过程模型化和模拟

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1、第一讲过程模拟第一篇茂名石化主要内容什么是模型？过程系统结构的表达典型单元过程模型化过程系统模拟模型：用物理的或数学的手段对实际过程(原型)中所发生的现象进行描述的工具就称为模型。其主要特性应与实际过程一致。模型可以是一套与实际过程(原型)在主要特性方面相似的实验装置，也可以是一组描述原型所发生的主要现象的数学方程式。这组用来描述原型的数学方程式通常称为数学模型。一般地说，这些数学方程式是描述系统所处的状态的，从这个意义上讲，往往称之为状态方程。所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达。模型可以是物理实体，也可以是某种图形或者是一种数学表达

2、式。什么是模型？分子模拟乙烯的轨道图像流程模拟过程系统的模拟过程系统模型输入流股向量输出流股向量设备参数向量系统结构的表达方式：工艺流程图单元i，j之间的联系称为联结方程：11223344556677889121091110121113（1）图形表示工艺流程图的有向图或信息流程图（Informationflowdiagram)基本概念：节点——设备单元边——流股子图路径循环回路或环路1271211121435467891011121368354910（2）矩阵表示（a）过程矩阵(ProcessMatrix)Rp表达过程系统单元设备与流股之间的

3、关系，由流股将相关设备关联起来。单元设备序号相关物流号流入该节点的流股+流出该节点的流股-12341112-11(b)邻接矩阵（AdjacencyMatrix)RA一个由n个单元或节点组成的系统，其邻接矩阵或相邻矩阵可表示为n×n的方阵。123456789101112流入节点j流出节点i121112111011RA=j123456789101112i21435768910121101000000000000100000000000010000000100001000000000000100000000000010100000000000100

4、0001001000000000000000100000001000010000000000000000000000000空的列（元素都为零）：系统中没有输入的节点；空的行（元素都为零）：系统中没有输出的节点。邻接矩阵：（c）关联矩阵（IncidenceMatrix)RI元素Sij=-1，边（流股）j为节点（单元设备）i的输出流股1，边（流股）j为节点（单元设备）i的输入流股0，边（流股）j与节点（单元设备）i无关联RI=j1234567891011121314i214357689101211-100000000000001-10000000

5、0000001–10000010000-1001-100000000000001-100000000000001-1010-10100000001-100000000000001-1-1000000000000001-100000000100001-1-100000000000001000000000000001关联矩阵说明：Ⅰ.若有向图中有n个节点m条边，则关联矩阵为n行m列的矩阵。Ⅱ.每一流股(边)在矩阵中标出两次，即同一条边可是一个节点的输出又是另一节点的输入边。Ⅲ.列的元素之和为零。模拟(Simulation)：A复杂B简单预测A（

6、以B的行为模拟A的行为，从简单的预测复杂的）实验模拟：采用实验模型装置进行研究。数学模拟：采用数学模型进行研究。数学模型：（1）稳态模型和动态模型（2）机理模型和“黑箱”模型（经验模型）（3）集中参数模型与分布参数模型（4）确定性模型和随机模型2.1过程系统的模拟物料衡算能量衡算反应模型热力学模型流体力学稳态模型动态模型模型类型机理模型经验模型混合模型建模方法过程工业系统模型分类对某一化工过程机理进行深入研究，通过化工基本理论推导得到表示过程各有关变量之间的物理数学关系，这种纯粹从基本理论出发，用数学方法来表达的关系，称为过程的理论模型。理

7、论模型能反映过程的机理。但由于实际的化工过程比较复杂，影响因素很多，纯用理论方法描叙过程往往是不可能，因而纯理论模型的应用是很有限的。机理模型建立FAPA按化学工程基本原理（质量守恒定律、能量守恒定律、传质速率方程、状态方程、相平衡、化学平衡、化学反应动力学等），对过程的数学描述过程工业系统的分析稳态模拟是过程工业流程模拟中开发最早、应用最普遍的一种。包括：物料和能量衡算，设备尺寸和费用计算及过程的技术经济评价。从数学角度来看，过程模拟的实质是求解非线性方程组。该方程组由单元模块方程、流程联结方程和规定方程（如原料组成、流量、产品纯度等）构成

8、。过程工业系统的模拟2.1.2过程系统模拟的基本结构管理系统执行模块单元过程模块物性数据库热力学数据库输入模块输出模块优化方法库经济分析模块计算方法库过程工业模拟在