化工过程的模拟与优化课件

化工过程的模拟与优亻0●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●0绪论●●>什么叫过程模拟?一般方法?过程模拟的用处?优点,限制?过程模拟的一些基本概念●●●●●●●●模拟的概念和一般方法●●0●●>模拟(simulation):利用一个更为方便、经济而性能相似的系统来模仿复杂系统的性能系统A:复杂,难预测;系统B:简单,操作特性与A相同物理模拟:系统A与B,性能相似,物理化学过程本质一样,仅规模尺寸不同数学模拟:系统A与B,物理过程本质不同,B为计算机B的数学方程可以描述化工过程A●●●●●●●●●●0"模拟”可以理解为“模仿”与“拟合”,是用计算机(软件)作为工具,去模仿一个过程(反应、精馏、吸收、萃取、换热、结晶等),根据用户所给过程的条件(温度、压力、流量、设备尺寸),对相应过程进行物料平衡、能量平衡、及相平衡、化学平衡的计算,从而预测过程中可能发生的现象,指导科研、设计、生产部门的工作≯过程可以是实际生产过程、实验过程、假想过程≯当前进行系统研究的普适化方法,生产操作的辅助具●●●●●●●●环境化学●●0105●●●供应链管理模拟的层次(三大层次)104〉管理业务过程(核心企业优化企业经营管理)〉化工过程模拟(核心制造工厂传一反,流程模拟工艺装置10-7-102m)分子模拟(核心:产品单元设备设计)三传一反NANO系统分子模拟10-0●●●●步骤●●●●●●0●●>1.提出问题(决定意义)2.寻找过程的已知规律,理论基础〉3.化工基础数据的收集整理(物性,单元操作,成本核算等)4.建立数学模型(最困难一环)减少变量和方程数目,忽略次要影响因素判定最合适模型〉5.选择解算方法6.编制程序7.求解〉8.整理结果,核对,验证模型是否正确●●●●>模型分类●●●●●●0●●>1.数学描述本质机理模型:基于物理-化学过程的本质和机理经验模型(黑箱模型):实测数据为基础>2.时间关系稳态模型,动态模型3.过程属性〉确定模型,模糊模型,随机模型>4.系统工程学白箱模型,黑箱模型,灰色模型5.过程对象的数学描述方法集中参数模型:参数的数值与空间位置无关分布参数模型:参数是空间位置的函数●●●●●●●●●●0●●2.数学模拟的用途及限制>用途1.化工开发过程(放大)〉特点:放大至工业化的速度越来越快;开发新工艺要求技术合理并达到最优化;提供信息全面完整实质:利用实验室获得的结果以及前人积累的对物理-化学规律的了解,建立一个描述过程的初级模型,然后通过与各种试验客队,不断修改数学模型,尽可能的把对木过程的正确理解都反映到数学模型中去,此模型即为放大过程的基础●●●●2.化工设计●●●●●●0流程方案的选择●●●设计基础:确定设计参数,固定设计参数值的确定,数学模型的选择等设计策略:对剩余设计变量进行初值选定以及确定合适的收敛方法工芑设计(核心)物料与热量衡算,工艺流股总揽,工艺流程图,工艺说明,热力学第二定律分析〉减少装置设计时间,提高工作效率,便于多方案评比,给出信息深入全面3.改进工厂生产操作〉在给定的限制内优化工艺条件,如:如何在规定的产品规格条件下,减少公用工程的使用量不设计设备改造,投资小,见效快4.过程控制5.规划和计划●●●●●●●●●●0●●限制1.数学模型的准确性和有效性取决于实测数