流程模拟系统.ppt
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第3讲-流程模拟中热力学模型的选择和使用
热力学模型重要性
热力学模型在流程模拟中的作用
在流程模拟中，热力学模型用于描述流体和固体的性质，以及能量和物质的 传递过程。
热力学模型对于模拟结果的影响
热力学模型的准确性直接影响了流程模拟结果的准确性和精度。不同的热力 学模型会有不同的预测结果，因此选择合适的热力学模型非常重要。
02
热力学模型种类及特点
根据实际需求选择
根据实际需求，选择精度高、计算速度快、稳定性好的热力学模型。
参数拟合与校准
参数拟合
根据实验数据，采用合适的方法拟合模型参数。例如，最小二乘法、梯度下 降法等。
校准
对模型进行校准，以减小模型预测结果与实际实验数据的误差。可以采取交 叉验证等方法进行校准。
模型验证与误差分析
模型验证
使用未参与参数拟合的实验数据验证模型的准确性。可以选择若干个具有代表性 的实验数据进行验证。
艺优化提供依据。
案例二：合成氨工业流程模拟
合成氨工业是重要的基础化工产业之一，其生产过程需要高温、高压条件和高精 度的工艺控制。
通过流程模拟，可以优化生产过程，提高合成氨的产量和生产效率，降低能源消 耗和生产成本。
在合成氨工业流程模拟中，热力学模型可以用来预测和模拟各种化学反应和传递 过程，为工艺优化提供依据。
工艺过程的特性
不同的工艺过程需要选用不同的热力学模 型。例如，对于化学反应过程，可能需要 选用化学反应动力学模型；对于传递过程 ，可能需要选用传热、传质相关的模型。
VS
物质的特性
不同物质的热力学性质往往存在较大差异 ，需要根据物质的特性选择合适的模型。 例如，对于高分子材料，可能需要选用分 子热力学模型。
装置规模
装置规模的大小会影响热力学模型的选择。对于大型装置， 热力学模型的选择应该更加严格和精确，以避免误差的放大 。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第1章绪论幻灯片PPT
教材
教材
1.2 Aspen Plus 软件
Aspen Plus构成
1.2 Aspen Plus 软件
Aspen Plus特性
最完备的物性系 统
先进的计算方法 先进的流程方法 进展过程优化计算
1ห้องสมุดไป่ตู้ 43
完整的单元操作 模型库
快速可靠的流程 模拟功能
1.2 Aspen Plus 软件
Aspen Plus功能
1
对工艺过程进展严格的质量和能量平衡计算
2 可以预测物流的流率、组成以及性质
3
可以预测操作条件、设备尺寸
4
可以减少装置设计时间并进展装置各种设计方案的比较
5
帮助改进当前工艺
教材
中国石油大学〔华东〕 化学工程学院
孙兰义教授 主编 化学工业出版社 出版 国内第一本关于Aspen
Plus的中文教材
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟的功能
科学研究 开发新工艺
化工过程模 拟的功能
生产调优 故障诊断
设计 改造
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟系统的构成
1.2 Aspen Plus 软件
软件简介
Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模 拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件 起源于20世纪70年代美国能源部资助、MIT主持工
第1章 绪论
绪论
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟简介 化工过程模拟的功能 化工过程模拟系统的构成
1.2 Aspen Plus软件
Aspen Plus简介 Aspen Plus的主要功能
1.1 化工过程模拟
化工过程模拟简介
实质：使用计算机程序定量计算一个化学过程中的 特性方程
流程模拟软件HYSYSPPT课件
化学与化学工程学院
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
6.2.1 Aspen工程套件
Aspen Plus具有如下特点：
➢ 齐备的单元操作模块； ➢ 工业上最适用和完备的物性系统； ➢ 快速可靠的流程模拟技术； ➢ 具有经济评价功能； ➢ 方便灵活的用户操作环境。
6.1.3 模型化
稳态
动态
单 机理
系
元 模型
统
模
模
型
型
系统结 构模型
化学与化学工程学院
集中参数模型 代数方程
分布参 数模型
一维 多维
常微分方 程
偏微分方 程
经验模型
代数方程
图（矩阵）
常微分 方程
偏微分 方程
偏微分 方程
常微分 方程
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
化学与化学工程学院
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
6.2.5 DSO
该系统由仿DCS、物性数据库、单元操作模 块库、智能评分模块及调度模块等构成。DSO工 艺平台遵循大型系统软件开发原则，依据一定的 规则，将所要模拟的化工过程切分成为相互间没 有或只有较少交互作用的各个独立部分（对象）， 主要包括组分、物流、设备、仪表、调节器、开 关、手操器、阀等，分别用相应的类予以描述。
6.1 化工流程模拟介绍
6.1.1 流程模拟分类 6.1.2 化工流程模拟的步骤 6.1.3 模型化 6.1.4 流程模拟
化学与化学工程学院
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
chapter4-联立模块法1
（2）以过程单元为基本单位建立简化模型，联结物流半切割方式 ）以过程单元为基本单位建立简化模型，
如果将连接物流看作既是上游单元的输出物流， 如果将连接物流看作既是上游单元的输出物流，又是下游单元的输出物 流，则可取消物流联结方程。 则可取消物流联结方程。 如果不考虑设计规定方程，简化方程组的方程数减少一半。 如果不考虑设计规定方程，简化方程组的方程数减少一半。 简化方程组数为： 简化方程组数为：
联 立 模 块 法 框 图
联立模块技术： 提出， 联立模块技术：1962年，Rosen提出，采用线性分率模型 年 提出
Rosen的线性分率模型的质量不高，与原非线性方程的等效性 的线性分率模型的质量不高， 的线性分率模型的质量不高 较差，因此应用并不成功。 较差，因此应用并不成功。 但这一解决问题的思路为联立模块法奠定了基础。 但这一解决问题的思路为联立模块法奠定了基础。
I −I
I − A54
I −I
I − A76
I −I
I
修正向量（ 维 修正向量（49维）：
∆W = ( ∆Y2
∆X 2
∆Y3
∆X 3
∆Y4
∆X 4
∆Y1
∆X 1
∆u
)T
迭代修正格式： 迭代修正格式：
W ( i + 1 ) = W ( i ) + ∆W ( i )
直至满足： 直至满足： 为权矩阵 ∆W T Q∆W < ε ，Q为权矩阵
究工作的着眼点： 研究工作的着眼点：
不同近似Jacobian矩阵的产生技术 矩阵的产生技术 不同近似 近似Jacobian矩阵所涉及的迭代变量的规模 矩阵所涉及的迭代变量的规模 近似 独立变量是不可再分块中连接流股外部变量的全集还是某个适 当的子集 研究因联立模块法与序贯模块法收率方法的不同而引起的不可 再分块切断准则的差异 拓展多层次结构的联立模块法 近似Jacobian矩阵的不同更新方法，非线性方程组数值解法的 矩阵的不同更新方法， 近似 矩阵的不同更新方法 改进等
《工作过程系统化》课件
03
工作过程系统化的实施与管理
工作过程系统的实施流程
明确目标与需求分析
流程设计与优化
首先需要明确工作过程系统化的目标和需 求，进行深入的市场、企业和员工需求分 析，为后续实施提供方向和基础。
根据目标和需求，进行工作流程的设计和 优化，明确各个步骤和环节，确保流程的 高效性和顺畅性。
制定实施计划
总结词
创新服务模式和产品，满足客户需求和创造新价值
总结词
加强内部协作和沟通，提升团队凝聚力和执行力
详细描述
该服务企业注重内部沟通和协作，通过定期召开部门会议 和团队建设活动，增进员工之间的了解和信任。同时，建 立有效的沟通渠道和反馈机制，鼓励员工提出意见和建议 ，提高团队的凝聚力和执行力。
案例三：某政府部门的行政流程再造
总结词
加强员工培训和团队建设，提高员工素质和工作积极性
详细描述
该制造企业重视员工培训和职业发展规划，通过定期培训 和技能提升课程，提高了员工的技能水平和职业素养。同 时，通过团队建设活动和激励机制，提高了员工的工作积 极性和团队合作精神。
案例二：某服务企业的服务流程改进
总结词
通过数字化转型和智能化升级，提高服务质量和效率
实施与优化
将设计好的工作流程付诸实践 ，并根据实际运行情况进行优
化。
工作过程系统化设计的工具和技术
流程图
用于描述工作流程中的各个环 节和逻辑关系。
六西格玛
一种流程改进和质量管理的工 具和方法。
价值链分析
用于分析工作过程中各个环节 的价值贡献和优化潜力。
工作仿真和实验
通过模拟和实验来验证和优化 工作流程设计。
数字化转型是当前企业发展的重要趋 势，工作过程系统化与数字化转型相 结合，能够提高企业的生产效率和管 理水平。
DCS系统PPT课件
纠正措施 1. 检查电源及输入电源连接。
2. 联系技术支持。 联系技术支持。
1. 检查CPU操作。 2. 用确认好的同类型卡件代替原卡件;联系技术支持。
卡件通道指示灯
1. 不亮---未进行组态 2.闪烁----已经组态，无HART 通讯
DCS板卡故障分析
故障情况为：AI6、AI14、 AI22、AO30卡件上error灯 红色常亮，影响设备 24个 点位设备异常。 DCS1号柜两组控制器工作正常，1号控制器在运行，2号控制器处于standby状态； 查看上位机，工程师站自诊断界面显示cfg but not present；
关
闪烁
CPU停用
投用CPU。
尝试通讯 并且指示 灯闪烁
指示灯关闭 - 尝试通讯，指示灯不闪 烁。
CPU缺少主控制网络连接上的活动以太网通讯。
检查主网光纤及电缆连接。
尝试通讯 并且指示 灯闪烁
指示灯关闭 - 尝试通讯，指示灯不闪 烁。
CPU缺少副控制网络连接上的活动以太网通讯。
副控制器
主控制器
检查副网光纤及电缆连接。
DCS系统介绍 DeltaV系统概述 DeltaV系统的构成及功能 DeltaV系统的应用
DeltaV系统故障判断
国外的有 西屋（艾默生）ovation、FOXBORO、ABB、西门子PCS7、霍尼韦尔、横河 DCS等。
目前国内DCS主要有：新华XDPS，鲁能的LN2000，国电智深DCS，中控DCS，和利时 DCS，南京科远DCS，浙江中自等。
抗冲击能力（正常操作条件） 10 g 1/2正弦波，11ms
抗振动强度（操作限制）
从16到150Hz，0.5g
项 输入 涌入（软启动） 输出功率
2. 联系技术支持。 联系技术支持。
1. 检查CPU操作。 2. 用确认好的同类型卡件代替原卡件;联系技术支持。
卡件通道指示灯
1. 不亮---未进行组态 2.闪烁----已经组态，无HART 通讯
DCS板卡故障分析
故障情况为：AI6、AI14、 AI22、AO30卡件上error灯 红色常亮，影响设备 24个 点位设备异常。 DCS1号柜两组控制器工作正常，1号控制器在运行，2号控制器处于standby状态； 查看上位机，工程师站自诊断界面显示cfg but not present；
关
闪烁
CPU停用
投用CPU。
尝试通讯 并且指示 灯闪烁
指示灯关闭 - 尝试通讯，指示灯不闪 烁。
CPU缺少主控制网络连接上的活动以太网通讯。
检查主网光纤及电缆连接。
尝试通讯 并且指示 灯闪烁
指示灯关闭 - 尝试通讯，指示灯不闪 烁。
CPU缺少副控制网络连接上的活动以太网通讯。
副控制器
主控制器
检查副网光纤及电缆连接。
DCS系统介绍 DeltaV系统概述 DeltaV系统的构成及功能 DeltaV系统的应用
DeltaV系统故障判断
国外的有 西屋（艾默生）ovation、FOXBORO、ABB、西门子PCS7、霍尼韦尔、横河 DCS等。
目前国内DCS主要有：新华XDPS，鲁能的LN2000，国电智深DCS，中控DCS，和利时 DCS，南京科远DCS，浙江中自等。
抗冲击能力（正常操作条件） 10 g 1/2正弦波，11ms
抗振动强度（操作限制）
从16到150Hz，0.5g
项 输入 涌入（软启动） 输出功率
1-流程模拟基本概念
用。
第32页
1.10 常用模拟软件介绍
➢HYSYS
Hysys是由Hyprotech出品的一个化工流程模拟动态仿真 软件。 Hyprotech公司建于1976 年，是世界上最早开拓 石油、化工方面的工业模拟、仿真技术的跨国公司。其 技术广泛应用于石油开采、储运、天然气加工、石油化 工、精细化工、制药、炼制等领域。它在世界范围内石 油化工模拟、仿真技术领域占主导地位。
化工过程模拟是根据化工单元过程和热力学的基本方 程，应用现代数学方法，编制成计算机软件，使之能 够模拟实际的化工生产过程，得到详细、完整的物料 平衡和热量平衡数据。也即在计算机上准确地 “再 现” 实际生产过程。
输入
化工系统（过程）模型 （计算机程序软件） 求解方法软件程序
模型参数 (系统特性参数)
第9页
1.4 化工过程模拟分类
➢稳态模拟（ Steady State Simulation）
通常所说的化工过程（流程）模拟多指稳态模拟， 它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、 温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规 定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板 数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机 模拟实际的稳态生产过程，得出所计算的整个流程 或单元过程详细的物料平衡和热量平衡数据。其中 包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗， 产品、副产品的产量、组成和质量等重要参数。
挥计算机按照拓扑分析确定的流程顺序进 行计算 • 在给定的迭代次数内给出流程计算是否收 敛的信息
第21页
1.7 化工过程稳态模拟系统的构成
• 模拟系统结构简图
第22页
1.7 化工过程稳态模拟系统的构成
✓热力学方法库和化工单元过程库
其中最为重要的当推热力学方法库和化工单元过 程库。有无适当的化工单元模块，决定了该化工 过程是否能够进行计算。而有无适当的热力学方 法，又决定了计算结果是否准确可靠。两者相互 配合，缺一不可。
DCS系统介绍PPT课件
精选PPT课件
47
8.4 DNS
• DNS(Domain Name Service)域名服务,我们都知道在网络 上传输信息用的地址是IP地址，但是因为IP没有规律难以 记忆，所以就有了域名，当我们访问drop160时，网络上 的路由器是不知道drop160怎么走的，所以我们需要把 drop160转化成drop160的IP地址，这就是DNS服务。
精选PPT课件
8
2.5 霍尼韦尔DCS发展
精选PPT课件
9
三、DCS系统的组成
• 3.1硬件组成分类：控制器、I/O模块、操作站、通讯网络、 图形及编辑软件
• 3.2管理级别分类：现场控制级、过程控制级、过程管理 级、经营管理级
• 3.3网络结构分类：一级网络、二级网络、三级网络
精选PPT课件
10
DCS系统简介
张鹏宇
精选PPT课件
1
目录
一．什么是DCS系统 二．DCS系统产生的背景 三．DCS系统的组成 四．DCS系统的硬件结构 五．DCS系统的软件组态 六．DCS系统的基础知识 七．SIS系统 八．知识拓展-TCP/IP协议
精选PPT课件
观看本次讲解
2
一、什么是DCS系统
• DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是 相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统， 它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
• TCP/IP,网络通讯协议，是Internet最基本的协议、 Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输 层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特 网，以及数据如何在它们之间传输的标准。通俗而言： TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重 新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是 给因特网的每一台联网设备规定一个地址。
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2020/1/28
企业综合自动化
8
例：建立如下流程
新建General with English Units template 选择合适的模块
2020/1/28
企业综合自动化
9
基本输入
目标：产品纯度要求为98% 被控变量：冷却器抽出温度 测量变量： Cumene产品组分
2020/1/28
企业综合自动化
20
最优化问题
2020/1/28
企业综合自动化
21
17
例：Benzene
完成输入 问题
冷凝器的热负荷
FL2的操作温度
2020/1/28
企业综合自动化
18
灵敏度分析
研究变量之间的相互关系
输入变量变化对输出的影响 以图形表示这种影响 例：冷却器输出温度对产品纯度的影响
2020/1/28
企业综合自动化
19
设计型问题
如果Cumene产品纯度要求为98%，确定冷却 器抽出温度
描述纯组分和混合物性质的模型和方法 选择正确的物性方法对得到可靠的结果很关键 选择一种Process Type可以减少可选的模型数量
2020/1/28
企业综合自动化
14
Streams
指定进料流股条件 流股状态
温度 压力 组分
总流量和组分分率 组分流量
非进料流股的指定作为估计值
流程模拟系统
流程模拟系统软件的基本结构 ASPEN PLUS 使用介绍
2020/1/28
企业综合自动化
1
基本结构
计算方法库
单元模块库
输入 输出
管理系统 执行程序
求解 优化 经济分析
物性数据 库 热力学性 质库
2020/1/28
企业综合自动化
2
流程模拟系统分类
专用系统
针对某一具体过程开发 与对象系统关系密切 数学模型针对性强 模拟计算结果一般比较准确
Data
Setup Components Properties Streams Blocks
标志
2020/1/28
企业综合自动化
10Βιβλιοθήκη Cumene(异丙基苯)2020/1/28
企业综合自动化
11
Setup
Global
Title Run type——Flowsheet标准的Aspen Plus模拟 Input and output unit Valid phases Ambient pressure
2020/1/28
企业综合自动化
12
Components
指定模拟中存在的组分 某些组分的物性参数可以由数据库中获得 输入组分
每个ID与一个组分对应：分子式C6H6 组分名称 苯
Find：Search
2020/1/28
企业综合自动化
13
Properties
模拟中所用的物性方法
2020/1/28
企业综合自动化
15
Blocks
指定单元操作模型的操作条件和设备参数
2020/1/28
企业综合自动化
16
运行
查看运行结果
Control panel message:错误或警告 Stream : 所有流股状态 Block:计算出的操作条件
2020/1/28
企业综合自动化
型拖至流程图中适当位置 鼠标右击结束
在流程图上放置Stream
点stream图标 选择不同的stream类型 建立连接 鼠标右击结束
改变Block或Stream
双击或选中对象右键Menu->Input
2020/1/28
企业综合自动化
7
鼠标的使用
左键
选择
右键
通用系统
柔性结构（模块结构） 中型或小型的物性数据库。 使用范围广 准确性差
2020/1/28
企业综合自动化
3
ASPEN PLUS 简介
主要内容
图形用户界面 基本输入 灵敏度分析 设计型问题 最优化问题
2020/1/28
企业综合自动化
4
Graphical User Interface
2020/1/28
企业综合自动化
5
流程定义
Stream and Block
自动命名 用户自定义
修改名字 名字隐藏或显示
2020/1/28
企业综合自动化
6
Block 和Stream的操作
在流程图上放置Block
点model category tab 选择一个单元操作模型 点击一个模型，在流程图上点击以放置此模块，或者将此模
双击左键
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8
例：建立如下流程
新建General with English Units template 选择合适的模块
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企业综合自动化
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基本输入
目标：产品纯度要求为98% 被控变量：冷却器抽出温度 测量变量： Cumene产品组分
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最优化问题
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例：Benzene
完成输入 问题
冷凝器的热负荷
FL2的操作温度
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灵敏度分析
研究变量之间的相互关系
输入变量变化对输出的影响 以图形表示这种影响 例：冷却器输出温度对产品纯度的影响
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设计型问题
如果Cumene产品纯度要求为98%，确定冷却 器抽出温度
描述纯组分和混合物性质的模型和方法 选择正确的物性方法对得到可靠的结果很关键 选择一种Process Type可以减少可选的模型数量
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Streams
指定进料流股条件 流股状态
温度 压力 组分
总流量和组分分率 组分流量
非进料流股的指定作为估计值
流程模拟系统
流程模拟系统软件的基本结构 ASPEN PLUS 使用介绍
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基本结构
计算方法库
单元模块库
输入 输出
管理系统 执行程序
求解 优化 经济分析
物性数据 库 热力学性 质库
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专用系统
针对某一具体过程开发 与对象系统关系密切 数学模型针对性强 模拟计算结果一般比较准确
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Setup Components Properties Streams Blocks
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Global
Title Run type——Flowsheet标准的Aspen Plus模拟 Input and output unit Valid phases Ambient pressure
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指定模拟中存在的组分 某些组分的物性参数可以由数据库中获得 输入组分
每个ID与一个组分对应：分子式C6H6 组分名称 苯
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Properties
模拟中所用的物性方法
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指定单元操作模型的操作条件和设备参数
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Control panel message:错误或警告 Stream : 所有流股状态 Block:计算出的操作条件
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型拖至流程图中适当位置 鼠标右击结束
在流程图上放置Stream
点stream图标 选择不同的stream类型 建立连接 鼠标右击结束
改变Block或Stream
双击或选中对象右键Menu->Input
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鼠标的使用
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通用系统
柔性结构（模块结构） 中型或小型的物性数据库。 使用范围广 准确性差
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主要内容
图形用户界面 基本输入 灵敏度分析 设计型问题 最优化问题
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流程定义
Stream and Block
自动命名 用户自定义
修改名字 名字隐藏或显示
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Block 和Stream的操作
在流程图上放置Block
点model category tab 选择一个单元操作模型 点击一个模型，在流程图上点击以放置此模块，或者将此模