第5章 序贯模块模拟法N
更新时间:2023-06-03 01:59:01 阅读量: 实用文档 文档下载
中国石油大学(北京)-研究生课程-化工系统工程-课件
第5章 序贯模块模拟法
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第5章 序贯模块模拟法
第一节 原理 第二节 循环回路的流股断裂 一、最优断裂准则 二、回路矩阵 三、Upadhye-Grens断裂法(II) 第三节 断裂流股变量收敛 一、收敛单元 二、常用迭代法 第四节 用序贯模块模拟法解决设计问题 第五节 序贯模块模拟法流程模拟实例
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第5章 序贯模块模拟法系统分解
大系统S13 A S1 B
子系统S4 S3 C S5
多个单元形成不可分割子系统 不可分割子系统, 可顺序求解S7 D S6 S8 E S9 F S10 S11 G S12
S2 H
I 按单元顺序处理—序贯模块法 单元、连接方程联立求解—面向方程法
H输入端单元 可直接求解
ABCDE有3条循环物流 必须联合处理
FG有1条循环物流 必须联合处理
I一个单元 可直接求解
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第5章 序贯模块模拟法
序贯模块法原理 S4’ d=0S1S2 MIX MIX 通用混合器子程序 Sub mix(F1,F2,P1) P1=F1+F2 End Sub
S4 RECY S2
S4’’ d=1S3 SPLT SPLT
为什么没有能 量平衡方程? 这里只需考虑 总物料平衡
S3
通用分割器子程序 Sub SPLT(F1,P1,P2,ALFA) P1=F1*ALFA P2=F1*(1-ALFA) End Sub
计算步骤: 1)给定进料条件,S1=10;给定分割比,α=0.5 2)增加收敛单元 )调用MIX子程序 RECY 没法用,循环流股 ,可产生S4初值S4’ S4未知! 3)调用MIX(S1,S4’,S2), 可由S1和S4’得到S2 4)调用SPLT(S2,S4’’,S3, α), 可由S2和α计算S4’’和S3 5)调用RECY,对比S4’’与S4’,若不等,则改S4’重算
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第5章 序贯模块模拟法
设S1=10kmol/h,分割比=0.5, 进行流程模拟计算 ① 设S4=0,进行MIX的模拟计算∶ S2=S1+S4=10+0=10 ② 进行分割器的模拟计算∶ S4’= S2=0.5 10=5 ③ 比较S4’与S4∶ ④ 现假设S4=10,由MIX模块计算得到∶ S2=S1+S4=10+10=20 ⑤ 进行分割器的模拟计算∶ S4’= S2=0.5 20=10 ⑥ 计算得S4’与假设S4的数值相等,假设正确。 ⑦ 由SPLT模块计算得S3=10。流程计算完成。
本例是通过人工干预很快给出合适的初值 编程计算必须通过迭代逐渐趋近准确解!
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第5章 序贯模块模拟法
序贯模块法模块的特点循环流股 迭代变量
α设计规定S4 迭代 RECY 收敛计算值
(设备参数)
S1 S1
初值
MIX M IX内部信息
S2流程
SPLT SPLT内部信息
S3结果
单向性
进料
–– 只能给定进料、设计规定、断裂流股初值计算得 到结果
收敛单元–– 含有循环流和/或设计规定,必须通过收敛单元迭代 FLSH
积木式结构
–– 变更组分、设备或流程结构时,只需改变相应的 物性、单元程序或流程结构
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第5章 序贯模块模拟法
例S1 MIX S2
S5 REC S3 FLSH S4
P , Q , (a) 反应系统原则流程 S5 IUPUT S1 MIX S2 CONV REC S3 S5' FLSH S4 OUTPUT
P, Q, (b) 反应系统迭代流程
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第5章 序贯模块模拟法
计算流程混合器 功能 反应器 功
能 MIX(FI1,FI2,FO) 由FI1,FI2,计算出输出流股FO的信息。 REC(FI, P,Q, ,FO) 由FI,反应器与外界交换的热量Q,由反应产 生的压降 P,及反应进行的程度 ,计算出出 口流FO的条件。 闪蒸器 FLSH(FI,Q,PV,FV,FL) 功能 由FI的信息,与外界交换的热量Q,闪蒸后的 压力PV,计算到闪蒸后汽液物流的信息。 收敛单元 CONV(FO,FI) 功能 比较初值 FO 与与由流程计算得到的新值 FI 是 否相等。若相等,则结束循环流股的计算;否 则,根据FI,产生新的FO。
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第5章 序贯模块模拟法
计算框图输入∶
开 始
①S1信息; ②反应器设备参数∶ P,Q1, ③闪蒸器指定参数∶PV,Q2给断裂流股S5赋初值
调用∶
MIX(S1,S5,S2) REC(S2, P,Q1, ,S3) FLSH(S3,Q2,PV,S4,S5' )
调用∶CONV
S5=S5 ? ' Y 结 束
N
构造新的 S5初值
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第5章 序贯模块模拟法
计算顺序IUPUT S1 MIX S2
S5 REC S3 FLSH S4 OUTPUT
P , Q,
切断S5, 给S5赋初值MIX REC FLSH RECY (迭代S5)
切断S2, 给S2赋初值REC FLSH MIX RECY (迭代S2)
切断S3, 给S3赋初值FLSH MIX REC RECY (迭代S3)
单元迭代计算的顺序完全相同,只是起点不同! 单元与物流之间的调用关系相同,计算顺序相同!
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第5章 序贯模块模拟法
第一节 原理 第二节 循环回路的流股断裂 一、最优断裂准则 二、回路矩阵 三、Upadhye-Grens断裂法(II) 第三节 断裂流股变量收敛 一、收敛单元 二、常用迭代法 第四节 用序贯模块模拟法解决设计问题 第五节 序贯模块模拟法流程模拟实例
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第5章 序贯模块模拟法 循环回路的流股断裂
回路1A断裂方法1:切断循环流股 初值1
回路2B C D流程计算必须保证所有回路被切断! 所有切断变量将迭代! 迭代值1 迭代值2
初值2
A断裂方法2:最佳断裂
B
C
D
A
B
初值 迭代值
C
D
断裂结果:1)两股流股,2)一股流股
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第5章 序贯模块模拟法
第一节 原理 第二节 循环回路的流股断裂 一、最优断裂准则 二、回路矩阵 三、Upadhye-Grens断裂法(II) 第三节 断裂流股变量收敛 一、收敛单元 二、常用迭代法 第四节 用序贯模块模拟法解决设计问题 第五节 序贯模块模拟法流程模拟实例
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第5章 序贯模块模拟法
S6 (4)回路1
S4 (3)回路2
Ⅰ I
S5 回路3 (3)
S1 (2)
Ⅱ II
S2 (9)
Ⅲ
S3 (2)
Ⅳ
回路4
S7 (2)
流程有4股循环物流,至少有4个回路! 所有回路被切断! 切断变量将迭代! 目标:最快收敛! (迭代变量最少,收敛速度最快)
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第5章 序贯模块模拟法
计算时间影响因素: 断裂方式;流程及变量灵敏度 有效计算时间: 流程计算;断裂流股迭代 迭代时间:= n ti 迭代次数(n);单次迭
代时间(ti)
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第5章 序贯模块模拟法
最优断裂准则(1) (2) (3) (4) 被切断的流股数最少; 被切断的流股变量数最少; 被切断的流股的权重因子之和最少; 回路切断的总次数最少。
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第5章 序贯模块模拟法
统一数学表达式 mins.t .
xj j 1 n ij j j 1
n
j
a x
1
(i 1, , m, 代表回路;j 1, , n, 代表流股)
式中, j 权重因子; 0, 流股j未断裂 xj 1, 流股j被断裂; 0, 流股j不属于回路i aij 1, 流股j属于回路i。
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第5章 序贯模块模拟法
第一节 原理 第二节 循环回路的流股断裂 一、最优断裂准则 二、回路矩阵 三、Upadhye-Grens断裂法(II) 第三节 断裂流股变量收敛 一、收敛单元 二、常用迭代法 第四节 用序贯模块模拟法解决设计问题 第五节 序贯模块模拟法流程模拟实例
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第5章 序贯模块模拟法
回路矩阵 行——回路 列——构成回路的物流
矩阵元素aij定义为∶
1, 回路i包含流股j aij 0, 回路i与流股j无关。
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第5章 序贯模块模拟法S6 (4) S4 (3)
Ⅰ
S1 (2)
ⅡS5 (3)
S2 (9)
Ⅲ
S3 (2)
Ⅳ
S7 (2)
回路A: 单元Ⅱ S2 III S4 Ⅱ 回路B: 单元I S1 Ⅱ S2 III S5 I 回路C: 单元I S1 Ⅱ S2 III S3 Ⅳ S6 I 回路D: 单元Ⅱ S2 III S3 Ⅳ S7 ⅡS1 A B C D 1 1 S2 1 1 1 1 1 1 S3 S4 1 1 1 1 S5 S6 S7物流排除进料、 产品及不能构 成回路的物流
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第5章 序贯模块模拟法
第一节 原理 第二节 循环回路的流股断裂 一、最优断裂准则 二、回路矩阵 三、Upadhye-Grens断裂法(II) 第三节 断裂流股变量收敛 一、收敛单元 二、常用迭代法 第四节 用序贯模块模拟法解决设计问题 第五节 序贯模块模拟法流程模拟实例
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