基于CAPE-OPEN标准的简捷炼油过程建模及常减压蒸馏流程在线模拟

简捷炼油过程模型广泛应用于运行监测、在线计算、实时优化等领域,但大多数模型只是将输入、输出变量进行关联,无法计算出各组分流量组成,难以集成在模拟软件中进行全流程模拟。本研究简化了炼油分离过程,开发了基于CAPE-OPEN标准的简捷炼油塔模型。首先,将炼油过程简化为连续的分离单元,根据实际产品数据校正模型参数,实现某一实际工况流程模拟;其次,将模型参数与实际工况操作变量数据相结合,采用径向基函数插值确定操作变量对模型参数的影响关系,实现多种工况流程模拟;最后,通过常减压蒸馏工业装置实例的3种工况进行验证。结果表明:各工况模拟结果与Aspen计算结果相比,初馏塔塔顶油馏出温度点偏差大多在2%以内,常减压蒸馏塔各侧线油的馏出温度点平均偏差在3%以内;与实际结果相比,平均误差都在5%以内,符合工程允许误差范围要求。所建模型的计算速度快,各塔均在0.2 s左右完成计算,适用于在线生产、调度等。

基于CAPE-OPEN标准的乙苯脱氢反应器模块开发与全流程模拟

基于某乙苯负压绝热脱氢制苯乙烯装置转化率低于设计值的现状,建立了包括小分子水蒸气转化反应在内的乙苯绝热脱氢制苯乙烯反应动力学模型和反应器模型,基于工业数据,估计了模型动力学参数,模型具有较高的精度;采用C++语言和COM技术开发了符合CAPE-OPEN标准的乙苯脱氢制苯乙烯反应器单元模块;在Aspen Plus平台构建了内嵌反应器模块的乙苯脱氢制苯乙烯全流程模型,反应器与精馏塔的模拟结果与实际相吻合;进一步考察了工艺参数对装置运行中期反应的影响,提出了适宜的工艺参数,为乙苯脱氢制苯乙烯的工艺设计、生产优化提供有益的支持。

基于CAPE-OPEN标准的SINOALKY烷基化反应器模块开发与全流程模拟

基于SINOALKY烷基化工艺,建立了二十集总反应动力学模型和反应器模型,并在此基础上开发了符合CAPE-OPEN标准的SINOALKY烷基化反应器模块,模块包含符合CAPE-OPEN标准的6个物流接口、数值求解器以及可视化的交互界面。将该反应器模块加载于Aspen Plus平台中,搭建了某0.2 Mt a的SINOALKY烷基化装置全流程模型,模型的模拟效果较好;进而,考察了反应工艺参数对烷基化产品组成和性质的影响,结果表明,模型模拟值与实际烷基化工艺相符,获得了适宜的烷基化反应工艺参数。表明包含SINOALKY烷基化反应器模块的烷基化全流程模型可为SINOALKY烷基化装置的模拟优化提供重要参考。

基于CAPE-OPEN标准的单元模型的建立

通过建立基于CAPE-OPEN标准的闪蒸罐模型和热力学平衡反应器模型,介绍了建立单元模型所需的组件和方法。以COCO组件和Aspen Plus为工具,探讨了如何建立单元模型、设置物性包以及物性包组件间的互操作性,并且对建立的两种单元模型的计算结果和Aspen Plus的计算结果进行了比对。

基于CAPE-OPEN仿真系统的研究

快速、准确、高效的过程建模对于化工及相关过程的合成、设计、监控、优化等越来越重要。而过程仿真器是实现过程建模的一个很重要的工具。在工业现场实际应用时需要使用多个仿真软件。不同的仿真软件在互用性、重用性和可扩展性上存在很大的障碍。该文在分析当前过程工业仿真软件存在问题的基础上 ,介绍了开放式计算机辅助过程工程的体系结构、模块划分、软件设计与实现的方法和工具。通过生物污水处理过程应用实例 。

CAPE-OPEN化工过程仿真设计标准综述

快速、准确、高效的过程建模对于化工及相关过程的合成、设计、监控、优化等尤其重要。该文概要地介绍了化工过程开放式计算机辅助工程设计标准CAPE-OPEN的产生背景,并对单元操作、热力学和物理属性包、数值解题器等部分接口规范和技术特点进行了简要介绍,最后对符合CAPE-OPEN标准的组件测试及其发展前景做出总结。

基于CAPE-OPEN标准的萃取精馏过程模拟研究

萃取精馏过程模拟计算对工业生产具有重要指导作用,为进行基于CAPE-OPEN标准的萃取精馏过程模拟研究,首先了解其处理体系的特点,确定萃取精馏塔功能建立其数学模型,采用内外层算法进行求解计算;然后,使用VisualC++与COM组件思想对模块进行开发;最后,采用苯-环己烷和四氢呋喃-水两个体系进行测试。将主要工艺参数同Aspen Plus化工模拟软件的计算结果对比,结果表明萃取精馏塔各平衡级的组成、流量和温度分布等参数结果准确可靠,满足分离指标,证明了该单元模块可用于萃取精馏过程模拟研究。

基于CAPE-OPEN污水处理仿真系统的研究

基于CAPE -OPEN污水处理仿真系统是一种新型的、开放式的仿真环境 ,它的设计和应用走在了自动化仿真领域的前沿。本文简要论述了基于CAPE -OPEN污水处理仿真系统的原理 。

基于CAPE-OPEN标准的硫酸法烷基化反应器建模及全流程模拟

以针对DuPont公司Stratco工艺建立的硫酸法烷基化机理模型为基础,采用C++和COM技术开发了符合CAPE-OPEN标准的硫酸法烷基化反应器单元操作模块,该模块通过实现单元操作接口和热力学物性接口可与通用化工流程模拟软件进行交互;建立了便捷、友好的用户操作界面。将硫酸法烷基化反应器模块内嵌于Aspen Plus中,并借助于Aspen Plus本身的物性数据、热力学方法和常规单元操作模块可实现烷基化工艺的全流程模拟。实际案例验证表明,模拟结果与工业实际值吻合良好,说明所建立的CAPE-OPEN烷基化反应器模块稳定可靠,将对硫酸法烷基化装置的流程模拟、参数优化起到重要的指导作用。

基于CAPE-OPEN标准的倾析器模块开发

倾析器作为过程模拟中的重要分离模块之一,主要用于模拟分液器和无气相的单级分离器。基于CAPE-OPEN标准,采用面向对象和COM组件技术实现了对该模块的开发,其中模块数学模型实现了基于Rachford-Rice方程和Gibbs自由能最小法两种方式。通过支持CAPE-OPEN标准的Aspen Plus软件调用开发的模块进行模拟验证。结果表明,开发的倾析器模块遵循CAPE-OPEN标准,可以与支持CAPE-OPEN标准的流程模拟软件进行交互,且开发的模块具有较好的准确性和收敛性,能够满足实际工业分离模拟计算要求。

基于CAPE-OPEN的计算机工业建模

以下一代过程工程辅助计算的开放模拟环境CAPE-OPEN(Computer-AidedProcessEngineeringOpenSimula-tionEnvironment)为重点,首先阐述当前计算机工业建模发展的局限性以及CAPE-OPEN解决方案的优势所在,接着详细分析其应用框架与设计实现细节,最后以方程建模工具ASCEND为背景,继承CAPE-OPEN的接口定义思想与规范,设计ASCEND通用方程建模单元操作模块接口集,实现广义的跨平台协作计算与建模。

基于CAPE-OPEN的固定床模拟软件的设计与开发

尽管很多大型模拟软件均能较好的模拟常见操作单元,但对于种类繁多的换热式固定床反应器并不能够很好的模拟,而且各模拟软件之间也缺乏良好的交互性。很多化工装置的反应都是强放热的,必须先进行模拟和设计,从而使化工装置更安全更经济。针对固定床反应器进行了面向对象的分析及建模,并参照CAPE-OPEN标准,设计和开发了固定床模拟软件REACSim。该软件既可以在各个支持CAPE-OPEN接口的大型模拟软件中作为单元操作来进行全流程模拟,又可以独立拥有自己的计算界面计算固定床反应。在草酸二甲酯和甲醇合成流程中的固定床反应器设计中进行了真实的工程化应用,结果表明该软件可以有效预测固定床的生产能力,帮助设计人员优化设计,分析调整固定床的工艺参数。同时,基于CAPE-OPEN标准的固定床模拟软件REACSim具有结构简单,计算灵活,可依托模拟环境的物性库和热力学方法,计算结果准确可靠。

基于CAPE-OPEN标准的化工过程模拟软件开发

化工过程模拟软件在化工和炼油领域有着广泛的应用,根据功能可将模拟软件划分为描述化工设备的单元操作模块、描述物流性质的热力学模块、对石油进行处理的石油馏分等功能模块,不同模拟软件厂商对这些功能模块都有着独特的数学模型和处理方法。为便于不同模块问的集成,欧盟制定了描述接口规范的CAPE-OPEN标准。本文对CAPE-OPEN标准、模拟软件框架结构、模拟软件开发步骤进行了简单的描述,最终实现了一款完全遵循CAPE-OPEN标准的模拟软件,并利用实际工艺数据对模拟软件进行了测试。

基于CAPE-OPEN标准的管路单元模块开发

CAPE-OPEN标准化工单元模块是实现基于CAPE-OPEN标准的化工模拟软件的重要组成部分,开发完成的单元模块可以作为软件的一部分被系统识别调用,不仅实现了软件间的集成,而且单元模块的调用是通过动态链接库文件的形式完成的,很好地保护了开发者的知识产权。本文采用C++语言与COM组件技术,根据CAPE-OPEN标准开发了支持单相流和两相流压降求解的管路单元模块。对其数学模型、求解算法和用户界面分别用不同的类进行描述,通过实例将管路单元模块的计算结果同国际通用的过程模拟软件Aspen Plus V7.2对比,结果表明开发的单元模块管路准确性高,具有较强的理论和实际应用价值。

基于Cape-Open标准的间歇精馏过程模拟系统的开发

在合理假设的前提下建立间歇精馏过程的严格动态模型,此模型按精馏塔的结构分解为:再沸器、塔板、冷凝器、回流釜、分配器及产品罐模型等6个子模型,塔板子模型考虑了液相持液量。基于Cape-Open标准采用面向对象程序设计方法,实现各个子模型程序,将各个子模型的参数及解算方法封装在各自的类中,利用四阶龙格库塔积分方程,采用逐板计算法由塔釜至产品罐自下而上地求解该模型。最后引入一3组份混合物间歇精馏实例,模拟结果较好地反映了该物系间歇精馏的动态特征,表明该模型准确可靠,所开发的系统稳定。

基于CAPE-OPEN标准的化工物性数据库的探讨

介绍了CAPE-OPEN标准,基于此标准从概念模型上分析了化工物性数据库所需的条件,通过用例说明了该数据库的实现过程,并利用顺序图显示了数据库的接口、使用者和类的关系。支持CAPE-OPEN标准的化工物性数据库,可使得不同开发商的物性数据库能够允许自动交换物性数据和模拟参数,克服了化工物性数据库在化工过程仿真软件中的瓶颈。

基于CAPE-OPEN标准的对二甲苯氧化反应器建模

流程工业开发的竞争力很大程度上取决缩短计算机辅助软件开发的周期,CAPE-OPEN(computer-aided process environment,OPEN)就是这样1套标准规范,它允许软件供应商、各研究机构及个人进行可兼容组件开发。这些组件以动态链接库的形式无缝构建了1个集成的模拟仿真环境。本文在现有精对苯二甲酸(pure terephthalic acid,PTA)全流程建模与仿真的基础上,将流程核心模块对二甲苯(p-Xylene,PX)氧化反应(continuous stirred tank reactor,CSTR)机理模型重构,封装成为符合国际流程工业接口标准CAPE-OPEN的独立组件,该组件通过开放(equation set object,ESO)接口,向数值求解器与仿真环境提供模型信息,调用CAPE-OPEN兼容物性包进行物性计算,从而完成模型的求解工作。该模块可与标准兼容流程仿真环境Aspen Plus交互,在该环境下将迭代求解结果与原流程模型仿真结果保持在0.1%以内,验证了模型的精确性与稳定性。

基于CAPE-OPEN标准的反应组件开发

为了让反应系统与流程模拟软件的耦合度更低、代码可复用性更高,基于CAPE-OPEN标准开发了反应组件:按照接口标准实现了反应对象、反应包管理器和一个反应包,反应包中包含了对平衡反应和幂次方动力学反应的定义和计算;将各部分对接,形成一个完整的反应求解组件;最后使用支持CAPE-OPEN标准的模拟器进行调用,将计算结果与常用模拟软件进行对比和分析,结果表明该组件计算准确。

基于Cape-Open标准的复杂精馏塔单元模块开发

精馏过程模拟计算是化工过程模拟的重要组成部分,其单元模块开发具有重要意义。为实现基于Cape-Open标准的复杂精馏单元,首先要定义复杂精馏塔的功能,建立精馏过程的数学模型,并根据新松弛法与三对角矩阵泡点法的联合算法建立其数学模型并完成相应的数学模型求解算法;其次,基于Cape-Open标准,采用C++语言与COM组件将数学模型、求解算法和用户界面分别封装到各自类中。最后,通过两组极性体系的精馏实例对所开发模块进行验证,分别经过10次迭代和7次迭代求解后达到收敛精度。将各塔板温度、汽液相组成等计算结果同过程模拟软件Aspen Plus对比、分析并得出结论。所开发的复杂精馏塔单元模块可以较好的计算塔内各平衡级的组成、流量和温度分布,表明该精馏单元模块所求得的结果是可靠的。

基于CAPE-OPEN标准的萃取塔单元模块开发

萃取过程模拟优化是化工过程模拟计算的重要组成部分,其模块的开发是必不可缺的。为实现基于CAPE-OPEN标准的萃取塔单元模块,首先明确萃取塔的功能,对流率加和算法进行改进,建立萃取过程的数学模型;然后,采用C++语言与COM组件技术对萃取塔单元模块进行开发。通过测试芳烃抽提实例对所开发模块进行验证,经迭代计算后能够达到收敛精度。将各塔板温度、萃取相及萃余相流量、组成等计算结果同化工模拟软件Aspen Plus进行对比。结果表明,所开发的萃取塔单元模块可以准确计算塔内各平衡级的组成、流量和温度分布,从而验证所开发的萃取塔单元模块的计算结果是可靠的。