一种内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统，包括与内部热耦合空分塔连接的现场智能仪表、以及控制站、数据库和上位机，上位机包括信号采集模块，用于采集当前生产工况数据；求解计算主模块，过程为：1)设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；2)假定各塔板液相组成；3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；4)对每一个塔板，分别计算汽液相的焓值；5)由式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量；6)判断下式(4)是否成立，如果成立，则继续7)，否则，更新各塔板液相组成以及提出了一种内部热耦合空分塔稳态流程模拟方法。本发明提供一种能够准确模拟内部热耦合空分塔稳态流程的系统及方法。
1.一种内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统，包括与内部热耦合空分塔连接的现场智能仪表、以及控制站、数据库和上位机，所述智能仪表与控制站、数据库和上位机连接，其特征在于：所述的上位机包括：信号采集模块，用于采集当前生产工况数据；
求解计算主模块，用于求解计算，采用以下过程来完成：
1)设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；
3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，H 表示进料焓值，S表示侧提G L流量，H 和H 分别是汽液相焓值，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算：Q＝UAΔT (3)其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差；
6)判断下式(4)是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新各塔板液相组成，返回3)迭代；
其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧；
泡点法模块，用以由泡点法计算其平衡温度和汽相组成，其过程如下：
3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：yi＝Kixi (8)其中，Φ表示逸度系数上标L表示液相，上标G表示汽相，R是气体常数，T是温度，PG L G是塔板压强，下标m＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、参数b、b、bi、a、L G L G La、ai，m、ξ、ξ、汽相压缩因子Z、液相压缩因子Z 由物性模块计算；
3.3)检验 是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回3.2)继续迭代；
其中 表示第i个纯组分理想气体的焓值，H 是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数；
物性模块，用以计算物性参数，其过程如下：bi＝ΩbRTci/Pcia (14)Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)对汽相：
取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子Z则，
取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子Z则，
Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ-Wiτ (40)Ωb＝0.070721 (41)τ＝0.01T (42)其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，Ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，m是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ωa、Ωb是中间变量。
2.如权利要求1所述的内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统，其特征在于：所述的上位机还包括：结果显示模块，用于将计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将计算结果传递到现场操作站进行显示。
3.一种用如权利要求1所述的内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统实现的流程模拟方法，其特征在于：所述的流程模拟方法包括以下步骤：
3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
5)联立式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量：其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算：Q＝UAΔT (3)；
6)判断式(4)是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新液相组成，返回步骤3)迭代；
其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧；
所述的步骤3)中，泡点法计算其平衡温度和汽相组成，采用以下过程完成：
3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：yi＝Kixi (8)其中，Φ表示逸度系数，上标L表示液相，上标G表示汽相，R是气体常数，P是塔板压G L G L强，下标m＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、物性参数b、b、bi、a、a、ai，G L G Lm、ξ、ξ、汽相压缩因子Z、液相压缩因子Z 由物性参数计算方法计算；
3.3)检验 是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回步骤3.2)继续迭代；
所述的步骤4)中，所述的焓计算方法过程如下：其中 表示第i个纯组分理想气体的焓值，H*是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数；
bi＝ΩbRTci/Pcia (14)Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)对汽相：
AG＝aGP/R2T2 (22)BG＝bGP/RT (23)αG＝2BG-1 (24)G
取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子Z则，
α ＝2B-1 (34)取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL则，
Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ-Wiτ (40)Ωb＝0.070721 (41)τ＝0.01T (42)其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，m是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ωa、Ωb是中间变量。
4.如权利要求3所述的流程模拟方法，其特征在于：在所述的步骤6)中，上位机将计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将计算结果传递到现场操作站进行显示。
内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及空分领域，特别地，涉及一种内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统及方法。
背景技术
[0002] 内部热耦合精馏技术最初是至今为止的四大节能精馏技术中节能效能最高的一项节能技术，在世界范围内得到了巨大的重视。
[0003] 在低温空分过程中，空分塔是一个重要的操作单元，也是最重要的耗能单元。通过对内部热耦合技术的研究发现：(1)该技术的实现，需要过程装置中具有不同高低压强的区域，而空分装置本身的化工工艺流程就给出了这样区域，不需要像其他过程装置需要人为制造出不同高低压强的区域。(2)研究表明内部热耦合技术在高纯度产品生产过程上将具有更大的经济效益，而空分过程恰好是一个产品纯度要求极高的过程。(3)内部热耦合精馏技术在低操作温度情况下更加有利于发挥它的节能潜力，而本身就是低温精馏的空分装置较之其他精馏过程，无疑具有这个优势。(4)内部热耦合精馏技术在处理沸点接近的物系时，能体现出很高的节能效率，而空气中氮--氩--氧三元物系又恰好满足了这个要求，也为热耦合技术的应用开发提高了非常有利条件。因此，内部热耦合技术可以被应用到空气分离过程，改变传统空分塔结构，达到良好的节能效果。
[0004] 化学工程的传统研究方法是以经验归纳为主，即运用实验手段探索系统变量之间的关系。随着生产过程的大型化和自动化水平的提高，对于复杂化工过程的研究，因次分析和相似方法往往不能满足研究的需要。内部热耦合空分塔过程是包含有传热、传质、流体流动的复杂过程，许多变量之间呈现强烈的非线性关系，要了解过程中浓度分布、速度分布等，一个有效的方法就是利用计算机进行稳态流程模拟。稳态流程模拟是流程设计及流程优化的先导，只有通过大量的流程计算找到力量、压力、纯度等参数之间的关系，才能进行流程的分析、控制以及优化等。
发明内容
[0005] 为了克服现有的空分塔内部热耦合精馏过程的不能准确模拟内部热耦合空分塔稳态流程的不足，本发明提供一种能够准确模拟内部热耦合空分塔稳态流程的内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统及方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 一种内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统，包括与内部热耦合空分塔连接的现场智能仪表、以及控制站、数据库和上位机，所述智能仪表与控制站、数据库和上位机连接，所述的上位机包括：信号采集模块，用于采集当前生产工况数据；求解计算主模块，用于求解计算，采用以下过程来完成：
[0008] 1)设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；
[0009] 2)假定各塔板液相组成；
[0010] 3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
[0011] 4)对每一个塔板，分别计算汽液相的焓值；
[0012] 5)由式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量：
[0013]
[0014]
[0015] 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，HG和HL分别是汽液相焓值，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算：
[0016] Q＝UAΔT (3)
[0017] 其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差；
[0018] 6)判断下式(4)是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新各塔板液相组成，返回3)迭代；
[0019]
[0020] 其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧。
[0021] 作为优选的一种方案：所述上位机还包括：泡点法模块，用以由泡点法计算其平衡温度和汽相组成，其过程如下：
[0022] 3.1)假定塔板平衡温度；
[0023] 3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] yi＝Kixi (8)
[0028] 其中，Φ表示逸度系数上标L表示液相，上标G表示汽相，R是气体常数，T是温度，P是塔板压强，下标m＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、参数bG、bL、bi、aG、aL、ai，m、ξG、ξL、汽相压缩因子ZG、液相压缩因子ZL由物性模块计算；
[0029] 3.3)检验 是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回3.2)继续迭代。
[0030] 作为优选的另一种方案：所述上位机还包括：焓模块，用以计算汽液相混合焓，其过程如下：
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] 其中 表示第i个纯组分理想气体的焓值，H*是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数。
[0036] 作为优选的再一种方案：所述上位机还包括：物性模块，用以计算物性参数，其过程如下：
[0037]
[0038] bi＝ΩbRTci/Pcia (14)
[0039]
[0040]
[0041] Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)
[0042] Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)
[0043] Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)
[0044] 对汽相：
[0045]
[0046]
[0047] 令
[0048] AG＝aGP/R2T2 (22)
[0049] BG＝bGP/RT (23)
[0050] αG＝2BG-1 (24)
[0051]
[0052]
[0053] 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG
[0054]
[0055] 则，G G
[0056] v ＝RT/PZ (28)
[0057]
[0058] 对液相：
[0059]
[0060]
[0061] 令
[0062] AL＝aLP/R2T2 (32)
[0063] BL＝bLP/RT (33)
[0064] αL＝2BL-1 (34)
[0065]
[0066]
[0067] 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL[0068]
[0069] 则，
[0070] vL＝RT/PZL (38)
[0071]
[0072] Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3 (40)
[0073] Ωb＝0.070721 (41)
[0074] τ＝0.01T (42)
[0075] 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，m是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ωa、Ωb是中间变量。
[0076] 进一步，所述的上位机还包括：结果显示模块，用于将计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将计算结果传递到现场操作站进行显示。
[0077] 一种的内部热耦合空分塔稳态流程模拟方法，所述的流程模拟方法包括以下步骤：
[0078] 1)设定塔的结构参数，采集塔的生产工况数据；
[0079] 2)假定各塔板液相组成；
[0080] 3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
[0081] 4)对每一个塔板，计算其汽液相的焓值；
[0082] 5)联立式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量：
[0083]
[0084]
[0085] 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算：
[0086] Q＝UAΔT (3)；
[0087] 6)判断式(4)是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新液相组成，返回步骤3)迭代；
[0088]
[0089] 其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧。
[0090] 作为优选的一种方案：所述的步骤3)中，泡点法计算其平衡温度和汽相组成，采用以下过程完成：
[0091] 3.1)假定塔板平衡温度；
[0092] 3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：
[0093]
[0094]
[0095]
[0096] yi＝Kixi (8)
[0097] 其中，Φ表示逸度系数，上标L表示液相，上标G表示汽相，R是气体常数，P是塔G L G板压强，下标m＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、物性参数b、b、bi、a、L G L G L
a、ai，m、ξ、ξ、汽相压缩因子Z、液相压缩因子Z 由物性参数计算方法计算；
[0098] 3.3)检验 是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回步骤3.2)继续迭代。
[0099] 作为优选的另一种方案：所述步骤4)中，所述的焓计算方法过程如下：
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104] 其中 表示第i个纯组分理想气体的焓值，H*是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数。
[0105] 作为优选的再一种方案：所述的物性计算方法过程如下：
[0106]
[0107] bi＝ΩbRTci/Pcia (14)
[0108]
[0109]
[0110] Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)
[0111] Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)
[0112] Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)
[0113] 对汽相：
[0114]
[0115]
[0116] 令
[0117] AG＝aGP/R2T2 (22)
[0118] BG＝bGP/RT (23)
[0119] αG＝2BG-1 (24)
[0120]
[0121]
[0122] 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG
[0123]
[0124] 则，
[0125] vG＝RT/PZG (28)
[0126]
[0127] 对液相：
[0128]
[0129]
[0130] 令
[0131] AL＝aLP/R2T2 (32)
[0132] BL＝bLP/RT (33)
[0133] αL＝2BL-1 (34)
[0134]
[0135]
[0136] 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL[0137]
[0138] 则，L L
[0139] v ＝RT/PZ (38)
[0140]
[0141] Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3 (40)
[0142] Ωb＝0.070721 (41)
[0143] τ＝0.01T (42)
[0144] 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，m是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ωa、Ωb是中间变量。
[0145] 进一步，在所述的步骤6)中，上位机将计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将计算结果传递到现场操作站进行显示。
[0146] 本发明的有益效果主要表现在：对内部热耦合空分塔进行稳态流程模拟，计算速度快，模拟结果准确，可以用于指导生产和进一步的生产优化控制，从而提高生产效益。
附图说明
[0147] 图1是本发明所提出的稳态流程模拟系统的硬件结构图。
[0148] 图2是本发明所述内部热耦合空分塔结构示意图。
[0149] 图3是本发明上位机的功能模块图。
具体实施方式
[0150] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0151] 实施例1
[0152] 参照图1、图2、图3，一种内部热耦合空分塔平衡级节能计算系统，包括内部热耦合空分塔1连接的现场智能仪表2、数据接口3、控制站4、数据库5以及上位机6，智能仪表2连接现场总线，所述现场总线连接数据接口3，所述数据接口3与控制站4、数据库5和上位机6连接，所述的上位机6包括：
[0153] 信号采集模块7，用以采集当前生产工况数据；
[0154] 求解计算主模块8，用以求解计算，采用以下过程来完成：
[0155] 1)设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；
[0156] 2)假定各塔板液相组成；
[0157] 3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
[0158] 4)对每一个塔板，分别计算汽液相的焓值；
[0159] 5)由式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量：
[0160]
[0161]
[0162] 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示G L侧提流量，H 和H 分别是汽液相焓值，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，上标L表示液相，上标G表示汽相，Q表示热耦合量，由下式计算：
[0163] Q＝UAΔT (3)
[0164] 其中，UA表示热耦合系数，ΔT表示耦合塔板间的温差；
[0165] 6)判断下式是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新各塔板液相组成，返回3)迭代；
[0166]
[0167] 其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧。
[0168] 所述上位机6还包括：泡点法模块9，用以由泡点法计算其平衡温度和汽相组成，其过程如下：
[0169] 3.1)假定塔板平衡温度；
[0170] 3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：
[0171]
[0172]
[0173]
[0174] yi＝Kixi (8)
[0175] 其中，Φ表示逸度系数，R是气体常数，T是温度，P是塔板压强，下标m＝1、2、3G L G L G L表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、物性参数b、b、bi、a、a、ai，m、ξ、ξ、汽相压G L
缩因子Z、液相压缩因子Z 由物性模块计算；
[0176] 3.3)检验 是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回3.2)继续迭代；
[0177] 所述上位机6还包括：焓模块10，用以计算汽液相混合焓，其过程如下：
[0178]
[0179]
[0180]
[0181]*
[0182] 其中 表示第i个纯组分理想气体的焓值，H 是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数。
[0183] 所述上位机6还包括：物性模块11，用以计算物性参数，其过程如下：
[0184]
[0185] bi＝ΩbRTci/Pcia (14)
[0186]
[0187]
[0188] Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)
[0189] Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)
[0190] Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)
[0191] 对汽相：
[0192]
[0193]
[0194] 令G G 2 2
[0195] A ＝aP/RT (22)G G
[0196] B ＝bP/RT (23)G G
[0197] α ＝2B-1 (24)
[0198]
[0199]
[0200] 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG
[0201]
[0202] 则，
[0203] vG＝RT/PZG (28)
[0204]
[0205] 对液相：
[0206]
[0207]
[0208] 令
[0209] AL＝aLP/R2T2 (32)
[0210] BL＝bLP/RT (33)
[0211] αL＝2BL-1 (34)
[0212]
[0213]
[0214] 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL[0215]
[0216] 则，
[0217] vL＝RT/PZL (38)
[0218]
[0219] Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3 (40)
[0220] Ωb＝0.070721 (41)
[0221] τ＝0.01T (42)
[0222] 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ωa、Ωb是中间变量；
[0223] 所述的上位机还包括：结果显示模块，用于将计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将计算结果传递到现场操作站进行显示。
[0224] 本实施例的内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统的硬件结构图如附图1所示，所述的流程模拟系统核心由包括信号采集模块7、求解计算主模块8、泡点法模块9、焓模块10、物性模块11、结果显示模块12和人机界面的上位机6构成，此外还包括：现场智能仪表
2，数据接口3、控制站4、数据库5和现场总线。内部热耦合空分塔1、智能仪表2、数据接口
3、控制站4、数据库5、上位机6通过现场总线依次相连，实现信息流的上传和下达。流程模拟系统在上位机6上运行，可以方便地与底层系统进行信息交换。
[0225] 本实施例的优化系统的功能模块图如附图3所示，主要包括信号采集模块7、求解计算主模块8、泡点法模块9、焓模块10、物性模块11、结果显示模块12等。
[0226] 所述的稳态流程模拟方法按照如下步骤进行实施：
[0227] 1)设定塔的结构参数，采集塔的生产工况数据；
[0228] 2)假定各塔板液相组成；
[0229] 3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
[0230] 4)对每一个塔板，计算其汽液相的焓值；
[0231] 5)联立式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量：
[0232]
[0233]
[0234] 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算：
[0235] Q＝UAΔT (3)；
[0236] 6)判断式(4)是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新液相组成，返回步骤3)迭代；
[0237]
[0238] 其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧。
[0239] 实施例2
[0240] 参照图1、图2、图3，一种内部热耦合空分塔稳态流程模拟方法，所述的流程模拟方法包括以下步骤：
[0241] 1)设定塔的结构参数，采集塔的生产工况数据；
[0242] 2)假定各塔板液相组成；
[0243] 3)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相组成；
[0244] 4)对每一个塔板，计算其汽液相的焓值；
[0245] 5)联立式(1)(2)计算各塔板的汽液相流量：
[0246]
[0247]
[0248] 其中，V表示汽相流量，U表示液相流量，F表示进料流量，HF表示进料焓值，S表示侧提流量，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，Q表示热耦合量，由下式计算：
[0249] Q＝UAΔT (3)；
[0250] 6)判断式(4)是否成立，如果成立，则停止迭代，输出结果，否则，更新液相组成，返回步骤3)迭代；
[0251]
[0252] 其中，x是液相组成，y是汽相组成，z是进料组成，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧。
[0253] 所述的步骤3)中，泡点法计算其平衡温度和汽相组成，采用以下过程完成：
[0254] 3.1)假定塔板平衡温度；
[0255] 3.2)计算汽液平衡常数，采用以下过程完成：
[0256]
[0257]
[0258]
[0259] yi＝Kixi (8)
[0260] 其中，Φ表示逸度系数，上标L表示液相，上标G表示汽相，R是气体常数，P是塔G L G板压强，下标m＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，摩尔体积v、物性参数b、b、bi、a、L G L G L
a、ai，m、ξ、ξ、汽相压缩因子Z、液相压缩因子Z 由物性参数计算方法计算；
[0261] 3.3)检验 是否成立，成立则结束迭代，返回计算结果，否则，更新塔板平衡温度，返回步骤3.2)继续迭代。
[0262] 所述步骤4)中，所述的焓计算方法过程如下：
[0263]
[0264]
[0265]
[0266]
[0267] 其中 表示第i个纯组分理想气体的焓值，H*是混合物理想气体焓值，c、d、e、f、h为常数。
[0268] 所述的物性计算方法过程如下：
[0269]
[0270] bi＝ΩbRTci/Pcia (14)
[0271]
[0272]
[0273] Zci，m＝0.5(Zci+Zcm) (17)
[0274] Pci，m＝RTci，mZci，m/Vci，m (18)
[0275] Ωai，m＝0.5(Ωai+Ωam) (19)
[0276] 对汽相：
[0277]
[0278]
[0279] 令G G 2 2
[0280] A ＝aP/RT (22)G G
[0281] B ＝bP/RT (23)G G
[0282] α ＝2B-1 (24)
[0283]
[0284]
[0285] 取初值为1-0.6Pr，用牛顿法解如下方程，即得到汽相压缩因子ZG
[0286]
[0287] 则，
[0288] vG＝RT/PZG (28)
[0289]
[0290] 对液相：
[0291]
[0292]
[0293] 令
[0294] AL＝aLP/R2T2 (32)
[0295] BL＝bLP/RT (33)
[0296] αL＝2BL-1 (34)
[0297]
[0298]
[0299] 取初值为Pr(0.106+0.078Pr)，用牛顿法解如下方程，即得到液相压缩因子ZL[0300]
[0301] 则，
[0302] vL＝RT/PZL (38)
[0303]
[0304] Ωai＝Ci-Diτ+Eiτ2-Wiτ3 (40)
[0305] Ωb＝0.070721 (41)
[0306] τ＝0.01T (42)
[0307] 其中，A、B、α、β、γ、τ是中间变量，C、D、E、W是常数，Tc、Pc、Vc、Zc分别是临界温度、压力、体积和压缩因子，Pr是对比压力，R是气体常数，ki，m表示第i组分和第m组分的二元交互系数，ki，m是常数，下标c表示临界点的性质，下标r表示对比态，下标i，m表示第i组分和第m组分的二元混合物，Ωa、Ωb是中间变量。
[0308] 在所述的6)中，上位机将计算结果传给控制站进行显示，并通过现场总线将计算结果传递到现场操作站进行显示。
[0309] 本发明所提出的内部热耦合空分塔稳态流程模拟系统及方法，已通过上述具体实施步骤进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的装置和操作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域的技术人员是显而易见的，它们都会被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
