化工过程分析与合成

1、化工过程分析与合成化工过程分析与合成第二章第二章 化工系统的稳态模拟与分析化工系统的稳态模拟与分析Ch2 simulation and analysis of chemical process system Ch2 simulation and analysis of chemical process system in steady statein steady state化工系统的稳态模拟与分析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

2、稳态模拟与分析化工系统的稳态模拟与分析关键词：关键词：化工系统、稳态、模拟、分析重重 点：点：发酵液的分离问题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 发酵液流率发酵液流率=50 kg/min，其中含，其中含97%(wt)的水和的水和3%(wt)的乙醇。的乙醇。 建立蒸发器的模型：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平衡闪蒸单元模型321FFF332211FHFHQFH32Kxx 332211xFxFxF物物料料衡衡算算关关系系 组组分分衡衡算算关关系系 热热量量衡衡算算关关系系 相平衡关系相平衡关系 例例2

3、将上例中加入如下要求， 必须使乙醇回收率达到必须使乙醇回收率达到99%，另外，产品，另外，产品中必须含中必须含50%的乙醇的乙醇。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例3 要求进一步提高产品中的乙醇含量，达到90%Flash 1Flash 2Flash 312345678例例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Flash 1Flash 2Flash 312345768例例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),

4、水 80% (wt)。反应器效率为0.25发酵产物经过滤后，在浆液中，每10 kg 的谷物中仍含1kg的水/乙醇溶液5%(wt)的浆液排放掉发酵反应器过滤器排放含谷物、乙醇、水采出乙醇、水循环流含谷物、乙醇、水进料 100kg/s谷物（20%）水（80%）1234567用EXCEL求解此问题模拟是对过程系统模型的求解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过程系统的模拟分析过程系统模型决策变量状态变量参数图2-1 过程系统的模拟分析P11过程系统设计过程系统设计图2-

5、2 过程系统设计状态变量参数参数过程系统模型满足设计规定否？决策变量调 整初值设计结果P11过程系统参数优化过程系统参数优化图2-3 过程系统参数优化约束特性指标状态变量目标函数模型参数参数过程系统模型最优否？决策变量最优化模型初值优化结果P12l序贯模块法（ equential odular ethod）l面向方程法（ quation riented ethod）l联立模块法（ imultaneously odular ethod）P12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。对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础。按照由各种单元模块组成的过程系统的结构，序贯

6、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优化计算设计规定计算流程计算过程单元计算物性计算图2-4 序贯模块法的迭代循环圈P12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解算快速有效，对设计、优化问题灵活方便。效率较高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优化计算物性计算单元计算流程计算设计计算12图面向方程法的迭代循环圈P13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循环合并处理，通过联