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1、Introduction to Equation Oriented (EO) Modeling,Lesson Objectives,比较联立方程求解 (EO)和序贯模块求解 (SM),确定产品流股PRODUCT 组成 可用求解方法: 序贯模块法 (SM) 联立方程法 (EO) 组合法 (of SM and EO),A Typical Simulation Problem,Equation Oriented versus Sequential Modular,序贯模块法(SM) 求解是按照流程顺序逐个计算每一个模块,我们要提供进料条件，计算得到每个模块的产品流股。 如果流程中出现循环就需要进行迭
2、代. 联立方程求解 所有方程同时求解.,Why Use Equation Oriented Modeling?,联立方程求解策略尤其适合下列模拟过程: 热整合过程 多循环流程 多设计规定 优化 数据协调和参数预估,Highly Heat-Integrated Processes,Crude Unit With Preheat Train SM Mode: Invalid hot T spec in HX02 Single tear stream Q106 EO Mode: Converges in one iteration (19 sec),Highly Recycled Processes
3、,Ethylene Plant SM Mode: Tear streams: PRBTMS, DECRFD Fails to converge: PFRAC and QUENCH not in mass balance EO Mode: Converges in three iterations (11 sec),Processes with Design Specifications,FCC Fractionator with Absorption-Stripping System SM Mode: Three convergence loops: one tear stream + two
4、 design specs Tear stream fails to converge EO Mode: Converges in four iterations (45 sec),Process Optimization,Ammonia Plant SM Mode: Maximize PRODUCT stream flow; Vary 11 parameters; 6 Constraints Takes 7 minutes (314 passes) to converge tear stream and Opt block EO Mode: Maximize PRODNH3.BLK.PROD
5、NH3; Boundaries for 18 variables Converges in five iterations (0.47 sec),Process Model Tuning,估算板效率 SM Mode: Point data set of flows Two Calculator blocks required Estimated value = 0.314826 EO Mode: 11 measurements; enter Plant values Minimize Sum of squares function of calculated offsets COLUMN.BL
6、K.EFF_1 =0.356297,Plant measurements include feed flow, temperatures, and product compositions,Equation Oriented Modeling in Aspen Plus,联立方程求解步骤 绘制模拟流程。 定义组分，选择物性方法。 提供进料流股和设备的操作参数。 用SM计算方法进行变量初始化。,Equation Oriented Initialization and Solution,联立方程求解策略：所用变量的初值最好靠近结果。 进行联立方程求解之前要用序贯模块求解进行初始化。 SM 求解结果
7、可以不收敛 流程中的每个模块至少要计算一次.,SM Strategy Solution Modes,用SM求解策略, Aspen Plus 是单一运行模式 1. Simulation: 输入条件和模型参数固定，没有自由度。大多数情况可以方便求解。 对于下列情况求解困难且耗时，例如： Data-Fit 工具可以进行参数预估和数据协调. 优化工况,EO Strategy Solution Modes (1),EO 求解有四种模式: 1. Simulation: 没有自由度，提供进料条件和操作参数计算产品结果。 Optimization: 有一定的自由度，需要构建目标函数。 3. Parameter
8、 Estimation: 没有自由度，进料和产品条件固定估算模型参数，对应每个估算参数需提供测量参数。 Reconciliation: 有自由度，需用模型计算结果与测量变量构建目标函数，并使其方差和最小化。,EO Variable Definitions,变量属性： Fixed: 固定变量。 Free: 计算变量。 Degree of Freedom (DOF): 有一定自由度变量。,EO Variable Specifications (1),变量在不同运算模式下属性: There are other specifications for Measured, Parameterized, R
9、econciled, and Independent variables in the four modes. Refer to Appendix A for a complete list.,EO Variable Specifications (2),四种运算模式变量属性定义: 固定变量(specification = Constant) 计算变量(specification = Calculated),Net Specification (1),自由度定义: NSPEC = NVAR NEQN NFIX NDOF Where: NSPEC = net specification NVAR
10、 = number of variables NEQN = number of equations NFIX = number of fixed variables NDOF = number of degree-of-freedom variables,Net Specification (2),如果NSPEC是零，则 没有自由度,矩阵为方阵，有唯一解。 有DOF类型变量,需要构建目标函数。 如果NSPEC是大于零, 有多个解。 如果NSPEC是小于零, 无解。,Equation-Oriented Supported Blocks,SM 和 EO支持模型: Analyzer HeatX RS
11、toic Compr HXFlux RYield Decanter Measurement Selector Dupl Mixer Sep Extract Mult Sep2 Flash2 PetroFrac RCSTR Flash3 Stream FSplit Pump REquil Heater RadFrac RPlug Valve User3,EO不支持模型: Aerotran MCompr BatchFrac MHeatX RGibbs Distl MultiFrac DSTWU Pipe RateFrac Pipeline SCFrac Hetran RBatch HTRI-IST
12、 User/User2 Calculator supported but no automatic EO mapping,联立方程不支持下列模型功能:,严格三相计算RadFrac 除外 固体 电解质过程真实组分 流程级设计规定 优化 约束 灵敏度分析,Synchronizing the EO Flowsheet,SM模式运行 切换EO模式,变量总表 模块变量表 进料流股变量表,Viewing the EO Variables(1),Viewing the EO Variables(2),异丙苯流程EO 变更量表,Viewing the EO Variables(2),变量命名 blockid.
13、blk.variableid.description blockid 模块名 variableid 变量名 variableid is streamname.STR 与模块相关流股变量 description 描述,Viewing the EO Variables(2),举例,EO Configuration Defaults,计算采用国际单位制 组成用摩尔分数（） 严格核算模型 RadFrac 所有流率用摩尔流量,SM和 EO 连接方程,Flowsheet View (SM View),Internal EO View,Connection Equations,Use the NRTL-RK
14、 Property Method,40 stages Feed stage 24 Total condenser Top stage pressure = 16.1 psia Pressure drop per stage = 0.1 psi Distillate flowrate = 1245 lbmol/hr Molar reflux ratio = 1.3,EO变量练习(1),63.2 wt% Water 36.8 wt% Methanol Flow = 120000 lb/hr Pressure 18 psia Saturated liquid,产生EO变量表完成如下任务: 创建新变量
15、表，使其包含塔的热负荷以及产品流股流率。 观察变量 COLUMN.FEED.STR.PRES 和变量EED.BLK.PRES的区别? 察看每个平衡级变量数 存文件 RAD-eovars.BKP,Changing Variable Attributes (1),在 SM 和EO 求解模式,我们经常会改变变量的属性. 在SM, 用设计规定（Design-Spec）实现。 在 EO, 可以在EO变量表修改其属性实现。,Spec Groups,推荐用Spec Groups来修改变量的属性。 Spec Groups 有三个不同级别： 顶层EO Configuration表 每个层次 EO Configuration 表 每个模块EO Configuration 表,Steps for Changing Specifications,1. 新建Spec group：选择一组变量交换其属性。 2 . 固定变量提供目标值。 3 . 运行EO 模式求解。,Changing Specifications Example (2),Save as filename: EOINPUT.BKP,组分CUMENE在产品流股中摩尔分数达到98%，求冷却器出口温度。: 调节变量? 测量变量?, Cooler outlet temperature,Constant,Calcu
