第六章=工业过程的动态建模与仿真.ppt

第六章: 工业过程的动态模型化与仿真
黄克谨
北京化工大学信息科学与技术学院
主要内容
动态模型及其作用;
建立动态模型的基本原理;
动态模型的求解;
一个理想二元蒸馏塔的动态模型化与仿真。
动态模型及其作用
动态模型是反映系统输入与输出的非定常关系的一种数学或逻辑表达式;
动态模型是过程开发与设计的主要依据;
动态模型是研究过程操作的主要手段;
动态模型也与过程优化紧密关联。
工业过程的动态模型化原理
物料平衡原理;
能量平衡原理;
动量平衡原理;
其它相关原理;
反应动力学与平衡,汽液平衡等。
动态模型的求解
由于工业过程的复杂性,动态模型的求解一般要借助于数值积分方法。
对于数值积分方法, 一般要求
(1) 稳定性强; (2) 计算误差小。
代表性数值记分方法
(1) Gear 法; (2) Runge-Kutta 法。
例子: 一个理想二元蒸馏塔的动态仿真
给定一个二元精馏塔,分离由物质A和B组成的混合物。进料流量为100 mol/s, 进料浓度是A:B = :。(A), (B)。操作压力是9 bar。气化潜热为6944 cal/mol (满足衡分子流假设)。塔板稳态滞液量为1mol。冷凝器和再沸器的稳态液量分别为30 mol。塔板水力学的时间常数是8秒。
汽液平衡计算
塔内气液平衡按下式计算:
Pj = xA, jPAs + xB, jPBs (1)
yi, j = xi, jPis / Pj (2)
饱和蒸汽压按下式计算:
Ln Pis = Avp, i – Bvp, i/Tj (3)
 A(Avp/Bvp) =
B(Avp/Bvp) =
理想二元蒸馏塔的结构
理想二元蒸馏塔的动态模型化---物料平衡方程
冷凝器(j=1):
V2×y2 - L1×x1 - D×x1 = 0 ()

中间塔板(1《 j《 N-1):
Vj+1×yj+1 + Lj-1×xj-1 - Lj×xj - Vj×yj = 0
()
冷凝器(j=N):
LN-1×xN-1 - LN×xN - VN×yN = 0
()
理想二元蒸馏塔的动态模型化---能量平衡方程
冷凝器(j=1):
V2×H2 - L1×h1 - D×h1 = d(L1×h1)/dt
()
中间塔板(1《 j《 N-1):
Vj+1×Hj+1 + Lj-1×hj-1 - Lj×hj - Vj×Hj = d(Lj×hj)/dt
()
冷凝器(j=N):
LN-1×hN-1 - LN×hN - VN×HN = 0 ()