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化工设计 第九章 计算机辅助化工设计

化工设计 第九章 计算机辅助化工设计. 李士雨 教授. 第一讲 概述. 主要介绍以下内容 计算机辅助化工设计的概念 计算机辅助化工设计的主要技术方法. 引言. 化工装置的特点. 技术密集 资金密集 能耗高 安全问题突出 环保问题突出. 引言. 我们需要什么样的化工装置？. 安全 环保 投入产出比合理 经济效益好. 引言. 当前石油化工面临的严峻挑战 环境 可持续发展带来的挑战 资源 短缺带来的挑战 价格 上涨带来的挑战. 引言. 应对：环境可持续发展带来的挑战 清洁燃料（低硫、氮、芳香化合物、金属）

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化工设计 第九章 计算机辅助化工设计

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Presentation Transcript

  1. 化工设计 第九章 计算机辅助化工设计 李士雨 教授

  2. 第一讲 概述 • 主要介绍以下内容 • 计算机辅助化工设计的概念 • 计算机辅助化工设计的主要技术方法

  3. 引言 化工装置的特点 • 技术密集 • 资金密集 • 能耗高 • 安全问题突出 • 环保问题突出

  4. 引言 我们需要什么样的化工装置？ • 安全 • 环保 • 投入产出比合理 • 经济效益好

  5. 引言 • 当前石油化工面临的严峻挑战 • 环境可持续发展带来的挑战 • 资源短缺带来的挑战 • 价格上涨带来的挑战

  6. 引言 • 应对：环境可持续发展带来的挑战 • 清洁燃料（低硫、氮、芳香化合物、金属） • 清洁生产（低污染，特别是CO2减排）

  7. 引言 • 应对：资源短缺带来的挑战 • 重质原油 • 高硫原油 加氢是一个有效的技术手段

  8. 引言 • 应对：能源价格上涨带来的挑战 • 节能降耗

  9. 引言 • 小结：企业应对挑战的措施 • 清洁产品（低硫、低氮、低芳香化合物等） • 清洁生产（低污染，直至零污染） • 节能 • 节水 • 减排 • CO2捕集与储存 • 可持续化学工业

  10. 引言

  11. 引言 • 设计集成化化工装置需要考虑的问题 • 高度集成化----技术难度提高 • 装置规模大----放大效应 • 大量的新技术----设计方法不断更新 • 大量的老过程改造----去瓶颈方法 • 大量的新装置设计----先进技术的应用 • 借助计算机辅助设计找到理想的设计方案

  12. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  13. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  14. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  15. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  16. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  17. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  18. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  19. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  20. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  21. 引言 怎样设计高度集成的化工装置？

  22. 引言 为什么要计算机辅助化工设计？ • 计算问题 • 方案比较与经济评价 • 过程放大 • 过程与设备优化 • 过程安全问题 • 环保问题 • 绘图问题

  23. 引言 为什么要计算机辅助化工设计？ • 计算机辅助设计能解决的问题 • 新过程集成化设计、优化 • 已有过程操作调优、技术改造 • 大系统、多目标优化 • 系统安全设计 • 设备设计 • 装置放大

  24. 引言 计算机辅助化工设计的主要技术内容 • 计算机模拟与参数优化技术 • 过程集成技术 • 计算机辅助设备设计技术 • 计算机绘图技术

  25. 计算机辅助化工设计案例分析

  26. 案例分析 • 新过程集成化设计、优化 • 已有过程操作调优、技术改造 • 大系统、多目标优化 • 系统安全设计 • 设备设计

  27. 新过程集成化设计、优化

  28. 新过程集成化设计、优化

  29. 新过程集成化设计、优化

  30. 新过程集成化设计、优化

  31. 新过程集成化设计、优化 • 这个过程是怎样设计出来的？ • 有没有类似的方案？ • 哪个方案更好？ • 如何尽快找到最佳方案？

  32. 新过程集成化设计、优化 • 夹点分析和热交换网络设计均通过计算机实现 • 常见商业软件有： • AspenTech：Aspen Energy Analyzer • PIL：Heat-int • KBC：Super Target

  33. 案例分析 • 新过程集成化设计、优化 • 已有过程操作调优、技术改造 • 大系统、多目标优化 • 系统安全设计 • 设备设计

  34. 某炼厂现有热交换网络的操作调优

  35. 某炼厂现有热交换网络的操作调优 第一步：系统建模

  36. 某炼厂现有热交换网络的操作调优 第二步：用能分析 常压炉加热负荷 夹点位置 190◦C 常压炉入口温度261◦C 155◦C 循环水冷却负荷

  37. 某炼厂现有热交换网络的操作调优 第三步：热交换网络分析（HEAT-int图形界面）

  38. 某炼厂现有热交换网络的操作调优 跨越夹点换热 常三线空气加热器 Hot stream = 6 [常三线 ] Cold stream = 25 [空气] Specification = Duty Hot inlet temperature = 340.10 [C] Hot outlet temperature = 189.00 [C] Cold inlet temperature = 54.13 [C] Cold outlet temperature = 190.00 [C] Log Mean Temperature diff.= 142.35 [C] Min. approach temperature = 134.87 [C]

  39. 某炼厂现有热交换网络的操作调优 网络夹点

  40. 某炼厂现有热交换网络的操作调优 第四步：操作优化 换热终温提高7 ℃ 取得经济效益800万元/年！

  41. 案例分析 • 新过程集成化设计、优化 • 已有过程操作调优、技术改造 • 大系统、多目标优化 • 系统安全设计 • 设备设计

  42. 全场能量系统的多目标优化 考虑全场（Total Site）及各种类型的用能、产能设备

  43. 全场能量系统的多目标优化 锅炉设备模型 1#锅炉测量结果同回归结果比较图 2#锅炉测量结果同回归结果比较图

  44. 全场能量系统的多目标优化 汽轮机设备模型 3#汽轮机模型回归结果与预测结果比较图 1# 和 2#汽轮机模型回归结果与预测结果比较图

  45. 全场能量系统的多目标优化 蒸汽管网模型

  46. 全场能量系统的多目标优化 全场蒸汽动力系统网络模型流程图

  47. 全场能量系统的多目标优化 优化前后方案对比（不考虑脱硫和排污费用）

  48. 全场能量系统的多目标优化 优化前后方案对比（考虑脱硫和排污费用）

  49. 案例分析 • 新过程集成化设计、优化 • 已有过程操作调优、技术改造 • 大系统、多目标优化 • 系统安全设计 • 设备设计

  50. 化工系统安全性分析 • 一些不能尝试的实验----典型的化工事故 • 着火 • 爆炸 • 中毒

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