Одновременная интеграция тепловых процессов и оптимизация колонн с разделяющей стенкой (DWC) в AVEVA PRO/II

Постановка задачи

Традиционно интеграция тепловых процессов (Heat Integration) и оптимизация схемы (Process Optimization) выполняются последовательно: сначала симулируется процесс, оптимизируются параметры, а затем применяются методы Пинч-анализа для построения сети теплообменников. Данный кейс решает задачу их одновременной реализации для минимизации капитальных и операционных затрат при проектировании колонн с разделяющей стенкой (Dividing Wall Columns, DWC) на примере процесса производства кумола (алкилирование бензола пропиленом) [cite: 1].

Программное обеспечение

AVEVA PRO/II (лекция пользователя R. Gani на AVEVA PROII User's Meeting, 20 октября 2021 г.) [cite: 1].

Методы и алгоритмы

Топологическая оптимизация: Колонна с разделяющей стенкой моделируется как система взаимосвязанных колонн (префракционатор и основная колонна). Проблема сходимости таких систем (определение долей разделения пара и жидкости - vapor split, liquid split) решается путем добавления пользовательского модуля (calculator) в PRO/II.

Транспортная модель (Transshipment Model): Для одновременной интеграции тепла в оптимизатор PRO/II встроена транспортная модель. Оптимизатор, обращаясь к симулятору за значениями температур, расходов и энтальпий, напрямую решает задачу максимизации прибыли, учитывая утилитарные потоки тепла и холода [cite: 1].

Спецификации сходимости: Для улучшения сходимости итераций в PRO/II задавались спецификации не по абсолютному расходу или составу, а по относительному извлечению (recovery), например, извлечение этана в дистилляте по отношению к питанию [cite: 1].

Процесс валидации

Производилась валидация 5-шаговой стратегии: симуляция базового дизайна $\rightarrow$ целевая оптимизация $\rightarrow$ последовательная интеграция $\rightarrow$ одновременная интеграция $\rightarrow$ проверка. В симуляции префракционатор обеспечивался начальными оценками потоков пара и жидкости, что предотвращало остановку расчета (breakdown) [cite: 1].

Итоговые результаты

Разработан надежный пользовательский модуль для AVEVA PRO/II, позволяющий избегать проблем сходимости при расчете DWC. Показано, что одновременное использование оптимизатора и транспортной модели дает более оптимальный энерго-экономический профиль по сравнению с классическим графическим Пинч-анализом [cite: 1].

Источник

Источник

Теги

• #AVEVA_PROII
• #DividingWallColumn
• #HeatIntegration
• #Optimization
• #Tutorial