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1、化工过程模拟与计算,1,第1章 绪论,1.1 概述1.2 化工过程模拟分类1.3 化工过程模拟发展简史1.4 化工过程模拟的功能1.5 化工过程稳态模拟系统的构成1.6 课程内容及要求,2,化学工程学科发展的三次飞跃,第一次飞跃：“单元操作”概念的提出；,第二次飞跃：“传递过程”概念的提出，Bird传递现象出版，“三传一反”特征确立；,第三次飞跃？过程系统工程、产品工程、多尺度。,1.1 概述,3,“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律
2、），“一反”为化学反应过程。,“三传一反”概括了化工生产过程的全部特征，传递过程被认为是单元操作的理论基础，开辟了化学工程发展过程的第二个历程。,4,化学工程模拟的概念,化工过程模拟是一种高科技手段；它根据化工单元过程和热力学的基本方程，应用现代数学方法，编制成计算机软件，使之能够模拟实际的化工生产过程。,5,1.2 化工过程模拟的分类,化工过程稳态模拟化工过程动态模拟,6,化工过程稳态模拟：为通常所说的化工过程模拟或流程模拟；根据化工过程的稳态数据，如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数，进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算
3、机模拟实际的稳态过程，得出所计算的整个流程或单元过程详细的物料平衡和热量平衡数据。得到的重要参数：材料消耗、公用工程消耗，产品、副产品的产量、组成和质量等重要参数。,7,化工过程动态模拟,它是计算装置的某个或数个参数发生变动时，其他所有参数如何随时间而发生变化。它的计算永远不会终结，对于任何一个参数的变动，计算结果都是系统中所有工艺参数及相应的性质随时间变化的关系曲线。用途：过程动态特性分析、控制方案的制定、开停车方案的优化以及操作工培训软件的开发等。,8,1.3 化工过程模拟发展简史,国外,起源：20世纪50年代中后期，1958年美国的公司推出了世界上第一个化工模拟程序-Flexible F
4、lowsheeting。初始发展期：整个60年代，国外各有关大学、研究机构和炼油、石化公司纷纷开始研究自己的模拟系统。特点：功能简单，计算范围较窄，计算能力较差，收敛能力存在较多问题。成长壮大期：模拟技术得到了工业界的普通承认，该时期比较优秀的软件有：美国Monsando公司的Flowtran和Simulation sciences公司的Process。,9,成熟期：进入80年代后，模拟软件的开发走向专业化、商品化。特点：模拟计算的准确性、可靠性大大增强，应用范围不断拓宽，功能日益丰富，使用越方便。深入发展期：90年代开始，特点：从“离线”走向“在线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单
5、纯的稳态计算发展到和工业装置紧密相联。,10,国内,起源：60年代末。兴旺期和大发展期：化工部第四、五、六、八、九设计院，化工部设计公司，燕山石化设计院，上海医药工业设计院等许多单位均投入相当的人力物力进行模拟系统的开发。70年代末至80年代初：国内模拟软件水平已经相当接近国外的先进水平。80年代引进风的兴起导致70年代的兴旺为昙花一现。1987年，青岛化工学院（现青岛科技大学）推出了“工程化学模拟系统（ECSS）”可谓一枝独秀。,11,1.4 化工过程模拟的功能,1.4.1 新装置设计,1.4.2 旧装置改造,石化和化工装置的设计都要用,12,1.4.3 新工艺、新流程的开发研究,1.4.4
6、 生产调优、疑难问题诊断,13,1.4.5 科学研究,1.4.6 工业生产的科学管理,1.4.7 动态模拟、实时优化的基础,14,1.5 化工过程稳态模拟系统的构成,1.5.1 模拟系统的主要组成部分,模拟系统的分类：,专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何工艺流程。,15,流程图,数据文件,流程图拓扑分析及数据检查,调度系统,图1-1 稳态模拟系统的结构,16,调度系统的作用：,单位制的匹配；热力学方法的调用；物流和单元过程的动态组合；动态的组织流程、调用相关单元过程，指挥计算机按照拓扑分析确定的流程顺序进行计算。在给定的迭代次数
7、内给出流程计算是否收敛的信息。,调度系统是程序逻辑性、完善性、灵活性、使用性最重要的体现，对其组织、编制和逻辑处理的技巧要求是最高的。,17,1.5.2 模拟软件的基本输入数据五大输入部分,除了模拟计算流程图外，还需用户输入五部分内容：（1）计算总说明：输入计算的单位制（英制、公制和国际单位制三种单位）（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。（3）热力学方法：对准确性起决定性作用。（4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成（5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有的约束条件。,18,1.6 课程内容及要求,1.6.1 课程内容,第2章 化工过程模拟及相关高新技术第3章 石油馏分第4章 热力学方法第5章 化工单元过程计算第6章 蒸馏过程计算,19,1.6.2 要求背景课程：化工原理、化工热力学、传递过程原理。一门计算机高级语言。,20,
