制药专用控制系统系列：Honeywell UniSim_（6）.HoneywellUniSim动态模拟器基础.docx

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HoneywellUniSim动态模拟器基础

1.动态模拟器概述

HoneywellUniSim动态模拟器是一种强大且灵活的工具，广泛应用于制药工业中的过程控制和优化。它通过模拟实际生产过程中的动态行为，帮助工程师设计、测试和优化控制策略，从而提高生产效率和产品质量。动态模拟器可以模拟从原料进料到最终产品出料的整个生产过程，包括反应器、分离器、传输管道等各个环节的动态变化。

1.1动态模拟器的用途

过程设计：在设计新的生产过程时，可以通过动态模拟器验证不同设计方案的可行性和优劣。

控制策略优化：动态模拟器可以用于测试和优化控制策略，确保在实际生产中能够实现稳定的控制。

操作培训：动态模拟器可以用于操作员的培训，帮助他们熟悉生产过程中的各种操作和异常情况。

故障模拟与排除：通过模拟故障情况，可以帮助工程师快速找到问题的根源并制定解决方案。

1.2动态模拟器的工作原理

动态模拟器基于数学模型和物理方程，通过数值求解方法模拟实际生产过程中的动态行为。这些模型包括质量平衡、能量平衡、动量平衡等基本方程，以及化学反应动力学、传热传质等过程方程。动态模拟器的核心在于求解这些方程，生成时间序列数据，从而展示过程的动态变化。

1.3动态模拟器的组成部分

模型库：包含各种常见设备和过程的数学模型。

仿真引擎：负责求解模型方程，生成动态模拟结果。

用户界面：提供交互式的操作环境，用于输入参数和查看模拟结果。

数据管理：用于存储和管理模型数据、模拟结果等。

2.动态模拟器的安装与配置

2.1安装步骤

下载安装包：从Honeywell官方网站下载必威体育精装版版本的UniSim动态模拟器安装包。

运行安装程序：双击安装包，运行安装程序。

选择安装路径：根据需要选择合适的安装路径。

配置许可证：输入许可证密钥，完成许可证配置。

完成安装：点击“完成”按钮，完成安装。

2.2配置环境

系统要求：确保您的计算机满足HoneywellUniSim的系统要求，包括操作系统、内存和处理器等。

环境变量：设置必要的环境变量，确保模拟器能够正确运行。

网络配置：如果需要联网使用，确保网络配置正确。

2.3启动与登录

启动程序：双击UniSim动态模拟器的桌面图标，启动程序。

登录：输入您的用户名和密码，登录到模拟器。

3.创建基本的模拟模型

3.1模型库的使用

HoneywellUniSim提供了丰富的模型库，包含各种设备和过程的数学模型。通过模型库，用户可以快速构建复杂的模拟模型。

3.1.1常见模型类型

反应器：包括连续反应器、间歇反应器等。

分离器：包括蒸馏塔、过滤器等。

传输设备：包括泵、压缩机等。

换热器：包括板式换热器、管壳式换热器等。

3.2建模步骤

选择模型：从模型库中选择所需的设备模型。

配置参数：输入设备的物理参数和操作参数。

连接设备：使用连接工具将各个设备连接起来，形成完整的流程。

设置边界条件：定义输入和输出的边界条件。

运行模拟：启动动态模拟器，生成模拟结果。

3.3示例：创建一个简单的蒸馏塔模型

假设我们需要创建一个简单的蒸馏塔模型，用于分离乙醇和水的混合物。

3.3.1选择模型

从模型库中选择“蒸馏塔”模型。

3.3.2配置参数

塔板数：10

进料位置：第5块塔板

塔顶冷凝器：全冷凝

塔底再沸器：部分再沸

进料流量：100mol/min

进料组成：乙醇30%，水70%

3.3.3连接设备

使用连接工具将蒸馏塔与进料管道、塔顶冷凝器和塔底再沸器连接起来。

3.3.4设置边界条件

进料温度：300K

塔顶压力：101.3kPa

塔底压力：101.3kPa

塔顶产品流量：50mol/min

塔底产品流量：50mol/min

3.3.5运行模拟

启动动态模拟器，运行模拟。在运行过程中，可以通过图形界面查看塔内各塔板的温度、压力和组成变化。

4.编写自定义模型

4.1自定义模型的必要性

在某些复杂的过程中，内置模型可能无法满足需求。此时，用户需要编写自定义模型，以更准确地描述实际生产过程。

4.2编写自定义模型的基本步骤

定义模型变量：确定模型中的输入变量、状态变量和输出变量。

编写模型方程：根据过程机理，编写数学模型方程。

实现数值求解：选择合适的数值求解方法，实现方程的求解。

集成到模拟器：将自定义模型集成到HoneywellUniSim模拟器中。

4.3示例：编写一个简单的化学反应器模型

假设我们需要模拟一个简单的乙醇和水反应生成乙酸的过程。

4.3.1定义模型变量

输入变量：进料流量F，进料组成xEtOH，反应温度

状态变量：反应器内乙醇浓度CEtOH，反应器内水浓度CH2O，反应器内乙酸浓度

输