【正文】 置進(jìn)行分析， 在對(duì)過程進(jìn)行系統(tǒng)分析的同時(shí)，必需要對(duì) 單元、物料、能量利用情況 進(jìn)行分析。 具有 最優(yōu) 的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 〈 ２ 〉 理想的過程系統(tǒng) 具有最合適的 子系統(tǒng) 尋 求 化工過程系統(tǒng)的合成 混合 混 合 反 應(yīng) 分 離 分 離 分 離 Ａ +Ｂ +Ｃ Ｐ B+C +A+P Ｃ B Ｂ A+C A C 例： 某化工過程系統(tǒng)由Ｂ +Ｃ為原料生產(chǎn)Ａ，且副產(chǎn)Ｐ，其可能的過程流程一： 樹結(jié)構(gòu) 流程 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念 例： 某化工過程系統(tǒng)由Ｂ +Ｃ為原料生產(chǎn)Ａ，且副產(chǎn)Ｐ，其可能的過程流程二 ： 再循環(huán)結(jié)構(gòu) 流程 混 反 B+C +A+P 分 離 Ｃ Ｂ Ｐ Ａ Ｃ Ａ +Ｂ +Ｃ Ａ +Ｃ Ｂ 分 離 分 離 ? 由前例可知，過程系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)可有幾種選擇方案（備選方案）。 例： 由 糠醛 糠醇 可以有 氣相加氫法 高壓，但反應(yīng)迅速，副產(chǎn)物少。如何使系統(tǒng)最優(yōu)。 ? 即根據(jù)最基本的單元過程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上解決開發(fā)放大問題。 ? 在大規(guī)模連續(xù)化的工藝流程中，物料是以連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)在系統(tǒng)中被加工的，過程中的各種參數(shù)總是隨時(shí)間不斷變化的，因而穩(wěn)態(tài)是不存在的。 ASPEN的開發(fā)是針對(duì)以煤為原料解決能源工藝為背景的。 ? 最早引進(jìn)的模擬軟件是 1978年由丹麥引進(jìn)的 Gips，這是個(gè)合成氨工藝專用的流程模擬系統(tǒng)。既能使用序貫?zāi)K法積累的大量模塊 ， 又能將最費(fèi)計(jì)算時(shí)間的流程收斂和設(shè)計(jì)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(shí)收斂 狀態(tài)變量圖２－６　聯(lián)立模塊法（雙層法）開　始賦　初　值嚴(yán) 　 格 　 模 　 型收　斂　否？結(jié)　束簡(jiǎn)化模型參數(shù)簡(jiǎn) 　 化 　 模 　 型 狀態(tài)變量圖２－６　聯(lián)立模塊法（雙層法）開　始賦　初　值嚴(yán) 　 格 　 模 　 型收　斂　否？結(jié)　束簡(jiǎn)化模型參數(shù)簡(jiǎn) 　 化 　 模 　 型優(yōu)化計(jì)算流程設(shè)計(jì)單元１２３４計(jì)算計(jì)算計(jì)算物性計(jì)算圖 聯(lián)立法的迭代循環(huán)圈 優(yōu)化計(jì)算流程設(shè)計(jì)單元１２３４計(jì)算計(jì)算計(jì)算物性計(jì)算圖 聯(lián)立法的迭代循環(huán)圈過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬三種方法的比較 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；再循環(huán)引起的收斂迭代很費(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；PR O C ES S （美）C O N C E PT （英）C A PE S （日）A S PE N （美）F L O WTR A N （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有，故使用不便；難以繼承已有的單元操作模塊。 （ 2）分析非正常操作條件下的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于這些過程的分析都要進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。 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 缺點(diǎn)： 計(jì)算效率較低，尤其是解決設(shè)計(jì)和優(yōu)化問題時(shí)計(jì)算效率更低 優(yōu)化計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)定計(jì)算流程計(jì)算過程單 元計(jì)算物性計(jì)算圖2 4 序貫?zāi)K法的迭代循環(huán)圈過程系統(tǒng)模擬的面向方程法 ? EOM又稱聯(lián)立方程法 ， 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 ， 面向方程法可以根據(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 ? EOM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 。 ? 國(guó)內(nèi)向市場(chǎng)推出的商品軟件 ECSS(Engineering Chemical Simulation System)是青島化工學(xué)院開發(fā)的化工流程模擬系統(tǒng)。 ? 代表性的系統(tǒng)有： ? 美國(guó)公司開發(fā)的 FLOWTRAN、 ? 美國(guó) Braun公司開發(fā)的 PFl0(Process Flow)、 ? 日本干代田工程公司開發(fā)的 CAPES(Computer Aided Process Engineering System)等。 特性： （ 1） 系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間變化， 建模容易。同時(shí)出現(xiàn)了建立數(shù)學(xué)模型的模擬放大法。 ? ③ 分離序列綜合： 以５組元、均相混合液的分離為例 找出最優(yōu)的分離序列 設(shè)計(jì)者需解決 的問題 對(duì)最優(yōu)分離序列中的單 個(gè)分離器找出最優(yōu)設(shè)計(jì) 參數(shù) 不同的兩種分離序列方案：哪個(gè)好，需找出判別方法。 ? 化工過程系統(tǒng)合成包括有 ： ? 反應(yīng)路徑合成 ? 換熱網(wǎng)絡(luò)合成 ? 分離序列合成 ? 過程控制系統(tǒng)合成 ? 特別是要解決由各個(gè)單元過程合成總體過程系統(tǒng)的任務(wù)。 ? 建摸時(shí)要吸取前次擴(kuò)建的經(jīng)驗(yàn) ? 這是一個(gè)大系統(tǒng)的多目標(biāo) 合成 問題，是一個(gè)按既定多目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)的系統(tǒng)合成問題 。 為完成上述任務(wù)，大致包括兩個(gè)方面的工作 : 化工過程系統(tǒng)的 分析 化工過程系統(tǒng)的 合成 ? 化工過程分析 ：對(duì)過程系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制、影響因素、過程模型的數(shù)學(xué)描述、目標(biāo)函數(shù)的建立、優(yōu)惠工況下的最佳操作參數(shù)等進(jìn)行分析。 ? 系統(tǒng)工程學(xué) 又名： 工程學(xué)的方法論 ? 研究對(duì)象：各個(gè)不同的系統(tǒng) ? 化工過程系統(tǒng)工程 ? 以 系統(tǒng)工程學(xué)為基礎(chǔ) ， ? 把 社會(huì)問題作為研究對(duì)象 的學(xué)科稱為 社會(huì)系統(tǒng)工程學(xué) 。 ? 起源 :該學(xué)科 最初發(fā)源于美國(guó) ，由于二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)需要在有限的時(shí)間、空間和運(yùn)力條件下安排達(dá)到最大的運(yùn)送量。 ? 優(yōu)點(diǎn) ：可以大大的節(jié)省硬件成本，便于同時(shí)分析各個(gè)控制回路的信息，為實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了條件。主要是對(duì)物料流溫度、壓力、流量、液位、組成等操作參數(shù)的調(diào)節(jié)。 ? 換熱網(wǎng)絡(luò)： 滿足這種換熱要求的熱量或冷量，可以來自流程中的工藝物料流或是來自公用工程，構(gòu)成換熱網(wǎng)絡(luò)。 51 ?① 建立方框圖 ?② 考慮信息相關(guān)性 ?③ 考慮準(zhǔn)確性 ?④ 考慮結(jié)集性 52 ?① 明確建模的目的和要求； ?②對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一般語(yǔ)言描述； ?③弄清系統(tǒng)中的主要因素及其相互關(guān)系； ?④確定模型的結(jié)構(gòu)； ?⑤估計(jì)模型的參數(shù)； ?⑥實(shí)驗(yàn)研究； ?⑦必要修改 。 50 ?概念模型： 通過人們的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和直覺形成的。模型應(yīng)反映出系統(tǒng)的主要組成部分、各部分之間的相互關(guān)系，以及在運(yùn)用條件下的因果作用及相互關(guān)系。 煙囪 例：發(fā)電廠環(huán)境工程系統(tǒng)分析 鍋爐 除塵器 煤 目的：模擬煙囪排放的煙塵和 SO2，據(jù)此提出最佳治理方案。 33 系統(tǒng)分析的要素 （ 1）問題 （ 2）目的及目標(biāo) （ 3）方案 （ 4）模型 （ 5