稳态流程模拟13-14

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1、第三章稳态流程模拟稳态流程模拟的基本方法化工系统的分解最大循环网的断裂化工过程的数学模型描述化工过程的数学模型，可分为以下3种类型的方程：（1）各设备单元之间连接流股的方程——联系各单元物流的连续性方程；（2）各单元内部质量和能量衡算、相平衡关系式；（3）各设备单元模型方程的基础——用于计算焓、平衡常数等物理性质和其他的传递和热力学性质物理性质关系式。一、稳态流程模拟的方法序贯模块法联立方程法联立模块法序贯模块法对各设备的模型方程编制成各个计算机子程序，称之为“模块”（BuildingBlock或Mo

2、dule）。序贯模块法就是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，从而完成过程系统的模拟计算。序贯模块法的优点是：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，易于通用化；计算出错时易于诊断出错位置。主要缺点是计算效率低。联立方程法联立方程法是将所有方程放在一起联立求解，从而打破单元模块间的界限，可依据计算任务的需要确定输入变量及输出变量。优点：由于联立求解，避免了回路的断裂、省去嵌套迭代的时间，提高了计算效率。联立方程法的缺点是：需要较大的计算机内存；他

3、不能如序贯模块法那样可利用已建立起来的单元模块；需较好的起始猜值；难于找出计算中存在的错误。联立模块法不可分隔相关子系统按严格单元模型进行单元模拟计算生成简化模型的模型参数简化模型连接方程组的求解进行系统模拟或优化收敛判据1收敛判据2输出计算结果NNYY方法比较从使用角度看，序贯模块法最容易，而解方程法较难。从准备工作上考虑，解方程法最容易，而序贯模块法和联立模块法较难。因为后者首先需要对流程进行分析，找出循环网络，然后进行切断等。到目前为止几乎所有已开发的流程模拟系统都使用序贯模块法或联立模块法。二

4、、化工过程系统的分解将一个系统结构已定的系统分割成一些更小的次一级系统的方法称为系统的分解（Decomposition）：（1）系统的分隔（或分割，Partitioning）（2）子系统（指循环回路或最大循环网）的断裂（Tearing）单元串搜索法－系统的分隔在流程图上从一个单元出发，循输出流股依次到达其后各个单元，而形成一个单元串，当单元串中某个单元重新出现时，在此重现单元之间的所有单元构成一个单元群。将此单元群视为一个单一的单元，并从它开始继续循迹前进。单元H构成了第一个单元组（只由1个单元构成）

5、。单元A、B、C、D和E构成再循环结构，必须同时求解，它构成了第二个单元组（5个单元构成）。单元F和G在一个循环回路中，也必须同时求解，构成了第三个单元组（2个单元构成）。最后，单元I构成了第四个单元组（只由1个单元构成）。直观分析12345678910111213（1）从单元A开始5613环路BCDB48（2）从单元C沿流股6搜索56环路（BCDB）与（CEC）79813（3）从单元C沿流股13继续搜索13环路（BCDB）、（CEC）与（CABC）865（4）从单元D沿流股8继续搜索8原拟节点包含环

6、路（BCDB）（CEC）（CABC）（DECD）97（5）从单元E沿流股9继续搜索FGF构成一个环路，合并成另一个拟节点97101113（6）从单元G沿流股12搜索12（7）因为单元H没有从系统返回的输入流股，所以H不在任何环路中，则可最先计算。至此全部搜索工作结束，计算各单元组的顺序是：该法的优点是直观，简单，缺点是难于程序化。三、最大循环网的断裂判断最优断裂流股的准则断裂的流股数目最少；断裂流股包含的变量数目最少；对每一流股选定一个权重因子，该权重因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的难易程度，应当

7、使所有的断裂流股权重因子数值总和最小；选择一组断裂流股，使直接带入法具有最好的收敛性。Lee-Rudd使断裂的流股数目最少AreactorFHIBEFlashCGpurgeRKMDJOLPNSQ信息流图流程简化寻找回路回路矩阵S1S2S3S4S5S6S7S8R1011000002211000011431001100034f13020112011101124f:回路频率（streamfrequency)，指某一流股出现在各回路的次数，数值上等于矩阵中每一列元素的代数和。R:回路的秩(looprank），

8、指某一回路中包含的流股总数，即矩阵每一行元素的代数和。除去不独立的列S1S2S3S4S5S6S7S8R1011000002211000011431001100034f13020112011101124若第j列流股频率fj与第k列流股fk对下面不等式fj≥fk成立，且k列中非零的行对应列j的行为非零值，则k列是不独立的，为列j所包含，则删除k列。除去包含的行S1S2R1011211231014101若i行流股秩Ri与第k行流股Rk对下面不等式Ri≥Rk成立