反應器是化學工業(yè)的核心,其效率和穩(wěn)定操作直接影響反應器的上下游單元。由于許多反應體系復雜、反應條件苛刻,反應器中某些關(guān)鍵參數(shù)如反應溫度、反應物或者產(chǎn)物濃度分布難以實時測量。此外,實際生產(chǎn)中反應器常會受到外界一些或大或小擾動,這些擾動可能會引起反應器效率降低、偏離正常運行狀態(tài),但由于某些復雜反應體系的關(guān)鍵參數(shù)無法實時測量致使低效或者偏離狀態(tài)無法確定,將可能引起整個過程停車、甚至爆炸。若利用反應器可測量的實時數(shù)據(jù)對其進行動態(tài)模擬,以獲取反應器內(nèi)部的關(guān)鍵參數(shù)如溫度、濃度等實時數(shù)據(jù)即可有效地識別反應器的運行狀態(tài),從而可有效監(jiān)管復雜的反應體系。當前,化工仿真模擬軟件如Aspen Plus、Hysys、PRO Ⅱ等在穩(wěn)態(tài)模擬、化工設(shè)計以及優(yōu)化等方面具有廣泛應用。但針對實際過程(尤其復雜反應體系)的在線模擬具有一定的局限性,為此反應器實時仿真系統(tǒng)的開發(fā)具有非常重要的意義,本文以反應器動態(tài)仿真系統(tǒng)的開發(fā)展開討論。首先,以理想反應器的動態(tài)模型為基礎(chǔ)分析其求解方法。分析發(fā)現(xiàn):攪拌釜反應器動態(tài)模型用常微分方程組描述,較容易求解;而平推流反應器動態(tài)模型用偏微分方程組描述,因模型中變量數(shù)多于方程數(shù),導致模型方程組無法求解。針對具有氣體進料的平推流反應過程的動態(tài)模型的求解問題,提出改進解法,以氣體狀態(tài)方程為基礎(chǔ)來推導氣體組分濃度為其摩爾流量和溫度的函數(shù)從而增加方程數(shù),以達到其模型方程組可以求解的目的。并將所提出的改進解法與常規(guī)解法的模擬結(jié)果進行比對,結(jié)果顯示該改進解法有效地解決了氣體進料平推流反應器動態(tài)模型的求解問題。其次,介紹動態(tài)仿真系統(tǒng)的開發(fā)。仿真系統(tǒng)要實現(xiàn)圖形化建模、引導用戶輸入?yún)?shù)、仿真模型的存儲與加載、模型求解計算等功能。基于面向?qū)ο蠛湍K化編程的思想,將仿真軟件分為單元設(shè)備、物流線、流程顯示、導航、數(shù)據(jù)管理、模型計算、文件存儲模塊等七個子模塊并對各子模塊的設(shè)計展開說明。最后,簡述所開發(fā)的動態(tài)仿真系統(tǒng)的應用實例。以皂化反應(全混流反應器,CSTR)、鹽酸與辛醇及十二醇混合液反應(進料為液體的平推流反應器,LPFR)及丙酮氣相裂解反應(進料為氣體的平推流反應器,GPFR)過程的動態(tài)模型為對象,利用構(gòu)建的仿真系統(tǒng)對其進行仿真研究。并將動態(tài)模擬模擬結(jié)果與文獻數(shù)據(jù)對比,結(jié)果顯示所開發(fā)的系統(tǒng)的有效性。
【學位單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ052
【部分圖文】：

相對于有限差分法，ＭＯＬ法計算量更小，故首選ＭＯＬ法進行求解。逡逑ＭＯＬ法對偏微分方程組中的空間變量離散化，僅保留時間變量的微分，使逡逑偏微分方程組轉(zhuǎn)為常微分方程組。其離散方式如圖２．３所示，整個平推流反應器逡逑１３逡逑

式格式和蛙跳格式等［６９］。一般來說顯示格式求解簡單，但由于解的穩(wěn)定性等原因逡逑對時間步長有諸多限制；蛙跳格式為三層格式，求解過程相對復雜。綜合考慮解逡逑的穩(wěn)定性和計算復雜程度，本文選隱式格式作為差分格式。以圖２．４（ｂ）中的（／，々）逡逑點為例來說明此差分格式在（／，／ｔ）點處各組分濃度和溫度等參數(shù)的求解。經(jīng)網(wǎng)格逡逑劃分后，（／，幻點處原模型方程中氣體的摩爾流量和溫度隨空間的導數(shù)可用橫坐逡逑標軸上相鄰兩空間點的一階差分近似如式（２．１７）和式（２．１８）；邋（／，幻點處模型方逡逑程中濃度和溫度隨時間的導數(shù)可用縱坐標軸上相鄰兩時間點的一階差分近似如逡逑式（２．１９）和式（２．２０）：逡逑ｍ邐（，ｎ）逡逑ｄＶ邐ＡＶ邐ｖ邋；逡逑ｋ邋ｋ邋ｋ逡逑—＾－邋＝邋－———邐（２．１８）逡逑ｄＶ邋ＡＶ邐Ｋ邋Ｊ逡逑ｄｃ．ｋ邋ｃ．ｋ－ｃｋＡ逡逑十＾邋／邋＝邋１，２，…爪．邐（２．１９）逡逑ａｔ邐Ｍ逡逑ｄＴｋ邋Ｔｋ－Ｔｋ￣］逡逑十＝１邋／邐Ｐ．２０）逡逑ｄｔ邋Ａｔ逡逑式中：逡逑１６逡逑

圖３．１三層架構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｈｒｅｅ－ｔｉｅｒ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑三層架構(gòu)如圖３．１所示，其中表現(xiàn)層（ＵＩ，也稱界面層）是用戶可見的操作逡逑界面，用戶通過該層與系統(tǒng)進行信息交互。業(yè)務邏輯層（ＢＬＬ）處于表現(xiàn)層和數(shù)逡逑據(jù)訪問層之間，起著承上啟下的作用，在這一層中制定關(guān)于數(shù)據(jù)的處理規(guī)則機制。逡逑數(shù)據(jù)訪問層（ＤＡＬ）所做事務通過Ａｄｏ邋（數(shù)據(jù)訪問技術(shù)）直接操作數(shù)據(jù)庫，對數(shù)逡逑據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進行增加、刪除、更新、查找等［７３】。Ｍｏｄｅｌ層為構(gòu)造模型，用于存放逡逑２１逡逑

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張旭霞;;新型低溫短流程平推流塔式聚酯技術(shù)生產(chǎn)工藝介紹[J];合成纖維;2006年02期

2 萬錫仁;;平推流反應器的振蕩操作[J];南京工業(yè)大學學報(自然科學版);1991年01期

3 王榮梅;;平推流反應釜制造及裝配難點[J];石油和化工設(shè)備;2017年02期

4 張洪寬;張彩霞;曹振南;趙亮;;平推流反應釜制造過程中的幾個要點和建議[J];石油和化工設(shè)備;2017年04期

5 ;2017年第2期導讀[J];石油和化工設(shè)備;2017年02期

6 劉躍進;黃良;;等空時雙平推流循環(huán)流動的數(shù)學模型[J];化學工業(yè)與工程;1993年02期

7 胡志軍;陳建秋;楊振亞;何忠;趙珊珊;李國平;王志良;;二氧化鈦平推流光催化反應器降解染料過程中氮素的變化[J];環(huán)境工程;2014年03期

8 李平,修國華;用動態(tài)法研究氣升式環(huán)流反應器中氧傳遞規(guī)律的平推流模型[J];沈陽化工學院學報;1997年04期

9 霍玲玲;趙途;梁澤;劉越;劉玉敏;;微通道平推流耦合反應器制備苯甲醛的工藝研究[J];現(xiàn)代化工;2017年06期

10 孫竹范,孫碧瑤,李鳳梅;反應器的熱衡算方程精解[J];精細化工;2002年08期

相關(guān)會議論文 前3條

1 劉永兵;陳紀忠;陽永榮;;環(huán)管反應器內(nèi)液固兩相流的數(shù)值模擬[A];第一屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

2 聶偉;汪印;孫國剛;紀文峰;許光文;;連續(xù)進出料流化床的顆粒停留時間實驗研究[A];中國顆粒學會第七屆學術(shù)年會暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會論文集[C];2010年

3 周家村;胡廣敏;;純殼聚糖纖維規(guī)�；苽渑c應用[A];2013年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集——主題K：先進纖維[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 董建宇;中鋁貴州分公司再添科技“利器”[N];中國有色金屬報;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 王雁冰;反應器動態(tài)仿真系統(tǒng)開發(fā)研究[D];廈門大學;2018年

2 孫沖;無酸縮合聯(lián)二脲的連續(xù)化合成工藝[D];浙江大學;2014年

3 吳文波;基于多生產(chǎn)方案溶劑油生產(chǎn)裝置的建模與應用[D];華東理工大學;2011年

4 張匯;低成本綠色已內(nèi)酰胺聚合工藝研究[D];湖南大學;2002年

本文編號：2807894