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化工过程分析与合成 第二章化工系统的稳态模拟与分析Ch2simulationandanalysisofchemicalprocesssysteminsteadystate 化工系统的稳态模拟与分析 2 1过程系统模拟的三种基本方法2 2过程系统模拟的序贯模块法2 3过程系统模拟的面向方程法2 4过程系统模拟的联立模块法2 5氨合成工艺流程的模拟与分析 化工系统的稳态模拟与分析 关键词 化工系统 稳态 模拟 分析 重点 序贯模块法 面向方程法和联立模块法的思想 方法 发酵液的分离问题 多效蒸发器 发酵液水乙醇 废液水乙醇 废液水乙醇 产品水乙醇 发酵液流率 50kg min 其中含97 wt 的水和3 wt 的乙醇 建立蒸发器的模型 计算产品和废液的总流率 同时计算产品和废液中水和乙醇的流率 平衡闪蒸单元模型 例2 将上例中加入如下要求 必须使乙醇回收率达到99 另外 产品中必须含50 的乙醇 计算产品和废液的总流率 同时计算产品和废液中水和乙醇的流率 例3 要求进一步提高产品中的乙醇含量 达到90 Flash1 Flash2 Flash3 1 2 3 4 5 6 7 8 例4 再进一步要求乙醇的回收率也必须达到90 即 对废液中乙醇的浓度提出了要求 Flash1 Flash2 Flash3 1 2 3 4 5 7 6 8 例5 乙醇在反应器中通过发酵而得到 在这个理想流程中 通过发酵可以将2kg的谷物转化为1kg水和1kg乙醇进料流率为100kg min 含谷物20 wt 水80 wt 反应器效率为0 25发酵产物经过滤后 在浆液中 每10kg的谷物中仍含1kg的水 乙醇溶液5 wt 的浆液排放掉 1 2 3 4 5 6 7 用EXCEL求解此问题 模拟是对过程系统模型的求解 过程系统的模拟分析对某个给定的过程系统模型进行模拟求解 可得出该系统的全部状态变量 从而可以对该过程系统进行工况分析 P11 过程系统的模拟分析 P11 过程系统设计 P11 过程系统参数优化 P12 过程系统模拟的三种基本方法 序贯模块法 SequentialModularMethod 面向方程法 EquationOrientedMethod 联立模块法 SimultaneouslyModularMethod P12 过程系统模拟的序贯模块法 SMM的基本部分是模块 子程序 用以描述物性 单元操作以及系统其它功能 SMM对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础 SMM按照由各种单元模块组成的过程系统的结构 序贯的对各单元模块进行计算 从而完成该过程系统模拟计算 P12 优点 与实际过程的直观联系强模拟系统软件的建立 维护和扩充都很方便 易通用化计算出错时易于诊断出错位置 缺点 计算效率较低 尤其是解决设计和优化问题时计算效率更低 P12 P12 过程系统模拟的面向方程法 EOM又称联立方程法 将描述整个过程系统的数学方程式联立求解 从而得出模拟计算结果EOM解算快速有效 对设计 优化问题灵活方便 效率较高EOM的形成通用软件比较困难 不能利用现有大量丰富的单元模块 缺乏实际流程的直观联系 计算失败之后难于诊断错误所在 对初值的要求比较苛刻 计算技术难度较大 P13 P13 过程系统模拟的联立模块法 联立模块法又称双层法 将过程系统的近似模型方程与单元模块交替求解联立模块法兼有序贯模块法和面向方程法的优点 既能使用序贯模块法积累的大量模块 又能将最费计算时间的流程收敛和设计约束收敛等迭代