化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析技術講義(已修改)
2025-01-06 21:27 本頁面
【正文】 第三章 化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析 化工過程系統(tǒng)的動態(tài)模型 化工過程系統(tǒng)的動態(tài)特性 化工過程系統(tǒng)的動態(tài)模型 確定性動態(tài)模型的數學處理 連續(xù)攪拌罐反應器的動態(tài)特性 動態(tài)數學模型 模型的數學處理與應用（ Ⅰ ） 模型的數學處理與應用（ Ⅱ ） 精餾塔的動態(tài)特性 動態(tài)數學模型 模型的數學處理與應用 變壓吸附過程的模擬與分析 化工過程系統(tǒng)的動態(tài)模型 化工過程系統(tǒng)的動態(tài)特性? 動態(tài)特性是化工過程系統(tǒng)最基本的特性之一。 間歇過程、連續(xù)過程的開停工、 連續(xù)過程本征參數依時變化、 控制系統(tǒng)的合成、過程系統(tǒng)局部與全局特性分析 利用人為非定常態(tài)操作來強化過程系統(tǒng)性能和實現技術目標等? 動態(tài)特性還可以用于辨識某些系統(tǒng)的結構、過程的機理和估計描述系統(tǒng)性能的模型參數，甚至作為診斷過程系統(tǒng)運行故障的手段精細化學品生產中 : 間歇蒸餾、間歇反應、半連續(xù)反應；連續(xù)過程的開、停工階段 。某些連續(xù)過程， 由于催化劑迅速失活或者催化劑在系統(tǒng)內循環(huán)的過程中次第經過處于不同操作條件的區(qū)域，如循環(huán)流化床催化反應器中的過程和催化劑迅速失活的固定床催化反應器中的過程 ；非線性過程系統(tǒng)的操作、設計和控制等工程實際問題，定態(tài)多重性、定態(tài)穩(wěn)定性、參數敏感性等系統(tǒng)定性分析的內容；諸如間歇過程的優(yōu)化、變壓吸附、變溫吸附、化學反應器強制周期操作等人為非定態(tài)操作技術的發(fā)展 。 化工過程系統(tǒng)的動態(tài)模型解決上述問題，最核心、最本質的知識，是如何科學地描述過程系統(tǒng)動態(tài)特性的規(guī)律，這意味著必需選擇或者建立一種既能反映過程系統(tǒng)本質特性，又相對簡單明了的數學模型。?模型化模型化 (Modeling)是現代化學工程方法論的重要組是現代化學工程方法論的重要組成部分，尤其是過程動態(tài)學的核心。成部分，尤其是過程動態(tài)學的核心。?根據對過程系統(tǒng)中狀態(tài)變量分布特征的不同描述方式： 集中參數模型 分布參數模型 多級集中參數模型?根據建立模型的不同方法： 統(tǒng)計模型 確定性模型 介于兩者之間的半經驗模型模型的分類模型的分類根據對過程系統(tǒng)中狀態(tài)變量分布特征的不同根據對過程系統(tǒng)中狀態(tài)變量分布特征的不同描述方式描述方式? 集中參數模型集中參數模型狀態(tài)變量在系統(tǒng)中呈空間均勻分布 （ 強烈攪拌的反應罐 ）? 分布參數模型分布參數模型狀態(tài)變量在系統(tǒng)內呈非均勻，但一般是連續(xù)的空間分布（管式反應器）? 多級集中參數模型多級集中參數模型? 一般用于描述多級串連、級內狀態(tài)變量均勻分布的過程 （板式塔內的傳質分離過程）根據建立模型的不同方法根據建立模型的不同方法? 統(tǒng)計模型（經驗模型）統(tǒng)計模型（經驗模型） 由統(tǒng)計、關聯(lián)輸入輸出數據而得，表達方式簡單，只需少量計算就能得到結果 弱點 :不能或者可以略作小范圍的外推? 確定性模型（機理模型）確定性模型（機理模型） 通過對系統(tǒng)或者系統(tǒng)內某個微元，列出質量、能量和動量守恒關系式，系統(tǒng)（或微元）內外質量、能量和動量交換速率系數計算式，相關的相平衡關系，化學反應速率表達式和化學反應平衡常數計算式。 處理的是更一般的情況，模型普遍適用性更強。? 化工過程系統(tǒng)確定性動態(tài)模型的數學表達形式人工智能技術人工智能技術? 人工智能技術推動了過程系統(tǒng)模型描述和性能模擬方法的進步。? 突出反映在人工神經網絡技術在過程系統(tǒng)性能模擬方面的應用。? 對信息的處理響應速度快，自適應性強，具有自學習能力等，在過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與控制方面有獨特的優(yōu)勢 確定性動態(tài)模型的數學處理確定性動態(tài)模型的數學處理? 正問題 — 模型方程組的求解? 逆問題 — 模型參數的估計? 過程系統(tǒng)的定性分析正問題正問題 —— 模型方程組的求解模型方程組的求解? 所有的參數（包括設計、物性、傳遞和操作參數等）都已給定，利用模型來預測系統(tǒng)的狀態(tài)分布及其在時間域的運動（變化）情況。 預測給定操作條件下系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)的操作性能進行模擬； 考察某些模型參數的變化對系統(tǒng)性能的影響，系統(tǒng)的參變性能分析； 在控制系統(tǒng)設計中利用模型來幫助 “發(fā)生 ”系統(tǒng)的輸入— 輸出關系逆問題 — 模型參數的估計? 已經從實驗裝置或生產裝置上采集到在非定常條件下系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時間變化的信息，要求從中估計出描述這一非定常態(tài)過程的模型中某些未知參數的數值 已知狀態(tài)在時間域的運動情況，要求估計模型參數。例：例： 對 CSTR的開工過程其中 u、 u0 分別代表任一時刻和起始時刻的狀態(tài)向量， μ 代表未知而且待估計的參數向量。? 模型參數估計就是為了確定參數向量 181。的最優(yōu)值，使限制下的解最大限度地逼近已采集到的狀態(tài)變量在不同時刻的離散數據 。其中 F稱為最優(yōu)化的目標函數，或評價函數。 udi,j代表第 i個狀態(tài)變量在 j時刻的采集數據。 uci,j代表第 i個狀態(tài)變量在 j時刻的模型計算值，即在
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