第3章_过程系统模拟的基本方法
化工系统工程(1)幻灯片
4、间歇过程的设计与操作优化：
80年代天津大学开始开发单产品间歇过程最优设计 和多产品间歇操作的时间表进行了研究，提出数学模型 和计算方法，用于结晶操作过程。
◆ （3）分离序列的综合：给定一进料流股，已知它的状 态，系统化的设计出能从进料中分离出所要求产品的过程， 并使总费用最小。 所需求解问题是：一是要找出最优的分离序列和每一分离 器性能；二是对每一分离器找出其最优的设计变量值。 ◆ （4）反应器网络的综合：为了制造所要求的产品，对 于给定的化学反应路径以及主副反应速率数据进行分析， 确定一个反应器最优结构和操作条件，以使在给定产率下 总生产成本为最小。
化工原理(传递过程与单元操 ) 作 化学工程学化 化学 工反 热应 力工 学程
化工分离工程 化工过程系统工程
▲系统工程的理论基础：是运筹学、系统理论及现 代控制论； 技术手段：是计算机和现代数学； 当把系统工程方法应用于各种不同科学领域，就逐 步形成具有各种不同特点的系统工程学，如化工系 统工程、环境系统工程等。
二、化工过程系统工程的任务及其主要内容：
1、化工过程系统的特点：
归纳起来就是单元过程的特点与系统结构上的特 点这两部分。
a)单元过程的特点:如在设备中发生的过程无外乎是 化学反应、质量传递、热量传递和动量传递—— “三传一反”；这样的单元过程可分为：反应过程、 传质过程、传热过程和输送过程，其相应的特点是： 反应过程是以原子为处理对象；传质过程以是分子 为处理对象；传热过程和输送过程是以热流和物流 为处理对象。明确这些特点然后建立这些单元过程 的数学模型。
2023建造师再教育网络考试下册
2022年度陕西省建造师继续教育网络考试试题及答案下册必修+选修含必修[共120学时，已含必修60学时+选修60学时]单选题1.专家应当从地方人民政府住房城乡建设主管部门建立的专家库中选取,符合专业要求且人数不得少于(A)名A5B 5C7D 92.(D)目前应用广泛,虽然其一次性投资较大,但周转次数多,摊销低,装拆方便,搭设高度大能适应建筑物平立面的变化。
A插槽式钢管脚手架B门式钢管脚手架C碗扣式钢管脚手架D扣件式钢管脚手架3.根据陕西省情况,采用(B)支撑系统较多A扣件式钢管模板B插槽式钢管模板C门式钢管模板D碗扣式钢管模板4.高大模板支撑架体立杆底部距地面(C)mm处,沿纵横水平方向应按纵下横上的程序设置扫地杆,纵横向扫地杆的接长必须采用对接方式。
A100B150C200D250多选题1.施工单位根据专家组的论证报告,对专项施工方案进行修改完善,并经(AB)批准签字后,即审核通过后,方可组织实施。
A施工单位技术负责人B项目总监理工程师C建设单位项目负责人D项目技术负责人E项目经理2.参加专家论证会的人员有(ABCDE)A专家组成员B建设单位项目负责人或技术负责人C监理单位项目总监理工程师及相关人员D施工单位分管安全的负责人、技术负责人、项目负责人、项目技术负责人、专项方案编制人员、项目专职安全管理人员E勘察、设计单位项目技术负责人及相关人员3.作用在模板支架上的永久荷载包括(ACE)。
A模板及支架自重B振捣混凝士时产生的荷载C新浇混凝土自重D施工人员及施工设备荷载E钢筋自重判断题1.专项施工方案成当由项目技术负责入审核签字、加盖单位公章,并由总监理工程师审查签字、加盖执业印章后方可实施。
×对错2.施工单位根据专家组的论证报告,对专项施工方案进行修改完善,并经项目技术负责人;项目总监理工程师、建设单位项目负责人批准签字后,方可组织实施。
×对错3.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JG302011定:可调底座和可调托座螺杆插入脚手架立杆钢管的配合公差应小于1.5mm。
第三章计算机控制系统设计方法
前向差分法的特点总结如下： 1、直接代换，具有串联性，变换 方便； 2、整个s左半平面映射到z平面z=1 以左的区域，故D(s)与D(z)不具有 相同的稳定性； 3 、 因 为 D(s)|s=0=D(z)|z=1 ， 故 稳 态 增益维持不变； 4 、当采样周期 T 较小时，等效精 度较好。 三、后向差分法 设模拟控制器传递函数为 图3-5 前向差分法s平面稳定域 在z平面内的映象
第2步：修正原传递函数D(s)为 由D(s)可知
D(s / 1 ' )
D( s / )
' 1
1 ( s
' 1
) 2
s
1
' 1
1
s s 2 ( ) 0.5 1 1.092 1.092
1.192 2 s 0.546 s 1.192
2 z 1 第3步：代入 s 进行双线性变换 T z 1
二、前向差分法 设模拟控制器传递函数为
C ( s) 1 D( s ) R( s ) s
转换成微分方程为
(3-3)
dc (t ) r (t ) dt
以一阶前向差分近似该微分，并代入（3-4）式，得
(3-4)
C (k 1)T C (kT ) r (kT )
T
(3-5)
令k+1=n,上式的z变换为
C ( s) 1 D( s ) R( s ) s
转换成微分方程
(3-8)
dc (t ) r (t ) dt
以一阶后向差分近似微分，得
(3-9)
dc (t ) C (kT ) c(k 1)T dt T
(3-10)
代入式（3-9）得
第3章 CAT系统接口
（1）作为测控系统，模拟量输入通道要对被测对象拾取必要 的原始参量信号作为测控的依据。因此，必须将传感器输出的 次级电信号转换成满足计算机要求的TTL逻辑电平。 （2）由于传感器常常是模拟信号输出，且输出信号比较微弱， 转换成计算机要求的电平时，要经过一定量的放大。这部分内 容要运用一些模拟电路技术。因此，模拟量输入通道常常是一 个模拟、数字等的混杂电路，是传感器集成化和微机功能集成 的边界区域。这部分的电路处理技术有一定难度。 （3）模拟量输入通道靠近现场，易受干扰。由于传感器输出 信号一般都比较微弱，常常需要构成一个增益系统，这也是微 机控制系统中最重要的一个干扰进入渠道。因此，模拟量输入 通道的抗干扰设计是一个重要内容。
编码
NUAA 506
为了方便处理，通常将量化值进行二进制编码，对 相同范围的模拟量，编码位数越多，量化误差越小。 对无正负区分的单极性信号，所有的二进制编码位均 表示其数值大小。对有正负的双极性信号则必须有一 位符号位表示其极性，通常有三种表示方法： 1）符号---数值法：与计算机的原码表示法相同。 2）补码：与计算机的补码表示法相同。 3）偏移二进制码：符号位特征与补码相反，其余数 值部分与补码相同。这种编码常用于双极性模拟量 的转换。
特点
结构简单、原理清楚 转换速度慢、精度低，实际少用 精度高、转换速度慢 转换速度较快、精度较高 实际常用 转换速度快,价格高
双积分式A／D
NUAA 506
双积分式A／D转换器具有抗干扰能力强、转换 精度高、价格便宜等优点，缺点是转换速度较慢。因 此，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。
目前常用的双积分式A／D转换器芯片有：
NUAA 506
D/A输出电压V 0（V） 5.0 2.5
3.75 4.375 4.69 4.84 4.76 4.80
第3章 模糊控制
期望值
＋ － y
e
ec
ke d/dt kec
E
EC
ห้องสมุดไป่ตู้
模糊
控制器
U
u
ku
图中ke、kec为量化因子，ku为比例因子
量化： 将一个论域离散成确定数目的几小段(量化 级)。每一段用某一个特定术语作为标记，这 样就形成一个离散域。
假设在实际中，误差的连续取值范围是 e=[eL,eH]，eL表示低限值，eH表示高限值。 将离散语言变量E的论域定义为{-m,„,-1, 0,1, „,m}。则有量化因子： 2m ke eH eL 量化因子实际上类似于增益的概念，在这 个意义上称量化因子为量化增益更为合适。
i Ri : IF x1 IS A1i AND x2 IS A2 AND xp IS Aip
i i THEN vi a0 a1 x aip x p i 1 , , N
(3 1)
vi 是模糊语言值; xi是一个输入变量；是输 i 出变量；系数集{a j }是待辨识的参数。模型的辨 i i ( N , p ) { A , a 识分两步。即结构参数 的辨识和系数 j j } 的确定。
1、最大隶属度函数法 简单地取所有规则推理结果的模糊集合中隶属 度最大的那个元素作为输出值。即： 当论域 V 中，其最大隶属度函数对应的输出 值多于一个时，简单取最大隶属度输出的平均即 可： U 0 max v (v) v V 为具有相同最大隶属度输出的总数。 此方法计算简单，但丢失信息，控制性能不高。
式中，<>代表取整运算。 模糊控制器的输出U可以通过下式转换为 实际的输出值u：
uH uL u ku U 2
问题的提出 变量量化会导致一定的量化误差。 解决方法 在量化级之间，加入插值运算。对于任意一 个连续的测量值可以通过相邻两个离散值的加 权运算得到模糊度的值。
过程控制知识点
第一章过程控制定义：用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制称为过程控制。
过程控制特点：连续生产自动控制过程控制系统由过程检测控制仪表组成被近期过程是多种多样的、非电量的过程控制的控制过程多属慢过程而且多半参量控制定值控制是过程控制的一种常用形式。
过程控制组成：由测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程等环节。
分类：结构特点：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。
定值信号特点：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。
第二章2-22利用热电偶温度计测温时为什么要使用补偿导线及其对冷端温度进行补偿？利用热电阻温度计测温时，为什么要采用三线制接法？测量低温时通常为什么采用热电阻温度计，而不采用热电偶温度计？答：（1）由热电偶测温原理可知，只有当它的冷端温度不变时，热电动势是被测温度的单值函数，所以在测温过程中必须保持冷端温度恒定，为了使它的冷端温度恒定，采取补偿导线法为了消除冷端温度变化对测温精度的影响，采用冷端温度补偿（2）在使用热电阻测温时，为了提高精度，采用三线制接法（3）原因有两点：在中低温区热电偶输出的热电势很小对测量仪表放大器和抗干扰要求很高由于冷端温度化不易得到完全补偿在较低温度区内引起的相对误差就很突出2-27 DDF-3型温度变送器具有哪些主要功能？什么是变送器的零点、零点迁移和量程调节?为什么要进行零点迁移和量程调节？3型温度变送器是怎样进行零点迁移和量程调节的？答：1.DDz-3具有热电偶冷端温度补偿，零点调整、零点迁移。
量程调节以及线性化等重要功能。
2零点：输入为零点时输出为4mm的点，零点迁移：即把测量起始点由零迁移到某一正值或负值。
量程调节：相当于改变变送器的输入输出特性的斜率3零点迁移的目的是使其输出信号的下限Ymin与测量范围的下限值Xmin相对应。
零点迁移之后，其量程不变，即斜率不变，却可提高灵敏度。
量程调节的目的是变送器的输出信号的上限值Ymax与测量范围的上限值相对应4调零点调量程方法：RP1为调零电位器。
第三章 IO接口技术与IO通道
第三章 输入输出接口与过程通道
4
计算机控制技术
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（3）地址译码：在微处理机系统通常都配备有多个或多种外围 设备，这样就会有多个输入/输出接口，像为键盘、鼠标、打印 机、显示器、磁盘等诸输入/输出设备均配备有各自接口，且为 它们分配了各自的地址码。通过接口中的地址译码电路对外围 设备输入/输出地址寻址。 （4）控制和状态：由于微处理机的操作速度与输入/输出设备的运 行速度不在一个数量级上，所以随时需要知道输入/输出设备的 状态。常用的状态信号有正忙和准备就绪。 （5）校验和检查：在微处理机系统中，通常为输入/输出接口配备 有校验功能，并且可以将出错信息报告给微处理机。像外围设 备机构中的机械和电路故障，就要向微处理机报告故障的类型 和位置。若数据在传送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如 若USB在传送过程中出现错误则要用到容错功能，发送设备会 重复发送数据直至正确为止。
第三章 输入输出接口与过程通道
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3)常用的I/O接口部件的框图
系统总线接口
外围设备接口
数据寄存器 数据线 状态 / 控制寄存器
外围设备 接口逻辑
数据
状态
控制
┇
地址线
I/O 逻辑
控制线
外围设备 接口逻辑
数据 状态 控制
第三章 输入输出接口与过程通道
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第三章 输入输出接口与过程通道
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第三章 输入输出接口与过程通道
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b. 同步传送 许多字符组成一个数据块，块前设同步字符， 以一个CRC字符结束。字符间不允许空隙，空闲时 发同步字符。收发器时钟频率严格保持一致，发端 将时钟与数据一起发送到接收端，硬件电路较异步 复杂。 CRC字符 循环冗余校验字符。 同步字符 特殊8位二进制码，接收器收到 同步字符，一幀即开始。
应用随机过程第三章Poisson_过程剖析
将事件进行分解，再运用 （3）’.
计数过程、Poisson过程
定义 3.1
随机过程{N(t)，t 0}称为计数过程，若N(t)表示 时间段[0,t]内某一事件A发生的次数，且满足 (1) N(t)取值为非负的整数; (2) 当s<t 时，N(s) N(t)且N(t) N(s)表示 (s,t]时间内事件A发生的次数.
定义 3.2
( pt )m pt 即 P(M(t)=m) e . m ！
P(M(t)=m)= P(M(t)=m|N(t)=m+n) P（N(t)=m+n）
mn ( t ) m n t = Cn p (1 p ) e m+n (m n)! n =0 n ( (1 p ) t ) e t ( pt ) m m ！n ! n =0 m n ( pt ) ( (1 p ) t ) e t m ！ n =0 n! m ( pt ) e t e (1 p )t m ！ m ( pt ) pt e . m ！ n=0
(2)由Poisson过程的平稳独立增量性及N (1)的分布，得 P( N (4) N (3) 0 | N (3) N (2) 0) P( N (4) N (3) 0) P( N (1isson过程的平稳独立增量及N (t )的分布，得 P( N (4.5) N (0) 10, N (5.5) N (0) 20) P( N (4.5) N (0) 10, N (5.5) N (4.5) 10) P( N (4.5) N (0) 10) P( N (5.5) N (4.5) 10) P( N (4.5) 10) P( N (1) 10) (10 4.5)10 104.5 (10 1)10 101 e e 10! 10! 10 45 10 55 e . 2 (10!)
AspenPlus在化工过程模拟中的应用
AspenPlus在化⼯过程模拟中的应⽤AspenPlus在化⼯过程模拟中的应⽤第1章化⼯过程模拟概述-第2章AspenPlus模拟基础第3章流股的混合与分割过程模拟第4章压⼒变送过程模拟第5章分离设备模拟第6章传热设备模拟第7章塔设备模拟第8章反应器模拟第9章固体操作设备模拟第三章流股的混合与分割过程模拟学习⽬的：1、练习⽤Aspen Plus 进⾏流程仿真的基本步骤；2、掌握物流混合模块Mixers/Splitters的⽤法。
内容：课堂练习：建⽴以下过程的Aspen Plus 仿真模型(exercise-3.1)：已知：将100m3/hr 的低浓酒精（⼄醇20%w，⽔80%w，400C，1 atm）与200m3/hr 的⾼浓酒精（⼄醇90%w，⽔10%w，300C，2atm）混合，混合后物流平均分为三股，⼀股直接输出，第⼆股与100 kg/hr 的甲醇⽔溶液混合后（甲醇95%w，⽔5%w，450C，1.5 bar）输出，第三股与80 kg/hr 的⼄酸⽔溶液混合后（⼄酸90%w，⽔10%w，350C，1.2 bar）输出。
求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？课后练习：建⽴以下过程的Aspen Plus 仿真模型(exercise-3.2)：1）将4000C，3 bar 下的1000m3/hr ⽔蒸⽓、1000 m3/hr ⼆氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合，求混合⽓体的温度和体积流量。
2）将4000C，30 bar 下的1000 m3/hr⽔蒸⽓、1000 m3/hr⼆氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合，求混合⽓体的温度和体积流量。
3）将4000C，300 bar 下的1000 m3/hr⽔蒸⽓、1000 m3/hr⼆氧化碳和1000 m3/hr 甲醇等压混合，求混合⽓体的温度和体积流量。
在物性⽅法及模型（Property methods & models）设定中分别选⽤理想⽓体状态⽅程（Ideal）、Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling 状态⽅程（BWR-LS）、Peng-Robinson状态⽅程（Peng-Rob）、Redlik-Kwong-Soave 状态⽅程（RK-Soave）作为基本⽅法（Basemethod）进⾏以上计算，⽐较各⽅法所得的结果有何不同，将结果汇总编辑为MS-Word ⽂档。
化工过程分析与合成第四章 化工过程系统的优化
自由度为：d = 变量数 - 方程数 = (r+m+s) - (m+s+l) =r-l
自由度为：d = 变量数-方程数 = r-l 即:自由度d = 决策变量数r - 等式设计约束方程数l 若 l = 0，自由度等于决策变量数 r； 若 r = l，自由度等于0，此时最优化问题的解是唯一的; 若 l > r，则最优化问题无解； 若 l < r，是最优化问题有解的必要条件之一。
程系统最优化问题是在可行域内寻
求使目标函数达到最小值的一个点。这
样的点称为最优化问题的最优解。
过程系统优化问题可以表示成： min F(w,x) s.t.: f(w,x,z)=0;c(w,x,z)=0;h(w,x)=0; g(w,x)>=0
r维+ m维+ s维
m维 + s维 + l维
变量数 等式约束方程数
4.2 化工过程系统优化问题基本概念 4.2.1 最优化问题的数学描述 问题的提出及数学模型： A、优化的目标是什么？ B、哪些变量/参数与优化目标关系密切？确定决策变量； 原则：与目标关系大、灵敏；生产上可调；尽可能少 C、系统优化问题的数学描述如何进行？ D、如何求解描述系统的优化数学模型？
x1 0
三边所围成的区域，最优解只能是可行域内与点（3，2） 距离最近的点(2,1)
4.2.2 最优化问题的建模方法 一、机理模型
对于过程机理清楚的问题，一般采用机理模型进行优化，其
优点是结果比较精确。 分析过程的物理及化学本质和机理，利用化学工程学的基本 理论建立起来的一套描述过程特性的数学模型和边界条件.
数值法又称为直接最优化方法，或优选法。
利用函数在某一局部区域的性质或一些已知点的数值，逐步 搜索、逼近，最后达到最优点。不要求目标函数为各种变量 的显式表达式。