化工过程的模拟与分析

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1、第七章化工过程的模拟与分析7.1化工过程设计、化工过程模拟分析、化工技术经济三者之间相互关系化工工艺设计的内容与步骤第一步：流程组织（过程合成）第二步：物料衡算及热量衡算第三步：设备设计及选型第四步：PFD图及PID图的设计与绘制第五步：流程的平立面布置设计及配管设计第六步：主要材料表及概（预）算（工艺部分）第七步：对流程的技术经济分析第八步：编写工艺设计说明书内循环优化外循环优化内循环优化：在流程结构不变的前提下，通过修改、调整流程内部的部分设备参数和操作参数，来对流程进行优化设计。外循环优化：在内循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组织，对流程

2、结构进行改头换面的大变动，而达到对流程进行优化设计的目的。内循环优化经常用于老流程的改造，并对实验室研究开发有指导意义。外循环优化经常用于新厂设计时，对多个流程方案进行分析比较。二层循环优化设计，工作量巨大，手工设计很难完成，只有靠计算机辅助设计。设计任务书提出设计任务流程组织（过程合成）工艺流程草图将流程结构输入计算机系统将已知参数输入计算机系统MB、HB计算设备设计及选型PFD与PID图的设计与绘制平立面布置与配管设计材料表及工程概（预）算流程的技术经济分析设备参数、操作参数的优化调整流程结构优化调整内循环优化外循环优化现代计算机辅助化工过程设计与模拟

3、运行示意图综合阶段设计阶段优化阶段一个实际运行的化工项目或它建成运行前的设计资料首先，从其中提取出来其项目投资、产品成本、销售收入、税金、利润等基本经济数据。然后，针对这些基本经济数据，用技术经济的观点归纳、分析出其技术经济指标（投资利润率、投资还本期等）。最后，判断其经济合理性。化工过程设计与化工项目经济分析之间的关系在实际化工过程设计工作中，设计、经济、模拟三者之间关系：①、设计出一个较好的流程是化工过程设计的最终目的；②、经济分析与评价是挑选和判断流程优劣的依据；③、计算机辅助化工过程设计与模拟是设计的有力手段；7.2化工过程（系统）模拟的一些基本概

4、念一、化工系统为了实现一定目的，由若干相互联系、彼此影响的化工单元设备组成的一个流程，称为一个化工系统。①、化工系统，实质就是化工过程设计或化工系统模拟处理的对象，就是过程合成（流程组织）得到的流程图。②、化工系统根据设计或模拟的目的不同，化工系统可大可小；③、一个大的化工系统可以分成若干个子系统。二、化工系统的工况特性及化工系统分析化工系统的外界：化工系统范围以外的一切事物。有意义的化工系统，决不会是与外界隔绝的孤立系统，它与外界有物料流、能量流、信息流的输入与输出。化工流程的特性参数流程的单元结构参数单元的种类、数量单元之间位置关系流股走向关键单元设备

5、的特性参数关键工艺工段的操作参数化工系统特性由系统（流程）的特性参数所决定：化工系统（系统特性）输入输出化工系统工况特性：一个化工系统“输入－系统特性－输出”之间的规律性联系。化工系统分析：在一个化工系统的特性已知的前提下，给定其输入，预测分析其输出，这一分析过程称为化工系统分析。三、模拟（仿真，Simulation）模拟物理模拟数学模拟物理模拟：用真实的物理试验手段研究某个化工过程；数学模拟：不用真实的物理试验，而是列出过程的数学模型，然后用计算机手段对此模型进行求解与分析，从而达到对某个化工过程进行研究的目的；数学模拟：成本低灵活性大可靠性相对较低物理

6、模拟：成本高灵活性小可靠性相对较高注意：化工过程的模拟经常采用数学模拟与物理模拟相结合的方式进行。化工过程（系统）模拟：将描述某个化工过程的数学模型编成计算机软件，将模型参数（系统的特性参数）也输入计算机模拟软件，然后计算机模拟软件根据输入信息，自动调用也编成了计算机软件的模型求解方法，从而对化工过程进行分析，给出模拟计算的输出结果。化工系统（过程）模型（计算机程序软件）模型参数（系统特性参数）输入求解方法软件程序输出模拟是进行化工系统分析的有力手段。注意：模拟是正向运行的。即已知系统模型及特性，从输入预测分析其输出。化工过程模拟稳态模拟非稳态模拟（动态模

7、拟）四、模拟型问题和设计型问题按照化工过程（系统）模拟的定义，模拟是正向进行的，即：化工系统（过程）（系统特性）输入输出然而，在实际化工过程设计时，经常遇到过程的部分输出数值是设计要求已知的，反过来去求满足这些输出要求的输入值。这就是所谓的设计型问题。也就是说，设计型问题是，根据已知的部分输出及化工系统（过程）特性，去寻求足够满足输出要求所对应的输入条件。现有的模拟软件包只能直接用于解决模拟型问题。将现有模拟软件用于设计型问题的方法有二个：①、正向试差模拟计算；②、将输出规定改写成模型求解的约束条件方程；7.3化工系统（过程）的数学模型一、化工过程（系统）

8、数学模型的种类化工（过程）系统输入输出化工（过程）系统数学模型的实