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塔内件水力学计算软件的开发与应用报告人：孙兰义中国石油大学（华东）2020年2月17日中国石油大学化学工程学院历史沿革1952年清华大学化工系1953年北京石油学院炼制系1969年华东石油学院炼制系1988年石油大学炼制系2000年石油大学化学化工学院统招一年级新生清华大学化工系二、三年级学生大连工学院化工系液体燃料四年级学生及部分教师1953年10月2005年中国石油大学化学化工学院由中国石油天然气集团公司划转教育部2011年中国石油大学化学工程学院学院组织机构化学工程学院学院办公室化学工程系应用化学系化工装备与控制工程系环境工程与科学系重质油国家重点实验室9个班/年5个班/年7个班/年2个班/年每年招收博士、硕士研究生近300人专业依托背景国家级重点学科—化学工艺学科省部级重点学科—应用化学学科重质油国家重点实验室国家工科基础化学课程教学基地教育部油气加工新技术工程中心中国石油天然气集团公司催化重点实验室中国石油天然气集团公司环境工程研究开发中心1个一级博士点、7个二级博士点青岛校区内容塔内件水力学计算软件我们最近的科研工作精馏研究的感悟塔内件水力学计算软件的开发与应用软件开发背景软件的特点软件的功能软件特色与创新点软件应用与推广软件开发背景国内部分：以洛阳院Tray3.0为代表缺点：操作平台较老，不方便目前计算机运行；塔板类型较少；输入不方便。软件开发背景国外部分:Koch-Glitsch公司KG-TOWERKG-TOWER能在大部分操作系统上运行，支持最新的操作系统;可以设计常规的和高效塔板;设计散装填料和规整填料。缺点：常规塔板较少，大部分为K-G公司产品。软件开发背景美国精馏公司FRIFRI可在最新的操作系统下运行；同时增加体系限度、液泛容量、效率等的计算；且有三、四溢流的设计。缺点：没有负荷性能图的输出；且只是校核没有设计。通过总结目前的塔设计软件存在以下几个问题：输入不便；输出不便；塔内件种类不全面。软件开发背景软件特点CUP-TOWER软件是一款综合的塔内件水力学计算软件，可用于板式塔、规整填料塔、散装填料塔、筛板萃取塔和填料萃取塔的计算，具有设计和校核功能。塔板的溢流形式包括单溢流、双溢流、四溢流，可驱动AutoCAD自动生成塔板布置图。组件名称塔内件种类板式塔浮阀（圆阀，条阀）、固阀、垂直筛板、固舌、浮舌、斜孔、筛板、泡罩、穿流筛板、折流塔板、多降液管塔板和FRI系列塔板筛板萃取塔筛板塔散装填料塔拉西环、阶梯环、鲍尔环、矩鞍环规整填料塔Mellapak、Mellagrid金属格栅板、金属丝网波纹、BX、CY填料萃取塔拉西环、鲍尔环、阶梯环、环矩鞍等散堆填料丝网、板波纹等规整填料。软件特点可靠性易用性软件特点篇—可靠性CUP-TOWER综合了目前各种算法的优缺点，其数学模型大多数来自于公开发表、广泛使用的经验关联式和图表。为了方便软件实现和避免查图、查表的误差，对图表进行了数学关联，其关联误差不超过5.0%。通过与现有国内外软件及工业现场数据比较证实了软件计算结果准确；对于新型塔板以及部分塔板，进行大型塔板水力学实验，对公式进行修正。实验装置软件特点篇—易用性该软件兼有设计和校核两种功能，支持负荷性能图和塔板布置图的自动生成，能够帮助用户直观的分析塔设备的操作情况。软件输入部分能够与AspenPlus、PRO-II进行连接，达到数据的一次性输入，减少数据传输错误；输出部分，可将计算结果以报表的形式输出到Excel、Word中。软件功能篇—数据输入由于现有工艺条件数据多是通过模拟软件PROII和ASPEN获得，本软件可以把PROII和ASPEN的模拟结果直接输入到本软件中，从而减少数据的输入误差，提高工作效率。单击工具栏中“ASPEN”或“PROII”按钮定位Aspen、PROII导出的Excel文件选择级数确定，完成输入软件功能篇—报表输出本软件能将结果以报表的形式输出到Excel和Word。得到的输出报表内容详尽。软件特色与创新点1.计算模型丰富，适用范围广例如：塔内件计算模型板式塔（筛孔）HuntFairF.R.I填料萃取塔LaddhaKumar-HartlandCrawford-Whilke散装填料塔EckertStrigleRobbins2.驱动AutoCAD自动绘制塔板结构图，自主研发了一套塔板的分块及排孔、布阀策略，设计中所有的参数均严格遵从相关标准规范，确保输出的图纸具有实用价值。软件特色与创新点使用此软件的公司：中石油华东设计院中石化宁波工程公司天大天久工业应用案例：该软件先后应用于常减压、催化装置、延迟焦化等200余座塔的设计与改造软件应用与推广我们最近的科研工作节能型精馏-隔壁塔（DWC）加氢反应器内构件塔板、填料换热器、旋风分离器节能型精馏-隔壁塔（DWC）相比两塔流程，隔壁塔节能10%～45%；节省设备投资20～50%ABCABBCACABCABCBBC节能型精馏-隔壁塔（DWC）我们的工作—专利一种生产碳酸二乙酯的工艺方法及设备200810157423.9一种乙酸异丙酯的合成方法及其装置200810140056.1一种生产乙酸正丁酯的工艺方法及装置200810140055.7一种隔壁共沸精馏塔提纯丙烯酸的工艺方法及装置200810140058.0一种生产无水乙醇的工艺方法及装置200810140057.6一种生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置200810157289.2一种乙酸乙酯的合成工艺方法及其装置200810138753.3一种异丙醇水溶液分离的工艺方法及装置200810138752.9一种乙酸甲酯的合成工艺方法及其装置200810017109.0一种节能型的二甲醚生产流程及其装置200810015118.6一种乙酸甲酯的水解分离装置及其工艺200810014525.5一种生产碳酸二乙酯的工艺方法及设备200810157423.9一种乙酸异丙酯的合成方法及其装置200810140056.1一种生产乙酸正丁酯的工艺方法及装置200810140055.7一种隔壁共沸精馏塔提纯丙烯酸的工艺方法及装置200810140058.0一种生产无水乙醇的工艺方法及装置200810140057.6一种生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置200810157289.2一种乙酸乙酯的合成工艺方法及其装置200810138753.3一种异丙醇水溶液分离的工艺方法及装置200810138752.9一种乙酸甲酯的合成工艺方法及其装置200810017109.0一种节能型的二甲醚生产流程及其装置200810015118.6一种乙酸甲酯的水解分离装置及其工艺200810014525.5节能型精馏-隔壁塔（DWC）我们的工作—反应精馏隔壁塔—乙酸甲酯水解水乙酸甲酯甲醇/乙酸甲酯甲醇乙酸/甲醇/水乙酸/水水乙酸甲酯甲醇/乙酸甲酯甲醇乙酸/水36222423CHO+HOCHO+CHOH乙酸甲酯水甲醇乙酸相比于传统工艺，反应精馏隔壁塔节能20%节能型精馏-隔壁塔（DWC）乙醇，水乙醇水环己烷乙醇，水水环己烷乙醇共沸隔壁精馏塔萃取隔壁精馏塔甲醇+丙酮丙酮萃取剂补充萃取剂甲醇能耗可以降低25%能耗可以降低25%节能型精馏-隔壁塔（DWC）三塔模型的动态模拟控制流程图加氢反应器内构件入口扩散器分配盘催化剂支撑冷氢箱&急冷管出口收集器加氢反应器日趋大型化，研究性能优良的内构件是一个研究的热点塔板每年五十余座塔的工业业绩螺旋折流板换热器通过改变壳侧折流板的布置，使壳侧流体呈连续的螺旋状流动，没有流动死区，有效避免了壳侧流体的结垢，广泛用于焦化、常减压换热网络高压循环式气液旋风分离器过程模拟与CFD设备模拟技术Aspen、Pro/II、Hysys、Fluent171918Q12023A3042132B2253312367259Q21027A27828B1210A1311141516312932A32V1V2EX-305VA-101TA-201TA-302TA-301EX-303PA-202A/B原料甲醇二甲醚产品反应废水PA-301A/B火炬EX-101RA-101EX-102EX-105EX-302甲醇塔底换热器RA-101二甲醚反应器VA-101二甲醚进缓冲罐TA-201二甲醚精塔TA-301甲醇汽化馏塔TA-302尾气洗涤塔EX-302EX-101反应气体换热器EX-103EX-201PA-202A/B二甲醚增压泵EX-301PA-201A/BPA101A/BEX-304SPLIT1SPLIT2MIX1EX-304汽化甲醇加热器EX-302甲醇预加热器精馏研究的感悟精馏研究的感悟——塔板、填料除非传质机理有改变，否则，现有塔板、填料技术难有大的突破不能一味地否定旧塔板、填料（F1浮阀、筛板、鲍尔环）旧塔板依然有强大的生命力塔板设计的关键在于整体，不能过分强调鼓泡元件的作用重视专用塔板技术的开发精馏研究的感悟——精馏节能现有的精馏节能概念（DWC、HIDIC…）均在共和国成立前提出了现在，关键在于找到适用的场合，设备、控制不是问题精馏研究的感悟——故障诊断谢谢大家请批评指正