过程模拟技术基本知识讲义

过程系统分析示意图
输出 （待求）
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输入
过程系统 （待求）
输出
过程系统集成示意图
2020年4月8日星期三
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过程系统优化
❖ 过程系统优化或系统优化可分为参数优化和 结构优化
❖ 参数优化：在一确定的系统流程中对其操作 参数进行优化。
❖ 结构优化：改变过程系统中设备类型或其相 互间的联结，以优化过程系统。
❖ FLOWSIM 美国Connecticut 大学 联立方程法 图形输入
❖ FLOWTRAN 美国Monsanto Co. 序贯模块法 有费用和尺寸
GMB ❖ 2020年4月8日星期三 式
美国Badger Co.
百度文库
序贯模块法 交互作用22方
流程模拟系统软件
❖ 模拟系统
开发者
结构
特点
❖ HYSIM 加拿大HYPROTECH Co.序贯模块法 交互作用方式
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设备参 数向量
输入流 股向量
输出流 股向量
单元模块
控制模块
要求的 输出向 量特性
设计型问题
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给定的参数
给定输入
物理特 性
过程模拟模型
经济模拟模型
控制变量
约束条件 约束条件
优化程序
最优化问题
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流程模拟的一般步骤
输入条件
❖ PRO/II 美国Simulation公司 序贯模块法 批处理与交互
❖ QUASLIN 英国CAD中心
联立方程法 模拟与优化
❖ SIMMOD 美国Illinois大学 化
序贯模块联立模块法 模拟与优
❖ SPEEDUP 英国Imperial大学 PASCAL编程
❖ SYMBOL 英国Cambridge大学 联立方程法
线性化法
❖ ECSS
青岛化工学院
序贯模块法
❖ Micro SAPROSS 兰州设计院 程
序贯模块法 合成氨专用系统
❖ 2020年4月8日星期三
大连理工大学
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❖
华东理工大学
计算方法库
单元模块库
输入
管理系统 执行程序
物性数据库 热力学性质库
输出
求解 优化 经济分析
流程模拟系统的基本结构
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❖基本定律
❖ 质量守恒定律 ❖ 能量守恒定律 ❖ 传递速率方程，包括热量、质量、动量传递速率方
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14
数学模型的基本类型
❖ 集中参数模型与分布参数模型 ❖ 确定模型与随机模型 ❖ 机理模型与经验模型
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稳态模拟所研究的基本问题
❖ 标准型问题 ❖ 设计型问题 ❖ 最优化问题
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输入流 股向量
单元模块
输出流 股向量
标准型问题
物料与能量衡算
设备尺寸计算
公用工程 及原料量
设备尺寸计算 成本估算
成本数据 投资费用数据
经济评价
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收益
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稳态模拟的基本方法
❖ 序贯模块法 ❖ 联立方程法 ❖ 最优联立模块法
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流程模拟系统软件
❖ 模拟系统
开发者
结构
特点
❖ ASCEND 美国Carnegie-Mellon 联立方程法 模拟与优化
❖ ASPEN PLUS 美国ASPEN公司
序贯模块法 模拟与优化
❖ CAPES 用
日本
序贯模块法 有优化费
❖ CHESS
美国Washington大学
❖ CONCEPT III 英国CAD中心
序贯模块法 交互作用方式
❖ DESIGN 2000 美国Chem Share
序贯模块法
❖ FLOWPACK II 英国德国ICI-LINDE 序贯模块法 批处理与交互
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数学模型的类型与建立
❖ 按建模的方法分为：机理模型和经验模 型
❖ 按建模是否考虑时间分为：动态模型和 稳态模型
❖ 按建模是否考虑空间分为：集中参数模 型和分布参数模型
❖ 按过程的特征分为：确定模型和随机模
❖ 数学模型的建立过程称为模型化，模型
化的最基本要求，数学模型与所研究的
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研究开发
外协 检查
市场 调查
过程 设备 设计 设计
设备 制造
建设 工程
试运转
操作 运行
经营管理
控制
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环境的变化
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过程系统工程包含的内容
❖ 过程系统分析 ❖ 过程系统集成 ❖ 过程系统优化 ❖ 过程系统设计
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输入
过程系统
2020年4月8日星期三
2020年4月过8日星期程三 系统具有客观的一至性。
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过程系统模型组成及表示
❖ 过程单元模型 ❖ 过程系统结构 ❖ 过程系统结构表示：有向图表示、矩阵
表示
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稳态模拟的基本知识
❖ 数学模型的基本类型与主要形式 ❖ 稳态模拟所研究问题的基本类型 ❖ 稳态模拟的基本方法 ❖ 稳态模拟软件 ❖ 化工过程物性系统 ❖ 化工过程的数学模型
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过程系统设计
❖ 过程系统的设计原则上讲，是过程系统集成 与过程系统分析交替过程的整体。
❖ 包括三个主要的步骤：过程系统集成、分析 与优化
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过程系统
需求
热量 物料衡算
综合 决策变量
计算设备 尺寸、费用
经济评价
参数优化 优化 结构优化
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物性系统的作用
❖ 根据模拟计算的进程与要求向程序提供所需的各种 物性数据
❖ 允许用户输入自己的数据并转换成模拟系统所要求 的形式
❖ 当缺少化合物的物性时，可为用户提供物性推算模 型
❖ 当用户自己有实验数据时，可以按要求的模型形式 进行回归，给出回归模型的参数
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化工过程的数学模型
概论
❖ 60年代过程系统工程产生和发展的理论准备 时期
❖ 70年代过程系统工程走上实用的时期 ❖ 80年代过程系统工程普及时代
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过程系统工程的基本概念
❖ 过程系统工程是将系统工程学的理论和方法 应用于过程工业领域的确一门边缘学科，是 化学工程的一个分支。
❖ 过程系统工程的基本内容就是从过程系统的 整体目标出发，根据系统内部各个组成部分 的特性及其相互关系，确定在规划、设计、 操作和控制等方面的最优策略。
最终的过程系统
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数学模拟
❖ 数学模拟：对数学模型求解的过程 ❖ 优 点：经济、灵活、可以减少中间试验，
可获得实验条件下难以得到的性能信息，可 以利用已有的理论成果来研究复杂过程系统 的性能。
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过程系统模型
❖ 过程系统模型是借助有关概念、变量、规则、 逻辑关系、数学表达式、图形和表格等对系 统的总体描述。