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1、过程装备优化设计过程装备优化设计The design of optimization of process equipment学部（学院）： 化机学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 武锦涛 评 阅 教 师： 张晓东 完 成 日 期： 2015/1/2 大连理工大学Dalian University of Technology过程装备优化设计摘 要过程装备是现代过程工业生产中的基础和平台，这些装备的可靠是现代化工快速发展和稳定运行的基石。尤其是随着过程装备的大型化，平台化，数字化，智能化的发展，大大提高了生产效率。然而，过程装备的制造要求却越来越高，

2、需要承受更为苛刻的生产条件，例如高温，高压，甚至超高压；耗能也越来越大，公用工程也占据着越来越大的比重，致使投资和运营成本大幅提升。所以过程装备的节能是一个重要的问题，也具有很大的利益。因此，“装备优化设计”的目的就是利用现代的仿真软件（如aspen，proII等），本文用的是aspen plus8.4对“催化重整过程”进行化工过程相关计算，并作出优化设计，使过程的耗能最小，获得最大经济效益。本文中，通过计算和优化，获得公用工程用量为：48530000KJ/h，热物流的夹点温度为：87，冷物流的为：67；优化后的换热面积为：4427m2。可见，通过夹点技术的运用和aspen plus的仿真模拟

3、，能够大大节省模拟和优化成本，并获得最大的经济效益。可以说，过程工业依托有力的模拟仿真将是一个发展趋势。关键词：过程装备;优化设计;aspen模拟 - I -过程装备优化设计 The design of optimization of process equipmentAbstract Process equipment is the foundation and platform of modern industrial production. Especially with the development of large-scale equipment, and digital and

4、intelligent devices, greatly improves the production efficiency.However, the manufacturing process and equipment requirements are getting higher and higher, and need to bear more demanding production conditions, such as high temperature, high pressure, and even ultra high pressure; energy consumptio

5、n is also growing, utilities also occupy an increasingly large proportion, resulting in investment and operating costs increase. So energy saving is an important point, it has great benefit. The design of optimization of process equipment is the purpose of the use of modern simulation software (such

6、 as Aspen, pro ii etc.)。This paper is used in chemical process calculation of Aspen plus8.4 on Catalytic reforming process , and makes the optimization design, the process of the minimum energy consumption, obtain the biggest economic benefits.Through calculation and optimization, the utilities cons

7、umption is: 48530000KJ/h, thermal logistics pinch point temperature: 87, cold Logistics: 67; heat transfer area as the optimized: 4427m2.Therefore, using pinch technology and Aspen Plus simulation can greatly save the cost, and obtain the maximum economic benefit. As we can see, Its the trend of usi

8、ng simulation. Key Words：Process Equipment；Design of Optimization；Aspen plus for Simulation- 12 -目 录摘 要IAbstractII引 言11项目背景31.1催化裂化过程31.2相关数据：31.3本文的主要工作52 Aspen plus模拟62.1 概述62.2 模拟和计算结果7结 论10参考文献11致 谢11引 言优化设计英文名是optimization design，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给

9、定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。优化步骤：建立数学模型。选择最优化算法。程序设计。制定目标要求。计算机自动筛选最优设计方案等。通常采用的最优化算法是逐步逼近法，有线性规划和非线性规划。优化设计就是在满足设计要求的众多设计方案中选出最佳设计方案的设计方法。化工优化设计在化工优化设计中，Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Eng

10、ineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。产品特点：一、产品具有完备的物性数据库 物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为AspenPlus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。 Aspen Plus 数据库包括将近6000 种纯组分的物性数据1.

11、 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数2. 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。3. 固体数据库，包括约3314 种固体的固体模型参数。4. Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。5. 二元交互作用参数库，包括RidlichKwong Soave、Peng Robinson、Lee esler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden OConnell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。6. 无机物数据库，包括2450 种组分（大部分是无机化合物

12、）的热化学参数。二、产品线比较长，集成能力很强。 Aspen Plus 是Aspen 工程套件（AES）的一个组份。AES 是集成的工程产品套件，有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的Aspen Tech 家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。 如：Polymers Plus： 在Aspen Plus 基础上专门为模拟高分子聚合过程而开发的层次产品，已成功地用于聚烯烃、聚酯等过程。1.Aspen Plus 可以为夹点技术软件直接提供其所需要的各流段的热焓、温度和压力等参数。B-JAC/ HTFS： 换热器详细设计（包括机械计算）的软件

13、包，2.Aspen Plus 可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成，转入设备设计计算。3.唯一将序贯（SM）模块和联立方程（EO）两种算法同时包含在一个模拟工具中。 序贯算法提供了流程收敛计算的初值，采用联立方程算法，大大提高了大型流程计算的收敛速度，同时，让以往收敛困难的流程计算成为可能。节省了工程师计算的时间。4.结构完整，除组分、物性、状态方程之外，还包含以下单元操作模块： 对于气/液系统， Aspen Plus包含： 通用混合、物流分流、子物流分流和组分分割模块。 闪蒸模块：两相、三相和四相 通用加热器、单一的换热器、严格的管壳式换热器、多股物流的热交换器 液液单级倾析器 基于收率的

14、、化学计量系数和平衡反应器。 连续搅拌釜、柱塞流、间歇及排放间歇反应器。 单级和多级压缩和透平 物流放大、拷贝、选择和传递模块 压力释放计算 精馏模型 简捷精馏 严格多级精馏 多塔模型 石油炼制分馏塔 板式塔、散堆和规整填料塔的设计和校核。 对于固体系统， Aspen Plus包含： 文丘里涤气器、静电除尘器、纤维过滤器、筛选器、旋风分离器、水力旋风分离器、离心过滤器、转鼓过滤器、固体洗涤器、逆流倾析器、连续结晶器等。1项目背景1.1催化裂化过程一、总体设计催化裂化是石油炼制过程之一，是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。原料采用原油蒸馏（或其他石油炼制

15、过程）所得的重质馏分油;或重质馏分油中混入少量渣油,经溶剂脱沥青后的脱沥青渣油；或全部用常压渣油或减压渣油。在反应过程中由于不挥发的类碳物质沉积在催化剂上，缩合为焦炭，使催化剂活性下降，需要用空气烧去（见催化剂再生），以恢复催化活性，并提供裂化反应所需热量。催化裂化是石油炼厂从重质油生产汽油的主要过程之一。所产汽油辛烷值高（马达法80左右），安定性好，裂化气（一种炼厂气）含丙烯、丁烯、异构烃多。二、工艺流程催化裂化工艺由三部分组成：原料油催化裂化、催化剂再生、产物分离。催化裂化过程的主要化学反应有：裂化反应、异构化反应、氢转移反应、芳构化反应。催化裂化所得的产物经分馏后可得到液化气、汽油、柴油和重质馏分油。 催化裂化工艺流程图1.2相关数据：原始流股数据公用工程数据：