化工模拟与优化ppt课件.ppt

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1、化工过程模拟与优化概论1.1学科性质化工过程模拟属于“化工系统工程”的研究范畴是其研究的基础与主要内容化工系统工程又称“过程系统工程”‘PSE’是“化学工程”的分支具有各门学科的边缘性质。最优化思想是化工系统工程的核心思想。“化工系统工程”的研究内容：过程模拟稳态模拟开发最早，应用最普遍动态模拟主要研究系统的动态性能比稳态模拟的发展要晚十年过程综合按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构及各子系统的性能，并使系统按规定的目标进行最优组合。过程控制与操作♦数据的筛选与校正♦过程监控与故障诊断♦模拟仿真培训♦过程操作优化间歇操作的设计与优化人

2、工智能在化工中的应用人工智能的基本问题：知识的获取知识的表达知识的处理专家系统取得进展最大、应用最广。也称为“计算机辅助过程综合系统”主要用于推理而不是计算并具备学习功能推理机：用推理规则实现推理过程；数据库：存储事实。知识库：存储专家的经验。人工神经网络大规模、并行、分布式的处理系统具有很强的自适应性和自学习功能按其网络的拓扑结构分两类：无反馈神经网络与反馈神经网络。对应两种算法：BP算法和Hopfield算法。人工神经网络模型:以现场数据或过程模拟计算结果为学习样本，通过培训建立起来。1.2学科产生的历史背景(1)生

3、产的发展•新产品、新过程的开发加快与工业放大技术落后之间的矛盾尖锐化。模拟。•现代工业的综合化发展，使流程结构日益复杂。系统。•装置规模的日益大型化对设计提出更高的要求。优化。(2)学科的发展•化学工程的发展，对过程机理了解较清楚；•计算数学的发展，为复杂问题在计算机上顺利求解提供有效的方法；•运筹学及系统工程学科的发展，提供了分析大规模系统的手段；•控制论学科的发展，能从过程控制的角度，运用系统工程方法来研究整体控制性能；•计算机技术自身的快速发展，为化工过程分析和顺利而高效地进行过程设计提供了基础。由此可见，生产的

4、发展为这门学科的产生提供了必要性，而邻近学科的发展则为这门学科的产生提供了可能性。1.3研究的主要目的和任务（1）过程开发阶段完成可行性研究，提出可行性研究报告。（2）科研阶段建立数学模型；在数学模型基础上进行流程方案的开发；进一步进行可行性研究。（3）技术开发阶段通过中试（或小试）与系统模拟相结合，寻找装置整体操作的最优条件，缩短开发周期。（4）设计阶段主要任务是CAD。仍以化工过程系统模拟为基础。“过程综合”将化工流程设计由经验上升到科学，即用计算机实现最优化设计。（5）生产阶段投产前：研制模拟培训系

5、统，人员培训。投产后：装置的模拟分析结果与集散控制系统结合起来，指导生产。（6）扩产改造阶段对现有装置进行模拟分析，寻找薄弱环节，提出改造方案。课题多。1.4数学模拟的优点与限制1.4.1数学模拟自身的优点（1）经济（2）适用性广（3）互换性强（4）信息详尽（5）加大放大倍数可缩短放大试验的进程，减少中间环节，大大缩减新产品、新工艺投产的放大周期(平均由8年以上降为3年左右)。国内三家单位共同开发完成了合成氨流程专用模拟系统：MicroSAPROSSI、II版。其中有的已达到国际先进水平。大连理工大学化工学

6、院以其中的RPS软件为平台，研制开发了多项专利技术，已完成了专利技术工艺软件包与扩产改造工艺软件包的研制任务。我国某有机合成厂于70年代引进了西德年产10万吨乙烯水合乙醇装置，在技术消化、吸收的基础上，进行了不少改进，但能耗仍然很高，大连理工大学化工学院就此装置应用全系统“能量集成策略”，实现了生产装置的能量优化综合。1.4.2数学模拟的限制（1）数学模型适用范围（2）数据准确性（3）数学模型解算手段（4）理论的发展水平1.5数学模型的基本类型1.5.1以建立模型的方法为依据（1）严格模型（机理模型、理论模型）

7、通过对过程的机理进行分析，以过程的物理与化学变化的本质为基础，根据有关的理论和方法建立模型。应用范围广。但建模过程有难度，模型复杂。（2）经验模型（“黑箱”模型）有些情况下建立机理模型很困难；有些情况是为了进行简化而不必对过程的机理进行分析。这时可将过程对象看成“黑箱”来处理。即撇开过程本质不管，直接以小试、中试或生产装置上的实测数据为依据，只着眼于输入－输出的关系，借助于一定的数学处理方法对数据进行分析而得到模型。优点：简单。缺点：适用范围受实测数据范围的限制。1.5.2以对象的时态本质为依据：（1）稳态模型

8、过程对象的研究参数不随时间而变化。往往只涉及到代数方程组。（2）动态模型考虑了过程对象的研究参数随时间的变化。主要反映过程在外部干扰作用下引起的不稳定过程。时间是作为独立变量的，数学上往往是常微