化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬研討-全文預(yù)覽
【正文】 e4 e5 e6 e7111 2 3 456789 10e1 e385e2 e3 e4 e52 3 46 1 25e1 e2 e3e6 e71110e4 e547一、系統(tǒng)分隔的升冪法（略）通過對鄰接矩陣的逐次升冪、布爾運(yùn)算、變換，最后達(dá)到不可再分塊識別的目的。2)若找不到這樣的環(huán)路 ,則 ei單獨(dú)構(gòu)成一個獨(dú)立求解的整體 (不可再分塊 )。環(huán)路： 中間節(jié)點(diǎn)只通過一次的回路。252。 相互連接的圖： 圖中任意一對節(jié)點(diǎn)均可由路來連接。252。252。在有向圖中，射入一個結(jié)點(diǎn)的邊的數(shù)目稱為該結(jié)點(diǎn)的 入度 ，由一個結(jié)點(diǎn)射出的邊數(shù)稱為該結(jié)點(diǎn)的 出度 ，而結(jié)點(diǎn)的入度和出度之和為該結(jié)點(diǎn)的 度數(shù) 。B、圖的種類可分為 無向圖 和 有向圖 兩類。A、圖： 一定邏輯關(guān)系的一種特定表示形式， 是對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、拓?fù)潢P(guān)系的一種數(shù)學(xué)抽象。結(jié)構(gòu)單元也稱為 結(jié)點(diǎn) ，可以是一個單元設(shè)備，也可以是一個虛擬單元。 將一個聯(lián)立求解非線性方程組的高維數(shù)學(xué)問題變成一系列維數(shù)相對數(shù)較低的問題進(jìn)行求解，從而有效降低系統(tǒng)模擬求解的難度。 B、系統(tǒng)的分隔利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行必須聯(lián)立求解子系統(tǒng)的識別，將整個系統(tǒng)分隔成若干個相對獨(dú)立的整體 —— 不可再分塊，并確定各個不可再分塊的計算順序。l聯(lián)立模塊法 又稱雙層法，將過程系統(tǒng)的近似模型方程與單元模塊交替求解。計算效率較低，尤其是解決設(shè)計和優(yōu)化問題時計算效率更低。過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：252。n 但是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有循環(huán)流股時，某些設(shè)備的輸入流股來自流程后面的設(shè)備，是未知的，這些設(shè)備就無法單獨(dú)求解。lSMM的基本部分是模塊（子程序），用以描述物性、單元操作以及系統(tǒng)其它功能。n化工過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) —— 常表示為化工生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程圖。l優(yōu)化方法庫： 系統(tǒng)模擬需要進(jìn)行優(yōu)化時，提供優(yōu)化計算方法。 過程系統(tǒng)模擬的基本結(jié)構(gòu)單元過程模塊物性數(shù)據(jù)庫熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫計算方法庫經(jīng)濟(jì)分析模塊優(yōu)化方法庫輸入模塊輸出模塊管理系統(tǒng)執(zhí)行模塊n 輸入模塊： 提供模擬計算中所需的所有信息，包括過程系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。過程系統(tǒng)設(shè)計過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化采用一能反映研究對象本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，與原型具有客觀一致性，且可再現(xiàn)原型發(fā)生的本質(zhì)過程和特性的模型，來進(jìn)行研究和設(shè)計原型過程的方法。例 5乙醇在反應(yīng)器中通過發(fā)酵而得到，在這個理想流程中，通過發(fā)酵可以將 2kg的谷物轉(zhuǎn)化為 1kg 水和 1kg乙醇，進(jìn)料流率為100kg/s，含谷物 20%(wt) ，水 80% (wt) 。物料衡算關(guān)系 :相平衡關(guān)系 : 組分衡算關(guān)系 :熱量衡算關(guān)系 :F1= F2+ F3x2 = Kx3F1x1= F2x2+ F3x3H1F1+Q= H 2 F2+H3F3將上例中加入如下要求：必須使乙醇回收率達(dá)到 99% ，另外，產(chǎn)品中必須含 50% 的乙醇?；み^程分析與合成Analysis and Synthesis of Chemical Process 第二章 化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析Chapter2 Steadystate Simulation and Analysis of CPS2In [學(xué)習(xí)目的 ]n 掌握圖的分隔、切斷和排序；n 掌握序貫?zāi)K法、聯(lián)立方程法、聯(lián)立模塊法及其不同點(diǎn)；n 了解圖論的基本概念；n 了解圖的數(shù)學(xué)表達(dá)；n 了解常見的經(jīng)典序貫?zāi)K方法。例 1 發(fā)酵液流率 =50 kg/min，其中含 97%(wt) 的水和 3%(wt)的乙醇。例 4再進(jìn)一步要求乙醇的回收率也必須達(dá)到 90% ，即，對廢液中乙醇的濃度提出了要求。模擬是對過程系統(tǒng)模型的求解 :用 EXCEL求解此問題 過程系統(tǒng)模擬的概念及基本任務(wù)所謂 模擬 即是對過程系統(tǒng)模型進(jìn)行求解，通過對這種求解可解決第 1章緒論中所提到的三類問題，即：優(yōu)化模擬設(shè)計過程系統(tǒng)的模擬分析對某個給定的過程系統(tǒng)模型進(jìn)行模擬求解，可得出該系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量，從而可以對該過程系統(tǒng)進(jìn)行工況分析。本章僅針對 模擬與設(shè)計 。l單元過程模塊： 根據(jù)輸入流股及單元結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)行物料及能量衡算，獲得所有輸出流股的信息（如換熱器、精餾塔）。l輸出模塊： 按照過程單元或流股輸出用戶所需的中間結(jié)果及最終結(jié)果等。lSMM按照由各種單元模塊組成的過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，序貫的對各單元模塊進(jìn)行計算，從而完成該過程系統(tǒng)模擬計算。n 對于開環(huán)系統(tǒng)（即不含循環(huán)流股的系統(tǒng)），完全可以根據(jù)系統(tǒng)的輸入流股，從系統(tǒng)輸入開始，按流程方向依次逐個計算對設(shè)備進(jìn)行順序計算。對于上例，求解順序?yàn)閧1}——{2 ， 3}——{{4 ， 5}， 6}——{7} 。252。既能使用序貫?zāi)K法積累的大量模塊，又能將最費(fèi)計算時間的流程收斂和設(shè)計約束收斂等迭代循環(huán)合并處理，通過聯(lián)立求解達(dá)到同時收斂。 過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析步驟 A、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述 對化工流程圖作適當(dāng)?shù)臍w納和簡化，將其變成又結(jié)點(diǎn)和邊組成的流程拓?fù)鋱D，并以矩陣的形式描述圖中的結(jié)構(gòu)信息。 流程 圖 矩陣表格結(jié)構(gòu)描述搜索環(huán)路 環(huán)路不可再分塊分割切斷 塊內(nèi)排序切斷塊間排序計算次序可執(zhí)行程序建立計算次序系統(tǒng)降階 ! 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的過程 是系統(tǒng)模擬使聯(lián)立求解的變量數(shù)逐步降低的過程，因此結(jié)構(gòu)分析也稱 系統(tǒng)分解 。一、 圖論的基本概念化工過程系統(tǒng)的工藝流程圖如何轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)單元圖？1 2 3456789氨合成過程的系統(tǒng)工藝流程簡圖 結(jié)構(gòu)單元圖 由 結(jié)構(gòu)單元 與 流股 構(gòu)成。n對代表 物料流和能量流的流股 分別進(jìn)行編號，在結(jié)構(gòu)單元圖中
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