方案组态工程师操作画面组态教师指令台组态及运行现场操作站组态及运行和PR0v0X操作站运行等一系列模块其结构如图3所示2被激活则调用相应的服务模块操作站的通讯采用定时通讯和随机通讯两种方式;孔是指根据下位机的操所谓定时通讯是指从上位机(机)定时获取数据包随机通i作随时向上位机发送数据本系统的操作站有DCS操作站和现场操作站两种:DCS操作站是完全逼真的仿PR0voX的操作员站它要求配以触屏和仿PR0voX的操作键盘;现场操作站的设立是为了配合Px过程操作中所要求的工艺现场操作的模拟使仿真系统更因此它除了具有数据显示工艺操作的功能外还具有画面展开功能即具逼真性安实际装置的位置关系编排的全流程图具有远景显示漫游和局部特写功能等(的教师指令台:教师指令台是实现对学员操作的监视和评价功能并对整个系统的运转进行控制是一个多功能的智能专家系统五结论语1P工艺全流程DCxS仿真培训系统是各学科综合应月的成果算法与数据分离环境与模型分离性可维护性具有强大的推广应用价值PX装置一次开车成功贡献巨大深受有关专家由于系统设计采用技术使该软件系统具有忧良的可移植该系统于199苏年5月全面投人使用后为公川J和工程技术人员的好评一1120一rC6C7C6芳烃烃》CS芳烃C7芳烃C石芳烃二甲苯精馏|化e歧生了汁阶e一|w富氢混合二甲苯对二甲苯》C10芳烃PX工艺流程示意图重TCP/IP奋5操即1作站口4机工程,币站〔可以挂l至8台)口2教师指令台禅3现场站图2Px工艺仿真培训系统硬件结构图洲甲YDOCTrP/TP肠各界而TCP/IP服各界而而教师台台软件包图3工程师站站软件包现场站站软件包OCS操作站软件包Px工艺仿真培训系统软件结构示意图参考文献(1)(2)1neom对二甲苯工艺技术资料宏力科技咨询翻译公司编译出版Bepnd1ngibleMJ卜IutehisoneHNetwPTheCaleulationfPipesofSeisteadystateressFlowinLargorksoChemEng197328:陈宗海(们陈宗海:制1996(4)朽)}冻宗海(3)沈廉戴路1992(318)化工过程仿真培训系统的建模与仿真计算机仿真沈廉化工过程计算机仿真培训系统集成开发环境信息与控一252一256戴路等PX全流程仿真培训系统技术资料中国科技大学一1121一