化工過程的模擬與優(yōu)化課件

化工過程的模擬與優(yōu)亻0●●●●●●●●●●●●●●●●●●●化工過程的模擬與優(yōu)亻1●●●●●●●●●●0緒論●●>什么叫過程模擬?一般方法?過程模擬的用處?優(yōu)點,限制?過程模擬的一些基本概念●●●●2●●●●●●●●模擬的概念和一般方法●●0●●>模擬(simulation):利用一個更為方便、經(jīng)濟(jì)而性能相似的系統(tǒng)來模仿復(fù)雜系統(tǒng)的性能系統(tǒng)A:復(fù)雜,難預(yù)測;系統(tǒng)B:簡單,操作特性與A相同物理模擬:系統(tǒng)A與B,性能相似,物理化學(xué)過程本質(zhì)一樣,僅規(guī)模尺寸不同數(shù)學(xué)模擬:系統(tǒng)A與B,物理過程本質(zhì)不同,B為計算機(jī)B的數(shù)學(xué)方程可以描述化工過程A●●●●3●●●●●●●●●●0"模擬”可以理解為“模仿”與“擬合”,是用計算機(jī)(軟件)作為工具,去模仿一個過程(反應(yīng)、精餾、吸收、萃取、換熱、結(jié)晶等),根據(jù)用戶所給過程的條件(溫度、壓力、流量、設(shè)備尺寸),對相應(yīng)過程進(jìn)行物料平衡、能量平衡、及相平衡、化學(xué)平衡的計算,從而預(yù)測過程中可能發(fā)生的現(xiàn)象,指導(dǎo)科研、設(shè)計、生產(chǎn)部門的工作≯過程可以是實際生產(chǎn)過程、實驗過程、假想過程≯當(dāng)前進(jìn)行系統(tǒng)研究的普適化方法,生產(chǎn)操作的輔助具●●●●4●●●●●●●●環(huán)境化學(xué)●●0105●●●供應(yīng)鏈管理模擬的層次(三大層次)104〉管理業(yè)務(wù)過程(核心企業(yè)優(yōu)化企業(yè)經(jīng)營管理)〉化工過程模擬(核心制造工廠傳一反,流程模擬工藝裝置10-7-102m)分子模擬(核心:產(chǎn)品單元設(shè)備設(shè)計)三傳一反NANO系統(tǒng)分子模擬10-0●●●●5●●●●步驟●●●●●●0●●>1.提出問題(決定意義)2.尋找過程的已知規(guī)律,理論基礎(chǔ)〉3.化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集整理(物性,單元操作,成本核算等)4.建立數(shù)學(xué)模型(最困難一環(huán))減少變量和方程數(shù)目,忽略次要影響因素判定最合適模型〉5.選擇解算方法6.編制程序7.求解〉8.整理結(jié)果,核對,驗證模型是否正確●●●●6●●●●>模型分類●●●●●●0●●>1.數(shù)學(xué)描述本質(zhì)機(jī)理模型:基于物理-化學(xué)過程的本質(zhì)和機(jī)理經(jīng)驗?zāi)Ｐ?黑箱模型):實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)>2.時間關(guān)系穩(wěn)態(tài)模型,動態(tài)模型3.過程屬性〉確定模型,模糊模型,隨機(jī)模型>4.系統(tǒng)工程學(xué)白箱模型,黑箱模型,灰色模型5.過程對象的數(shù)學(xué)描述方法集中參數(shù)模型:參數(shù)的數(shù)值與空間位置無關(guān)分布參數(shù)模型:參數(shù)是空間位置的函數(shù)●●●●7●●●●●●●●●●0●●2.數(shù)學(xué)模擬的用途及限制>用途1.化工開發(fā)過程(放大)〉特點:放大至工業(yè)化的速度越來越快;開發(fā)新工藝要求技術(shù)合理并達(dá)到最優(yōu)化;提供信息全面完整實質(zhì):利用實驗室獲得的結(jié)果以及前人積累的對物理-化學(xué)規(guī)律的了解,建立一個描述過程的初級模型,然后通過與各種試驗客隊,不斷修改數(shù)學(xué)模型,盡可能的把對木過程的正確理解都反映到數(shù)學(xué)模型中去,此模型即為放大過程的基礎(chǔ)●●●●8●●●●2.化工設(shè)計●●●●●●0流程方案的選擇●●●設(shè)計基礎(chǔ):確定設(shè)計參數(shù),固定設(shè)計參數(shù)值的確定,數(shù)學(xué)模型的選擇等設(shè)計策略:對剩余設(shè)計變量進(jìn)行初值選定以及確定合適的收斂方法工芑設(shè)計(核心)物料與熱量衡算,工藝流股總攬,工藝流程圖,工藝說明,熱力學(xué)第二定律分析〉減少裝置設(shè)計時間,提高工作效率,便于多方案評比,給出信息深入全面3.改進(jìn)工廠生產(chǎn)操作〉在給定的限制內(nèi)優(yōu)化工藝條件,如:如何在規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格條件下,減少公用工程的使用量不設(shè)計設(shè)備改造,投資小,見效快4.過程控制5.規(guī)劃和計劃●●●●9●●●●●●●●●●0●●限制1.數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和有效性取決于實測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)往往存在很大不確定性2.數(shù)學(xué)解算工具的局限〉3.模型的實際意義賦予應(yīng)謹(jǐn)慎〉4.必須強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)模型(特別是經(jīng)驗?zāi)Ｐ?的危險性●●●●10化工過程的模擬與優(yōu)化課件11化工過程的模擬與優(yōu)化課件12化工過程的模擬與優(yōu)化課件13化工過程的模擬與優(yōu)化課件14化工過程的模擬與優(yōu)化課件15化工過程的模擬與優(yōu)化課件16化工過程的模擬與優(yōu)化課件17化工過程的模擬與優(yōu)化課件18化工過程的模擬與優(yōu)化課件19化工過程的模擬與優(yōu)化課件20化工過程的模擬與優(yōu)化課件21化工過程的模擬與優(yōu)化課件22化工過程的模擬與優(yōu)化課件23化工過程的模擬與優(yōu)化課件24化工過程的模擬與優(yōu)化課件25化工過程的模擬與優(yōu)化課件26化工過程的模擬與優(yōu)化課件27化工過程的模擬與優(yōu)化課件28化工過程的模擬與優(yōu)化課件29化工過程的模擬與優(yōu)化課件30化工過程的模擬與優(yōu)化課件31化工過程的模擬與優(yōu)化課件32化工過程的模擬與優(yōu)化課件33化工過程的模擬與優(yōu)化課件34化工過程的模擬與優(yōu)化課件35化工過程的模擬與優(yōu)化課件36化工過程的模擬與優(yōu)化課件37化工過程的模擬與優(yōu)化課件38化工過程的模擬與優(yōu)化課件39化工過程的模擬與優(yōu)化課件40化工過程的模擬與優(yōu)化課件41化工過程的模擬與優(yōu)化課件42化工過程的模擬與優(yōu)化課件43化工過程的模擬與優(yōu)化課件44化工過程的模擬與優(yōu)化課件45化工過程的模擬與優(yōu)化課件46化工過程的模擬與優(yōu)化課件47化工過程的模擬與優(yōu)化課件48化工過程的模擬與優(yōu)化課件49化工過程的模擬與優(yōu)化課件50化工過程的模擬與優(yōu)化課件51化工過程的模擬與優(yōu)化課件52化工過程的模擬與優(yōu)化課件53化工過程的模擬與優(yōu)化課件54化工過程的模擬與優(yōu)化課件55化工過程的模擬與優(yōu)化課件56化工過程的模擬與優(yōu)化課件57化工過程的模擬與優(yōu)化課件58化工過程的模擬與優(yōu)化課件59化工過程的模擬與優(yōu)化課件60化工過程的模擬與優(yōu)化課件61化工過程的模擬與優(yōu)化課件62化工過程的模擬與優(yōu)化課件63化工過程的模擬與優(yōu)化課件64化工過程的模擬與優(yōu)化課件65化工過程的模擬與優(yōu)化課件66化工過程的模擬與優(yōu)化課件67化工過程的模擬與優(yōu)化課件68化工過程的模擬與優(yōu)化課件69化工過程的模擬與優(yōu)化課件70化工過程的模擬與優(yōu)化課件71化工過程的模擬與優(yōu)化課件72化工過程的模擬與優(yōu)化課件73化工過程的模擬與優(yōu)化課件74化工過程的模擬與優(yōu)化課件75化工過程的模擬與優(yōu)化課件76化工過程的模擬與優(yōu)化課件77化工過程的模擬與優(yōu)化課件78化工過程的模擬與優(yōu)化課件79化工過程的模擬與優(yōu)化課件80化工過程的模擬與優(yōu)化課件81化工過程的模擬與優(yōu)化課件82化工過程的模擬與優(yōu)化課件83化工過程的模擬與優(yōu)化課件84化工過程的模擬與優(yōu)化課件85化工過程的模擬與優(yōu)化課件86化工過程的模擬與優(yōu)化課件87化工過程的模擬與優(yōu)化課件88化工過程的模擬與優(yōu)化課件89化工過程的模擬與優(yōu)化課件90化工過程的模擬與優(yōu)化課件91化工過程的模擬與優(yōu)化課件92化工過程的模擬與優(yōu)化課件93化工過程的模擬與優(yōu)化課件94化工過程的模擬與優(yōu)化課件95化工過程的模擬與優(yōu)化課件96化工過程的模擬與優(yōu)化課件97化工過程的模擬與優(yōu)化課件98化工過程的模擬與優(yōu)化課件99化工過程的模擬與優(yōu)化課件100化工過程的模擬與優(yōu)化課件101化工過程的模擬與優(yōu)化課件102化工過程的模擬與優(yōu)化課件103化工過程的模擬與優(yōu)化課件104化工過程的模擬與優(yōu)化課件105化工過程的模擬與優(yōu)化課件106化工過程的模擬與優(yōu)化課件107化工過程的模擬與優(yōu)化課件108化工過程的模擬與優(yōu)化課件109化工過程的模擬與優(yōu)化課件110化工過程的模擬與優(yōu)化課件111化工過程的模擬與優(yōu)化課件112化工過程的模擬與優(yōu)化課件113化工過程的模擬與優(yōu)化課件114化工過程的模擬與優(yōu)化課件115化工過程的模擬與優(yōu)化課件116化工過程的模擬與優(yōu)化課件117化工過程的模擬與優(yōu)化課件118化工過程的模擬與優(yōu)化課件119化工過程的模擬與優(yōu)化課件120化工過程的模擬與優(yōu)化課件121化工過程的模擬與優(yōu)化課件122化工過程的模擬與優(yōu)化課件123化工過程的模擬與優(yōu)亻0●●●●●●●●●●●●●●●●●●●化工過程的模擬與優(yōu)亻124●●●●●●●●●●0緒論●●>什么叫過程模擬?一般方法?過程模擬的用處?優(yōu)點,限制?過程模擬的一些基本概念●●●●125●●●●●●●●模擬的概念和一般方法●●0●●>模擬(simulation):利用一個更為方便、經(jīng)濟(jì)而性能相似的系統(tǒng)來模仿復(fù)雜系統(tǒng)的性能系統(tǒng)A:復(fù)雜,難預(yù)測;系統(tǒng)B:簡單,操作特性與A相同物理模擬:系統(tǒng)A與B,性能相似,物理化學(xué)過程本質(zhì)一樣,僅規(guī)模尺寸不同數(shù)學(xué)模擬:系統(tǒng)A與B,物理過程本質(zhì)不同,B為計算機(jī)B的數(shù)學(xué)方程可以描述化工過程A●●●●126●●●●●●●●●●0"模擬”可以理解為“模仿”與“擬合”,是用計算機(jī)(軟件)作為工具,去模仿一個過程(反應(yīng)、精餾、吸收、萃取、換熱、結(jié)晶等),根據(jù)用戶所給過程的條件(溫度、壓力、流量、設(shè)備尺寸),對相應(yīng)過程進(jìn)行物料平衡、能量平衡、及相平衡、化學(xué)平衡的計算,從而預(yù)測過程中可能發(fā)生的現(xiàn)象,指導(dǎo)科研、設(shè)計、生產(chǎn)部門的工作≯過程可以是實際生產(chǎn)過程、實驗過程、假想過程≯當(dāng)前進(jìn)行系統(tǒng)研究的普適化方法,生產(chǎn)操作的輔助具●●●●127●●●●●●●●環(huán)境化學(xué)●●0105●●●供應(yīng)鏈管理模擬的層次(三大層次)104〉管理業(yè)務(wù)過程(核心企業(yè)優(yōu)化企業(yè)經(jīng)營管理)〉化工過程模擬(核心制造工廠傳一反,流程模擬工藝裝置10-7-102m)分子模擬(核心:產(chǎn)品單元設(shè)備設(shè)計)三傳一反NANO系統(tǒng)分子模擬10-0●●●●128●●●●步驟●●●●●●0●●>1.提出問題(決定意義)2.尋找過程的已知規(guī)律,理論基礎(chǔ)〉3.化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集整理(物性,單元操作,成本核算等)4.建立數(shù)學(xué)模型(最困難一環(huán))減少變量和方程數(shù)目,忽略次要影響因素判定最合適模型〉5.選擇解算方法6.編制程序7.求解〉8.整理結(jié)果,核對,驗證模型是否正確●●●●129●●●●>模型分類●●●●●●0●●>1.數(shù)學(xué)描述本質(zhì)機(jī)理模型:基于物理-化學(xué)過程的本質(zhì)和機(jī)理經(jīng)驗?zāi)Ｐ?黑箱模型):實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)>2.時間關(guān)系穩(wěn)態(tài)模型,動態(tài)模型3.過程屬性〉確定模型,模糊模型,隨機(jī)模型>4.系統(tǒng)工程學(xué)白箱模型,黑箱模型,灰色模型5.過程對象的數(shù)學(xué)描述方法集中參數(shù)模型:參數(shù)的數(shù)值與空間位置無關(guān)分布參數(shù)模型:參數(shù)是空間位置的函數(shù)●●●●130●●●●●●●●●●0●●2.數(shù)學(xué)模擬的用途及限制>用途1.化工開發(fā)過程(放大)〉特點:放大至工業(yè)化的速度越來越快;開發(fā)新工藝要求技術(shù)合理并達(dá)到最優(yōu)化;提供信息全面完整實質(zhì):利用實驗室獲得的結(jié)果以及前人積累的對物理-化學(xué)規(guī)律的了解,建立一個描述過程的初級模型,然后通過與各種試驗客隊,不斷修改數(shù)學(xué)模型,盡可能的把對木過程的正確理解都反映到數(shù)學(xué)模型中去,此模型即為放大過程的基礎(chǔ)●●●●131●●●●2.化工設(shè)計●●●●●●0流程方案的選擇●●●設(shè)計基礎(chǔ):確定設(shè)計參數(shù),固定設(shè)計參數(shù)值的確定,數(shù)學(xué)模型的選擇等設(shè)計策略:對剩余設(shè)計變量進(jìn)行初值選定以及確定合適的收斂方法工芑設(shè)計(核心)物料與熱量衡算,工藝流股總攬,工藝流程圖,工藝說明,熱力學(xué)第二定律分析〉減少裝置設(shè)計時間,提高工作效率,便于多方案評比,給出信息深入全面3.改進(jìn)工廠生產(chǎn)操作〉在給定的限制內(nèi)優(yōu)化工藝條件,如:如何在規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格條件下,減少公用工程的使用量不設(shè)計設(shè)備改造,投資小,見效快4.過程控制5.規(guī)劃和計劃●●●●132●●●●●●●●●●0●●限制1.數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和有效性取決于實測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)往往存在很大不確定性2.數(shù)學(xué)解算工具的局限〉3.模型的實際意義賦予應(yīng)謹(jǐn)慎〉4.必須強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)模型(特別是經(jīng)驗?zāi)Ｐ?的危險性●●●●133化工過程的模擬與優(yōu)化課件134化工過程的模擬與優(yōu)化課件135化工過程的模擬與優(yōu)化課件136化工過程的模擬與優(yōu)化課件137化工過程的模擬與優(yōu)化課件138化工過程的模擬與優(yōu)化課件139化工過程的模擬與優(yōu)化課件140化工過程的模擬與優(yōu)化課件141化工過程的模擬與優(yōu)化課件142化工過程的模擬與優(yōu)化課件143化工過程的模擬與優(yōu)化課件144化工過程的模擬與優(yōu)化課件145化工過程的模擬與優(yōu)化課件146化工過程的模擬與優(yōu)化課件147化工過程的模擬與優(yōu)化課件148化工過程的模擬與優(yōu)化課件149化工過程的模擬與優(yōu)化課件150化工過程的模擬與優(yōu)化課件151化工過程的模擬與優(yōu)化課件152化工過程的模擬與優(yōu)化課件153化工過程的模擬與優(yōu)化課件154化工過程的模擬與優(yōu)化課件155化工過程的模擬與優(yōu)化課件156化工過程的模擬與優(yōu)化課件157化工過程的模擬與優(yōu)化課件158化工過程的模擬與優(yōu)化課件159化工過程的模擬與優(yōu)化課件160化工過程的模擬與優(yōu)化課件161化工過程的模擬與優(yōu)化課件162化工過程的模擬與優(yōu)化課件163化工過程的模擬與優(yōu)化課件164化工過程的模擬與優(yōu)化課件165化工過程的模擬與優(yōu)化課件166化工過程的模擬與優(yōu)化課件167化工過程的模擬與優(yōu)化課件168化工過程的模擬與優(yōu)化課件169化工過程的模擬與優(yōu)化課件170化工過程的模擬與優(yōu)化課件171化工過程的模擬與優(yōu)化課件172化工過程的模擬與優(yōu)化課件173化工過程的模擬與優(yōu)化課件174化工過程的模擬與優(yōu)化課件175化工過程的模擬與優(yōu)化課件176化工過程的模擬與優(yōu)化課件177化工過程的模擬與優(yōu)化課件178化工過程的模擬與優(yōu)化課件179化工過程的模擬與優(yōu)化課件180化工過程的模擬與優(yōu)化課件181化工過程的模擬與優(yōu)化課件182化工過程的模擬與優(yōu)化課件183化工過程的模擬與優(yōu)化課件184化工過程的模擬與優(yōu)化課件185化工過程的模擬與優(yōu)化課件186化工過程的模擬與優(yōu)化課件187化工過程的模擬與優(yōu)化課件188化工過程的模擬與優(yōu)化課件189化工過程的模擬與優(yōu)化課件190化工過程的模擬與優(yōu)化課件191化工過程的模擬與優(yōu)化課件192化工過程的模擬與優(yōu)化課件193化工過程的模擬與優(yōu)化課件194化工過程的模擬與優(yōu)化課件195化工過程的模擬與優(yōu)化課件196化工過程的模擬與優(yōu)化課件197化工過程的模擬與優(yōu)化課件198化工過程的模擬與優(yōu)化課件199化工過程的模擬與優(yōu)化課件200化工過程的模擬與優(yōu)化課件201化工過程的模擬與優(yōu)化課件202化工過程的模擬與優(yōu)化課件203化工過程的模擬與優(yōu)化課件204化工過