苯乙烯单元仿真培训系统开发
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摘要
本文以华北油田8万吨／年苯乙烯装置的苯乙烯单元为背景，开发苯乙烯单元全流程仿真培训系统。
基于过程系统仿真平台(以下简称：PSSP)开发苯乙烯单元仿真培训系统的工作内容主要包括两方面：工艺模型开发和仿DCS系统开发。工艺模型开发是指调用PSSP平台单元子模块和苯乙烯装置特有的单元模块，建立全流程的系统模型。仿DCS系统开发是建立仿DCS／现场操作界面，并连接仿DCS／现场操作界面与系统模型进行数据通讯。
本文不仅介绍了常用单元模型的建模原理，如管网流量计算模型，而且详细阐述了精馏塔和乙苯脱氢反应器算法的实现过程。根据精馏过程动态特性，将精馏塔分段建立数学模型，每段塔近似抽象成一块虚拟塔板，每一段汽液达到相平衡，并由此建立了精馏塔模型。脱氢反应器采用了简化的动力学数学模型，把复杂的反应处理成一个主反应和两个副反应过程，这样处理能大大简化模型计算，并且能保证精度要求。
苯乙烯单元过程仿真培训系统应用实践表明，模型的计算结果与装置的设备设计数据非常接近，达到仿真培训系统的精度要求。本软件的模型是基于机理的数学模型，能够很好地反映装置实际运行情况，具有较好的动态特性，所以通过本软件的使用，能使培训人员深入理解工艺原理，快速掌握设备操作技能。
The thesis is about the work of developing styrene unit simulation training system for HuaBei Petro-Chemical Corporation Styrene Plant with an annual output of 80,000 tons of styrene.
Developing styrene unit simulation training system based on Process System Simulation Platform (PSSP) includes two main work, system modeling and virtual DCS development. System modeling is calling the existing modules from the module base of PSSP and adding the unique modules of styrene unit to the module base, then connecting them to build a system model. Virtual DCS development is to configure the virtual DCS and site operation interfaces and link interfaces to system model for data exchanging.
This thesis introduced principles of building general modules, such as the pipe network module. It also detailed the distillation column and ethylbenzene dehydrogenation reactor modeling principles. According to distillation process dynamic characteristic, the distillation column can be divided into several sections. Each section is a virtual stage which has its own vapor-liquid phase equilibrium equation for dynamic behaviors modeling. The complexity of ethylbenzene dehydrogenation reaction was simplified, when the process was treated as a main reaction with two secondary reactions on the basis of ethylbenzene dehydrogenation reaction kinetics. And the computation load was reduced without computational accuracy loss.
The application of styrene unit simulation training system showed the simulation result was very close to the design data and met the requirements of simulation training system. Because the system model was established on the basis of process mechanisms, its operation has good dynamic characteristic and was identical with the actual process with a certain range. It is helpful to entirely understand the process mechanism and improve operation skills to trainees.
基于过程系统仿真平台(以下简称：PSSP)开发苯乙烯单元仿真培训系统的工作内容主要包括两方面：工艺模型开发和仿DCS系统开发。工艺模型开发是指调用PSSP平台单元子模块和苯乙烯装置特有的单元模块，建立全流程的系统模型。仿DCS系统开发是建立仿DCS／现场操作界面，并连接仿DCS／现场操作界面与系统模型进行数据通讯。
本文不仅介绍了常用单元模型的建模原理，如管网流量计算模型，而且详细阐述了精馏塔和乙苯脱氢反应器算法的实现过程。根据精馏过程动态特性，将精馏塔分段建立数学模型，每段塔近似抽象成一块虚拟塔板，每一段汽液达到相平衡，并由此建立了精馏塔模型。脱氢反应器采用了简化的动力学数学模型，把复杂的反应处理成一个主反应和两个副反应过程，这样处理能大大简化模型计算，并且能保证精度要求。
苯乙烯单元过程仿真培训系统应用实践表明，模型的计算结果与装置的设备设计数据非常接近，达到仿真培训系统的精度要求。本软件的模型是基于机理的数学模型，能够很好地反映装置实际运行情况，具有较好的动态特性，所以通过本软件的使用，能使培训人员深入理解工艺原理，快速掌握设备操作技能。
The thesis is about the work of developing styrene unit simulation training system for HuaBei Petro-Chemical Corporation Styrene Plant with an annual output of 80,000 tons of styrene.
Developing styrene unit simulation training system based on Process System Simulation Platform (PSSP) includes two main work, system modeling and virtual DCS development. System modeling is calling the existing modules from the module base of PSSP and adding the unique modules of styrene unit to the module base, then connecting them to build a system model. Virtual DCS development is to configure the virtual DCS and site operation interfaces and link interfaces to system model for data exchanging.
This thesis introduced principles of building general modules, such as the pipe network module. It also detailed the distillation column and ethylbenzene dehydrogenation reactor modeling principles. According to distillation process dynamic characteristic, the distillation column can be divided into several sections. Each section is a virtual stage which has its own vapor-liquid phase equilibrium equation for dynamic behaviors modeling. The complexity of ethylbenzene dehydrogenation reaction was simplified, when the process was treated as a main reaction with two secondary reactions on the basis of ethylbenzene dehydrogenation reaction kinetics. And the computation load was reduced without computational accuracy loss.
The application of styrene unit simulation training system showed the simulation result was very close to the design data and met the requirements of simulation training system. Because the system model was established on the basis of process mechanisms, its operation has good dynamic characteristic and was identical with the actual process with a certain range. It is helpful to entirely understand the process mechanism and improve operation skills to trainees.
引文
[1] 张瑞生，王弘轼，宋宏宇．过程系统工程概论[M]．北京：科学出版社，2001，2-5
[2] 高松武一郎，沈静珠译．化工过程系统工程[M]．北京：化学工业出版社，1978．
[3] 郑春瑞．系统工程学概述[M]，北京：科学技术出版社，1984．
[4] 杨友麒．实用化工系统工程[M]，北京：化学工业出版社，1989．
[5] 彭秉璞．化工系统分析与模拟[M]，北京：化学工业出版社，1990．
[6] 房德中，朱建业．化工过程分析与模拟[M]，北京：化学工业出版社，1991．
[7] 王众话．系统工程引论[M]，北京：电子工业出版社，1991．
[8] 朱开宏．化工流程模拟[M]，北京：中国石化出版社，1993．
[9] 经文魁．化工过程稳态模拟技术的现状和发展趋势．现代化工[J]，1995．2，18-20
[10] Flower J R, Whitehead B D.Chem Eng(London)[J], 1973(272):208
[11] Flower J R, Whitehead B D.Chem Eng(London)[J], 1973(273):271
[12] Kehat E, Shacham M.Process Technology[J], 1973, 18(1/2):35
[13] Monsanto Corporate Engineering Dept, FLOWTRAN[M], 1974
[14] Seader J D, Seider W D, Pauls A C. Flowtran simulation an introduction CACHE committee, ulrich's bookstore, Ann Arbor[R], Mich. 1974
[15] 陆恩锡等．化工过程模拟及相关高新技术(1)化工过程稳态模拟[R]，化工进展，1999．4，63-64
[16] 麻德贤，李成岳，张卫东．化工过程分析与合成[M]．北京：化学工业出版社．2002
[17] 荣本光，利海，韩方煜等．用序贯模块法模拟多组分完全复杂的精馏流程—模型与算法策略[J]．计算机与应用化学，1996，13(3)：161-166
[18] 陆恩锡等．化工过程模拟及相关高新技术(2)化工过程稳态模拟[R]，化工进展．2000．1，76-78
[19] 陈晓春，马桂荣．动态模拟技术与化学工程[J]，现代化工．2002，22(3)，25-31
[20] 姚平经．化工过程系统工程[M]．大连：大连理工大学出版社，1992
[21] 刘正庚，赵建华，李制．石油化工流程模拟与应用[J]，计算机与应用化学，10(3)
[22] 郑桂欣．化工过程仿真系统的开发[D]，浙江大学硕士学位论文，2003，7-8
[23] 张云华．集成化工过程仿真培训系统[J]．系统仿真学报，1999，11(1)：63-66
[24] 杜殿林，罗雄麟．多媒体技术在集散控制系统仿真平台中的应用[J]，石油大学学报(自然科学版)，1999，23(4)：117-118
[25] 杨友麒，项曙光．化工过程模拟与优化[M]．北京：化学工业出版社．2006，267～268
[26] 宋春花．化工过程视景仿真的研究，太原理工大学硕士学位论文[D]，2002，2～3
[27] Ming Roo, Jun Wen, Yan Zhang. Incident Prevention Training Simulator Proceedings of PSE[J] 2003. In: Chem B, Westerburg A W (ed). Computer-Aided Chen Eng, 2003, 1472～1477
[28] YinhuaJin, Yuh Yamashite, Hirokazu Nishitani. Human Modeling Simulate Proceedings of Operation[J]. Comp Chem Eng, 2004, 28: 1967～1980
[29] 8万吨／年苯乙烯装置操作规程[R]．河北：华北石油管理局，2006
[30] 朱家骅，叶世超，夏素兰等．化工原理(上)[M]，科学出版社，2005．6，151～152
[31] 袁渭康，朱开宏．化学反应工程分析[M]，上海：华东理工大学出版社，1995
[32] 卢焕章，石油化工物性数据手册[M]．北京：化学工业出版社，1982
[33] 徐志刚，朱子彬，张成芳，吴勇强等．大型乙苯脱氢轴径向反应器的研究与开发(Ⅱ)反应器模拟与分析[J]，化工学报，2001．52(10)
[34] 徐志刚，朱子彬，张成芳．乙苯脱氢径向反应器的模拟和操作优化[J]，华东理工大学学报，1999，6，Vol．20，No．3 217～220
[35] Skogestad S. et al. Understanding the Dynamic Behavior of Distillation columns[J]. Ind. Eng. Chem., 1988, 27: 1848
[36] Espana M. et al. Reduced Order Bilinear Models for Distillation Columns Automation[J], 1978, (4): 345
[37] Chor S. et al., Reduced-Order Steady state and Dynamic Models for Separation Process[J],A. I. Ch. E. J., 1983, 29: 261
[38] Lee J . H. Dudukovic, M. P. A Comparison of the Equilibrium and Non—equilibrium Models for a Multi—component Reactive Distillation Column[J], Computer. Chem. Eng., 1998, 23: 159-1721
[39] 黄克谨，钱积新，孙优贤．精馏塔静态仿真Ⅱ，分段数学模型的应用[J]，石油炼制与化工，1995．8．26(8)，41-44
[2] 高松武一郎，沈静珠译．化工过程系统工程[M]．北京：化学工业出版社，1978．
[3] 郑春瑞．系统工程学概述[M]，北京：科学技术出版社，1984．
[4] 杨友麒．实用化工系统工程[M]，北京：化学工业出版社，1989．
[5] 彭秉璞．化工系统分析与模拟[M]，北京：化学工业出版社，1990．
[6] 房德中，朱建业．化工过程分析与模拟[M]，北京：化学工业出版社，1991．
[7] 王众话．系统工程引论[M]，北京：电子工业出版社，1991．
[8] 朱开宏．化工流程模拟[M]，北京：中国石化出版社，1993．
[9] 经文魁．化工过程稳态模拟技术的现状和发展趋势．现代化工[J]，1995．2，18-20
[10] Flower J R, Whitehead B D.Chem Eng(London)[J], 1973(272):208
[11] Flower J R, Whitehead B D.Chem Eng(London)[J], 1973(273):271
[12] Kehat E, Shacham M.Process Technology[J], 1973, 18(1/2):35
[13] Monsanto Corporate Engineering Dept, FLOWTRAN[M], 1974
[14] Seader J D, Seider W D, Pauls A C. Flowtran simulation an introduction CACHE committee, ulrich's bookstore, Ann Arbor[R], Mich. 1974
[15] 陆恩锡等．化工过程模拟及相关高新技术(1)化工过程稳态模拟[R]，化工进展，1999．4，63-64
[16] 麻德贤，李成岳，张卫东．化工过程分析与合成[M]．北京：化学工业出版社．2002
[17] 荣本光，利海，韩方煜等．用序贯模块法模拟多组分完全复杂的精馏流程—模型与算法策略[J]．计算机与应用化学，1996，13(3)：161-166
[18] 陆恩锡等．化工过程模拟及相关高新技术(2)化工过程稳态模拟[R]，化工进展．2000．1，76-78
[19] 陈晓春，马桂荣．动态模拟技术与化学工程[J]，现代化工．2002，22(3)，25-31
[20] 姚平经．化工过程系统工程[M]．大连：大连理工大学出版社，1992
[21] 刘正庚，赵建华，李制．石油化工流程模拟与应用[J]，计算机与应用化学，10(3)
[22] 郑桂欣．化工过程仿真系统的开发[D]，浙江大学硕士学位论文，2003，7-8
[23] 张云华．集成化工过程仿真培训系统[J]．系统仿真学报，1999，11(1)：63-66
[24] 杜殿林，罗雄麟．多媒体技术在集散控制系统仿真平台中的应用[J]，石油大学学报(自然科学版)，1999，23(4)：117-118
[25] 杨友麒，项曙光．化工过程模拟与优化[M]．北京：化学工业出版社．2006，267～268
[26] 宋春花．化工过程视景仿真的研究，太原理工大学硕士学位论文[D]，2002，2～3
[27] Ming Roo, Jun Wen, Yan Zhang. Incident Prevention Training Simulator Proceedings of PSE[J] 2003. In: Chem B, Westerburg A W (ed). Computer-Aided Chen Eng, 2003, 1472～1477
[28] YinhuaJin, Yuh Yamashite, Hirokazu Nishitani. Human Modeling Simulate Proceedings of Operation[J]. Comp Chem Eng, 2004, 28: 1967～1980
[29] 8万吨／年苯乙烯装置操作规程[R]．河北：华北石油管理局，2006
[30] 朱家骅，叶世超，夏素兰等．化工原理(上)[M]，科学出版社，2005．6，151～152
[31] 袁渭康，朱开宏．化学反应工程分析[M]，上海：华东理工大学出版社，1995
[32] 卢焕章，石油化工物性数据手册[M]．北京：化学工业出版社，1982
[33] 徐志刚，朱子彬，张成芳，吴勇强等．大型乙苯脱氢轴径向反应器的研究与开发(Ⅱ)反应器模拟与分析[J]，化工学报，2001．52(10)
[34] 徐志刚，朱子彬，张成芳．乙苯脱氢径向反应器的模拟和操作优化[J]，华东理工大学学报，1999，6，Vol．20，No．3 217～220
[35] Skogestad S. et al. Understanding the Dynamic Behavior of Distillation columns[J]. Ind. Eng. Chem., 1988, 27: 1848
[36] Espana M. et al. Reduced Order Bilinear Models for Distillation Columns Automation[J], 1978, (4): 345
[37] Chor S. et al., Reduced-Order Steady state and Dynamic Models for Separation Process[J],A. I. Ch. E. J., 1983, 29: 261
[38] Lee J . H. Dudukovic, M. P. A Comparison of the Equilibrium and Non—equilibrium Models for a Multi—component Reactive Distillation Column[J], Computer. Chem. Eng., 1998, 23: 159-1721
[39] 黄克谨，钱积新，孙优贤．精馏塔静态仿真Ⅱ，分段数学模型的应用[J]，石油炼制与化工，1995．8．26(8)，41-44
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