精选课件化工过程模拟与分析(第五章序贯模块法).ppt

* * 第五章 序贯模块法（Sequential modular method） 主要内容 系统自由度确定 序贯模块法基本思想 不可再分块的计算示例 序贯模块法解设计型问题 5.1 系统自由度的确定 一、过程系统的描述 物性估算方程、单元模型方程、流股连接方程、设计规定方程 单元模型方程 流股连接方程 设计规 定方程 二、系统自由度的确定 研究目的 为了知道在系统模拟时应设定哪些必要的决策变量。 Dsys=∑Di -∑Kj Di为系统对应模块i的自由度 Kj为系统中单元之间第j个联接的限制数，即独立的连接方程数 用环路切断的方法来解算不可再分块，以切断流股上 的变量作为切断变量，通过迭代计算得到不可再分块 的解。 5.2 序贯模块法的基本思想 1 3 2 4 5 6 7 8 9 迭代收敛框的作用：修正迭代变量、判断是否达到收敛，要求满足收敛准则 修正迭代变量的方法：直接迭代法/加权迭代法、韦格斯坦法、离散牛顿法、拟牛顿法、综合算法。 混合器 反应器 分割器 分 离 器 收敛块 X0 X1 X2 X3 X5 X4 X6 序贯模块法步骤 1、过程系统分块和计算顺序确定； 2、不可再分块的切断； 3、序贯求解各单元（或不可再分块） 闪 蒸 器 1 闪 蒸 器 2 闪 蒸 器 3 闪 蒸 器 4 混合器1 混合器1 P1 S1 R1 Z1 R2 S2 R3 S3 Z2 P2 F Cavett四单元闪蒸示意图 13个组分，进料温度、压力和组成已知 各闪蒸器温度压力已知 不可再分块计算示例 R1 闪 蒸 器 1 R1 模拟步骤 1、根据需要，列出系统所包含单元种类，根据已知条件建立各单元模型； 混合器模型 出口流量 出口流股组成 假设只需计算组成 闪蒸模型（等温平衡） 给出气液相组成x和y的估计值 计算 ki=Ki (x, y, PF, TF) 计算气相分率β 计算出x, y和其他所有状态变量 x, y 是否收敛？ 是 计算结束 否 以x, y的计算值 作为新的估计值 2、根据模拟要求，列出所需物性数据种类和计算方法； 各单元输出的物料组成 所需信息 混合物气液平衡常数Ki 混合物中各组分逸度系数 状态方程、混合法则 各纯组分的饱和性质 平衡常数计算公式 计算方法可用状态方程+活度系数法 非高压 3、不可再分块的切割（无多余切断） 闪 蒸 器 1 闪 蒸 器 2 闪 蒸 器 3 闪 蒸 器 4 混合器1 混合器2 P1 S1 R1 Z1 R2 S2 R3 S3 Z2 P2 F 4、列出系统模型的显式非线性方程组 x =φ (x) 可用Wegstein法求解 5、选定算法，求解上述方程组。 注： 用Wegstein法时不必列出具体函数形式； 需要解析导数信息时，须写出具体函数形式； 各单元具体函数形式比较难以写出； 可综合各种解法优缺点，构造新的算法。 5.3 序贯模块法解设计型问题 1、设计型问题 通过调整系统中某个过程参数或控制系统中某系统输入流股变量的数值、比例满足设计规定的要求的系统模拟计算称之为解设计型问题。 以惰性气体含量为设计规定的环氧乙烷生产流程 2、求解方法 在流程中设置控制框。控制框的作用是不断监督、 调整和反馈传递有关设计规定的信息，通过适当的 调节方式改变对应的过程参数，最后得到期望的设 计规定。 分流器 换热器 设计求解问题示例 Fhot aFhot Fcool tspec 设计规定方程 控制块 闪 蒸 器 1 闪 蒸 器 2 闪 蒸 器 3 闪 蒸 器 4 混合器1 P1 S1 R1 Z1 R2 S2 R3 S3 Z2 P2 F 13个组分 进料温度、压力 和组成已知 闪蒸器2，3，4 温度压力已知 闪蒸器1压力已知，温度 未知，气相分率须满足设计值 设计型问题示例 3、解设计型问题的具体步骤 (1)对不可再分块中的环路进行无多余切断，设定切断变量和设计规定参数u的初值； (2)沿流程方向序贯地计算模块，直到算出设计规定所表示的变量； (3)计算φ(u)=G(u)-SP； (4)判断是否满足收敛精度，满足结束，否则返回(2)。 (5)按解模拟问题的方法修正切断变量，收敛则结束，否则返回(2)。 注： 在外层切断流股变量迭代收敛尚远的情况下，强制进行 内层控制框的迭代收敛显然是不合理的。 4、解设计型问题的方法改进 (1) 改进方法之一 不必待内层控制框迭代收敛后才进行外层切断变量的迭代，不管其控制框是否已经收敛就转入外层迭代。 (2) 改进方法之二 采用控制框与切断流股变量的迭代收敛框同时收敛的方法。在数学上可理解为联立解切断流股变量方程与设计规定方程。 序贯模块法的