化工过程模拟-稳态流程
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第1章绪论
？！
示例：
测演讲时间
方法：[幻灯片放映] ->[设置 放映方式]
控制：人工换片/定时自动换片 播放动画效果？ 播放旁白？ 循环播放？ 绘图笔现场应用 状态（放映/编辑） 状态转换
幻灯片制作原则
提纲文章 演讲提纲，现场展开.
短语化 5/7/9 >……
提炼、力求简洁.
视觉效果 图形、直观、动静有度、色彩分明、简洁.
•情绪控制的重要性 •如何进行情绪控制
多个动作连动
示例
公司角色与定位
全面 产品与服务与提供者
技术与产品供应商 应用集成商
信息服务运营商
课程内容
创建演示文稿 修饰幻灯片 幻灯片连接
放映设置和打印
幻灯片的连接
串连（要制作完整的PowerPoint演示文稿 ，
要将单张幻灯片连接起来，似“串珍珠”）。
➢ 12字真言：“能用图，不用表；能用表，不
不断循环渐进的过程
目标
示例
评估与检查
宗旨
计划时间表
共同计划
计划要素分解
部门间协作互动
7%
2%
58%
意大利
瑞士
15%
德國
5%
5%
英國
法國
4% 1%3%
歐洲其它國家 北美 （美國，加拿大）
亞太地區(中國，澳大利亞，日本)
貿易
➢看百分比用饼状图
数量
5000 4000 3000 2000 1000
0
1
➢看差距用柱状图
A/B班上半年产量表
2
3
4
5
6
月份
月份 A班 B班
动画制作
★声音的设置
启动时间、与内容要协调、自动或手动点击
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析（可编辑）
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析2 化工过程系统稳态模拟与分析概述通过对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析也就是对过程系统建立模型并对模型进行求解可以解决下述三方面的问题①过程系统的分析与模拟②过程系统设计③过程系统参数优化①过程系统的分析模拟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如图21所示②过程系统设计当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求如图22所示③过程系统参数优化过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决策变量优化变量从而实施最佳工况如图所示 2 化工过程系统稳态模拟与分析相关的基本概念 1 系统为了某种目标由共同的物料流或信息流联系在一起的单元组合而形成的整体称为系统 2 子系统组成系统的系统下一层次的事物简单系统子系统就是某个单元复杂系统它的子系统又可能包含有子系统基本概念 3 系统的特性由两方面构成 1系统内各个单元的特性复杂系统则是各子系统的特性 2系统流程的结构特性树结构和再循环结构的概念 4 过程拓扑将过程流程图转换为信息流程图再把信息流程图转变为过程矩阵的过程称为过程拓扑过程流程→信息流程用有向线段表示信息流用方框表示设备或节点信息流程→过程矩阵将信息流程数字化使计算机可以识别根据信息流图可以得出过程矩阵 2．1 过程系统模拟的基本方法过程系统模拟计算量大且复杂手工计算难以完成计算机和计算技术的发展为过程系统的整体研究提供了技术手段各种类型的过程系统模拟软件不断出现但就其模拟计算求解方法而言可以归纳为三类序贯模块法 Sequentia1 Modular Method 面向方程法 Equation Oriented Method 联立方程法联立模块法 Stmultaneously Modular Method 2 11过程系统模拟的序贯模块法序贯模块法按照由各种单元模块组成的过程系统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的模拟计算的方法序贯模块法对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础依据单元模块入口的物流信息以及足够的定义单元特性的信息计算出单元出口物流的信息序贯模块法的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于通用化计算出错时易于诊断出错位置序贯模块法的主要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序贯模块法计算效率低的原因只能根据模块的输入物流信息计算输出物流信息在进行系统模拟的过程中对有再循环物流单元模块的计算需要考虑断裂物流收敛计算使问题复杂 2 12 过程系统模拟的面向方程法面向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的方法面向方程法又称联立方程法面向方程法的优点可以根据问题的要求灵活地确定输入输出变量而不受实际物流和流程结构的影响模型中所有的方程可同时计算和同步收敛面向方程法的问题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与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等 2 13 过程系统模拟的联立模块法联立模块法将过程系统的简化模型方程与单元模块严格模型交替求解又被称作双层法 2．2 过程系统模拟的序贯模块法 2．2．1序贯模块法的基本原理单元模块依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序如图28 a 中的闪蒸单元可依据闪蒸单元模型和算法编制成闪蒸单元模块单元模块的单向性结定单元模块的输入物流变量及参数可计算出相应的输出物流变量但不能由检出变量计算输入变量也不能由输入输出变量计算模块参数序贯模块法的基本思想从系统入口物流开始经过对该物流变量进入的单元模块的计算得到输出物流变量这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量依次逐个的计算过程系统中的各个单元最终计算出系统的输出物流计算得出过程系统中所有的物流变量值即状态变量值 2．2．2 再循环物流的断裂当涉及的系统为无再循环流的树形结构时序贯模块法的模拟计算顺序可以按过程单元的排列顺序一一顺利完成用序贯模块法处理具有再循环物流系统的模拟计算时需要用到系统分解断裂 Tearing 和收敛 Convergence 等多项技术 Step1 假定断裂物流S4的变量值然后依次计算单元模块ABC得到物流S4的变量值 Step2利用收敛单元比较S4与S4的相应变量值若不等则改变S4为新的变量值重复Step1过程直到S4与S4两个变量值相等为止问题收敛单元设置在哪个物流处既如何选择断裂物流本问题中不仅可以是物流S4处也可以设置在物流S2或S3处对于复杂系统收敛单元设置的位置不同其效果也将不同究竟设置在何处为好这要通过断裂技术去解决如何得到新的S4变量值如何保证计算收敛如何加快收敛取决于收敛算法还与断裂物流变量的特性有关 2．2．2 再循环物流的断裂 1 断裂的基本概念首先考察方程组的断裂假设有一个由四个方程四个未知变量组成的方程组也可以由另外的方式进行求解例如假设x2的猜值则 f1解出x3 f2解出x4 f3解出x1 最后利用f4来检验最初没定的猜值x2 是否正确如果f4为零则可认为得到了方程组的解若此处的f4 不为零则需修正x2的值再重新进行迭代计算这样可将四维求解问题降阶成了四个一维问题通过迭代计算把高级方程组降阶为低级方程组的办法称为断裂考察过程系统中的不可分隔子系统如图211断裂物流可以选为S10当然也可以选为S11选择不同的断裂物流则其相应的迭代序列也不一样从表面上看上列的两种计算序列似乎没有什么很大的区别但由于系统中各物流及其变量特性的不同在收敛计算上常是有很大差异的如变量个数的多少方程求解的难易程度等如何选择断裂物流确定迭代序列是实施序贯模块法进行过程系统模拟计算过程中必须要解决的问题 2 断裂方法的研究早在20世纪60年代初就有人提出了断裂的思想此后随着流程模拟技术的不断发展有关研究断裂的文章不断出现他们提出判断最佳断裂的准则分为四类 1 断裂的物流数最少 2 断裂物流的变量数最少 3 断裂物流的权重因子之和最少 4 断裂回路的总次数最少另一种归纳 1断裂的流股数目最少 2断裂流股包含的变量数目最少 3对每一流股选定一个权因子该权因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的困难程度应当使所有的断裂流股权因子数值总和最小4选择一组断裂流股使直接代入法具有最好的收敛特性四条准则是一般性的原则 3 回路矩阵过程系统中的简单回路可以用回路矩阵 1oop／stream Matrix 表示矩阵中的行代表回路列代表物流若某回路i中包括有物流J则相应的矩阵元素aij＝1否则为空白或零不独立的列 f 1 与 f 值较大的列相比较若某列中的非零元素与 f 值较大列的非零元素同行则该列相对于 f 值大的列不独立如S2的f 值较大与其余小于它的列相比较会发现S2的非零元素为C行和A行而S1列C行非零 S3A行非零其余列中无与S2同行的非零的元素则判别出 S1 S3相对于S2不独立表示为 S1 S3 S2 S5 S6 S4 流股断裂方法一L - R 分解法 L – R分解法遵循的原则断裂流股数目最少且将所有循环路打开例现有一个为最大循环网的不可分割子系统其信息流图如下1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 4流股断裂方法分析在这个信息流程图中有 8个流股S1S2 S8 五个节点12345构成了ABCD四个环路 1 4 2 5 3 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 A D C B在Lee – Rudd 法中首先分析信息流图再用环路矩阵表示出来 A B C D 环路S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 01 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 01 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 流股 f R 1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8A C DB 矩阵做法Si 流股若在 A 环中出现则标 1若不出现则标 0例如 A 环由S2S3 两流股构成其余为零矩阵中还有加和行用f 表示它由每一列中的非零元素加和构成加和列R它将每一行非零元素加和构成 f 称为环路频率代表某流股出现在所有环路中的次数R 称为环路的秩代表某环路中包含的流股总数经运算可得出加和 f 和R值环路矩阵成为下面样子 A B C D S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 10 R 2 2 3 4 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列 A B C D S1 S2 S3 S4 S5S6 S7 S8 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 R 2 2 34 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列基本概念工艺流程图过程流程过程拓扑举例信息流图-13 序贯模块法的基础是单元模块子程序通常单元模块与过程单元是一一对应的过程单元的输入物流变量即为单元模块的输入单元模块的输出即为过程单元的输出物流变量如 A B H G F E C D 系统分解对复杂系统将所有模型方程全部联立求解很困难直接用序贯法又存在相互影响这时可将该系统分成几个相对独立的部分各自联解再序贯求解将大的复杂系统分解为若干个小的子系统的过程称为大系统的分解目的是识别出不可分割子系统 AB H G F ECD 不可分割子系统不相关子系统 A B H G FE C D A B C A B CG F E D 流股断裂 Tearing 一般对于大系统分解得到的子系统已是不可分隔的如ABC构成的当这样的子系统仍很复杂时联立求解仍困难若断开某一个流股则可采用序贯法求解而断开的流股变量则作为迭代变量选择断裂流股是该技术的关键 A B H G F E C D 断裂物流迭代计算步骤如下该方程组可以通过联立求解得到它的解图210 描述了断裂的过程其中流股x2称为断裂流股该流股只有一个变量x2 称为迭代变量流股的收敛性指的就是其中变量x2 的收敛性能问题如果不选择流股x2是否可达到简化的目的。
[能源化工]aspen讲义
![[能源化工]aspen讲义](https://img.taocdn.com/s3/m/36f0f7140640be1e650e52ea551810a6f424c859.png)
第一章前言第一节化工过程流程摸拟的基本概念一、化工过程流程模拟化工过程流程模拟就是借助计算机求解整个化工生产过程的数学模型，得到有关该化工过程的性能的信息。
二、稳态模拟和动态模拟化工流程模拟可分为稳态模拟和动态模拟。
稳态模拟是模拟一个稳态的化工生产操作过程。
一头是稳定地连续进料，中间经过一系列稳定连续的加工操作，最后从另一头稳定连续的提供出化工产品的工厂或装置都属于稳定操作过程。
我厂绝大多数生产装置都是稳态生产过程，例如，乙烯裂解装置、原油加工装置等。
动态模拟系统是模拟不稳定的生产过程，例如间歇操作反应釜的生产过程、装置的开停工过程都属于不稳定的生产过程。
目前，由于化工流程稳态模拟系统与动态模拟系统相比，较为成熟，且应用范围较广。
所以化工流程模拟一般是指化工流程稳态模拟。
三、化工过程流程模拟的应用范围化工过程流程模拟主要用于新装置的设计和指导现有装置操作。
化工过程流程模拟能够对化工过程进行稳态的热量和物料衡算、尺寸计算和费用计算、过程的技术经济评价及过程优化。
四、化工流程模拟系统化工流程模拟系统是能够用来实现化工流程模拟的一整套计算机程序，或软件系统。
五、通用和专用化工模拟系统从应用范围方面来看，化工流程模拟系统还可以分为专用的和通用的化工流程模拟系统。
专用化工流程模拟系统是针对特定流程专门开发的模拟系统，只能用于对该流程进行模拟的目的，不具有通用性。
例如，荷兰KTI公司的SPYRO软件便是一个只用于乙烯裂解炉的、稳态的、专用模拟软件。
通用化工流程模拟系统是指并非针对特定流程开发的、对不同流程均可适用的、带有通用性的化工流程模拟系统。
本课程所要讲的ASPEN PLUS 便是一个稳态的、通用化工流程模拟系统。
六、模拟系统的“三要素”系统模型、物性数据和解算方法是模拟的三个核心环节，缺一不可，亦称“模拟三要素”。
系统模型即描述化工系统性能的数学模型。
一个完整的系统模型，不仅必须包括组成此系统的各个单元模型，而且还包括能对系统结构给予明确表述的部分。
1第二章 化工过程系统的稳态模拟与分析
满足设计规定否？ Whether suffice the design specification?
设计结果 Design results
调整 Adjustment
图2-2 过程系统设计
过程系统参数优化 Design of process system
2.1 过程系统模拟的三种基本方法
Three Basic Methods of Process Simulation
Compare
Method Advantage Disadvantage Software PROCESS（美） CONCEPT（英） CAPES（日） ASPEN（美） FLOWTRAN（美） ASCEND － Ⅱ（美） SPEEDUP（英）
Disadvantage
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
Calculation efficiency is low, especially solving the problems of design and optimization.
2.1 过程系统模拟的三种基本方法
Three Basic Methods of Process Simulation
SMM
Calculation of physical Property 物性计算
1
2
3
4
5
Iterative loop of SMM迭代循环圈
2.1 过程系统模拟的三种基本方法
Three Basic Methods of Process Simulation EOM（面向方程法）：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。Solve the equations describing
稳态流程模拟13-14
稳态流程模拟的基本方法 化工系统的分解 最大循环网的断裂
化工过程的数学模型
描述化工过程的数学模型，可分为以下3种类 型的方程： （1）各设备单元之间连接流股的方程——联 系各单元物流的连续性方程； （2）各单元内部质量和能量衡算、相平衡关 系式； （3）各设备单元模型方程的基础——用于计 算焓、平衡常数等物理性质和其他的传递和热 力学性质物理性质关系式。
出流股依次到达其后各个单元，而形成
一个单元串，当单元串中某个单元重新
出现时，在此重现单元之间的所有单元
构成一个单元群。将此单元群视为一个
单一的单元，并从它开始继续循迹前进。
直观分析Байду номын сангаас
13 4
1
A B
3
C
5
D
8
E
9
F
10
G
12
I
6
H
2
11
7
单元H构成了第一个单元组（只由1个单元构成）。
单元A、B、C、D和E构成再循环结构，必须同时求解，
0
作业
1 2
第八章P293第12题
7 3 C 4 E
A
B 9
5
H 22
6
I 14 15 J 19
11 10
12 F
8
D
13 K 20 21
16 17
L
M
18
N
不可分隔相关子系统
按严格单元模型进行单元模拟计算
联 立 模 块 法
生成简化模型的模型参数
简化模型连接方程组的求解进行系统模拟或优化 N 收敛判据1 Y 收敛判据2 Y 输出计算结果 N
3第二章 化工过程系统的稳态模拟与分析
方程的主元素选择过程
2.4 过程系统模拟的联立模块法
Simultaneously modular method simulating the process system
两种系统模拟方法的比较
Comparison of two system simulation methods 内容 占用存储空间 迭代循环圈 计算效率 指定设计变量 对初值要求 计算错误诊断 编制、修改程序 序贯模块法 小 多 低 不灵活 低 易 较易 面向方程法 大 少 高 灵活 高 难 较难
x4 y4 x1 y1 x2 y2 x3 y3
2.4.2 建立简化模型的切断方式
Establishment of tearing mode for simple model 流股全切断方式类似于面向方程法。主要区别在 于后者是严格模型方程，变量数也要大得多。 因此，对于较大系统，流股全切断方式建立的简 化模型方程数是很大的。
Ak和Bk。将Ak和Bk代入，得到线性方程组。 过程系统的模型方程组一般由线性方程和非线性方程组
成，因而线性化的对象应该是非线性方程。
2.3.3 联立拟线性方程组法解大型 稀疏非线性方程组
Solution of couple imitate-linear equation 2、稀疏线性方程组的解法 稀疏非线性方程组 稀疏线性方程组
回路切断方式：
相当于把若干个单元作为一个“虚拟单元”处理， 建立虚拟单元的简化模型。 虚拟单元所包含的各单元间的连接流股变量则不 出现在简化模型中，从而大大降低了简化模型的维数。
2.4.2 建立简化模型的切断方式
Establishment of tearing mode for simple model 通常以循环回路为一个虚拟单元，切断再循环流 股，故称为回路切断方式。
化工仿真模拟过程系统操作要点
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化工仿真模拟过程系统操作要点
过程系统操作要点
n 过热保护
凡是接受辐射热的设备开车期间都有过热保护问题。过热保 护的主要方法是使接受辐射热的设备和管路内部必须有流动的物 料，以便随时将热量带走，否则会因过热而影响设备和管路的使 用寿命，甚至损坏。
例如:加热炉点火前炉管中必须有流动的物料。65t/h锅炉点火时， 再循环阀V17必须打开，使省煤器中的水循环流动，目的在于保 护省煤器。过热器疏水阀HV-30用于蒸汽并网前保护过热段炉管。 在大型合成氨一段转化炉的对流段，有废热锅炉上水预热器 E1205、蒸汽过热器E1203A/B、第一工艺空气预热器E1204、第 二工艺空气预热器E1202及物料预热器E1201。在该炉点火升温 时，都必须引入流动的水、蒸汽和氮气进行过热保护。
依据同样的道理，设备和管道的局部过冷也要防止。例如脱丁 烷塔进料前先用C4升压，用以防止进料闪蒸引起局部过冷。
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化工仿真模拟过程系统操作要点
过程系统操作要点
n 建立推动力的概念
差异就是推动力，差异越大推动力越强。压力差是管道中流体 流动的推动力。温差是热量传递的推动力。密度差实质上是压力 之差，也是流动的推动力。
热态停车的原则是：处理事故所消耗的能量及原料最少，对产品 的影响最小，恢复正常生产的时间最短。在满足事故处理的前提 下，局部停车的部位越少越好。
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化工仿真模拟过程系统操作要点
过程系统操作要点
n 找准事故源从根本上解决问题
这是处理事故的基本原则。如果不找出事故的根源，只采用一些 权宜方法处理，可能只解决一时之困，到头来问题依然存在。或 者付出了更多的能耗以及产品质量下降等代价。当然对于复杂的 流程找准事故源常常不是一件容易的事情，需要有丰富的经验、 冷静的分析、及时且果断的措施，在允许的范围内甚至要作较多 的比对试验。
化工系统工程稳态模拟
通过模拟实验代替实际实验，可以大大缩短新产品的研发 周期，降低研发成本。
02
化工系统稳态模拟基础
化工系统简介
01
02
03
化工系统
指由多个化学反应和物理 过程组成的复杂系统，包 括原料的输入、反应过程、 产物的输出等。
化工系统的特点
具有高度的复杂性、非线 性、时变性和不确定性， 涉及大量的物质、能量和 信息流动。
背景
随着化工行业的快速发展，生产过程越来越复杂，对生产过程的控制和优化要 求也越来越高。稳态模拟作为化工系统工程中的重要技术手段，能够为实际生 产提供理论支持和指导。
稳态模拟的定义和重要性
定义
稳态模拟是指对化工生产过程中的物料平衡、能量平衡和 化学反应等进行的数学建模和计算机模拟。在稳态模拟中 ，系统的状态参数（如温度、压力、流量等）不随时间变 化。
06
结论与展望
结论
稳态模拟是化工系统工程中的重要手段，通过模拟可以预测实际生产过程中可能出 现的各种情况，为优化生产和提高经济效益提供有力支持。
稳态模拟技术在化工生产中得到了广泛应用，不仅提高了生产效率，还降低了能耗 和环境污染，为可持续发展做出了贡献。
稳态模拟技术在实际应用中仍存在一些挑战和限制，如模型精度、计算效率和数据 可靠性等方面的问题，需要进一步研究和改进。
重要性
稳态模拟的重要性主要体现在以下几个方面
1. 优化工艺参数
通过模拟不同工艺参数下的系统性能，可以找到最优的工 艺参数组合，提高产品质量和生效率。
2. 降低能耗
通过模拟不同操作条件下的能耗情况，可以找出最优的能 源利用方案，降低生产成本。
3. 提高安全性
通过模拟潜在的危险操作和事故情况，可以预测系统的安 全性能，及时发现和解决潜在的安全隐患。
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出现时，在此重现单元之间的所有单元
构成一个单元群。将此单元群视为一个
单一的单元，并从它开始继续循迹前进。
直观分析
13
4
1
3
ABC
5
8
D
6
2
H
7
9
10
12
EFG I
11
单元H构成了第一个单元组（只由1个单元构成）。
单元A、B、C、D和E构成再循环结构，必须同时求解，
拟系统软件的建立、维护和扩充都很方便，易于通用 化；计算出错时易于诊断出错位置。
主要缺点是计算效率低。
联立方程法
联立方程法是将所有方程放在一起联立求解，
从而打破单元模块间的界限，可依据计算任务 的需要确定输入变量及输出变量。
优点：由于联立求解，避免了回路的断裂、省
去嵌套迭代的时间，提高了计算效率。
P
Lee-Rudd
使断裂的
I
流股数目
Q
最少 H
JK
O
L M
R N
S E
D
C Flas
react
A
oBr
hF
G
pur
ge
信息流图
I
J
K
P
Q
R
O
H
L
M
E
D
N
A
B
C
F
S
G
流程简化
J
K
P
Q
R
O
L
M
N S
K
P
O
L
M
N S
寻找回路
6 O
5 4
1
K
L
8 S
2 M
3
7
(1)
(2)
(3)
K
L
M
L
(7)
(4)
(8)
该法的优点是直观，简单，缺点是难于程序化。
三、最大循环网的断裂
判断最优断裂流股的准则 ➢ 断裂的流股数目最少； ➢ 断裂流股包含的变量数目最少； ➢ 对每一流股选定一个权重因子，该权重
因子数值反映了断裂该流股时迭代计算 的难易程度，应当使所有的断裂流股权 重因子数值总和最小； ➢ 选择一组断裂流股，使直接带入法具有 最好的收敛性。
输出计算结果
方法比较
从使用角度看，序贯模块法最容易，而解方 程法较难。
从准备工作上考虑，解方程法最容易，而序 贯模块法和联立模块法较难。因为后者首先 需要对流程进行分析，找出循环网络，然后 进行切断等。
到目前为止几乎所有已开发的流程模拟系统 都使用序贯模块法或联立模块法。
二、化工过程系统的5
8
ABC
D
EFG I
6
H
A B ACBCDE D
EFG I
H
环路（BCDB）、（CEC）与（CABC）
（4）从单元D沿流 股8继续搜索
拟节点中又识
A, (B,C , D), E 别出一个环路( A, B,C , D)
E
E
ABC H
8
9
D
EFG I
7
A B ACBCDE D
H
FGF构成一个环路，合并成另一个拟节点
（6）从单元G沿流股12搜索 (A, B,C, D, E),(F,G),I
12
ABC
D
EFG I
H
（7）因为单元H没有从系统返回的输入流股，所以H 不在任何环路中，则可最先计算。至此全部搜索工 作结束，计算各单元组的顺序是：
H,(A, B,C, D, E),(F,G), I
它构成了第二个单元组（5个单元构成）。
单元F和G在一个循环回路中，也必须同时求解，构成了
第三个单元组（2个单元构成）。
最后，单元I构成了第四个单元组（只由1个单元构成）。
（1）从单元A开始 A, B,C, D, B 合并B,C,D A, (B,C, D)
13
4
5
8
ABC
D
EFG I
6
H
ABCD
ABC
EFG I
H
原拟节点包含环路（BCDB）（CEC）（CABC） （DECD）
（5）从单元E沿流股9继续搜索
( A, B, C, D, E), F, G, F 合并F,G( A, B, C, D, E), (F, G)
ABC H
9 10 13
D
EFG I
11 7
A B CCDEBA D
E F FG G I
D
EFG I
H
环路BCDB
（2）从单元C 沿流股6搜索
A, (B,C, D), E,C 合并B,C ,D,E A, (B, C , D) E
13
5
8
9
ABC
D
EFG I
6
H
7
A B ACBCDE D
EFG I
H
环路（BCDB）与（CEC）
（3）从单元C沿
A, (B,C , D), A 合并A,B,C,D,E( A, B, C , D)
第三章 稳态流程模拟
稳态流程模拟的基本方法 化工系统的分解 最大循环网的断裂
化工过程的数学模型
描述化工过程的数学模型，可分为以下3种类 型的方程： （1）各设备单元之间连接流股的方程——联 系各单元物流的连续性方程； （2）各单元内部质量和能量衡算、相平衡关 系式； （3）各设备单元模型方程的基础——用于计 算焓、平衡常数等物理性质和其他的传递和热 力学性质物理性质关系式。
一、稳态流程模拟的方法
序贯模块法 联立方程法 联立模块法
序贯模块法
对各设备的模型方程编制成各个计算机子程序，称之
为“模块”（Building Block 或Module）。
序贯模块法就是按照由各种单元模块组成的过程系统
的结构，序贯的对各单元模块进行计算，从而完成过
程系统的模拟计算。
序贯模块法的优点是：与实际过程的直观联系强；模
联立方程法的缺点是：需要较大的计算机内存； 他不能如序贯模块法那样可利用已建立起来的 单元模块；需较好的起始猜值；难于找出计算 中存在的错误。
联 立 模 块 法
不可分隔相关子系统
按严格单元模型进行单元模拟计算
生成简化模型的模型参数
简化模型连接方程组的求解进行系统模拟或优化 N
收敛判据1 Y N
收敛判据2 Y
S
K
(5)
O
K
(6) S (8) K
回路矩阵 Cij
1 0
如物流Si在回路i内时 如物流Si不在回路i内时
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R
1 0 1100000 2 2 1 1000011 4 3 1 0011000 3 4 1 0010101 4
f 3 2121112
f:回路频率（stream frequency)，指某一流股出现在各回路 的次数，数值上等于矩阵中每一列元素的代数和。
将一个系统结构已定的系统分割成一些更
小的次一级系统的方法称为系统的分解
（Decomposition）：
（1）系统的分隔（或分割，Partitioning）
（2）子系统（指循环回路或最大循环网）的 断裂（Tearing）
单元串搜索法－系统的分隔
在流程图上从一个单元出发，循输 出流股依次到达其后各个单元，而形成
R:回路的秩(loop rank），指某一回路中包含的流股总数， 即矩阵每一行元素的代数和。
除去不独立的列
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R