過程分析與合成

1、過程系統(tǒng)模擬的三類問題及三種基本方法專業(yè)：化學(xué)工程姓名： hh目錄2.2.1 過程系統(tǒng)模擬的三類問題2.2.2 過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法過程系統(tǒng)模擬的三類問題 化工過程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬與分析，就是對(duì)化工工藝流程系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與分析。模擬是對(duì)過程系統(tǒng)模型的求解。通過解決下述三類問題。（1）過程系統(tǒng)的模擬分析 對(duì)摸個(gè)給定的過程系統(tǒng)進(jìn)行模擬求解，可得出該系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量，從而可以對(duì)該過程系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，如圖所示2-6所示。圖2-6 過程系統(tǒng)的模擬分析過程系統(tǒng)模型參數(shù)決策變量狀態(tài)變量過程系統(tǒng)模擬的三類問題(2)過程系統(tǒng)設(shè)計(jì) 當(dāng)對(duì)摸個(gè)或默寫系統(tǒng)變量剔除設(shè)計(jì)規(guī)定要求時(shí)，通過調(diào)整某些決策變量是模擬結(jié)果使模

2、擬結(jié)果滿足設(shè)計(jì)規(guī)定要求，如圖2-7所示。過程系統(tǒng)模型參數(shù)決策變量狀態(tài)變量參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)規(guī)定否？調(diào)整圖2-7 過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)TF過程系統(tǒng)模擬的三類問題（3）過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 過程系統(tǒng)模型與最優(yōu)化模型聯(lián)解得到一組使工況目標(biāo)函數(shù)最佳的決策變量（優(yōu)化變量），從而實(shí)施最佳工況，如圖2-8所示。圖2-8 過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化過程系統(tǒng)模型參數(shù)決策變量狀態(tài)變量目標(biāo)函數(shù)模型參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果最優(yōu)否約束最優(yōu)化模型過程系統(tǒng)模擬的三類問題 比較上述三類問題可以看出，針對(duì)所要解決的問題的不同，其求解的復(fù)雜程度也不同。設(shè)計(jì)問題比模擬分析問題增加了一層迭代，因而求解起來要復(fù)雜一些。而最優(yōu)化問題不僅增加了循環(huán)迭代，還增加了目標(biāo)函數(shù)

3、模型和最優(yōu)化模型，使求解過程更加復(fù)雜。過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法序貫?zāi)K法(Sequential Modular Method)面向方程法(Equation Oriented Method)聯(lián)立模塊法(Simultaneously ModuIar Method)過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法1、基本構(gòu)成-模塊(子程序) 即是一些用以描述物性、單元操作以及系統(tǒng)其他功能的模型方程及求解算法組成。 依據(jù)單元模塊入口的物流信息，以及足夠的定義單元特性的信息，可以計(jì)算出單元出口物流的信息。過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法2、定義 按照由各種單元模塊組成的過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，序貫的對(duì)各單元模塊進(jìn)行計(jì)算，從而完成該過程系統(tǒng)的

4、模擬計(jì)算。過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法3、序貫?zāi)K法的優(yōu)點(diǎn)與實(shí)際過程的直觀聯(lián)系強(qiáng)；模擬系統(tǒng)軟件的建立、維護(hù)和擴(kuò)充都很方便，易于通用化；計(jì)算出錯(cuò)時(shí)易于診斷出錯(cuò)位置。過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法4、序貫?zāi)K法的缺點(diǎn)-計(jì)算效率低過程系統(tǒng)模擬的面向方程法1、定義 面向方程法又稱聯(lián)立方程法，是將描述整個(gè)過程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程式聯(lián)立求解，從而得出模擬計(jì)算結(jié)果。 可以根據(jù)問題的要求靈活地確定輸入、輸出變量，而不受實(shí)際物流和流程結(jié)構(gòu)的影響。過程系統(tǒng)模擬的面向方程法2、優(yōu)點(diǎn) 解算過程系統(tǒng)模型快速有效，對(duì)設(shè)計(jì)、優(yōu)化問題靈活方便，效率較高。過程系統(tǒng)模擬的面向方程法3、缺點(diǎn)形成通用軟件比較困難；不能利用現(xiàn)有大量豐富的單元模塊；要

5、求計(jì)算機(jī)內(nèi)存大；缺乏實(shí)際流程的直觀聯(lián)系；計(jì)算失敗之后難于診斷錯(cuò)誤所在；對(duì)初值的要求比較苛刻；計(jì)算技術(shù)難度較大等。過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法1、定義 將過程系統(tǒng)的近似模型方程與單元模塊交替求解。聯(lián)立模塊法又被稱作雙層法。 圖圖2-11圖圖2-12過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法2、優(yōu)點(diǎn)使用序貫?zāi)K法積累的大量模塊；可將流程收斂和設(shè)計(jì)約束收斂合并處理；只須求解各單元過程的外部變量，對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存要求減少。過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法3、缺點(diǎn)將嚴(yán)格模型轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)化模型，花費(fèi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)。求解優(yōu)化問題時(shí)，解的一致性發(fā)生矛盾。過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)代表軟件系統(tǒng)序貫?zāi)K法與工程師直觀經(jīng)驗(yàn)一致，便于學(xué)習(xí)使用；易于通用化，已積累了豐富的單元模塊；需要計(jì)算機(jī)內(nèi)存較小；有錯(cuò)誤易于診斷檢查再循環(huán)引起的迭代收斂很費(fèi)機(jī)時(shí)；進(jìn)行設(shè)計(jì)型計(jì)算時(shí)很費(fèi)機(jī)時(shí)；不宜用于最優(yōu)化計(jì)算PROCESS (美)CONCEPT(英)CAEPS(日)ASPEN（美）FLOWTRAN（美）面向方程法解算快；模擬型計(jì)算與設(shè)計(jì)型計(jì)算一樣；適合最優(yōu)化計(jì)算，效率高；便于與動(dòng)態(tài)模擬聯(lián)合實(shí)現(xiàn)；要求給定較好的初值，否則可能得不到解；計(jì)算失敗后診斷錯(cuò)誤所在困難；形成通用化程序有困難，故使用不方便；難以繼承已有的單元操作模塊ASCEND-（美）SPEEDUP(英)聯(lián)立模塊法可以利用前人開發(fā)的單元操作模塊；