分离过程设计.ppt

3.4 过程系统模拟基本方法 序贯模块法、联立方程法和联立模块法 3.4.1 序贯模块法 逐个单元模块依次序贯计算求解系统模型的一种方法。 回路（环路）—输入流股与后续的单元设备输出有关。 基本步骤（与实际过程的一致性）： （1）搜集相关的资料和数据 操作及设计数据、设备结构尺寸；验证模型所需要的生 产数据或实验数据。 （2）建立过程系统的结构模型 a. 过程系统的拓扑获取信息流图 b. 信息流图表示成矩阵形式 c. 系统的分隔 d.断裂回路选定适宜断裂流股和初值 e.模拟计算的求解顺序，管理模拟计算过程 （3）建立单元设备模块 反应器、换热器、精馏塔等。 （4）热力学数据及物性数据模块 （5）输入模块 提供原料所有参数、操作条件及公用工程等。 （6）输出模块 缺点：物性参数、单元模块及系统断裂流股三层嵌套迭代。 设计型问题：不断调节输入参数和设备工艺结构参数。 基本步骤： （1）建立过程系统的数学模型 a.物料平衡方程 b. 能量平衡方程 c. 化学反应速率方程及化学平衡方程 d. 热量、质量和动量传递方程 e. 物性推算方程 f. 过程拓扑、生产工艺指标及约束条件 3.4.2 联立方程法 将描述过程系统的所有方程组织起来，形成一大型非线性方程组，进行联立求解。 方程—节点；变量—边。 ①矩阵法识别不相关的子系统； ②回路和最大循环网的识别； ③断裂回路或最大循环网，确定适宜的断裂变量； ④确定计算顺序，对系统进行联立求解。 b. 方程线性化法 Taylor展开法 稀疏阵通常避开求逆方法，LU（高斯消去法的改进）因次分解。 （2）方程组联立求解的基本方法 a.方程组降维法 方程组的稀疏性—降维求解成为可能。 a11 a12 a13 a14 a21 a22 a23 a24 a31 a32 a33 a34 a41 a42 a43 a44 = l11 0 0 0 l21 l22 0 0 l31 l32 l33 0 l41 l42 l43 l44 1 u12 u13 u14 0 1 u23 u24 0 0 1 u34 0 0 0 1 省去了嵌套迭代，但对初值要求严格。 3.4.3 联立模块法 又称双层法： 取序贯模块法及联 立方程法两者之长。 两个层次： 单元模块的层次； 系统流程的层次。 不可分隔 相关子系统 按严格单元模型 进行单元模拟计算 生成简化模 型的模型参数 简化模型联结方程的求解进行系统模拟或优化 收敛判据1 输出计算结果 收敛判据2 Y Y N N 3.5 过程系统模拟基本步骤 （1）分析模拟问题 了解流程的工艺情况，收集必要的数据。 （2）选择过程模拟系统软件，准备输入数据 组分基础物性，热力学性质计算方法，单元模块 （3）绘制模拟流程 利用图示的方法建立过程系统的数学模型，以及单元之间的连接关系。 （4）定义流程涉及组分 若数据库中没有该组分，用户收集或估算。 （5）选择热力学性质计算方法 非极性或弱极性物质：状态方程法 极性物质：状态方程与活度系数方程相组合 （6）输入原始物流及模块参数 原始物流参数；单元模块参数 （7）运行模拟 得到物料、能量衡算等结果 （8）分析模拟结果 模拟结果与实验数据或生产数据对比分析 （9）运行模拟系统的其它功能 工况分析，灵敏度分析，优化、设备