石油化工工艺过程模拟.doc

PRO/II与石油化工工艺过程模拟计算
一、PRO/II简介
1.1、概述
PRO/II软件是美国SIMSCI公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件,该软件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程,对多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工艺装置的工艺流程模拟软件,同时作为装置标定计算、设备核算的软件。
PRO/II软件在我国的应用十分广泛,其中DOS系统的V3.3、V4.02版本和WINDOWS操作系统的V4.13 WITH PROVISION V2.0以上版本是比较常用的。PRO/II软件是很多炼油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一,同时也是炼油、化工等生产单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。
在实际工作中,有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题,而塔设备往往是需要进行标定或核算的重要设备之一,这时应用PRO/II软件提供的精馏、吸收、萃取等单元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。
1.2、主要计算模块或计算单元简介
序号
模块名称
主要功能
一、常用模块
1
FLASH/闪蒸
进料计算、气液分离、多相分离计算。
2
DISTILLATION/精馏
精馏、吸收、萃取等分离过程的严格法计算。
3
SIDE COLUMN/侧线汽提
用于复杂塔的侧线汽提塔计算。
4
MIXER/混合器
用于物流混合过程计算,拟混合的物流数不限。
5
SPLITTER/分流器
物流分流计算。
6
SIMPLE HX/简单换热器
无结构参数限制的换热器计算。
7
RIGOROUS HX/严格换热器
含结构校核的换热器计算。
8
COMPRESSOR/压缩机
气体提高压力计算。
9
EXPANDOR/膨胀机
气体膨胀制冷计算。
10
PUMP/泵
液体输送计算。
11
VALVE/阀
减压或液体节流计算。
12
CONTROLLER/控制器
控制工艺参数值计算,如:进料温度等。
13
OPTIMIZER/优化器
优化工艺参数,如进料位置等。
14
CALCULATOR/计算器
物流、工艺参数的分布和分配计算。
15
STREAM CALCULATOR/物流计算器
物流中组份分布和分配计算。
16
CON. REACTOR/转化反应器
按照计量系数完成反应的摩尔数变化量计算。
二、其它模块
17
EQU. REACTOR/平衡反应器,按照平衡常数、反应热等完成反应计算。
18
FLASH WITH SOLID/含固体闪蒸计算单元。
19
PIPE/管线计算(如:压降、流速等)。
20
DEPRESSOR/减压阀(减压计算)。
21
MULTIVARIABLE CONTROLLER/多变量控制器。
22
PLUG FLOW REACTOR/平推流反应器。
23
GIBBS REACTOR/GIBBS 反应器。
24
POLYMER REACTOR/聚合物反应器。
二、PRO/II热力学方法的初步分析
PRO/II提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传递性能参数等热力学计算方法,由于每种热力学方法有一定的适用范围,在应用PRO/II解决具体问题时,选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。
以下分类讨论PRO/II提供的主要的热力学方法。
2.1、普遍化方法
普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的SRK方程、PR方程、BWRS方程、GS方程、IGS方程、BK10方程等,各方程的适用范围如下:
热力学方程
适用领域
SRK
气体、炼油过程的烃类物系
SRKKD
炼油过程的烃水物系,尤其高温、高压的气液液过程
SRKM
烃/醇等极性/非极性物系
SRKH
酮/水等极性和高压物系
PR
气体、炼油过程的烃类物系
PRM
烃/醇等极性/非极性物系的气液液过程
PRH
酮/水等极性和高压物系
BWRS
气体、炼油过程的烃类物系
GS
常压以上的炼油物系
IGS
炼油体系的气液液过程
BK10
原油常压、减压蒸馏过程
2.2、液相活度系数方法
液相活度系数方法主要包括用化工、石油化工物系气液、液液、气液液平衡及相关物性参数计算的NRTL(Non-Random Two Liquid)方程、UNIQUAC方程、WILSON方程、UNIFAC方程、VANLAAR方程、FLORY方程、MARGULES方程等,各方程的适用范围如下:
热力学方程
适用领域
NRTL
有液相活度系数可以利用的化工、石油化工极性物系
UNIQUAC
没有提供气液、液液平衡数据的化工、石油化工极性物系
WILSON
极性物系的气液过程
UNIFAC
任何已知组分结构的物系
VANLAAR
化工、石油化工极性物系的气液、液液过程
FLORY
化工、石油化工极性物系的气液、液液过程
MARGULES
化工、石油化工极性物系的气液、液液过程
2.3、专用数据包方法
PRO/II专用数据包用于计算指定物系的气液、液液平衡及相关物性参数,主要包括GLYCOL数据包、SOUR WATER数据包、ALCOHOL数据包、AMINE数据包等,各专用数据包的适用范围如下:
专用数据包
适用领域
GLYCOL
含有水、乙二醇、三甘醇和气体组分物系的脱水过程。
温度26—204℃;压力≤13.6MPa
SOUR WATER
含有H2S、NH3、CO2、H2O物系的计算。温度20—150℃;压力≤0.345MPa
(原始关联式);压力≤19.3MPa(修正Van Der Waals方程计算气相逸度)
ALCOHOL
含有醇、H2O和其他极性物系气液、液液、气液液过程。
温度50—110℃;压力≤10.2MPa
AMINE
含有MEA、DEA、DGA、DIPA、MDEA物系的相关计算
三、PRO/II在石油化工装置塔模拟采用的热力学方法
石油化工装置种类繁多,以下将分类介绍PRO/II软件在部分装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包。
3.1、炼油装置
常见炼油装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包如下。
装置名称
塔名称
热力学方法
数据包
备注
常减压装置
初馏塔
GS
SIMSCI
常压塔
GS
SIMSCI
常压汽提塔
GS
SIMSCI
减压塔
BK10
SIMSCI
催化裂化装置
分馏塔
BK10
SIMSCI
柴油汽提塔