Aspen HYSYS Dynamics
通过使用具有可靠准确性的动态模拟和内置模板,自信地设计和分析瞬态条件,节省成本并确保平稳运行。
Aspen Dynamics补充了Aspen Plus的稳态模拟功能,并为整个工厂运营和工程组织的石化、化学品和特种化学品行业提供了动态建模的好处。
(一)挑战:理解和预测动态行为
加工行业面临着日益激烈的竞争环境、不断变化的市场条件和政府法规;然而,它们仍必须提高生产率和盈利能力。这些业务目标是通过减少将新产品推向市场所需的时间、提高生产产品的数量和质量、更安全高效地运营工厂和/或设计工厂以在其生命周期中获得最佳性能来实现的。。
在化学加工行业,运营效率、生产经济、产品质量以及最终的利润表现都可能受到多种因素的不利影响。其中许多因素极其复杂,具有不同程度的不可预测性。为了避免生产延迟、停机或产品不合格,流程制造商需要具有成本效益的工具,帮助在预期问题发生之前识别和“纠正”这些问题。
工艺工程师经常解决制造和生产方面的难题。不幸的是,仅凭经验并不总是足以回答不断出现的问题,而且提供有意义的见解的“试错”努力通常成本高昂(如果不是偶尔有风险的话)。
(二)机会:将业务运营和流程运营联系起来
动态工厂模拟是一种强大的工具,可以帮助经理和工程师将业务运营与流程运营联系起来,从而实现真正的流程生命周期管理(PLM)。动力学模拟使化学品制造商能够:确保安全。预测设备故障、电源故障或其他操作问题的后果,并确保工厂能够安全处理此类事件。
确保环境合规性。保证工艺中断不会导致不可接受的工厂排放。
提高可操作性。确保工厂具有足够的内在灵活性,可以在最短的时间内在不同的操作点之间移动,而不会生产不合格的产品。
改进启动和关闭。有助于确保无故障调试、启动和关闭,在这些方面的改进会对利润产生直接影响。
实现一致的产品质量。确保控制方案能够正确处理干扰,从而减少昂贵的不合格产品的生产。
排除操作问题。将了解操作问题的原因作为解决问题的第一步。工艺工程师需要安全、经济高效的方法来测试拟议的解决方案,然后才能在工厂中实施。
优化批处理操作。了解批处理过程的操作行为,从而确定如何最大限度地减少批处理时间和最大限度地提高产量,从而提高底线性能。
(三)解决方案:Aspen Dynamics
为了理解复杂化学过程的动态行为,过程制造商需要一个动态过程模拟器。Aspen Dynamics?是专门为动态过程模拟设计的最先进的解决方案。Aspen Dynamics与Aspen Plus?紧密集成?,AspenTech用于化学过程工业的稳态模拟器。此集成使用户能够使用现有的Aspen Plus稳态模拟并快速创建动态模拟。这使用户能够充分利用他们在稳态Aspen Plus模型中的现有投资,并确保与稳态模拟结果的一致性。
(四)Aspen Dynamics提供的优势
Aspen Dynamics在整个化学过程制造生命周期中都有应用,可帮助公司改进生产力和盈利能力。其动态模型在电厂的整个运行寿命内都很有用,从而延长了设计阶段完成的工程的价值。Aspen Dynamics支持并行过程和控制设计,这有助于降低资金成本、降低运营成本、提高工厂安全性并防止控制问题。下面列出了Aspen Dynamics的一些关键用途:
(1) 改进工艺设计
传统的工艺设计方法在很大程度上依赖于稳态分析。可操作性和控制问题通常在流程完全开发后解决。Aspen Dynamics使公司能够同时考虑稳态过程性能和可操作性问题。Aspen Dynamics在流程设计中解决的问题示例包括:我们正在设计这种在蒸馏装置中紧密集成热量的装置。稳态结果表明,这种设计可以极大地节省能源。该过程可操作吗?当我们增加或减少吞吐量时会发生什么?我们必须在哪里放置辅助加热器和冷却器,以确保工艺的可操作性?
我们正在为放热反应设计反应器及其冷却系统。我们必须针对多种情况对这些设计进行评估。如果进料中有过量的反应物,会发生什么?如果添加过量的催化剂会发生什么?如果我们失去了冷却剂,我们必须以多快的速度关闭进料,以避免失控反应和过压?
我们正在设计一种具有多个反应器、塔和反应物回收的新工艺。根据我们在类似过程中的经验,我们预计该过程的全厂控制将面临严峻挑战。我们需要一种快速评估方法来评估不同工艺方案的可操作性。我们能用一种技术同时评估稳态性能和控制问题,以加快我们的工艺设计吗?
(2) 解决操作问题
无论工艺开发和设计工作如何,都存在运营问题,并直接影响工厂的盈利能力。Aspen Dynamics解决的问题示例包括:
我们的工厂在控制K-102塔方面有问题。我们应该改变控制策略还是安装进料罐来减少进料干扰?
我们知道,对于我们使用的每种原料,柱的良好进料阶段是不同的,但我们不想切换进料托盘,因为我们担心控制系统在切换过程中无法保持产品纯度。在工厂实施之前,我们如何测试进料托盘切换策略?
每次我们对该工厂部分进行重大的生产量更改时,工厂操作员和工程师都必须工作14个小时才能使产品恢复正常。我们如何制定控制策略以实现平稳和自动化的生产量转换?
我们的工厂存在运行问题,因为微量成分会随着时间的推移而积累。我们如何改变流程及其控制策略,以消除我们目前遇到的性能下降和流程混乱?
(五)Aspen Dynamics使用示例
萃取蒸馏成分控制:一位客户被要求用MCH和甲苯的混合物生产98%纯的甲基环己烷(MCH)。这些组分形成了一个难以通过简单的二元蒸馏分离的紧密沸腾系统。选择苯酚作为萃取剂以提高MCH相对于甲苯的相对挥发性。
使用Aspen Plus,柱在第14阶段设计为MCH-甲苯混合物进料,在第7阶段设计为苯酚进料。使用Aspen Dynamics进行的动态模拟表明,级温度对苯酚更敏感浓度比柱上部的甲苯浓度高。基于此,确定柱温度不是用于控制蒸馏物中甲苯量的合适变量,并且将需要组成分析仪来控制MCH纯度。
将操纵苯酚流速的MCH成分控制器添加到Aspen Dynamics模型中。然后使用动态模拟来模拟过程响应和控制系统的动态性能,包括与分析仪相关的死区时间。然后在Aspen Dynamics中模拟柱的动态行为,以确定MCH纯度的最终周期和增益。这使得能够确定纯度控制器的良好调谐参数。作为最后的测试,在MCH甲苯进料中引入成分扰动,以确定控制器处理进料扰动的效果。使用Aspen Dynamics模拟了甲苯浓度从50%到55%的阶跃变化。结果表明,控制策略达到了控制目标。
(六)Aspen Dynamics功能
为了最大限度地发挥作用并提供必要的见解和知识,动态模拟器必须将易用性与强大的工程能力相结合。Aspen Dynamics建立在经过验证的技术之上20多年为化工行业提供动态模拟工具的经验,并提供以下功能:
三相和反应蒸馏,包括用户指定的反应动力学。
塔板和填料塔的蒸馏塔水力学和压降的严格建模。
汽含率建模,确保高压工艺(包括带高压蒸馏塔的工艺)和减压等应用的准确结果。
选择更简单的流量驱动模拟或更严格的压力驱动模拟的选项。压力驱动模拟将流程图周围的流量与每个装置操作中的压力联系起来。这种能力对于泄压、蒸汽网络、压缩机系统和许多其他应用的模拟至关重要。
Aspen Properties中可用的物理特性模型和数据的使用情况?–AspenTech的物理财产系统-促进整个企业财产的一致使用。动态仿真使用不断更新的局部特性相关性,在不损失精度的情况下提供高性能。
通过Polymers Plus支持聚合物工艺?–AspenTech的通用聚合物工艺建模系统。
打开使用Aspen Custom Modeler?创建的模型–AspenTech的模型创作技术——使公司能够获取其特定的专业知识和专有知识。
用于泄压系统模拟的几个模型和其他特征,包括管道、爆破片和压力
安全阀型号。搅拌槽式反应器可以模拟溢流中的起泡和液体携带。
先进的基于方程的求解技术和最先进的数值方法,确保快速、可靠和准确的模拟解决方案。隐式积分器确保动态模拟的稳定解,并改变积分步骤以确保精度,同时最大限度地提高性能。
一种动态优化器,用于对传统单元操作和流程进行快速、简单的动态优化。
(七)目标:降低成本,提高盈利能力
Aspen Dynamics将动态模拟带到工程桌面,并提供卓越的建模能力和易用性
化学加工行业–使公司能够设计和运营更高效、更安全、更有利可图的加工厂。
(八)AspenTech:创新的传统
Aspen Technology股份有限公司经验证的集成软件和快速实施服务提高了流程公司的效率和盈利能力。AspenTech的工程软件优化流程设计,最大限度地提高生命周期回报。我们的制造/供应链软件协调生产、库存、需求和交付,以提高运营利润率。这些产品共同创建了一个集成的解决方案——企业运营管理(EOM),它可以改变整个企业的运营绩效。
“Aspen Dynamics的功能已被用于模拟复杂的蒸汽释放场景,其功能和性能已被证明非常强大。使用Aspen Dynamics对反应器部分进行严格建模,提高了对其在释放条件下行为的理解。此外,该模型还被用于优化正常操作条件,从而显著节省了可变成本。”