化工过程分析与合成作业.docx
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化工过程分析与合成作业
化工历程阐发与合成
（三级闪蒸的模拟）
组员：
0815010115尹小莉
0815010114杨秋静
0815010113张志莉
0815010119罗浩
0815010130李家翔
0815010131杜秦
一、序贯模块法简介：
1.序贯模块法的根本原理
序贯模块法的底子是单位模块（子步伐），通常单位模块与历程单位是一一对应的。
历程单位的输入物流变量即为单位模块的输入，单位模块的输出即为历程单位的输出物流变量，单位模块是依据相应历程单位的数学模型和求解算法体例而成的子步伐。
单位模块具有单向性特点，给定其输入物流变量及参数可盘算出相应的输出物流变量，但不能由输出变量盘算输入变量，也不能由输入、输出变量盘算模块参数。
2.序贯模块法的根本思想
从系统入口物流开始，经过担当该物流变量的单位模块的盘算得到输出物流变量，这个输出物流变量就是下一个相邻单位的输入物流变量。
依次逐个的盘算历程系统中的各个单位，最终盘算出系统的输出物流。
3.序贯模块法的优点：
与实际历程的直观联系强；模拟系统软件的创建、维护和扩充都很方便，易于通用化；盘算堕落时易于诊断堕落位置。
其主要缺点是盘算效率较低，尤其是解决设计和优化问题时盘算效率更低。
盘算效率低是由于序贯模块法自己的特点所决定的。
对付单位模块来说，信息的流动偏向是牢固的，只能凭据模块的输入物流信息盘算输出物流信息，并且在进行系统模拟历程中，对物料、单位模块盘算、断裂物流收敛盘算等，将进行三重嵌套迭代。
虽然如此，序贯模块法仍不失为一种优秀的要领。
但在处置惩罚历程中设计和优化问题时，由于其循环迭代嵌套甚至可高达五层，以至其求解效率就太低了。
二、三级闪蒸模拟
1、三级闪蒸历程如下图：
图1
图中入料流量为453.6mol/h，入料组成为丁烷30%，戊烷40%,己烷30%。
入料温度为121.1℃，压力位1723.7kPa。
三个闪蒸器的压力均为709.5kPa。
当闪蒸器温度分别为以下值时
（1）闪蒸器1:
106.9℃
闪蒸器2:
98.9℃
闪蒸器3:
114℃
（2）闪蒸器1:
107.2℃
闪蒸器2:
94.0℃
闪蒸器3:
119.2℃
分别用直接迭代法和阻尼直接迭代法盘算气相和液相产物的流量和组成。
阻尼因子分别取值为0.5,0.3，-0.2，-0.3，-0.7，-0.9。
依据闪蒸条件设该闪蒸历程为理想体系，三个闪蒸器均为等温闪蒸历程，建成相应的单位模块并将图1绘成图2的三级闪蒸历程模拟模块流程。
按图2所示的模拟流程，对俩组闪蒸条件进行模拟盘算
三级闪蒸历程
图2
a.
流量/（kmol/h）组分
流股
丁烷
戊烷
己烷
气相产物
液相产物
110.7
25.3
82.0
99.2
19.3
116.8
阻尼因子
0.5
0.3
0.0
-0.2
-0.3
-0.5
-0.7
-0.9
盘算时间s
60
40
25
18
16
23
35
发散
b.
流量（kmol/h）组分
流股
丁烷
戊烷
己烷
气相产物
液相产物
120.6
15.7
79.9
101.2
11.0
125.2
阻尼因子
0.5
0.3
0.0
-0.2
-0.3
-0.5
-0.7
-0.9
盘算时间s
188
132
94
78
70
61
51
45
从上例可见，阻尼因子q值的选取具有较大的任意性和经验性。
1958年Wegstien提出了一种轻便的要领，可以弥补这种阻尼因子取值困难的弱点。
用联立模块法对三级闪蒸历程进行稳态模拟
一、创建简化模型
严格单位模块的输入流股变量向量x与输出流股变量y之间有严格模型：
y=G（x）
上式的一阶台劳展开式为：
即
）
令
，
，
，便可得到严格模型的线性增量简化模型：
利用上式分别对每个历程单位写出其简化模型：
混淆器
闪蒸器1：
闪蒸器2：
闪蒸器3：
由于混淆器的严格模型为线性模型，且系统入料流量为给定值，所以有：
把上述线性简化模型写成矩阵形式的迭代格式，得到一个稀疏线性方程组：
显而易见，上式是一个维数不高的稀疏线性方程组。
二、从严格模块盘算简化模型的系数
上式的系数矩阵可通过对严格模块的扰动盘算得到。
前面我们假定:
也就得到了A。
而A是从一阶台劳展开式得到的。
偏离
点后便会产生偏差，因此要不停进行修正。
分别对每个单位创建简化模型，然后把单位简化模型、联结方程、设计划定方程聚集到一起组成历程系统的简化模型，由于切断了全部联结物流，描述整个历程的系统的简化模型方程数为：
如果不考虑设计划定方程，用线性增量模型作为单位的简化模型，则历程系统的简化模型如下：
单位模型:
联结方程：
把上式写成矩阵形式：
对付一个包罗100各联结流股，每个流股有8各组分，十个设计划定系统，其系统简化模型数为：
由此可见对付较大的系统简化方程数很大，消去物流联结方程，从而使简化模型的维数大大淘汰：
此时简化模型方程数为：
三、以不可支解子系统为根本单位创建简化模型，回路切割方法
（1）将带有循环回路的虚拟单位作为简化模型的根本单位。
（2）虚拟单位所包罗的各单位间的联结流股变量不出现在简化模型中，大大低落了简化模型的维数。
（3）简化方程组数为：
（4）一些简朴的方程组求解技能就可以处置惩罚这样的流程模型。
用回路切割模式创建三级闪蒸历程的线性增量简化模型。
最佳切割物流是S2
简化线性模型：
用矩阵表现为：
闪蒸模拟的面向方程法
一、面向方程法简介
把描述历程的所有数学模型搜集在一起，形成一个非线性方程进行求解，即：
F（X,W）=0
式中：
X------状态变量向量
W------决策变量向量
F-------系统模型方程式组，其中包罗：
1）物性方程
2）物料，能量，化学平衡方程
3）历程单位间的连接方程
4）设计划定方程等
对非线性方程组
F（X）=0
用n维线性方程组迫近
F（X）=AX+B=0
该拟线性方程组的解
X=--AB
我们可以通过迭代的要领求X
A（K）X（K+1）－B（K）
即：
先假设X中的若干量，即把非线形化成线性的，再反算出假设的量，判断Xi（K+1）是否即是Xi（k），如不等式Xi=Xi（K+1），带入再盘算，直到他们两个相等为止。
二、面向方程法在闪蒸历程中的应用
利用线性方程求解的分快法：
上式可化成以下三个小线性方程：
这样可以简化盘算量，我们在这次闪蒸模拟中用到这种要领。
三、三级闪蒸历程的模拟
1）简化某些参数及方程
对付任意一个闪蒸单位（以第一个为例）
根本干系：
上面各式可简化：
2）用模型简化及相应求解
1、闪蒸历程根本干系是如下：
2、以上可用分块矩阵形式表现：
a）X1,X2，X（赋初值）看作已知值，假设一个L1，则：
用上式求出未知值，再算出L1进行迭代，最终求出所有未知变量。
b）算出的Y01，Y02，Y03，带入4），5），6），14），求出里面的未知变量
c）算出的Y01，Y02，Y03，带入7），8），9），14），求出闪蒸器2的参数
d）把以上各参数带入10），11），12），13），反算S2，X1，X2，X3，与假设进行比力，若相差大于1E－3，则把算出的X1，X2，X3当初值代入，一次盘算直到Abs（Xi（K+1）－Xi（K））＜1e－3为止。
3）气体产物组成
四、面向方程法的求解框图
五、盘算结果
1）步伐循环结果：
2）最终气液相组成
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