热泵精馏模拟细节和策略

1、热泵模拟细节和策略在ASPEN PLUS中直接搭建完整的流程进行模拟一般难以收敛 ，建议先完成常 规精馏的模拟，再利用其数据进行热泵精馏模拟。以塔顶气相压缩式热泵为例，分三 步进行热泵精馏模拟：第一步，利用常规工艺模拟的数据，进行无塔模拟热泵部分的模拟（如图1。此步 骤无精馏塔的模拟，物流3为常规精馏塔第1块塔板（在ASPEN中为冷凝器的气相 进料，物流10为精馏塔最后一块塔板（在 ASPEN中为再沸器，这两股物流的数据直接 由常规精馏塔模拟结果的“ Profile获取。压缩机和换热器的模拟都很常规，但 ASPEN中的换热器并不能模拟釜式再沸器的效果，釜液换热后并不能将气液相分开 所以附加一个

2、绝热闪蒸器 将物流11气液相分开，液相出料，气相返回精馏塔。分离 器S1实现回流。当这一步的模拟按工艺设计要求收敛后 （一般是压缩机出口压力不 够导致换热器H2换热量达不到要求，模mi塔顶气相用缩式热泵精溜模拟形骤一第二步，增加塔体进行模拟（如图2。在第一步基础上，增加塔体（RadFrac模块中 无冷凝器和再沸器的塔单元，根据原工艺输入进料数据和塔的操作数据，同时物流9 作为回流液返回塔的第一块塔板，物流12作为再沸蒸气返回塔的最后一块塔板。此 步骤先不将塔顶蒸气14作为热泵蒸气输入（物流3,也不将釜液物流15作为换热器 的冷液输入（物流10,进行模拟（一般容易收敛。检查塔和产品出料的数据是否

3、跟常 规模拟的一致，同时检查物流3和物流14是否一致，物流10与物料15是否一致。也I 1+址Ti；t r hi门:鈿s十轨窃熾幽址、州U ；第三步，完整的热泵精馏模拟（如图3。在步骤二的基础上，将物流3接到精馏塔 塔顶（删除物流14,作为精馏塔第1块塔板蒸气出料，模拟收敛后再将物流10接到精 馏塔塔底（删除物流15,作为精馏塔最后一块塔板液相出料。此处应注意，保留物流3 和物流10原本在步骤二中的输入数据（Input，这些数据在迭代时将作为初值进行计 算,保留这两股物流的数据让流程更容易收敛。此流程需要规定撕裂物流（Tear,可以设置塔顶蒸气物流（物流3和釜液物流（物流14作为撕裂物流（模拟

4、时也试过只设定 釜液物流为撕裂物流，收敛也成功。当收敛失败时，可把迭代次数由30次提高到100 次（Co nverge nce>> Methos»Wegstein再不行的话可尝试把迭代方法由 Wegstein改 为 Newton（Convergence>> Defaults>>>> Defaults Methos >>Tears>>Newtor一般都 能收敛。如果顶蒸气物流（物流3和釜液物流（物流14模拟计算的值与输入的值相 差较大，需重新检查流程；如果相差不大，建议把撕裂物流的模拟结果（Results输入到 I

5、n put中，下次模拟时能更快收敛。检查整个流程，确认无误后完整的塔顶气相压缩开 式热泵精馏模拟就完成了，可进一步改变操作参数来优化热泵精馏。ceopt吋曲 n ( 0e 5 F- V c F -ng FM制听 e 0 o e o rtfT £ T c a n3剑岂0勿 n囚?庄；厂曲 E-庄 FEEStreamToleranceT raceState variaoles10'I rnmPr3 ?rr31C00IPr?£sur& St enthalpyT eai stieans图4撕製物流的设闻图4撕裂物流的设置对于另外两种比较常见的热泵模拟，釜液节流开式（图5和闭式（图6,方法跟塔顶 气相压缩开式的差不多，撕裂物流和迭代方法仍然是关键。釜液节流开式也是冷凝 器与再沸器是同一个换热器，策略一样。闭式热泵精馏因为其热泵工质（中、高温下 可选择水不与塔内物料进行交换，模拟就更简单了。在闭式热泵模拟中，只要能满足 冷凝器和再沸器的热负荷精馏操作就能进行，此处就没必要再进