第五講模型收斂技巧第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一主要內容1.全局收斂2.塔的收斂3.反應器收斂4.其他第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一1.全局收斂第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一收斂模塊設計規定、撕裂流和優化都有一個與之相關聯的收斂模塊。收斂模塊確定撕裂流或設計規定及優化的操作變量估值在迭代過程中如何更新。AspenPlus定義的收斂模塊的名字以字符“$.”開頭。用戶定義的收斂模塊的名字一定不要以字符“$.”開頭。要察看由AspenPlus定義的收斂模塊，請看ControlPanel（控制面板）信息中的“FlowsheetAnalysis（流程分析）”部分。用戶收斂模塊可在convergence/convergence下進行指定。第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一收斂模塊的類型不同類型的收斂模塊用作不同用途：要收斂撕裂流，請用:WEGSTEINDIRECTBROYDENNEWTON要收斂設計規定，請用:SECANTBROYDENNEWTON第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一收斂模塊的類型要收斂設計規定和撕裂流，請用:BROYDENNEWTON對于優化，請用:SQPCOMPLEX在Convergence/ConvOptions/Defaults窗體上可以規定全局的收斂選項。第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一流程順序要察看AspenPlus進行流程計算的流程順序，請看ControlPanel（控制面板）中或者ControlPanel（控制面板）左窗格中的“COMPUTATIONORDERFORTHEFLOWSHEET”部分。用戶規定的順序可在Convergence/Sequence窗體上進行規定。用戶規定的順序即可以是全部的計算順序也可以是局部的順序。第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一撕裂流哪些是可能的撕裂流?哪些是循環物流?撕裂流是AspenPlus給出其初始估值的一股物流，并且該估值在迭代過程中逐次更新，直到連續的兩個估值在規定的容差范圍內為止。撕裂流與循環物流是相關的，但又與循環物流不一樣。S1S2S3S6S4S7S5MIXERB1MIXERB2FSPLITB3FSPLITB4第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一撕裂流（續）要察看由AspenPlus選擇的撕裂流，請看ControlPanel（控制面板）中的“FlowsheetAnalysis（流程分析）”部分。用戶確定的撕裂流可在Convergence/

Tear

窗體上進行規定。為撕裂流提供估值可以促進或者加快流程收斂（極力推薦，否則缺省值為零）。如果你輸入了“回路”中的某個物流的信息，AspenPlus會自動把該物流選為撕裂流。第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一練習：收斂目的:收斂這個流程。(convergence.bkp)LIQVAPORFEED-HTFEEDBOTDISTBOT-COOLGLYCOL塔預熱器預閃蒸器T=165FP=15psia100lbmol/hrXH20=0.4XMethanol=0.3XEthanol=0.3Area=65sqftDP=0Q=0NSTAGES=10Mole-RR=5D:F=0.2FEEDSONSTAGE5P=1atmDV:D=0使用NRTL-RK物性方法T=70FP=35psia50lbmol/hrEthyleneGlycolC8.bkp循環量60t第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一練習：收斂（續）關于收斂練習的提示:需要回答的問題:控制面板上顯示了哪些信息?為什么有些模塊顯示出的流量為零?AspenPlus生成的流程執行順序是什么?AspenPlus選擇哪股物流做撕裂流?還有哪些其它可能的撕裂流?建議:給出撕裂流的初始估值。你可以選擇的三種可能的撕裂流中，你最了解哪一種？（注釋：如果你輸入了“回路”中某個物流的信息，AspenPlus會自動選擇該物流為撕裂流，并為之建立收斂模塊）第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一2.塔的收斂第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RCSTR全混流反應器采用試差法求解如下守恒方程：能量守恒方程質量守恒方程組分摩爾流量守恒方程

第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RadFrac收斂方法RadFrac模型為求解分離問題提供了多種收斂方法。每個收斂方法代表一種收斂算法和一個初始化方法?？捎玫氖諗糠椒ㄈ缦拢篠tandard（標準的，缺省的）Petroleum/Wide-Boiling（石油/寬沸程）Stronglynon-idealliquid（強非理想液體）Azeotropic（共沸的）Cryogenic（低溫的）Custom（自定義的）第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一方法 算法 初始化Standard Standard StandardPetroleum/Wide-boiling Sum-Rates StandardStronglynon-idealliquid Nonideal StandardAzeotropic Newton AzeotropicCryogenic Standard CryogenicCustom

任選其一 任選其一收斂方法（續）第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RadFrac收斂算法RadFrac

提供了四種收斂算法:Standard(有Absorber=Yes或No)Sum-Rates（流率求和）Nonideal（非理想的）Newton（牛頓）第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一標準算法Standard(缺省時,Absorber=No)算法:使用原始的I-O方法對大多數問題都很有效和快速在中間回路中求解設計規定對于求解寬沸程或高度非理想的混合物可能有困難第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一標準算法（續）當Absorber=Yes

時的Standard

算法:使用與古典的流率求和算法類似的修正方法只應用于吸收塔和汽提塔收斂迅速在中間回路中求解設計規定對于求解高度非理想的混合物可能有困難第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一流率求和算法Sum-Rates算法:使用與經典流率求和算法類似的修正方法可在求解塔描述方程的同時求解設計規定對于寬沸程混合物和帶有多個設計規定的問題非常有效和快速對高度非理想的混合物可能有困難第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一非理想算法Nonideal算法:在局部物性方法中包含組成依賴性使用連續收斂法在中間回路中求解設計規定對于非理想問題是很有效的第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一牛頓算法Newton算法:是Newton法的一個典型應用可以同時求解所有塔的描述方程用Powell

折線策略來穩定收斂能夠同時或在外部回路中求解設計規定能很好地處理非理想物系，并可在求解附近極好地收斂對共沸蒸餾塔推薦使用該算法第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一汽-液-液計算對于三相的汽-液-液體系可以使用Standard、Newton和Nonideal算法。在RadFrac/Setup/Configuration頁上，在ValidPhases

（有效相）域中選擇Vapor-Liquid-Liquid。Vapor-Liquid-Liquid

計算:嚴格地處理包括兩個液相的塔計算處理傾析器用下列方法求解設計規定：對Newton算法即可用同時（缺省的）回路方法也可用中間回路方法所有其它算法都用中間回路方法第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一收斂方法的選擇對于Vapor-Liquid（汽-液）體系，要首先用Standard收斂方法。如果Standard方法失敗，再用下列方法：如果該混合物的沸程非常寬則用Petroleum/WideBoiling方法。如果該塔是一個吸收塔或汽提塔，則用Custom方法，并在RadFrac/Convergence/Algorithm頁上將Absorber改為Yes。如果該混合物是高度非理想的，則用Stronglynon-idealliquid

（強非理想液體）方法。對于可能有多解的共沸蒸餾問題用Azeotropic方法。對于高度非理想體系也可以使用Azeotropic算法。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一收斂方法的選擇（續）對于Vapor-Liquid-Liquid（汽-液-液）體系:首先在RadFrac/Setup/Configuration

頁的ValidPhases

域中選擇Vapor-Liquid-Liquid，并使用Standard收斂方法。如果Standard法失敗，再試一下包含Nonideal或Newton算法的Custom方法。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RadFrac的初始化方法Standard是RadFrac模型的缺省初始化方法。該方法有下列功能:對合成進料執行閃蒸計算以得到平均的氣體和液體組成假定一個恒定的組成分布數據根據合成進料的泡點和露點溫度估算溫度分布數據第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一專用的初始化方法專用的初始化方法有四種。使用: 用于:Crude(粗的) 帶有多采出點塔的寬沸程體系Chemical(化學的)窄沸程化學體系Azeotropic(共沸的) 共沸蒸餾塔Cryogenic(低溫的) 低溫的應用

第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一估算RadFrac模型通常不要求溫度、流量和組成分布估值。下列情況要求估值:在出現收斂問題的情況下要求估算溫度作為第一個嘗試數據對寬沸程混合物的分離要求液體和/或氣體流量估值。對于高度非理想體系、極端寬沸程（例如，富氫的）體系、共沸蒸餾體系或汽-液-液體系要求組成估值。第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一PetroFracPetroFrac是專用于煉油的模塊，該模塊使用的收斂方法（Schubert）及初始化算法（Crude）都是預定好的專用于石油寬沸程混合物的方法，無需修改，該模塊不收斂時，可調整：

1.最大迭代次數-迭代次數不夠引發的不收斂

2.阻尼水平-收斂過程出現過度震蕩時可調整它來穩定收斂。阻尼水平分類：

NoneMildMediumSevere

阻尼水平越高，所需計算次數越多。第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一塔的收斂問題小結如果RadFrac沒收斂,做以下工作會有幫助:

1.檢查是否正確地規定了有關物性方面的問題(物性方法的選擇、參數有效性)。

2.確保塔操作條件是可行的。3.如果塔的err/tol

是一直減少的,在RadFracConvergenceBasic

頁上增加最大迭代次數。第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一塔的收斂問題小結（續）4.在模型調整階段給定回流比比給定回流量好收斂，給定冷卻器氣化分率比給定冷卻器的溫度好收斂。

5.如果是熱虹吸式再沸器，給定汽化分率比給定溫度好收斂。

6.對于吸收塔，定義塔收斂頁面的Absorber=yes將有助吸收塔收斂。第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一塔的收斂問題小結

(續)7. 在RadFrac/Estimates/Temperature

頁上提供一些塔板溫度的估值，在RadFrac/Estimates/Flow頁上提供一些塔板上汽液相負荷的估值，對模型收斂有利。8. 在RadFracSetupConfiguration

頁上嘗試不同的收斂方法

>> 當一個塔不收斂時,做了改變后重新初始化通常是有好處的。第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一3.反應器的收斂第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RCSTR計算質量平衡的運算法則（Broyden）計算快速但是不太穩定，當反應動力學高度非線性時，最好不要使用這個方法。

可通過減小阻尼參數來增加該算法的穩定性，不過，減小阻尼參數，需增加迭代次數。

該算法對初值的依賴性較大，只有較好的初值，使用該算法才能使模型很快收斂。

第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RCSTR質量平衡運算法則（Newton）該算法計算速度較慢但是很穩定，特別適用于快速反應和動力學非線性的情況。當在冪率動力學模型或LHHW（LangmuirHinshelwoodHougenWatson）動力學模型中定義平衡反應時，應使用Newton運算法則進行計算。第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RCSTR初始化算法可選擇：不使用積分初始化一直使用積分初始化只在最開始使用積分初始化

該處的初始化算法是一種變步長的Gear積分算法，對質量平衡、能量平衡方程從初值到穩態進行積分。對于反應物較多、反應速度較快、無中間產物的反應應使用積分初始化，有助于收斂。使用積分初始化將增加計算時間。第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RCSTRRCSTR縮放策略兩種縮放策略：

Component-scaling-單獨對每一個變量進行縮放

Substream-scaling-對所有變量使用相同的縮放因子如果選擇組分縮放策略，需定義最小縮放因子，以防將公差設置過小，引發過渡迭代，一般情況下，組分縮放策略比子物流縮放策略更加準確。

Broyden算法的默認縮放策略：component-scalingNewton算法的默認縮放策略：substream-scaling第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RCSTR控制面板診斷信息顯示

Block/blockoptions/diagnostics/onscreen

將顯示級別調整到7

如果反應器給定的是負荷而非溫度，且控制面板顯示閃蒸計算未收斂時，可調整最大溫度步長，將有助于閃蒸收斂。

為反應器出口附初值：將有助于反應器收斂

(例6：C6.bkp)

組分流量溫度第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RBATCH/RPLUGRBATCH和RPLUG均使用變步長的數值積分求解守恒方程的微分式，其求解速度及可靠性依賴于積分收斂公差。較小的收斂公差意味著較小的計算步長和較長的計算時間，不過模型精確度提高。第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RBATCH/RPLUG求解算法-Corrector

Direct：直接替代法

Newton：包含由擾動引發的斜坡變量一般情況下，Newton法更好一點，不過當變量數目較多時，使用Direct法可加快計算速度。第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一RBATCH/RPLUG縮放因子計算法-ErrorMethod

Static：縮放因子基于進料流股的狀態，一直是固定的