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学位论文数据集 中图分类号 t q 3 1 6 3 7学科分类号5 3 0 2 7 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 l1 0 1 9 6密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 l o学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 吴孟兵学号2 0 0 8 0 0 0 1 9 6 获学位专业名称 化学工程与技术获学位专业代码 0 8 1 7 课题来源 其他项目研究方向化工系统工程 论文题目 h 汗o l 工艺聚丙烯装置的建模及动态模拟 关键词 聚丙烯;链节分析法;建模;动态模拟 一 论文答辩日期 2 0 1 1 - 0 5 2 8论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师 王健红教授北京化工大学化工系统工程 评阅人l 屈一新教授北京化工大学化学工程 评阅人2 王际东 副教授北京化工大学化学工程 评阅人3 评阅人4 评阅人5 椭员糊 屈一新教授 北京化工大学 化学工程 答辩委员l 高正明教授北京化工大学化学工程 答辩委员2 吴慧雄副教授北京化工大学化学工程 答辩委员3 王际东副教授北京化工大学化学工程 答辩委员4 王水副教授北京化工大学化学工程 答辩委员5 注:一论文类型:1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 h y p o l 工艺聚丙烯装置的建模及动态模拟 摘要 本文以国内某石化企业5 万吨年h y p o l 工艺聚丙烯装置为研究对 象,对工艺的聚合工段进行了重点研究,分别完成了聚合工段的稳态模拟 和动态模拟。本文首先基于“生成函数法 完成聚合工段的稳态模拟,模 拟有着良好的结果。随后创新性的用“链节分析法”对丙烯聚合的反应网 络进行了重新描述,建立了基于链节反应的动力学模型,并将该模型运用 于实验室自编平台d s o 中,超实时地对丙烯聚合过程进行了动态模拟, 开发出了动态仿真机。 通过对丙烯聚合工段的系统分析,本文首先基于“生成函数法 建立 了聚合过程的稳态模型。模型中定义了模拟组分,并运用p c s a f t 状态 方程为主要的热力学模型;对工艺流程进行了合理的简化假设后,将两个 液相反应器和一个气相流化床反应器全部定义为理想的连续全混流反应 器。其中丙烯配位聚合反应的反应动力学模型是重点也是难点,本文首先 基于丙烯的聚合机理建立了动力学模型,并通过调试确定了单活性中心的 反应动力学参数,最后利用生成函数法对聚合物的特性进行表征,最终建 立了整个聚合工段的稳态模型并对模拟结果进行了分析。 “生成函数法”和“链节分析法”都是基于严格的聚合反应机理去建 立动力学模型,但前者计算过程十分麻烦,而后者推导出的反应速率表达 式与传统反应速率表达式完全一致,使得计算大大简化。所以本文采用“链 北京化工大学硕士学位论文 节分析法”对聚合过程重新进行描述,使得计算能运用于超实时动态仿真 中。通过模型的建立,“链节分析法”可以准确描述聚合物的一些特性指 标,比如聚合物的数均分子量,转化率等,最终由实验室自编平台d s o 的模拟结果可以看出,“链节分析法 动力学模型可以很好的描述聚合反 应过程。 本文所建立的“链节分析法”动态模型可以开发成动态仿真培训系统, 超实时的去模拟聚合过程的开停车以及紧急工况的处理工作,可以对操作 员进行上岗之前的培训,此系统有着很大的应用前景。 关键词:聚丙烯,链节分析法,建模,动态模拟 i i a b s t r a c t t h em o d e l i n ga n dd y n a m i cs i m u l a t i o no fh y p o l p o l y p r o p y l e n ed e v i c e a b s t r a c t i n 恤sp a p e r m eh 汗o l p o l y p r o p y l e n ee q u i p m e n tw a st a k e na ss u b j e c t , p o l y i n e r i z a t i o ns e c t i o no fm eh y p o lt e c h n 0 1 0 9 yw a sm a i n l ys t u d i e d ,a 1 1 d u l t i m a t e l 弘w ef i n i s h e di t ss t e a d ys t a t es i m u l a t i o na i l dd y n 砌cs i m u l a t i o n s 印a r a t e l y t h es t u d y f i r s t l y f i n i s h e d s t e a d y s t a t es i i n u l a t i o no ft h e p o l y m e r i z a t i o np r o c e s s ,r e s u l t ss h o w e df i n e t l l e nw ee s t a b l i s h e dm e c h a n i s m o fp r o p y l e n ep 0 1 y m e r i z a t i o nb yu s eo f “c h a i na n a l y s i sm e t h o d c r e a t i v e l 弘 w h i c hw a sb a s e do nl ( i n e t i cp a m m e t e r so fs t e a d ys t a t es i n m l a t i o n ,t h e nw e f i n i s h e dt h ed y n a m i cs t i m u l a t i o no ft h ep r o p y l e n ep o l y m e r i z a t i o np r o c e s sw i t h as u p e rr e a l t i m es p e e du s i n gd s 0 b a s e do n a n a l y z i n gp o l y l n e r i z a t i o ns e c t i o no fp r o p y l e n e ,t h es t e a d ys t a t e m o d e lo fm ep o l y m e r i z a t i o np r o c e s sw a se s t a b l i s h e d i nt h i ss i m u l a t i o n , c o m p o n e n t sw e r ec o n f i 姗e d ,p c s a f tw a st a k e na sm a i nt h e m l o d y i l a m i c m o d e l ;t w ol i q u i d p h a s er e a c t o r sa n do n eg a s n u i db e dr e a c t o rw e r e c o m p l e t e l yd e f i n e dp e 疵c tm i x e d r e a c t o r sb a s e do nt h er e a s o n a b l ea s s u m p t i o n i nt h ew h o l ep r o c e s s ,p o l y m e r i z a t i o nr e a c t i o nd y l l 锄i cm o d e lw a sb o t hk e y a n dd i f 3 i c u l tp o i n t ;p o l 沪e d z a t i o np r o c e s so fp r o p y l e n ew a sc o o r d i n a t i o n p o l y m e r i z a t i o n ,t h em e c h a n i s mw a ss c tu pp r o c e s s e db y “g e n e r a t i n gf u n c t i o n m 北京化工大学硕士学位论文 m e t h o d ,d e f i n e ds i n g l es i t er e a c t i o nl ( i n e t i cp a r a m e t e r st 1 1 i o u g hd e t m g g i n g , s t e a d ys t a t em o d e lo f t h ew h o l e p 0 1 y m e r i z a t i o ns e c t i o nw a sf i n a l l ye s t a b l i s h e d a n da n a l y z e ds i m u l a t i o nr e s u l t b o t h “g e n e r a t i n gf u n c t i o nm e t h o d a n d “c h a i na n a l y s i sm e t h o d b a s e d o nm e c h a n i s mm o d e ls t r i c t l y ,t h ec o m p u t a t i o n a lp r o c e s so ft h ef o n n e rm e m o d i s v e 拶i n c o n v e n i e n c e ,h o w e v e r ,t h ec o l n p u t a t i o n a lp r o c e s so ft h ec h a i n a n a l y s i sm e t h o d ,i i lw h i c ht h er e a c t i o nr a t ee x p r e s s i o n 舔s a n l ea st h e 协l d i t i o n a lr e a c t i o nr a t ee x p r e s s i o n ,i sv e 巧s i i n p l y t h e r e f o r e ,p o l 皿e r i z a t i o n p r o c e s sw a sd e s 嘶b e da g a i n b yc h a i na n a l y s i sm e t h o di nt h es t u d y ,w h i c h m a d ec o m p u t a t i o n 叩p l i e dt o 吼l p e rr e a lt i m ed y n a m i cs i 枷l a t i o n t l l i o u g h n l o d e le s t a b l i s h n l e n t ,c h a i na n a l y s i sm e t l l o dc o u l da c c u r a t e l yd e s c 曲es o m e c h a l a c t e r i s t i ci n d e x e so fp o l y l n e r ,f o re x a i l l p l e ,i m 珈【b e ra v e r a g em o l e c u l a r w e i g h ta n dc o n v e r s i o nr a t ee t c d s os i m u l a t i o nr e s u l ts h o w s ,( 1 y n a m i cm o d e l o fc h a i na n a l y s i sm e t h o dc a nd e s c r i b ep 0 1 y m e r i z a t i o np r o c e s sf i n e d y n a m i cm o d e lb a s e do nt h ec h a i na n a l y s i sm e t h o dc a nb ed e v e l o p e dt o t h ed y i l 锄i cs i 枷l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m ,i tc a ns u p e rr e a l t i m es i 咖l a t et h e s t 砌pa i l ds h u t d o w na n de m e 略e n c yt r e a 缸n e n to ft h ep 0 1 y i n e r i z a t i o np r o c e s s t l l i ss y s t e mh a sg r e a t 印p l i c a t i o np r o s p e c t 衄y w o r d s :p o l y p r o p y l e n e ,c h a i na n a l y s i s ,m o d e l i n g ,d y n 锄i cs i i n u l a t i o n i v 目录 目录 第一章文献综述1 1 1 化工流程模拟概述1 1 1 1 化工流程模拟系统的组成1 1 1 2 化工流程模拟基本技术4 1 1 3 化工流程模拟系统的分类6 1 1 4 化工流程模拟技术的应用1 2 1 2 聚丙烯工业简介1 3 1 2 1 聚丙烯工业发展概况。13 1 2 2 聚丙烯的工艺进展1 3 1 2 3 丙烯聚合催化剂的研究进展。16 1 3 论文选题的目的和意义1 7 第二章h y p o l 工艺聚丙烯装置的系统分析1 9 2 1h y p o l 聚丙烯工艺概况1 9 2 1 1 制氢系统2 0 2 1 2 丙烯精制系统2 0 2 1 3 催化剂配置系统2 1 2 1 4 丙烯冲洗和进料系统一2 1 2 2 聚合工段工艺流程:2 1 2 2 1 液相聚合系统2 2 2 2 2 气相聚合系统2 3 第三章h y p o l 工艺聚丙烯装置的稳态模型建立2 5 3 1 组分数据2 5 3 2 热力学计算模型2 6 3 3 丙烯聚合机理及动力学模型建立3 0 3 3 1 丙烯聚合的机理研究一3 0 v 北京化工大学硕士学位论文 3 3 2 丙烯聚合动力学模型建立生成函数法3 3 3 4 聚合反应器模型化3 9 3 4 1 液相反应器模型化3 9 3 4 2 气相流化床反应器模型化3 9 3 5 基于生成函数法的聚合物特性表征4 0 3 5 1 数均分子量。4 0 3 5 2 重均分子量4 0 3 5 3 熔融指数。4 1 第四章基于链节分析法的动态模型建立4 3 4 1 链节分析法动力学模型。4 3 4 2 聚合物特性的计算4 6 4 2 1 聚合物产量4 6 4 2 2 数均分子量4 6 4 2 3 丙烯转化率4 7 4 3 全混釜动态模型的建立4 7 4 3 1 全混釜动态模型物料衡算4 8 4 3 2 全混釜动态模型热量衡算4 9 4 3 3 全混釜动态模型相平衡计算。4 9 4 4 动态模拟的控制方案5 0 第五章模型求解以及结果讨论5 3 5 1 稳态模拟的结果讨论5 3 5 1 1 催化剂流量对聚合物产量的影响5 5 5 1 2 氢气流量对聚合物分子量的影响5 6 5 1 3 氢气流量对聚合物熔融指数的影响。5 7 5 2 动态模型求解技术5 8 5 2 1 实时动态模拟的序贯模块法5 8 5 2 2 全混釜动态模型求解6 0 5 3 仿真软件的开发6 1 5 4 动态仿真结果讨论6 4 5 4 1 动态模型的验证6 4 v i 目录 5 4 2 反应条件变化对p p 产量的动态影响6 5 5 4 3 牌号切换过程的简单模拟研究6 6 5 5 仿真软件的效果及应用6 7 第六章结论6 9 参考文献。7 1 附! 录一7 3 致谢。7 5 研究成果及发表的学术论文一7 7 。 作者和导师简介。7 9 v l i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e rl i n t r o d u c t i o n 1 1 1c h e l i l i c a lp r o c e s ss i n m l a t i o n0 v e i e w “l 1 1 1c h e i l l i c a lp r o c e s ss m l a t i o n s y s t e m sc o i n p o s i t i o n 1 1 1 2b a s i ct e c h n o l o g yo fc h 锄i c a lp r o c e s ss i m u l a t i o ns y s t e m 4 1 1 3c h e i i l i c a lp r o c e s ss i n 】l l l l a t i o ns y s t e md 嬲s i f i c a t i o n 6 1 1 4e n - e c to fc i h e m i c a lp r o c e s ss i l i l u l a t i o ns y 吼e i i l 1 2 1 2p o l y p r o p y l e n ei n d u s t r i a lp m f i l e 1 3 1 2 1p o l y p r o p y l e n ei i l d l 】s t f i a ld e v c l o p m 饥ts i m a t i o n 1 3 1 2 2p 0 l 删y l e n ep r o c e s s ”l j 1 2 3p o l y m 甜z a t i o nc a t a l y s t sr e s e a r c hp r o 笋e s s ”1 6 1 3t o p i c sp u i p o s ea 1 1 dm e a l l i n g 1 7 c h a p t e r 2 s y s t e ma n a l y s i so f h y p o l p o l y p r o p y l e n eu n i t 1 9 2 1h y p o l p 0 1 ) ,p r o p y l e n ep r o c e s s o v e r v i e w 19 2 1 1h y d r o g e i lp r 印删i o ns y s t e m ”2 0 2 1 2p r o p y l e l l e 叫j e i c a t i o ns y s t e m ”2 0 2 1 3c a t a l y s tc o n j e i g i 】_ r a _ t i o ns y s t e m ”2 1 2 1 4p r o p y l e i l ef l u s ha 1 1 df c e ds y s t e m 2 l 2 2p r o c e s so f p o l ”n e r i z a t i o ns e c t i o n 2 l 2 2 1l i q u i dp o l y i i l e 五z a t i o ns y s t 锄2 2 2 2 2g a sp 0 1 ) r i i l e r i z a t i o ns y s t e m “2 3 c h a p t e r 3 s t e a d y s t a t es i m u l a t i o no fh y p o lp o l y p r o p y l e n e 一2 5 3 1c o m p o n e n td a t a ”2 5 3 21 1 1 e 衄o d y n a r n i cc a l c u l a t i o nm o d e l 2 6 3 3p o l y m 丽z a t i o nr n e c h a n i s ma n dk i n e t i cm o d e lo fp r o p y l e l l ep o l y m 嘶z a t i o n 3 0 3 3 1p 0 1 y i l l 甜z a t i o nm e c h a n i s m j ”3 0 北京化工大学硕士学位论文 3 3 2l 【i n e t i cm o d e l 唱鲫e r a t i n g 缸l c t i o nm e t o r d 3 3 3 4m o d e l i n go f p o l y m e r i z a t i o nr e a c t o r 3 9 3 4 1m o d e l i n go f l i q u i dr e a c t o r 3 9 3 4 2m o d e l i n go fg a sr e a c t o r 3 9 3 5p o l 肿e rc h 嬲础舒z a t i o nb a s e do ng e l l 利i n g 缸n c t i o nm e t o r d 4 0 3 5 1n 1 】i i l b e ra v e m g em o l e c u l a rw e i 曲t 4 0 3 5 2w d 曲ta v e r a g em 0 1 e c u l 盯w e i g h t 4 0 3 5 3 】e l tj n d e x 4 1 c h a p t e r 4 d y n a m i cs i m u l a t i o nb a s e do nc h a i na n a l y s i sm e t h o d 4 3 4 1k i i l 舐cm o d e lb a s e do nc h a i na n a l y s i sm e l o d 4 3 4 2p o l e rc _ h a r a c t e f i z a t i o nc a l c u l a t i o n 4 6 4 2 1p o l m n e ro u t p u t 4 6 4 2 2n u l n b e ra v e r a g em o l e c u l 缸w e i g h t 4 6 4 2 3p r o p y l e n ec o n v e r s i o n 4 7 4 3d v n 锄i c 瑚l o d do fc s t r 4 7 4 3 1m a s sb a l a n c e 4 8 4 3 2h e a tb a l a n c e 4 9 4 3 3p h 嬲ee q u i l i b r i u m 4 9 4 4d v n a m i cs i m u l a t i o nc o n t r d ls c h e i i l e 5 0 c h a p t e r5 r e s u l t sa n dd i s c u s s i o ni nd y n a m i cs i m u l a t i o n 5 3 5 1d i s c u s s i o n 锄dr e s u l t so fm es t e a t y - s t a t es i m u l a t i o n 5 3 5 1 1t h ei n n l l e i l c eo fc a t a l y 8 tf l o wt o w a r dp p ) ,i e l d 5 5 5 1 2t h ei n f l 腑l c eo f h y d r o g e nn o wt o w a r dm m l b e ra v e r a g em o l e c u l a rw e i g h t 5 6 5 1 3t h ei n n u e l l c eo f h y ( 1 r o g e l lf l o wt o w a r dm e l ti n d e x 5 7 5 2m o d e ls o l 啊n gt e c h n o l o g y 5 8 5 2 1s e q u e n t i a lm o d u l 盯a p p r o a c ho f d y n 锄i cs i 姗l a t i o n 5 8 5 2 2m o d e ls o l u t i o no fc s t rb a s e do nd y i l 锄i cs i l i l u l a t i o n 5 9 5 3s i l l 】【u l a t i o ns o f t w a r ed e v e l o p m e n t 6 1 5 4d y i l a m i cs i m u l a t i o nr e s u l t sd i s c u s s i o n 6 4 5 4 1c o n j e i 衄a t i o no fd v n a m i cm o d e l 6 4 x 5 4 2t h e 砌u e l l c eo f r e a c t i o nc 0 们i t i o 璐t o w a f dp p 姐e l di nd y n a n l i cs 矗n u l a t i o n 6 5 5 4 3s i m p l er e s e a r c ho f b r 龇l ds w i t c l l i n gp r o c e s si i ld y l l a m i cs i m u l a t i o n 6 6 5 5e 毹c t 锄da p p l i c a t i o no f t h es i m u l a t i o ns o 胁a r e 一6 7 c h a p t e r6 c o n c l u s i o n s 6 9 r e f e r e n c e s 7 1 a p p e n d i 】【7 3 a c k n o w l e d g e m e n t s 。7 5 p u b l i c a 廿o n s 7 7 i n t r o d u c t i o no f a u t h o ra n da t i v i s o r 7 9 符号说明 符号说明 物理意义 组分的摩尔质量,k g k m o i 。1 组分的常压沸点,k 常压沸点下的液相摩尔体积,m 3 k m o l 1 临界温度,k 临界压力,k p a 临界摩尔体积,m 3 k m o l 。1 偏心因子 组分液相热容计算公式参数 组分液相热容计算公式参数 组分液相焓计算公式参数 组分液相焓计算公式参数 组分液相焓计算公式参数 组分汽相热容计算公式参数 组分汽相热容计算公式参数 组分汽相焓计算公式参数 组分汽相焓计算公式参数 组分汽相焓计算公式参数 压缩因子 理想气体对压缩因子的贡献 硬链对压缩因子的贡献 扰动对压缩因子的贡献 组分i 的摩尔分数 链节数 分子密度,g m 。3 组分i 的径向分布函数 链段直径 能量参数,k 二元交互参数 还未失活的休眠活性中心 助催化剂 给电子体 枵死瓦r圪吖吖础甜彪酣酣硝时时z严产产溉耽p矿矿以知q a e 北京化工大学硕士学位论文 物理意义 氢气 单体 活化了的空活化中心 死活性中心 链长为n 的死聚物 使催化剂中毒失活物质 活性链 死链节即重复单元 含活性链的催化剂端基 第f 反应的反应速率常数 第f 反应的反应速率 指前因子,一级反应为s - l 活化能,l 【j m o l 。1 气体常数,j k 1 m o l 。1 反应温度,k 所有活性链的浓度,m 0 1 k 9 1 所有活性链中链节的总浓度,m 0 1 k 9 1 所有死聚体大分子的浓度,m o l k 百1 所有死聚体大分子中链节的浓度,m o l k 岔1 数均聚合度 聚合物熔融指数,g l o m i n 1 聚合物数均分子量,k g k m o l 。1 聚合物重均分子量,k g k m o l d 聚合物转化率 反应釜第f 根流股带入量,k m o l s 1 反应釜第f 根流股带入的i 组分量,k m 0 1 s 1 反应釜第f 根流股带出量,k m o l s 0 反应釜第f 根流股带出的i 组分量,虹o l s 1 反应釜内累积焓,k j 虹o l 。1 反应釜f 体积,m 3 反应釜f 高,m 反应釜f 液位高度,m x l v 雒 m时劬酣x a c p厨岛凰r r肋肌。肋。肌r脚脚y风日k硒厶 第一章文献综述 1 1 化工流程模拟概述 第一章文献综述 化工系统工程是研究化工生产在规划设计、操作运行、控制管理诸环节中,如何 提高工作效率、降低投资费用和维护运行费用、提高系统可靠性、安全性、强化环境 友好、增加总效益的一门技术科学,它又被称作过程系统工程【1 】( p r o c 锚ss y s t 锄 e n 西n e e 血l g ,p s e ) ,是2 0 世纪五六十年代发展起来的一门新兴的交叉学科。实际上, 化工系统工程对化工生产的重要贡献和影响突出体现在化工流程模拟技术,即大型流 程模拟软件的普遍应用上。当把化工流程模拟技术应用于任一化工生产过程时,都要 经过一些列的步骤,先要建立流程的物理模型,进而建立流程的数学模型,并根据数 学模型开发出相应的模型求解方法、然后将算法用计算机编程,再经过调试,最终利 用计算机对流程进行计算并进行结果讨论分析。过程系统工程应用的最好证明就是流 程模拟系统,它是一种基于微机编程的系统,能接受由操作者提供的相关的化工流程 信息,进而对化工行业的新装置设计,旧装置改造以及节能优化等进行分析计算。虽 然化工过程各种各样,都非常复杂,但所有的流程模拟系统的开发都是由以下三部分 组成的。 1 1 1 化工流程模拟系统的组成 系统模型、物性数据和解算方法是任何一种流程模拟系统都必须要包含的,这三 者又称之为流程模拟三要素【2 1 。 1 1 1 1 系统模型 系统模型是根据实际的化工流程所建立的数学模型,单元模型是系统模型的最重 要组成部分,但系统模型不仅仅要求如此,系统模型还要能准确表达出系统的组织结 构【3 1 。数学模型建立的准确与否会直接影响到最终模拟结果的准确性与可靠性,所以 系统模型是化工流程模拟系统的根本要素。通常数学模型是一组代数方程或微分方 程,但却反映了化工系统各变量之间的数量关系和逻辑联系,是将原型转化为数学问 题,用数学语言来描述原型的特性,它是由系统的本质所决定的,是实际问题在数学 本质上的抽象。数学模型要准确的建立就必须要依据基础的化工定律,如质量守恒定 律和能量守恒定律;也要依据基本的化工方程,如传递速率方程,状态方程以及相平 衡方程等,还要依据机理的化学反应动力学去建立动力学模型。单元模型是系统模型 北京化工大学硕士学位论文 的核心部分,也是基础。 系统模型的建立所依据的基本的化工定律如下所示: a ) 质量守恒定律 ”能量守恒定律 c ) 传递速率方程 d ) 热力学状态方程 e ) 化学平衡 f ) 相平衡 g ) 机理反应动力学 因为化工过程的复杂性导致了系统模型的类型多种多样。但根据分类方法的不同 大体可以认为分为如下几类: ( 1 ) 经验模型和机理模型 经验模型和机理模型的划分依据是根据建立模型的方式和依据相同与否。经验模 型又称作黑箱模型,机理模型一般有着及其严格的化学理论来指导,一般有着如下基 本特征: 幻确定的组分,统一可靠的基础物性数据 b ) 质量衡算方程 c ) 能量衡算方程 m 严谨的相平衡计算 e ) 化学反应动力学或化学平衡计算 f ) 传递与流动计算 事实上,在经典的流程模拟计算中,往往只满足前面4 项,就已经具备足够的机 理性了,可称为机理模型了。当然,机理模型是相对于经验模型而言的。 ( 2 ) 稳态模型和动态模型 稳态模型和动态模型的划分依据是是否考虑时间对模拟的影响。稳态模型中各种 变量参数不随时间变化,模拟结果是一个只受初始变量影响的值,和时间无关。稳态 模拟可以模拟连续输出装置在正常条件下的运行,从数学上看是一系列的代数方程 组。而动态模拟考虑过程对象的参数随时间变化的关系,反应开停车过程中时间的影 响因素,动态模型的解算就是微分方程组的解算。 ( 3 ) 分布参数模型与集总参数模型 依据过程对象随空间位置的变化与否将模型分为集总参数模型和分布参数模型。 如连续搅拌槽式反应器可视为集总参数模型,因为过程的有关性质在所研究的区域内 可以看作是均一的。集总参数模型在数学形式上分为稳态和动态的不同,稳态通常为 代数方程组,而动态模型的集总参数模型为常微分方程组。分布参数模型是当过程变 量随空间位置的不同而变化的数学模型,如平推流反应器模型,数学上表现为稳态状 2 第一章文献综述 态下为常微分方程组,动态模拟下为偏微分方程组。 ( 4 ) 随机模型和确定模型 确定性模型和随机模型的划分依据是依据对象的概率特性划分。每一个变量和每 一个参数均对任意一组给定的条件有着确定的值的模型就是确定模型。大部分的化工 工艺采用的都是确定性模型。描述不确定性的过程的模型就是随机模型,这类模型的 的特点是输出变量的值不能根据一个输入变量就产生,这类模型的输出变量的值是根 据特定的统计规律的概率分布去计算的。本文模拟的丙烯聚合反应器中生成函数法的 动力学模型就是用的随机模型。 ( 5 ) 设计型模型和操作型模型 操作型模型与设计型模型是从实际使用目的方面划分的。操作型模型是对整个流 程做了系统分析后,根据实际的操作数据和操作流程,模拟得到输出数据。这类模型 可以用于操作装置的改进和优化。但是如果预先规定了要得到的化工流程的结果输出 数据,让工程师去设计工艺流程从而得到可以满足条件的输入数据,则称这类模型为 设计型模型。基本上设计院做设计工作都是属于设计型模型。 综上所述,在系统模型的各种分类中,机理模型比经验模型难度大,动态模拟比 稳态模拟难度大,随机模型比确定性模型难度大,设计型模型比操作型的难度大,在 这些模型中,动态模拟系统的开发难度远大于稳态模拟系统的开发,通用模拟系统的 研制难度在一定程度上大于专用模拟系统的研制【4 】。 1 1 1 2 物性数据 物性数据是化工流程模拟系统中最底层最基础的东西,是所有流程模拟系统都必 须要包含的。物性数据的缺乏,直接制约着化工流程模拟软件的发展,直接影响着化 工系统模拟的可靠程度。一个大型流程模拟软件的开发,必须有一个强大的物性数据 库支持。物性数据主要包括基础物性数据库、物性计算程序和实验数据处理系统。物 性数据包括的范围很广,通常流程模拟系统中的物性数据可大体分为两大类,一类是 热力学物性数据,比如物质的分子量,密度,焓,熵,比热容等都属于此类。另一类 是传递过程物性数据,比如物质的粘度,扩散系数,导热系数等。因为物性数据是流 程模拟最底层,也是最基础的部分,所以必须要保证物性的准确性和可靠性。在流程 模拟的总体计算过程中,调用相关的物性数据模块的次数很多,利用模块去进行物性 估算的次数也很多,并且这种调用占用的计算量也不容忽视。因此,向化工流程模拟 系统提供可靠并且准确的物性数据则显得格外重要。目前,很多商业化的化工流程模 拟系统基本上都装备有自己的数据库。这类物性数据库特点非常明显,但也有不足之 处。 ( 1 ) 纯组分物性数据必须包括化工行业的绝大部分汽液物质和一部分必须的固体物 3 北京化工大学硕士学位论文 质,且数量必须庞大,供操作

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