化工過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬與分析技術(shù)講義-全文預(yù)覽
【正文】 已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的吸附分離技術(shù)? 其基本原理是利用平衡吸附量隨著壓力的提高而增加的規(guī)律，人為地使吸附塔的操作壓力周期性變化，加壓階段，流體混合物中的易吸附組分被吸附在吸附劑表面上，從而與難吸附組分分離開(kāi)，難吸附組分則從吸附塔流出來(lái)；在減壓階段，被吸附組分從吸附劑上解吸出來(lái)；經(jīng)過(guò)吹掃再生即可用于下一個(gè)循環(huán)。因此，精餾塔數(shù)學(xué)模型的處理方法和計(jì)算策略歷來(lái)是從事過(guò)程模擬研究的人十分關(guān)注的，比較有效的計(jì)算方法也很多 開(kāi)工過(guò)程模擬與分析開(kāi)工過(guò)程模擬與分析 假設(shè)給定了 MD、 Mn、 MF、 MB和 XD、 Xn、 XF和 XB的初始值，并且 F、 Q為已知? 要求：要求： 考察在全回流 (D＝ 0)和不采出塔底殘液（ B＝ 0）的條件下，開(kāi)工過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性。塔板溫度的計(jì)算塔板溫度的計(jì)算? 多組分混合物任一組分兩相平衡的條件應(yīng)當(dāng)寫(xiě)成：其中 i表示組分代號(hào)， n與前述相同，表示塔板序號(hào)。? 在這些過(guò)程中，通常每一級(jí)都可用一相似的一階或二階微分議程來(lái)表示，尤其當(dāng)這些方程式的系數(shù)矩陣呈雙或三對(duì)角線形式排列時(shí)，它的特征解可用解析法求得，求解時(shí)可用有限差分和差分微分法? 本節(jié)以二元板式精餾塔作為研究對(duì)象，討論怎樣利用多級(jí)集中參數(shù)模型對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行模擬與分析。這時(shí)，只有一個(gè)著眼組分，設(shè)為 A? 對(duì)于任意給定的某一初始條件（ 3－ 28），利用龍格－庫(kù)塔或其它適當(dāng)?shù)那蠼獬Ｎ⒎址匠探M初值問(wèn)題的方法，可以得到式（ 3－ 26）、（ 3－ 27）的數(shù)值解：t 0 t1 t2 ．．． tL．．． t?CA CA,0 CA,1 CA,2 ．．． CA,L．．． CA,sT T0 T1 T2．．． TL．．． Ts其中 下標(biāo) S表示定常態(tài)（表示定常態(tài)（ Steady State））? 將 CA和 T的瞬時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)注在相平面上并連成標(biāo)注了運(yùn)動(dòng)方向的光滑曲線就得到一條相軌線。? 如果在給定的定態(tài)近旁，模型常微分方程組的雅可必矩陣的所有特征值都具有負(fù)實(shí)部，則該定常態(tài)是漸近穩(wěn)定的。如果有多重根，就意味著系統(tǒng)有可能出現(xiàn)多重定態(tài)? 即，在設(shè)計(jì)參數(shù)（像 V、 A等）、物性參數(shù)（ ?、 Cp等）和操作參數(shù)（ F， Ci,f,Tf等）都不變的情況下，我們可以看到不只一個(gè)定常狀態(tài)? 至于實(shí)際上看到的是哪一個(gè)定態(tài)，取決于開(kāi)工條件定態(tài)的局部穩(wěn)定性定態(tài)的局部穩(wěn)定性? 定態(tài)操作只是一種理想的操作狀態(tài)。 應(yīng)用應(yīng)用 1― 開(kāi)工過(guò)程分析開(kāi)工過(guò)程分析? 計(jì)算開(kāi)工過(guò)程所需要的時(shí)間計(jì)算開(kāi)工過(guò)程所需要的時(shí)間 ：： 從給定的初始條件出發(fā)，求模型的數(shù)值解，求取直至狀態(tài)變量的每一個(gè)分量 Ci、 T接近定常值所需要的時(shí)間，就是近似的開(kāi)工時(shí)間? 研究初始條件對(duì)開(kāi)工過(guò)程的影響：研究初始條件對(duì)開(kāi)工過(guò)程的影響： 改變不同的初始條件，通過(guò)數(shù)值分析考察初始條件（開(kāi)工條件）的不同對(duì)開(kāi)工時(shí)間的影響，了解在開(kāi)工過(guò)程中系統(tǒng)狀態(tài)變化的經(jīng)歷與初始條件的相互關(guān)系，從而可以幫助制訂適當(dāng)?shù)拈_(kāi)工方案，達(dá)到既縮短開(kāi)工時(shí)間，又不致使開(kāi)工過(guò)程出現(xiàn)某些工藝上不允許的溫度和濃度 應(yīng)用應(yīng)用 2― 動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)字仿真動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)字仿真? 在控制系統(tǒng)合成過(guò)程中，了解被控制對(duì)象的輸入輸出關(guān)系是最基本的需要。++ HINT? 運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程課程中關(guān)于化學(xué)反應(yīng)計(jì)量學(xué)的知識(shí)，還可以對(duì)上述模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。? 通常假定反應(yīng)罐內(nèi)處于分子級(jí)理想混合，且為液相均相反應(yīng)，因此可以認(rèn)為反應(yīng)混合物的 溫度 和 組成 在反應(yīng)區(qū)里是均勻的，? 進(jìn)一步假定反應(yīng)區(qū)的 容積 不隨時(shí)間變化，則加料與排料的流量也可以認(rèn)為是近似相等的，即Fin ＝ Fout=F。? 積分，并利用初始條件 t=0時(shí)， V＝ V0，可以得出：? 其中， B為積分常數(shù)。 設(shè)攪拌罐的橫截面積為 A，排液量與罐中料液的高度成正比關(guān)系，即： Fo＝ k? 歸結(jié)為動(dòng)態(tài)微分方程（組）的定性分析，對(duì)應(yīng)于現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)中非?；钴S的一個(gè)分支 — 非線性分析或非線性現(xiàn)象與復(fù)雜性分析。? 參數(shù)估計(jì)就是尋找 181。? 最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)被定義為在 M個(gè)離散時(shí)刻狀態(tài)變量的采集值與模型計(jì)算值偏差的平方和。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(shí)刻的離散數(shù)據(jù) 。? 對(duì)信息的處理響應(yīng)速度快，自適應(yīng)性強(qiáng)，具有自學(xué)習(xí)能力等，在過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬與控制方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 確定性動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)處理確定性動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)處理? 正問(wèn)題 — 模型方程組的求解? 逆問(wèn)題 — 模型參數(shù)的估計(jì)? 過(guò)程系統(tǒng)的定性分析正問(wèn)題正問(wèn)題 —— 模型方程組的求解模型方程組的求解? 所有的參數(shù)（包括設(shè)計(jì)、物性、傳遞和操作參數(shù)等）都已給定，利用模型來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)分布及其在時(shí)間域的運(yùn)動(dòng)（變化）情況。?根據(jù)對(duì)過(guò)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(shù)模型 分布參數(shù)模型 多級(jí)集中參數(shù)模型?根據(jù)建立模型的不同方法： 統(tǒng)計(jì)模型 確定性模型 介于兩者之間的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍Ｐ偷姆诸惸Ｐ偷姆诸?
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