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1、化工过程分析与合成化工过程分析与合成第二章第二章 化工系统的稳态模拟与分析化工系统的稳态模拟与分析Ch2 simulation and analysis of chemical process system in steady state2021/8/221化工系统的稳态模拟与分析化工系统的稳态模拟与分析2.1 过程系统模拟的三种基本方法2.2 过程系统模拟的序贯模块法2.3 过程系统模拟的面向方程法2.4 过程系统模拟的联立模块法2.5 氨合成工艺流程的模拟与分析2021/8/222化工系统的稳态模拟与分析化工系统的稳态模拟与分析关键词：关键词：化工系统、稳态、模拟、分析重重 点：点：序贯模
2、块法、面向方程法和序贯模块法、面向方程法和联立模块法的思想、方法联立模块法的思想、方法2021/8/223发酵液的分离问题发酵液的分离问题多效蒸发器发酵液水乙醇废液水乙醇废液水乙醇产品水乙醇2021/8/224发酵液流率发酵液流率=50 kg/min，其中含，其中含97%(wt)的水和的水和3%(wt)的乙醇。的乙醇。建立蒸发器的模型：建立蒸发器的模型：计算产品和废液的总流率，同时计算产品和废液中水和乙醇的流率2021/8/2252021/8/226平衡闪蒸单元模型平衡闪蒸单元模型2021/8/227例例2将上例中加入如下要求，必须使乙醇回收率达到必须使乙醇回收率达到99%，另外，产品，另外，
3、产品中必须含中必须含50%的乙醇的乙醇。计算产品和废液的总流率，同时计算产品和废液中水和乙醇的流率2021/8/228例例3要求进一步提高产品中的乙醇含量，达到90%Flash 1Flash 2Flash 3123456782021/8/229例例4再进一步要求乙醇的回收率也必须达到90%，即，对废液中乙醇的浓度提出了要求Flash 1Flash 2Flash 3123457682021/8/2210例例5乙醇在反应器中通过发酵而得到，在这个理想流程中，通过发酵可以将2kg的谷物转化为1kg 水和1kg乙醇进料流率为100kg/min ,含谷物20%(wt),水 80% (wt)。反应器效率为
4、0.25发酵产物经过滤后，在浆液中，每10 kg 的谷物中仍含1kg的水/乙醇溶液5%(wt)的浆液排放掉2021/8/2211发酵反应器过滤器排放含谷物、乙醇、水采出乙醇、水循环流含谷物、乙醇、水进料 100kg/s谷物（20%）水（80%）1234567用EXCEL求解此问题2021/8/2212模拟是对过程系统模型的求解模拟是对过程系统模型的求解过程系统的模拟分析 对某个给定的过程系统模型进行模拟求解，可得出该系统的全部状态变量，从而可以对该过程系统进行工况分析P112021/8/2213过程系统的模拟分析过程系统的模拟分析P112021/8/2214过程系统设计过程系统设计P11202
5、1/8/2215过程系统参数优化过程系统参数优化P122021/8/2216过程系统模拟的三种基本方法过程系统模拟的三种基本方法l序贯模块法（S Sequential M Modular M Method）l面向方程法（E Equation O Oriented M Method）l联立模块法（S Simultaneously M Modular M Method）P122021/8/2217过程系统模拟的序贯模块法SMMSMM的基本部分是模块（子程序），用以描述物性、单元操作以及系统其它功能。SMMSMM对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础。SMMSMM按照由各种单元模块组成的过程系统
6、的结构，序贯的对各单元模块进行计算，从而完成该过程系统模拟计算。P122021/8/2218 优点：与实际过程的直观联系强模拟系统软件的建立、维护和扩充都很方便，易通用化计算出错时易于诊断出错位置 缺点：计算效率较低，尤其是解决设计和优化问题时计算效率更低P122021/8/2219P122021/8/2220过程系统模拟的面向方程法EOM又称联立方程法，将描述整个过程系统的数学方程式联立求解，从而得出模拟计算结果EOM解算快速有效，对设计、优化问题灵活方便。效率较高EOM的形成通用软件比较困难；不能利用现有大量丰富的单元模块；缺乏实际流程的直观联系；计算失败之后难于诊断错误所在；对初值的要求比较苛刻；计算技术难度较大P132021/8/2221P132021/8/2222过程系统模拟的联立模块法过程系统模拟的联立模块法联联立立模模块块法法又称双层法，将过程系统的近似模型方程与单元模块交替求解联联立立模模块块法法兼有序贯模块法和面向方程法的优点。既能使用序贯模块法积累的大量模块，又能将最费计算时间的流程收敛和设计约束收敛等迭代循环合并处理，通过联立求解达到同时收敛P132021/8/22232021/8/22242021/8/2225过程系统稳态模拟三种方法的比较P142021/8/2226
