化工過程分析與合成Ch模板

化工過程分析與合成Ch模板第1頁/共27頁化工系統(tǒng)的定常態(tài)模擬與分析2.1過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法2.2過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法2.3過程系統(tǒng)模擬的面向方程法2.4過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法2.5氨合成工藝流程的模擬與分析第2頁/共27頁化工系統(tǒng)的定常態(tài)模擬與分析關(guān)鍵詞：化工系統(tǒng)、定常態(tài)、模擬、分析重點：序貫?zāi)K法、面向方程法和聯(lián)立模塊法的思想、方法學(xué)時：8第3頁/共27頁發(fā)酵液的分離問題多效蒸發(fā)器發(fā)酵液水乙醇廢液水乙醇廢液水乙醇產(chǎn)品水乙醇第4頁/共27頁發(fā)酵液流率=50kg/min，其中含97%(wt)的水和3%(wt)的乙醇。建立蒸發(fā)器的模型：計算產(chǎn)品和廢液的總流率，同時計算產(chǎn)品和廢液中水和乙醇的流率第5頁/共27頁第6頁/共27頁平衡閃蒸單元模型第7頁/共27頁例2將上例中加入如下要求，必須使乙醇回收率達(dá)到99%，另外，產(chǎn)品中必須含50%的乙醇。計算產(chǎn)品和廢液的總流率，同時計算產(chǎn)品和廢液中水和乙醇的流率第8頁/共27頁例3要求進一步提高產(chǎn)品中的乙醇含量，達(dá)到90%Flash1Flash2Flash312345678第9頁/共27頁例4再進一步要求乙醇的回收率也必須達(dá)到90%，即，對廢液中乙醇的濃度提出了要求Flash1Flash2Flash312345768第10頁/共27頁例5乙醇在反應(yīng)器中通過發(fā)酵而得到，在這個理想流程中，通過發(fā)酵可以將2kg的谷物轉(zhuǎn)化為1kg水和1kg乙醇進料流率為100kg/min,含谷物20%(wt),水80%(wt)。反應(yīng)器效率為0.25發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)過濾后，在漿液中，每10kg的谷物中仍含1kg的水/乙醇溶液5%(wt)的漿液排放掉第11頁/共27頁發(fā)酵反應(yīng)器過濾器排放含谷物、乙醇、水采出乙醇、水循環(huán)流含谷物、乙醇、水進料100kg/s谷物（20%）水（80%）1234567用EXCEL求解此問題第12頁/共27頁模擬是對過程系統(tǒng)模型的求解過程系統(tǒng)的模擬分析

對某個給定的過程系統(tǒng)模型進行模擬求解，可得出該系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量，從而可以對該過程系統(tǒng)進行工況分析P11第13頁/共27頁過程系統(tǒng)的模擬分析P11第14頁/共27頁過程系統(tǒng)設(shè)計P11第15頁/共27頁過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化P12第16頁/共27頁過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法序貫?zāi)K法（SequentialModularMethod）面向方程法（EquationOrientedMethod）聯(lián)立模塊法（SimultaneouslyModularMethod）P12第17頁/共27頁過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法SMM的基本部分是模塊（子程序），用以描述物性、單元操作以及系統(tǒng)其它功能。SMM對過程系統(tǒng)的模擬以單元模塊的模擬計算為基礎(chǔ)。SMM按照由各種單元模塊組成的過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，序貫的對各單元模塊進行計算，從而完成該過程系統(tǒng)模擬計算。P12第18頁/共27頁

優(yōu)點：與實際過程的直觀聯(lián)系強模擬系統(tǒng)軟件的建立、維護和擴充都很方便，易通用化計算出錯時易于診斷出錯位置

缺點：計算效率較低，尤其是解決設(shè)計和優(yōu)化問題時計算效率更低P12第19頁/共27頁P12第20頁/共27頁過程系統(tǒng)模擬的面向方程法EOM又稱聯(lián)立方程法，將描述整個過程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程式聯(lián)立求解，從而得出模擬計算結(jié)果EOM解算快速有效，對設(shè)計、優(yōu)化問題靈活方便。效率較高EOM的形成通用軟件比較困難；不能利用現(xiàn)有大量豐富的單元模塊；缺乏實際流程的直觀聯(lián)系；計算失敗之后難于診斷錯誤所在；對初值的要求比較苛刻；計算技術(shù)難度較大P13第21頁/共27頁P13第22頁/共27頁過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法聯(lián)立模塊法又稱雙層法，將過程系統(tǒng)的近似模型方程與單元模塊交替求解聯(lián)立模塊法兼有序貫?zāi)K法和面向方程法的優(yōu)點。既能使用序貫?zāi)K法積累的大量模塊，又能將最費計算時間的流程收斂和設(shè)計約束收斂等迭代循環(huán)合并處理，通過聯(lián)立求解達(dá)到同時收斂P13第23頁