中国石油大学化工系统工程课件-第2章 化工过程系统模型化与模拟.pdf

第第22章化工过程系统建模与模拟章化工过程系统建模与模拟 Ch2Ch2 Modeling Simulation ofModeling Simulation of Chemical Process SystemChemical Process System 邓春邓春 010-8973 9113010-8973 9113 chundeng@cup.edu.cnchundeng@cup.edu.cn 主要内容主要内容 1 基本概念基本概念 2 数学模型数学模型 3 自由度分析自由度分析 4 序贯模块法序贯模块法 5 联立方程法和联立模块法联立方程法和联立模块法 2 化工过程模拟化工过程模拟 化工过程模拟（系统的模拟）：即过程系统的模型化与求解。 将系统的特性按系统结构特点，建立整个系统的数学模型，即拓扑结构 模型，来表达整个系统特性，并在计算机上进行求解试验，对整个系统进行 数学模拟。 输入（信息） 系统模型 输出（信息） （计算机程序） 模型参数（信息） 物性数据 系统特性） （ 模拟：过程系统工程的基本方法 传统的过程模拟：过程单元模拟、过程系统模拟 3 过程过程单元单元模拟模拟  只处理流体的过程单元模拟技术已基本成熟。  除了传统的平衡级模型外，已出现直接利用速率方程及传递物性的非平衡模型 （如 Aspentech 1990 推出的RATEFRAC）。  随着计算流体力学的进展，利用计算机模拟技术可以更好、更快地解决许多过去 要用冷模实验研究解决的问题。  基于反应动力学的均相和非均相反应器的模拟日趋成熟，如乙烯工业裂解炉 （KTI 公司的SPYRO软件）和炼油工业的催化裂化和加氢反应器等。  20世纪90年代复杂的聚合反应器模拟取得了突破性的进展，形成了通用化的商品 软件 （如Aspentech的POLYMER PLUS）。 有待解决的问题和研究重点：  有待解决的问题：处理固体或固体－流体的单元，其复杂性较高，目前只在多相 催化、吸附、过滤、煤气化、矿石浮选等方面的模拟取得了较好的进展，而固体 粒子集合的表征、固液体系的流变性能、固体－流体间的相平衡及化学平衡等诸 多问题还有待解决。  研究热点：生物化工过程单元的模拟技术目前还很不成熟。 4 过程过程系统系统模拟模拟  采用序贯模块法的模拟系统已经经历了三代发展：  20世纪60年代的Flexible Flowsheet （美国Kellogg）  70年代FLOWTRAN （美国Monsanto公司）  80年代的ASPEN （美国麻省理工学院）、PROCESS （美国Simulation Science公司，后改名为PROVISSION）等  近年来，过程系统的增大，循环回路的增多，非线性化特征的增强— —联立方程法的模拟系统发展较快  ASCEND （美国Carnegie-Mellon大学）、SPEEDUP