PRO/II 建模策略与最佳实践

核心原则：实际工艺用塔，就老老实实用 COLUMN

建模第一准则：工艺流程描述中使用了精馏塔/吸收塔/汽提塔的，必须用 COLUMN 单元模拟，不要用 FLASH 替代。

FLASH 仅在以下场景作为辅助手段使用：
- COLUMN 收敛前提取初值（先用 FLASH 跑通流程，提取温度/组成作为 COLUMN 初值）
- 纯方案比选阶段的快速估算（明确标注为简化模型）
- 反应器进出料的预热/冷却（FLASH ISOTHERMAL 替代加热炉，非精馏场景）

> ⚠️ 禁止做法：工艺描述中明确有塔（如常压塔、减压塔、吸收塔、汽提塔），
> 却用 FLASH 串联"糊弄过去"。这会导致无回流比、无塔板效率、产品纯度失真，
> 模型失去工程参考价值。COLUMN 收敛困难时应排查初值/自由度/热力学方法，
> 而非退回 FLASH。

COLUMN vs FLASH 选择决策表

COLUMN 收敛遇到困难时的排查路径（不要直接退回 FLASH）

1. 检查自由度：PRODUCT + HEAT + SPEC 总数 ≤ TRAY-1
2. 检查 ESTIMATE：优先用 MODEL=CONVENTIONAL, RRATIO=2.0，省略 CTEMP/BTEMP 让 PRO/II 自动估算
3. 检查组分选择：VDU 用 NC10+ 重组分，不要用太轻的组分
4. 检查压力单位：用 PRESSURE(KPA) 明确指定，避免 KG/CM2 混淆
5. 检查进料温度：VDU 进料 200°C 左右，塔底温度不要给太高（>350°C 会导致 "DRIED UP"）
6. 用渐进扩展法：3组分5层 → 10层 → 20层 → 40层，每步以收敛结果为初值
7. 以上都试过仍不收敛：先用 FLASH 跑通流程提取初值，再回 COLUMN 重试

> COLUMN 收敛技能后续将持续加强和补充。当前已有的收敛经验见下方"渐进扩展法"和
> "VDU COLUMN 收敛经验"章节。

渐进扩展法（CDU/VDU验证，2026-06-11~19）

> 原理：从最简模型开始，逐步增加复杂度，每次以收敛结果为下一步初值。

核心流程（已验证成功）

Step 1: 3组分(NC4/NC5/NC6) + 5层塔 + 2产品 → 收敛 ✅ (cdu_atm_v4)
Step 2: 3组分 + 10层塔 + 2产品 → 收敛 ✅ (cdu_10tray_test)
Step 3: 3组分 + 20层塔 + 2产品 → 收敛 ✅ (cdu_20tray_test)
Step 4: 3组分 + 40层塔 + 2产品 → 收敛 ✅ (cdu_40tray_test)
Step 5: 添加侧线产品 → 继续调试
Step 6: 扩展到9组分 → 继续调试

关键参数（3组分40层塔成功模板）

TITLE PROJECT=CDU, PROBLEM=ATM, USER=USER
  PRINT INPUT=ALL, MBALANCE=OFF, HISTORY=ON, SEQMAP=OFF
  TOLERANCE DEFAULT=V94
  DIMENSION METRIC, MDUTY=ON, BASIS=MOLE
COMPONENT DATA
  CURRENT SEARCH=SIMSCI,PROCESS
  LIBID 1,NC4/2,NC5/3,NC6, BANK=CURRENT
THERMODYNAMIC DATA
  TRESET CONSTANT=NOFLASH
  METHOD SYSTEM=SRK, DENSITY(L)=API, SET=TEST01, DEFAULT
    WATER PROPERTY=SATURATED
STREAM DATA
  PROPERTY STREAM=1, TEMPERATURE=80, PRESSURE=3.5, PHASE=M, &
            RATE(KG/H)=100000, COMPOSITION(WT)=1,33.3/2,33.3/3,33.4
UNIT OPERATIONS
  COLUMN UID=C1, NAME=TESTCOL
    PARAMETER TRAY=40, IO=40
    FEED 1,20
    PRODUCT  OVHD=2,500, BTMS=3,95000, SUPERSEDE=ON
    CONDENSER TYPE=PART
    REBOILER TYPE=KETTLE
    DUTY  1,1,,CONDENSER
    DUTY  2,40,,REBOILER
    PRESSURE(KPA) 1,110/40,130
    ESTIMATE MODEL=CONVENTIONAL, RRATIO=2.0
    SPEC ID=S1, RRATIO, VALUE=2.0
    SPEC ID=S2, STREAM=3, RATE(M),TOTAL,WET, VALUE=500
    VARY DNAME=CONDENSER
    VARY DNAME=REBOILER

END

成功经验总结

VDU（减压蒸馏）COLUMN 收敛经验（2026-06-19验证）

> 关键发现：VDU COLUMN在真空条件下可以收敛，但需要正确的组分选择和温度初值。

渐进验证过程

VDU成功参数

VDU 收敛失败原因及解决

VDU FLASH串联模型注意事项

VDU可以用FLASH串联近似，但有重大限制：
- FLASH不能模拟回流，只是单次汽液平衡切割
- 真空条件下几乎所有烃类完全汽化（物理正确：真空降低沸点）
- 需要极重组分（NC30+）才能产生液相残留物
- SIMSCI库中NC30可用，NC40不可用

分段搭建法（用户原创方法）

> 原理：先搭一段、收敛一段，再搭下一段。避免一次性搭建全流程导致收敛困难。

适用场景

• 长流程（10+ 台设备）
• 多个精馏塔的模型
• COLUMN 收敛困难时的排查路径（先用渐进法排查，不要直接退回 FLASH）

步骤（以 CDU 为例）

第1段：原油预热 + 常压炉 + 常压塔主体 → 收敛
第2段：加入煤油汽提塔 → 收敛
第3段：加入柴油汽提塔 → 收敛
第4段：加入 AGO 汽提塔 → 收敛
第5段：加入减压炉 + 减压塔 → 收敛

关键原则

1. 每段只加 1~2 个新设备，不要一次加太多
2. 前一段完全收敛（RC=11）后再加下一段
3. 用 CONTROLLER 固定关键流股流量，避免自由度爆炸
4. 初值从已收敛段的结果中读取（温度、流量、组成）

组成定义数值规则（2026-06-11~19验证）

> 极易出错！PRO/II 10.2对组成数值的解释取决于单位限定符。

核心规则

配对规则

NORMALIZE 关键字

• PRO/II 10.2 不支持 在COMPOSITION行中使用NORMALIZE关键字（已验证）
• 必须手动确保总和精确等于100%（WT）或1.0（M）
• NORMALIZE 只能用于 ASSAY 子语句（如 LIGHTEND 行）

SIMSCI组分库可用范围（2026-06-19验证）

注意：
- 简写如C4, C5在SIMSCI库中不存在，必须用NC4, NC5
- 真空条件下（10-30 kPa）几乎所有烃类完全汽化（物理正确）
- VDU模型需要ASSAY定义（TBPCUTS伪组分）才能模拟真实的宽沸点分布

收敛加速技巧

1. 好的初值 = 收敛成功的一半

⚠️ CTEMP/BTEMP省略策略详解：
- 简单塔（3组分，40层以下）：省略CTEMP/BTEMP，只给RRATIO，让PRO/II自动估算 → 5-7次迭代收敛
- 复杂塔（9组分+，含侧线）：需要给温度初值，但要从简单模型结果中获取
- VDU真空塔：进料温度200°C是关键初值，太高的塔底温度(350°C+)会导致液相蒸发干

2. 减少自由度

• 用 CONTROLLER 固定关键流股流量
• 先设合理的操作条件（压力、温度），再放开优化
• COLUMN 自由度 = N-1（N = 指定个数），超界会导致 E(ENTH+SPEC) 不降
• PRODUCT 流量 + HEAT + SPEC 总计必须 ≤ TRAY-1
• 例：TRAY=5 时最多 4 个指定

3. SPEC 语句限制（PRO/II 10.2 关键词模式）

注：COMP= 已在官方案例P1.INP中验证可用（SPEC ID=COL1SPEC1, STREAM=BOTS, FRACTION(LV), COMP=2, WET, VALUE=0.04）

3. 热力学方法选择

4. 塔板数从少到多

• 先用 5 块理论板让流程跑通
• 再逐步增加到 20 → 40 块
• 塔板越多，收敛越困难

20 MMTPA CDU 案例经验

已完成的工作

• ✅ COLUMN 严格模型：渐进扩展法验证（3组分5层→40层全部收敛），已掌握 CLI 模式 COLUMN 语法
• ✅ FLASH 辅助模型：5 个 FLASH 用于提取初值（RC=11/12/12），后续升级为 COLUMN
• ✅ 原油评价数据：7 个假组分（LIGHT/LNAPH/HNAPH/LAGO/HAGO/LO/VACRES）
• ✅ 产品规格：石脑油（IBP~175°C）、煤油（175~230°C）、柴油（230~350°C）
• ✅ 炉子模型：CRUDE-FURNACE（转化率法）
• ✅ 汽提塔模型：STRIPPER-ME/STRIPPER-KE/STRIPPER-AG
• ✅ 换热网络：PRE-HEAT-1~5（FEHE 网络）

COLUMN 严格模型失败记录

进行了 20+ 次测试，全部收敛失败（alpha damping < 0.01）或 E(ENTH+SPEC) 不下降：

反应器建模策略（CONREACTOR）

> 核心来源：smr_v1/v2/v3模型（2026-06-19天然气制氢验证）

关键原则：
1. SMR等强吸热反应 → 用OPERATION ISOTHERMAL（绝热假设导致出口温度极低）
2. HTS/LTS等放热反应 → 用OPERATION ADIABATIC（物理合理）
3. CONREACTOR语法：RXCALCULATION MODEL=STOIC + RXSTOIC RXSET=集名 + REACTION 反応名 + BASE COMPONENT=组分号 + CONVERSION 转化率
4. RXDATA必须在STREAM DATA之后、UNIT OPERATIONS之前

SMR模型经验：
| 操作 | 参数 | 结果 |
|------|------|------|
| SMR ADIABATIC 500°C | CH4转化85% | ❌ 出口-4.56°C（不合理） |
| SMR ISOTHERMAL 800°C | CH4转化85% | ✅ 出口800°C（模拟炉膛加热） |
| HTS ADIABATIC 350°C | CO转化75% | ✅ 出口472°C（WGS放热升温） |
| LTS ADIABATIC 200°C | CO转化90% | ✅ 出口238°C（WGS放热升温） |

PSA/CO2脱除近似：
- CO2 FLASH脱除无效（CO2在3bar/38°C不凝析）
- SPLITTER只能按总流量分配，不支持组分分离
- 完整模型需COLUMN吸收塔（MDEA）+组分分离器
| 10 | 2 组分，SURE 算法 | ERROR(H) ~6e5 |
| 11 | 2 组分，ENHANCEDIO | 未测试完成 |
| 12 | 5 块板 + SPEC 组成约束 | COMP/GE/LE 不被识别 |
| 13 | 2 块板最小测试 | 单组分进料限制 |
| 14 | segno 修正（TRAY+2）| 仍不收敛 |

结论（2026-06-11）：
1. COLUMN 语法正确（PROIN RC=11），但 PROCALC 求解器无法收敛
2. HEAT segno 编号已修正：再沸器 segno = TRAY（不是 TRAY+2），冷凝器=1。官方案例全面验证（2026-06-12）
3. SPEC 语法已验证：关键词模式支持 COMP= 纯度SPEC（P1.INP验证），不支持 GE/LE 不等式约束
4. 单组分限制：COLUMN 进料至少需要 2 个组分
5. 问题不在语法/许可，而在求解器本身在当前条件下无法找到解

PETRO 包不可用结论

PRO/II 10.2 关键词模式（CLI）不支持 PETRO 单元操作！
- 完整搜索 1201 页 Keyword Manual 确认
- PETRO 关键字仅出现在组分定义中，不作为单元操作
- PETRO 建模仅可在 PROVISION GUI 中完成
- 因此 CLI/INP 文件中无法使用 PETRO UID=... ENDPETRO

替代方案：COLUMN + 假组分（NONLIBRARY 或 ASSAY TBPCUTS），或用 FLASH 串联提取初值后再升级为 COLUMN

文件清单

初值估计方法

COLUMN segno 编号规则（常见陷阱！）

PRO/II COLUMN 中不同的关键字使用不同的编号体系：

⚠️ 重要修正（2026-06-12 官方案例全面验证）：DUTY segno 使用塔板编号，不是段号！
- 冷凝器 DUTY：segno=1（顶板）
- 再沸器 DUTY：segno=TRAY（底板 = PARAMETER TRAY的值）
- 无论冷凝器类型如何（PART/BUBB/TFIX），再沸器segno始终=TRAY
- 验证：A2(TRAY=10→DUTY 2,10), A4(TRAY=16→DUTY 2,16), A8(TRAY=44→DUTY 2,44), P1(TRAY=149→DUTY 2,149)

修正后的 DUTY 语句示例（TRAY=5）：

DUTY  1,1,,CONDENSER      ← 冷凝器 (segno=1)
DUTY  2,5,,REBOILER        ← 再沸器 (segno=TRAY=5)
DUTY  3,3,,SIDEHC2         ← 中段回流 第3层塔板 (segno=3)

注意：ESTIMATE 中 CTEMP/BTEMP/RTEMP 是温度估算值，不涉及编号。

从 FLASH 结果提取初值

# 1. 解析 .ot3 文件，找到 FLASH DRUM SUMMARY
# 2. 提取每个 FLASH 的气相出口温度、液相出口温度
# 3. 用这些温度填充 COLUMN 的 TEMPERATURE 逐板估计

# 示例：常压塔初值
# FLASH-1 顶温 40°C → COLUMN TRAY 1 温度 40°C
# FLASH-1 底温 180°C → COLUMN TRAY N 温度 350°C
# 中间温度线性插值

经验值参考

常见错误速查

技能依赖

本技能依赖以下技能（已安装）：
- proii-inp-syntax — INP 语法参考
- proii-cli-run — 命令行运行流程
- proii-inp-validator — 语法检查

建议按顺序使用：先用本技能规划建模策略，再用 proii-inp-syntax 写 INP 文件，最后用 proii-cli-run 运行。