HYSYS化学应用

应用与指导243243第五章化学应用下面是丙二醇生产的应用实例。在连续搅拌槽式反应器（CSTR）中，环氧丙烷与水发生反应生产丙二醇。反应器的出口产物注入到分馏塔中，从分馏塔底回收乙二醇。该过程的流程图如下所示：图5.1(注：该过程的完整的模拟过程请参见HYSYS\SAMPLES目录中的TUTOR3.HSC文件)下面描述如何利用HYSYS完成该过程的模拟。本例完整地描述出了整个模拟过程，其中包括选择物性包和组分、定义反应、安装物流和单元模块以及检验、研究最后结果。模拟过程中将利用HYSYS的各种界面工具，从中你可以充分体验到HYSYS界面的灵活易用性。下面开始HYSYS模拟过程，首先创建一个新的工况。按以下过程设置参数会话窗口：1.打开工具菜单并选择参数设置会话窗口（Preference）。参数会话窗口出现。2.目前处于模拟(Simulation)标签的选项(options)页。通过单击检查框不选择开始工作前，应该首先阅读本手册最前面的部分：第一章－HYSYS应用实例（HYSYSTutorials）。第五章化学应用244244使用模式属性窗口（UseModalPropertyViews）。3.用鼠标左键单击变量标签，打开单位页。创建一个新的单位集（注：按以下步骤创建一个新的模拟过程：1、创建单位集。2、选择柔性包。3、选择组分。4、规定反应。5、创建和规定进料物流。6、安装并定义混合器和反应器。7、安装并规定精馏塔。）开始创建模拟的第一步是选择单位集。HYSYS不允许改变三个缺省的单位集。然而通过复制现有的三个单位集，可以创建一个新的单位集。比如说，基于现有的Field单位集，可以创建并定制新的单位集：1.在已有的单位集列表中，单击Field单位集，使其处于激活状态。此时应注意液相体积流率的缺省单位是桶/天；本例中，我们将把流率的单位改为USGPM。图5.22.单击复制单位集按钮。在有效的单位集列表中将出现名为NewUser的新的单位集，该单位集处于激活状态，选中它使其成为当前采用的单位集。在单位集名称单元格，可以按自己的意愿为新创建的单位集重新命名。现在可以在新创建的单位集中改变任一变量的单位。3.通过点击桶/天，把鼠标移动到液体体积流率单元格。应用与指导245245（注：缺省的参数设置文件名为HYSYS.prf。如果修改了某些参数，可以通过单击保存参数设置按钮保存这些变化。HYSYS会提示输入新的文件名，在随后的模拟过程中，通过单击调入参数设置按钮可以使用这些新的设置。）4.通过单击按钮或通过F2键和向下的方向键，打开编辑条上有效的下拉单位列表。图5.35.单击USGPM，或者通过向下的方向键向下滚动，然后按回车键。第五章化学应用246246图5.4到目前为止，新的单位集定义完成。退出该窗口开始进行模拟的下一步。模拟基础管理器窗口出现。（注意：通过工具条访问的命令也可通过菜单项来访问。）图5.5（需要注意的是：在该窗口的右上角显示当前的环境和模式。只要开始创建一个新的工况，HYSYS会让你自动地处于基础的环境中，在此环境里，可以定义属性包以及组分。）下一步创建柔性包。一般来说，对于一个特定的流程要完成HYSYS计算，柔性包中至少包含组分和热力学方法（例如：活度系数模型）。不同的流程，对于柔性应用与指导247247包的需求也不大相同，有的柔性包会含有其它的信息，比如：有关反应和二元交互作用参数的信息。创建柔性包单击添加按钮，出现柔性包的属性窗口，可以为模拟过程创建新的柔性包。图5.6该属性窗口中含有大量的标签，它们含有定义完整的柔性包所必须的信息。为达到此目的，可以利用四个标签：物性包(proppkg)，组分(components)，二元交互作用参数(BinaryCoefficients)，和反应(Rxns)。通过物性包标签，可以选择物性包。需要注意的是在基础属性包选择区，当前加亮的位置是＜none。选择属性包的方法不止一种，下面列举了一些方法。本例中选UNIQUAC。l从键盘上敲入UNIQUAC，HYSYS会找到与输入相匹配的物性方法。l利用向上和向下的方向键，滚动有效的物性包列表直到UNIQUAC物性方法出现。l利用垂直滚动条向下移动物性列表直到UNIQUAC方法出现，然后单击它。第五章化学应用248248图5.7（利用模拟基础管理器，可以创建、修改甚至操纵柔性包。决大多数情况下，正如本例一样，在整个模拟过程中，只需要一个柔性包。）（HYSYS已创建了一个名为Basis-1的柔性包。在该窗口底部的名字单元格中通过键入一个新的名字可以改变该柔性包的名称。）注意窗口底部的物性包指示器指示出UNIQUAC为当前的物性方法。也可利用另外一种方法，即使用物性方法过滤器，选择活度系数模型单选钮，这样仅列出活度系数模型，从中选取UNIQUAC模型。如下图所示：图5.8应用与指导249249在选择组分时，通常采用缺省设置，这样HYSYS仅显示与所选物性方法相关的组分。选择组分既然已选择了模拟中使用的物性包，下一步是选择组分。在柔性包属性窗口，通过单击或通过按CTRLSHIFTN移动到组分标签。图5.9在模拟过程中，有许多选择组分的方法。其中方法之一是利用匹配特性。需要注意的是每个组分在表中的排列方式有以下三种，它们是：特性描述SimName模拟中所使用的名称。FullName/SynonymIUPAC名字以及许多组分的同义词。Formula组分的化学分子式。当对组分的库名确认不准但知道它的分子式时该特性非常有用。在这三栏列表的最顶部是相关的单选钮。基于选定的各个单选钮，HYSYS定位出与Match单元格中输入的组分最匹配的组分。在本例中，所包含的组分为环氧丙烷、丙二醇以及水。按以下步骤可以在组分列表中加入组分环氧丙烷：1.确保FullName/Synonym单选钮被选择，以及显示同义词（ShowSynonyms）检查框被选中。第五章化学应用2502502.通过按ALTM或用鼠标点击移动到Match单元格。3.开始键入环氧丙烷。HYSYS通过输入的内容过滤掉不相关的组分，仅显示与输入相匹配的组分。图5.104.一旦环氧丙烷被选中，通过以下步骤把它加入到当前组分列表中：l按回车键。l单击加入纯组分按钮。l双击环氧丙烷。到此为止，该组分出现在当前组分列表中。图5.11除了匹配判别（Matchcriteria）单选钮外，也可以利用族过滤器（FamilyFilter）应用与指导251251仅显示属于特定族的某些组分。按以下步骤把丙二醇加入到组分列表中：1.通过按ALTM，然后按删除键，使匹配单元格为空。2.单击使用过滤器（UseFilter）检查框，然后单击族过滤器按钮，族（Family）窗口出现。3.由于丙二醇属于醇类，单击醇类检查框。4.通过单击匹配单元格或按ALTM，移动到匹配单元格。5.开始键入propyleneglycol。HYSYS根据输入过滤掉不相关的组分，仅显示与之相关的醇类。图5.126.丙二醇(propyleneglycol)被选中时，按回车键把它加入到组分列表中。最后，按以下步骤加入组分水：1.通过单击，清除醇类检查框。2.H2O不属于任何标准的族类，所以单击混杂的（Miscellaneous）检查框。3.上下拖动滚动条按钮，直到出现组分水，然后双击组分水。把它加入到当前组分列表中。第五章化学应用252252图5.13最后组分列表如下图所示：图5.14显示组分物性为了显示一个或更多的组分物性，选中该组分并单击显示组分按钮，HYSYS将打开所选组分的物性窗口。比如：1.在当前组分列表单元格中单击12C3diol。2.按下CTRL不放。3.单击组分水，现在这两个组分被选中。4.释放CTRL键。（通过选择组分并单击移走组分按钮，可以从当前组分列表中删除组分。）5.单击显示组分按钮。两个组分的属性窗口出现。应用与指导253253图5.15通过组分的属性窗口可以显示纯组分的信息，它只是用于显示，而不能修改库组分的任何参数，但是HYSYS提供了一个选顶，可以把库组分的性质复制到假组分中，进而按照要求修改假组分。详细情况请参见模拟基础手册中模拟基础的第二章－假组分，从而得到复制库组分的详细说明。按下关闭按钮，关闭两个组分的属性窗口并返回到柔性包中。定义柔性包的下一步是提供二元交互作用参数。提供二元交互作用参数为了显示二元交互作用参数，单击柔性包属性窗口的二元交互作用参数标签。第五章化学应用254254图5.16在活度系数模型交互作用参数组中，缺省显示的是交互作用参数Aij数组。HYSYS从库数据中为任一组分对自动插入二元交互作用参数。如果手头有更好的数据的话，可以改变HYSYS为你提供的这些数据。本例中，12C3Oxide/12-C3diol的交互作用参数未知。如果手头有这些数据的话，可以输入它们。然而本例中，可以使用HYSYS内建的估算方法，此处采用UNIFACVLE估算方法：1.确保选中了UNIFACVLE单选钮。2.单击未知的按钮，此时HYSYS会提供出未知的交互作用参数。最终的活度系数模型交互作用参数组Aij如下：图5.17为了显示Bij交互作用参数，用鼠标左键单击Bij单选钮。本例中所有的Bij二元交互系数的缺省值为0。应用与指导255255定义反应通过单击标题条或单击Basis按钮，返回到模拟基础管理器中。单击反应标签，此处可以定义所有的反应。图5.18模拟基础管理器按钮水和环氧丙烷之间发生反应生成丙二醇的化学方程式如下：H2O+C3H6O→C3H8O2(8.1)选择参加反应的组分定义反应的第一步是选择参加反应的组分。本例中，柔性包中选择的所有组分都将参加反应，所以此处选择参加反应的组分的最容易的方法是加入柔性包中所有的组分。1.单击反应组分组中的加入组分按钮，此时反应组分选择窗口出现。第五章化学应用256256图5.19（按以下步骤定义反应：1、选择参加反应的组分。2、新建并定义动力学反应。新建含有反应的反应集。4、激活反应集，使其可用。）2.确保加入组分组合框中的FPkgPool(FluidPackagePool)单选钮被选中。选择该单选钮可以使用柔性包中事先选择好的组分。在该窗口的右侧，可以见到与柔性包相关的组分（ComponentsAssciatedwiththeFluidPackages）组合框。在现有的柔性包列表中所选中的柔性包中所含的组分会自动显示在相关的组分列表中，此处只有一个柔性包Basis-1，它含有的三个组分显示在相关的组分列表中。3.单击加入该组组分（AddThisGroupofComponents）按钮，列在相关组分（AssociatedComponents）表中的所有组分被复制到选择参加反应的组分列表（SelectedReactionComponents）中。图5.20应用与指导257257(从参加反应的组分列表中通过单击选中组分并按删除键，可以删除组分。)4.退出该窗口返回到模拟基础管理器中。图5.21模拟基础管理器反应标签的反应组分组合框中列出了参加反应的三种组分。新建反应选择参加反应的组分后，下一步要做的是创建反应：1.在反应组合框中，单击加入反应按钮，此时反应属性窗口打开。图5.222.选择动力学反应类型，并且单击加入反应按钮。动力学反应属性窗口出现，此时处于化学计量标签。第五章化学应用258258图5.23在化学计量标签，可以规定参加反应的组分、化学计量系数、反应级数。3.在组分栏中，单击**加入组分**单元格。4.通过以下步骤，选择参加反应的组分水：l打开编辑条中的下拉列表，从参加反应的组分列表中选择水。l键入水。键入过程中过滤掉不相关的组分，当水处于加亮状态时，按回车键。重复步骤3和4，把12C3Oxide、12-C3diol加入到组分列表中。下一步是输入化学计量信息。化学计量系数如果为负值，说明该组分在反应过程中被消耗，如果为正值表明该组分为生成物。5.单击水组分的化学计量系数单元格。6.键入－1，并按回车键。（通常，模拟中包含不只一种反应，在每个反应的化学计量标签