化工過程分析與合成Ch模板第1頁/共27頁化工系統的定常態模擬與分析2.1過程系統模擬的三種基本方法2.2過程系統模擬的序貫模塊法2.3過程系統模擬的面向方程法2.4過程系統模擬的聯立模塊法2.5氨合成工藝流程的模擬與分析第2頁/共27頁化工系統的定常態模擬與分析關鍵詞：化工系統、定常態、模擬、分析重點：序貫模塊法、面向方程法和聯立模塊法的思想、方法學時：8第3頁/共27頁發酵液的分離問題多效蒸發器發酵液水乙醇廢液水乙醇廢液水乙醇產品水乙醇第4頁/共27頁發酵液流率=50kg/min，其中含97%(wt)的水和3%(wt)的乙醇。建立蒸發器的模型：計算產品和廢液的總流率，同時計算產品和廢液中水和乙醇的流率第5頁/共27頁第6頁/共27頁平衡閃蒸單元模型第7頁/共27頁例2將上例中加入如下要求，必須使乙醇回收率達到99%，另外，產品中必須含50%的乙醇。計算產品和廢液的總流率，同時計算產品和廢液中水和乙醇的流率第8頁/共27頁例3要求進一步提高產品中的乙醇含量，達到90%Flash1Flash2Flash312345678第9頁/共27頁例4再進一步要求乙醇的回收率也必須達到90%，即，對廢液中乙醇的濃度提出了要求Flash1Flash2Flash312345768第10頁/共27頁例5乙醇在反應器中通過發酵而得到，在這個理想流程中，通過發酵可以將2kg的谷物轉化為1kg水和1kg乙醇進料流率為100kg/min,含谷物20%(wt),水80%(wt)。反應器效率為0.25發酵產物經過濾后，在漿液中，每10kg的谷物中仍含1kg的水/乙醇溶液5%(wt)的漿液排放掉第11頁/共27頁發酵反應器過濾器排放含谷物、乙醇、水采出乙醇、水循環流含谷物、乙醇、水進料100kg/s谷物（20%）水（80%）1234567用EXCEL求解此問題第12頁/共27頁模擬是對過程系統模型的求解過程系統的模擬分析

對某個給定的過程系統模型進行模擬求解，可得出該系統的全部狀態變量，從而可以對該過程系統進行工況分析P11第13頁/共27頁過程系統的模擬分析P11第14頁/共27頁過程系統設計P11第15頁/共27頁過程系統參數優化P12第16頁/共27頁過程系統模擬的三種基本方法序貫模塊法（SequentialModularMethod）面向方程法（EquationOrientedMethod）聯立模塊法（SimultaneouslyModularMethod）P12第17頁/共27頁過程系統模擬的序貫模塊法SMM的基本部分是模塊（子程序），用以描述物性、單元操作以及系統其它功能。SMM對過程系統的模擬以單元模塊的模擬計算為基礎。SMM按照由各種單元模塊組成的過程系統的結構，序貫的對各單元模塊進行計算，從而完成該過程系統模擬計算。P12第18頁/共27頁

優點：與實際過程的直觀聯系強模擬系統軟件的建立、維護和擴充都很方便，易通用化計算出錯時易于診斷出錯位置

缺點：計算效率較低，尤其是解決設計和優化問題時計算效率更低P12第19頁/共27頁P12第20頁/共27頁過程系統模擬的面向方程法EOM又稱聯立方程法，將描述整個過程系統的數學方程式聯立求解，從而得出模擬計算結果EOM解算快速有效，對設計、優化問題靈活方便。效率較高EOM的形成通用軟件比較困難；不能利用現有大量豐富的單元模塊；缺乏實際流程的直觀聯系；計算失敗之后難于診斷錯誤所在；對初值的要求比較苛刻；計算技術難度較大P13第21頁/共27頁P13第22頁/共27頁過程系統模擬的聯立模塊法聯立模塊法又稱雙層法，將過程系統的近似模型方程與單元模塊交替求解聯立模塊法兼有序貫模塊法和面向方程法的優點。既能使用序貫模塊法積累的大量模塊，又能將最費計算時間的流程收斂和設計約束收斂等迭代循環合并處理，通過聯立求解達到同時收斂P13第23頁