工业过程的稳态模型与仿真.ppt

《工业过程的稳态模型与仿真.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章:工业过程的稳态模型化与仿真黄克谨北京化工大学信息科学与技术学院主要内容稳态模型及其作用;建立稳态模型的基本原理;稳态模型的求解方法;一个理想二元蒸馏塔的稳态模型化与仿真。稳态模型及其作用稳态模型是反映一个系统输入与输出定常关系的一种关系；稳态模型是工业过程开发与设计的主要工具；稳态模型能够用于工业过程的操作与控制；稳态模型能够用于工业过程的优化。工业过程的稳态模型化原理物料平衡原理；能量平衡原理；动量平衡原理；其它相关原理；反应动力学与平衡，汽液平衡等。稳态模型的求解策略操作型求解策略；给定工业过程的结构与操作条件，

2、要给出能够导致的操作结果。设计型求解策略；给定要实现的操作结果，要给出具有一定结构的工业过程的操作条件。蒸馏塔的操作问题给定一个蒸馏塔当前的操作情况，确定操作变量的调整，以使得该系统能够实现所要求的混合物的分离操作。主要决策变量:1.回流量;2.再沸器的热负荷。主要输出变量:1.塔顶产品浓度;2.塔底产品浓度。蒸馏塔的设计问题给定一个要分离的混合物的流量及组成，确定一个蒸馏塔的结构与操作条件，使得该系统能够实现最佳的分离操作。主要决策变量:1.塔顶产品浓度;2.塔底产品浓度。主要输出变量:1.回流量;2.再沸器的热负荷。稳态

3、仿真的其它问题稳态模型的预测精度；模型的复杂性、模型的校正。稳态模型的非线性问题；初值的灵敏性、多解性。算法的复杂性和计算强度；影响模型性能的主要指标。算法的收敛性；决定模型的成败。例子:一个理想二元蒸馏塔的模型化与仿真给定一个二元精馏塔，分离由物质A和B组成的混合物，其相对挥发度为2。进料流量为100mol/s,进料浓度是A:B=0.5:0.5。塔顶产品浓度为0.95(A),塔底产品浓度也为0.95(B)。操作压力是9bar。气化潜热为6944cal/mol(满足衡分子流假设)。塔板稳态滞液量为1kmol。冷凝器和再沸器的

4、稳态液量分别为30kmol。塔板水力学时间常数是8秒。理想二元蒸馏塔的结构理想二元蒸馏塔的模型化---物料平衡方程冷凝器（j=1）:(1.1)V2*yi,2-L1*xi,1-D*xi,1=0中间塔板（1

5、-D*H1=0中间塔板（1

6、平衡按下式计算：yi=α*xi/[(α-1)*xi+1](4.1)其中,α是相对挥发度。饱和蒸汽压按下式计算：Pj=xA,jPAs+xB,jPBs(4.2)LnPis=Avp,i–Bvp,i/Tj(4.3)A(Avp/Bvp)=13.0394/3862B(Avp/Bvp)=12.3463/3862由气液相平衡计算塔板温度Pj=xA,jPAs+xB,jPBsPis=Exp(Avp,i–Bvp,i/Tj)Pj=xA,jExp(Avp,A–Bvp,A/Tj)+xB,jExp(Avp,B–Bvp,B/Tj)=[xA,jExp(Avp

7、,A)+xB,jExp(Avp,B)]/Exp(Bvp,A/Tj)Bvp,A/Tj=ln{[xA,jExp(Avp,A)+xB,jExp(Avp,B)]/Pj}Tj=Bvp,A/ln{[xA,jExp(Avp,A)+xB,jExp(Avp,B)]/Pj}理想二元蒸馏塔的模型化----分子数归一方程:Sxi,j=1.0j=1,…,N;i=A,B(5.1)Syi,j=1.0j=1,…,N;i=A,B(5.2)稳态模型的求解商用Mathematica软件求解；Mathematica具有求解微分与代数方程组的优势；Newton-Ra

8、phsion迭代方法。设计型稳态仿真的归纳给定：进料流量为100mol/s;进料浓度是A:B=0.5:0.5;塔顶产品浓度为0.95(A);塔底产品浓度也为0.95(B)。要求给出：回流量的大小？再沸器的热负荷？稳态仿真流程图开始给定物性参数，操作条件，塔板数等已知条件读入塔板组分浓度和回