本文選題：動態(tài)模擬 + 軟件工程　； 參考：《北京化工大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：化工動態(tài)流程模擬技術(shù)是在穩(wěn)態(tài)流程模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的,穩(wěn)態(tài)流程模擬可以看成是動態(tài)流程模擬的一個子集,所以動態(tài)流程模擬更復(fù)雜,技術(shù)要求更高。由于現(xiàn)今煉油化工裝置復(fù)雜程度和自動化程度越來越高,用于復(fù)雜大系統(tǒng)動態(tài)建模與模擬的動態(tài)流程模擬系統(tǒng)的開發(fā)勢在必行�；討B(tài)流程模擬系統(tǒng)的開發(fā),既可以培訓(xùn)操作人員、縮短開車時間、節(jié)約原材料成本,又可以幫助化工工程師和設(shè)計人員實現(xiàn)裝置工藝優(yōu)化、控制優(yōu)化、延長裝置安全生產(chǎn)運行時間。因此,在對動態(tài)流程模擬核心技術(shù)進行研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)出一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的適用于大型復(fù)雜化工裝置的通用化工動態(tài)流程模擬系統(tǒng)尤為必要,且具有非常重要的意義。本論文的主要研究內(nèi)容和研究成果如下：(1)在軟件開發(fā)過程中,確定了軟件的使用對象和開發(fā)運行環(huán)境并提出了軟件系統(tǒng)的體系架構(gòu),提出了以C/C++語言作為系統(tǒng)開發(fā)的主要編程語言。由于Java的可移植性和內(nèi)存管理機制較好,通訊系統(tǒng)采用Java語言編寫。(2)利用系統(tǒng)集成的技術(shù)手段,開發(fā)了一套化工動態(tài)流程模擬系統(tǒng)。建立了用于動態(tài)模擬系統(tǒng)的通用工藝模型子系統(tǒng),包括：結(jié)點模型、換熱器模型、平衡閃蒸模型、精餾塔模型和反應(yīng)器模型等。建立了DCS控制子系統(tǒng),包括比例、積分、微分控制模型,聯(lián)鎖控制模型。聯(lián)鎖邏輯中只對與、或、非等基本邏輯建立模型并編寫函數(shù),復(fù)雜邏輯均可通過簡單邏輯組合來實現(xiàn)。對長連接、短連接、同步、異步等四種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭M行了分析研究,根據(jù)動態(tài)模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大和數(shù)據(jù)傳輸頻繁的特點,提出了基于TCP/IP協(xié)議的異步長連接方式作為通訊傳輸模式。(3)在分析比較了兩種常見相平衡求解方法后,提出和完善了一種基于同倫延拓思想的相平衡模型求解算法,解決了相平衡求解中的不適定性問題。通過引入自適應(yīng)參數(shù),建立了相平衡模型方程的同倫方程。通過對自適應(yīng)參數(shù)的修正,實現(xiàn)了從同倫方程到相平衡方程的數(shù)值延拓計算。利用本文提出的方法計算了純組分的正常沸點,計算結(jié)果和實際值的相對誤差小于1%。三元體系的泡點計算結(jié)果與文獻值相比,溫度相對誤差最大為1.4%,組成相對誤差最大為4.8%。誤差均在可接受范圍之內(nèi),證明了模型及算法的正確性。將本文提出的算法和傳統(tǒng)算法分別用于相平衡模型求解,并進行了對比研究。在保證計算結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)相同的情況下,本文方法計算速度較快,與傳統(tǒng)方法相比,存在數(shù)量級的差別。同時,還考察了初始組成和初始溫度對于相平衡計算結(jié)果的影響。在兩種方法中,初始組成對相平衡計算結(jié)果影響不大。傳統(tǒng)方法和本文提出的方法對初始溫度的敏感各不相同。傳統(tǒng)方法對于初始溫度比較敏感,如果初始溫度賦值不合理會出現(xiàn)迭代計算不收斂的情況；而采用本文方法不需要賦初始值,可在較寬的定義域區(qū)間實現(xiàn)快速收斂。(4)采用同倫延拓的思想完善了平衡閃蒸模型的求解算法,并對這種計算方法進行了分析和研究。通過實例驗證,采用本文方法計算結(jié)果平均相對誤差為3.0%,驗證了該方法的正確性,并與Pro2、 Aspen Plus和UniSim三款商業(yè)軟件的計算結(jié)果進行了對比分析。計算結(jié)果表明,本文方法用于閃蒸模型求解,效果達(dá)到甚至超過商用軟件。(5)針對動態(tài)流程模擬系統(tǒng)的交互式特點,建立了管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型,通過鄰接矩陣實現(xiàn)了管網(wǎng)的自動識別與建模。提出了一種新的模型求解算法,解決了傳統(tǒng)算法在動態(tài)流程模擬暴露出的不適定性問題,有效地解決了非線性方程組的剛性問題,降低了方程組求解的過程計算量,提高了計算效率。(6)采用動態(tài)序貫?zāi)K法作為化工動態(tài)流程模擬系統(tǒng)的全流程求解策略。對傳統(tǒng)的序貫?zāi)K法進行了改進,使之適用于動態(tài)流程模擬中多尺度時滯性單元過程的計算,提高了計算效率和數(shù)值穩(wěn)定性。(7)基于機理模型的特征準(zhǔn)則,提出并完善了用于煉油工藝動態(tài)模擬的建模求解策略,實現(xiàn)了石油餾分的表征,建立實組分組分率模型方程,采用牛頓迭代法計算各組成的分率,并根據(jù)實際數(shù)據(jù)再進行相應(yīng)的修正。給出了煉油工藝動態(tài)模擬的建模求解方案。(8)采用上面所提出的模型方法,利用本文建立的動態(tài)流程模擬系統(tǒng),實現(xiàn)了柴油加氫工藝動態(tài)模擬。模擬結(jié)果中,各主要設(shè)備的關(guān)鍵工藝控制點計算結(jié)果與實際值相比,最大相對誤差為6%,最小相對誤差為1%,能夠滿足實際工程需要。精制柴油實沸點蒸餾曲線數(shù)據(jù)的計算值和實際值相吻合。PID調(diào)節(jié)器模型和連鎖控制模型的動態(tài)響應(yīng)趨勢與實際相吻合,能夠很好的反應(yīng)實際控制過程。以上結(jié)果均表明,柴油工藝動態(tài)模擬的實組分法數(shù)學(xué)模型和本文開發(fā)的化工動態(tài)流程模擬系統(tǒng)的正確性以及在計算速度、收斂性和數(shù)值穩(wěn)定性等方面效果較好。
[Abstract]:The simulation technology of chemical dynamic process is developed based on steady state flow simulation technology , and the simulation of steady state process can be regarded as a subset of dynamic process simulation . ( 3 ) After analyzing and comparing two common phase equilibrium solutions , this paper proposes and perfects a phase equilibrium model solving algorithm based on homotopic extension , and solves the problem of uncertainty in the solution of phase equilibrium . By introducing the adaptive parameters , the relative error of the model and the algorithm is less than 1 % . In the two methods , the initial composition and the initial temperature have different effects on the calculation of the phase equilibrium .
This paper presents a new model solving algorithm for dynamic simulation of chemical dynamic process by using dynamic sequential module method . ( 8 ) By using the model method proposed above , the dynamic simulation of diesel hydrogenation process is realized by using the dynamic process simulation system established in this paper . The results of simulation show that the maximum relative error is 6 % , the minimum relative error is 1 % , which can meet the actual engineering needs . The dynamic response trend of the refined diesel fuel boiling point distillation curve data is in agreement with the actual value . The above results show that the mathematical model of the real component method for dynamic simulation of diesel process and the simulation system of chemical dynamic process developed in this paper are correct and have good results in calculation speed , convergence and numerical stability .

【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ019
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本文編號：1821291