前情提要：

HYSYS入门（1）

HYSYS入门（2）

换热单元

LNG换热器

液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45%左右

HYSYS中的LNG换热器涉及到多股物流的物料平衡和能量平衡，当然如果只有两股物流时，其实和管壳式换热器相差无几

例题：在换热器中，有一股热物流，两股冷物流，热物流出口温度为-156℃，两股冷物流出口温度相同，热物流的压降为10kPa，冷物流的压降为5kPa。模型选择简易加权，物性为PR方程，求解两股冷物流的出口温度（其他条件如下表）

热物流 冷物流1 冷物流2
温度（℃） -5 -184 -194
压力（kPa） 600 120 125
流量（kmol/h） 250 10 180
N2 1 1 1

输入物性，工质N2，物性PR方程

新建LNG换热器，添加流股：

更改成一股热流股，两股冷流股：

构建流程：

按照题目给的表格填写流股参数：

设置LNG换热器冷热流股压降：

设置热流股出口温度：

此时查看到LNG换热器模块的自由度是1，说明还有一个条件没有设置：

也就是题目中要求的，冷流股出口温度相同，即就是5和6流股出口温度相同，这个要怎么设置呢

在LNG换热器模块中添加一个限制条件：

设置5和6流股温差为0，即就是两股冷流股出口温度一致

解算完成：

冷流股出口温度：

塔单元

简捷计算

HYSYS中的简捷塔计算就相当于Aspen中的DSTWU模块

和学习aspen的时候一样，简捷精馏第一个例题还是关于苯和甲苯的，是不是有了熟悉的感觉~

例题：精馏分离含苯为0.44的苯和甲苯混合液，混合液温度为20℃，压力200kPa，流量100kmol/h，要求塔顶产品苯的含量不低于0.975，塔底产品苯含量不高于0.0235（摩尔分数），操作回流比3.5，塔顶压力120kPa，塔底压力150kPa，求解理论板数和进料位置，物性选择Antoine

构建流程：

输入进料流股数据：

设置简捷塔关键组分：

题目中要求塔底的苯含量不高于0.0235，塔顶产品中苯含量不低于0.975，也就是说塔顶产品中甲苯含量不高于1-0.975=0.025

其中塔底主要采出甲苯，那么塔底的轻组分就是苯

塔顶主要采出苯，那么塔顶的重组分就是甲苯

设置塔顶塔底压力：

给出塔顶和塔底压力之后，会自动计算出最小的回流比，题目中要求回流比是3.5，所以还需要设置回流比：

设置完毕之后就可以看到已经解算完成：

查看塔的结果：

严格计算

简捷计算知识初步估算塔的一些基本数据，为严格计算提供一些数据依据，真正模拟用的多的还是严格塔

在上面的简捷计算基础上进行严格计算

构建流程：

设置塔板数与进料板：

根据简捷计算的结果可知，理论板数12块，进料在第6块

点击下一步，选择再沸器：

默认即可

点击下一步，设置冷凝器和再沸器压力：

点击下一步，设置温度：

在简捷计算中，冷凝器和再沸器估算的温度为84.85℃和123.9℃

下一步设置回流比3.5：

点击完成，查看所有参数：

查看塔的自由度和约束条件：

可以看到，虽然塔的自由度为0，但是约束条件中有一项是空的，也就是塔顶的采出量

取消启用塔顶采出量这个约束条件，自由度变为1

在约束条件中添加一个新的：

选择塔组分分率规定：

如果提示不能添加此规定，需要进行修正，那么修改解算方法，改为修正的HYSYS I/O方法：

设置塔顶采出苯含量：

查看监控器，自由度为0，条件设置完毕：

点击下方的运行，进行塔的解算

查看结果：

结果均符合题目要求

但是其实题目中有一个条件我们没用上，也就是题目中要求的塔底产品中苯含量不高于0.0235，那么来试试用这个条件去规定塔，看看结果如何

取消刚才设置的塔顶规定，设置一个新的塔底苯含量的规定：

运行之后查看结果：

可以看到，实际上规定塔底之后，塔顶的苯含量达到了0.99，比之前的0.975要好了不少

但是实际上对比一下其他的结果就会发现塔底的温度从123.9升到了124.7

所以不同的规定条件会导致一些不同的结果，在实际模拟中就需要去进行一个决策，找到最适合的比如说能量最优的方案，产品质量最优的方案等

关键组分的确定

在简捷塔模拟初始数据的过程中，关键组分的确定是一个非常重要的步骤

关键组分一般是挥发度相邻的两个物质

通过一个例子来说明：精馏含有乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷的一股混合物，要求塔顶异丁烷摩尔分数小于0.01，塔底丙烷摩尔分数小于0.02

题目中要求了这两个组分的摩尔分数，那么肯定是以这两个物质作为界限来进行分离：

那么在简捷计算的时候关键组分就如下：

加速塔的收敛

塔解算过程中不收敛的常见原因主要有下面三个：

  • 参数设置偏离过大
  • 求解器选择不合适
  • 迭代次数小

解决方案：

参数设置偏离过大，就需要进行校正参数，更改初始的估算值，和Aspen相似，也就是传统的试错法，或者使用灵敏度分析去找一个合适的参数

至于HYSYS怎么使用灵敏度分析，这一点就要吐槽一下了，HYSYS中是没有直接的灵敏度分析界面或者模块的，需要通过其他手段进行替代，这个之后专门出一期讲解吧

第二个就是怎么选择一个合适的求解器呢，在塔参数的设置界面，有一个求解器设置，如下：

这六种解算方法的适用情况如下表：

解算方法 说明
HYSYS Inside-Out 通用方法，适用于大多数情况
已修改的HYSIM Inside-Out 通用方法，允许塔子流程有混合器、分流器和换热器
Newton Raphson Inside-Out 通用方法，允许塔子流程有液相反应动力学
稀疏连续解算器 基于方程求解，主要用于高度非理想的化学体系和反应精馏
同时校正 适用于化学体系和反应精馏
OLI解算器 只适用于电解质体系

第三种解决方案就是更改迭代次数或者阻尼因子：

默认情况下最大迭代次数为一万次，一般来说，在单个塔的流程中，更改迭代次数还是可以的，但是在一些复杂流程中，不建议去更改迭代次数，因为更改迭代次数之后其他的模块很多参数也会跟着改变，会导致解算速度变得非常缓慢

主要还是阻尼因子，那么什么是阻尼因子呢

阻尼是指任何振动系统在震动中，由于外界作用或者系统本身固有的原因引起的震动幅度逐渐下降的特性，以及此特性的量化表征

而将阻尼因子改成自适应模式的时候，可以避免调整参数和运算过程中参数和求解结果震荡过大，使塔更加稳定的运行，加快塔的收敛速度

基本上关于入门篇，就这么多了，我学的也不多，下次有什么好玩的再分享，我是乙醇，拜拜~