流程模擬進展講義

過程模擬技術(shù)基本知識概論過程系統(tǒng)工程的基本概念過程系統(tǒng)工程包含的內(nèi)容過程系統(tǒng)工程研究方法穩(wěn)態(tài)模擬基礎(chǔ)知識1/26/20241概論60年代過程系統(tǒng)工程產(chǎn)生和發(fā)展的理論準備時期70年代過程系統(tǒng)工程走上實用的時期80年代過程系統(tǒng)工程普及時代1/26/20242過程系統(tǒng)工程的基本概念過程系統(tǒng)工程是將系統(tǒng)工程學的理論和方法應(yīng)用于過程工業(yè)領(lǐng)域的確一門邊緣學科，是化學工程的一個分支。過程系統(tǒng)工程的基本內(nèi)容就是從過程系統(tǒng)的整體目標出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部各個組成部分的特性及其相互關(guān)系，確定在規(guī)劃、設(shè)計、操作和控制等方面的最優(yōu)策略。1/26/20243研究開發(fā)市場調(diào)查設(shè)備設(shè)計設(shè)備制造建設(shè)工程試運轉(zhuǎn)操作運行過程設(shè)計外協(xié)檢查經(jīng)營管理控制環(huán)境的變化1/26/20244過程系統(tǒng)工程包含的內(nèi)容過程系統(tǒng)分析過程系統(tǒng)集成過程系統(tǒng)優(yōu)化過程系統(tǒng)設(shè)計1/26/20245過程系統(tǒng)輸入輸出過程系統(tǒng)分析示意圖（待求）1/26/20246過程系統(tǒng)（待求）輸入輸出過程系統(tǒng)集成示意圖1/26/20247過程系統(tǒng)優(yōu)化過程系統(tǒng)優(yōu)化或系統(tǒng)優(yōu)化可分為參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化：在一確定的系統(tǒng)流程中對其操作參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化：改變過程系統(tǒng)中設(shè)備類型或其相互間的聯(lián)結(jié)，以優(yōu)化過程系統(tǒng)。1/26/20248過程系統(tǒng)設(shè)計過程系統(tǒng)的設(shè)計原則上講，是過程系統(tǒng)集成與過程系統(tǒng)分析交替過程的整體。包括三個主要的步驟：過程系統(tǒng)集成、分析與優(yōu)化1/26/20249過程系統(tǒng)經(jīng)濟評價綜合參數(shù)優(yōu)化需求計算設(shè)備尺寸、費用結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終的過程系統(tǒng)熱量物料衡算決策變量優(yōu)化1/26/202410數(shù)學模擬數(shù)學模擬：對數(shù)學模型求解的過程優(yōu)點：經(jīng)濟、靈活、可以減少中間試驗，可獲得實驗條件下難以得到的性能信息，可以利用已有的理論成果來研究復雜過程系統(tǒng)的性能。1/26/202411過程系統(tǒng)模型

過程系統(tǒng)模型是借助有關(guān)概念、變量、規(guī)則、邏輯關(guān)系、數(shù)學表達式、圖形和表格等對系統(tǒng)的總體描述。1/26/202412數(shù)學模型的類型與建立按建模的方法分為：機理模型和經(jīng)驗模型按建模是否考慮時間分為：動態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型按建模是否考慮空間分為：集中參數(shù)模型和分布參數(shù)模型按過程的特征分為：確定模型和隨機模數(shù)學模型的建立過程稱為模型化，模型化的最基本要求，數(shù)學模型與所研究的過程系統(tǒng)具有客觀的一至性。1/26/202413過程系統(tǒng)模型組成及表示過程單元模型過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表示：有向圖表示、矩陣表示1/26/202414穩(wěn)態(tài)模擬的基本知識數(shù)學模型的基本類型與主要形式穩(wěn)態(tài)模擬所研究問題的基本類型穩(wěn)態(tài)模擬的基本方法穩(wěn)態(tài)模擬軟件化工過程物性系統(tǒng)化工過程的數(shù)學模型1/26/202415數(shù)學模型的基本類型集中參數(shù)模型與分布參數(shù)模型確定模型與隨機模型機理模型與經(jīng)驗模型1/26/202416穩(wěn)態(tài)模擬所研究的基本問題標準型問題設(shè)計型問題最優(yōu)化問題1/26/202417單元模塊輸入流股向量輸出流股向量標準型問題1/26/202418單元模塊輸入流股向量輸出流股向量設(shè)計型問題控制模塊設(shè)備參數(shù)向量要求的輸出向量特性1/26/202419過程模擬模型給定輸入物理特性最優(yōu)化問題經(jīng)濟模擬模型給定的參數(shù)控制變量約束條件優(yōu)化程序約束條件1/26/202420公用工程及原料量成本數(shù)據(jù)物料與能量衡算設(shè)備尺寸計算成本估算經(jīng)濟評價輸入條件設(shè)備尺寸計算投資費用數(shù)據(jù)收益流程模擬的一般步驟1/26/202421穩(wěn)態(tài)模擬的基本方法序貫模塊法聯(lián)立方程法最優(yōu)聯(lián)立模塊法1/26/202422流程模擬系統(tǒng)軟件模擬系統(tǒng)開發(fā)者結(jié)構(gòu)特點ASCEND美國Carnegie-Mellon聯(lián)立方程法模擬與優(yōu)化ASPENPLUS美國ASPEN公司序貫模塊法模擬與優(yōu)化CAPES日本序貫模塊法有優(yōu)化費用CHESS美國Washington大學CONCEPTIII英國CAD中心序貫模塊法交互作用方式DESIGN2000美國ChemShare序貫模塊法FLOWPACKII英國德國ICI-LINDE序貫模塊法批處理與交互FLOWSIM美國Connecticut大學聯(lián)立方程法圖形輸入FLOWTRAN美國MonsantoCo.序貫模塊法有費用和尺寸GMB美國BadgerCo.序貫模塊法交互作用方式1/26/202423流程模擬系統(tǒng)軟件模擬系統(tǒng)開發(fā)者結(jié)構(gòu)特點HYSIM加拿大HYPROTECHCo.序貫模塊法交互作用方式PRO/II美國Simulation公司序貫模塊法批處理與交互QUASLIN英國CAD中心聯(lián)立方程法模擬與優(yōu)化SIMMOD美國Illinois大學序貫模塊聯(lián)立模塊法模擬與優(yōu)化SPEEDUP英國Imperial大學PASCAL編程SYMBOL英國Cambridge大學聯(lián)立方程法線性化法ECSS青島化工學院序貫模塊法MicroSAPROSS蘭州設(shè)計院序貫模塊法合成氨專用系統(tǒng)程大連理工大學華東理工大學1/26/202424流程模擬系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)計算方法庫單元模塊庫物性數(shù)據(jù)庫熱力學性質(zhì)庫輸入輸出管理系統(tǒng)執(zhí)行程序求解優(yōu)化經(jīng)濟分析1/26/202425物性系統(tǒng)的作用根據(jù)模擬計算的進程與要求向程序提供所需的各種物性數(shù)據(jù)允許用戶輸入自己的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成模擬系統(tǒng)所要求的形式當缺少化合物的物性時，可為用戶提供物性推算模型當用戶自己有實驗數(shù)據(jù)時，可以按要求的模型形式進行回歸，給出回歸模型的參數(shù)1/26/202426化工過程的數(shù)