流程模拟进展讲义.ppt

2020年1月6日星期一 1 过程模拟技术基本知识 概论过程系统工程的基本概念过程系统工程包含的内容过程系统工程研究方法稳态模拟基础知识 2020年1月6日星期一 2 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 2020年1月6日星期一 3 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 2020年1月6日星期一 4 研究开发 市场调查 设备设计 设备制造 建设工程 试运转 操作运行 过程设计 外协 检查 经营管理 控制 环境的变化 2020年1月6日星期一 5 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 2020年1月6日星期一 6 过程系统 输入 输出 过程系统分析示意图 待求 2020年1月6日星期一 7 过程系统 待求 输入 输出 过程系统集成示意图 2020年1月6日星期一 8 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 2020年1月6日星期一 9 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 2020年1月6日星期一 10 过程系统 经济评价 综合 参数优化 需求 计算设备尺寸 费用 结构优化 最终的过程系统 热量物料衡算 决策变量 优化 2020年1月6日星期一 11 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 2020年1月6日星期一 12 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 2020年1月6日星期一 13 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过程系统具有客观的一至性 2020年1月6日星期一 14 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 2020年1月6日星期一 15 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 2020年1月6日星期一 16 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 2020年1月6日星期一 17 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 2020年1月6日星期一 18 单元模块 输入流股向量 输出流股向量 标准型问题 2020年1月6日星期一 19 单元模块 输入流股向量 输出流股向量 设计型问题 控制模块 设备参数向量 要求的输出向量特性 2020年1月6日星期一 20 过程模拟模型 给定输入 物理特性 最优化问题 经济模拟模型 给定的参数 控制变量 约束条件 优化程序 约束条件 2020年1月6日星期一 21 公用工程及原料量 成本数据 物料与能量衡算 设备尺寸计算 成本估算 经济评价 输入条件 设备尺寸计算 投资费用数据 收益 流程模拟的一般步骤 2020年1月6日星期一 22 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 2020年1月6日星期一 23 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ASPENPLUS美国ASPEN公司序贯模块法模拟与优化CAPES日本序贯模块法有优化费用CHESS美国Washington大学CONCEPTIII英国CAD中心序贯模块法交互作用方式DESIGN2000美国ChemShare序贯模块法FLOWPACKII英国德国ICI LINDE序贯模块法批处理与交互FLOWSIM美国Connecticut大学联立方程法图形输入FLOWTRAN美国MonsantoCo 序贯模块法有费用和尺寸GMB美国BadgerCo 序贯模块法交互作用方式 2020年1月6日星期一 24 流程模拟系统软件 模拟系统开发者结构特点HYSIM加拿大HYPROTECHCo 序贯模块法交互作用方式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大学序贯模块联立模块法模拟与优化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MicroSAPROSS兰州设计院序贯模块法合成氨专用系统程大连理工大学华东理工大学 2020年1月6日星期一 25 流程模拟系统的基本结构 计算方法库 单元模块库 物性数据库 热力学性质库 输入 输出 管理系统执行程序 求解 优化 经济分析 2020年1月6日星期一 26 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 2020年1月6日星期一 27 化工过程的数学模型 基