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第四讲 分离单元的仿真设计

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热过程单元的仿真设计

热过程单元的仿真设计

计算值 Calculated 流动方向为多管程流动时采用。
1
2
3
4
5
HeatX — LMTD校正
HeatX — LMTD校正（2）
压降 ( Pressure Drop )
01
分别指定热侧和冷侧的出口压力
02
( Outlet pressure )
03
指定值 > 0，代表出口的绝对压力值
04
HeatX—计算类型（2）
HeatX—简捷计算
HeatX—流动方式
流动方式设定包括： 热流体(Hot fluid)流动空间： 壳程 (Shell) /管程 (Tube) 流动方向(Flow direction)： 逆流 (Countercurrent) 并流 (Co-current) 多管程流动 (Multiple passes)
概况 Summary
换热器详情 Exchanger details
分区 Zones
01
03
05
02
04
06
HeatX——结果查看
Case Study— 结果查看
Heater — 应用示例 (4)
流量为 100 kg/hr、压力为 0.2 MPa、温度为20 ℃的丙酮通过一电加热器。当加热功率分别为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时，求出口物流的状态。
Heater — 物性计算
利用Heater模块可以很方便地计算混合物在给定热力学状态下的各种物性数据，如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度、热容、导热系数等等：只需将给定组成的物流导入Heater模块，根据给定的热力学状态设定Heater的模型参数，并在总Setup的Report Options中设定相应的输出参数选项即可。

热过程单元的仿真设计(3)

热过程单元的仿真设计(3)

物在给定热力学状态下的各种物性数据，
如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度、
热容、导热系数等等：只需将给定组成的
物流导入Heater模块，根据给定的热力学状
态设定Heater的模型参数，并在总Setup的
Report Options中设定相应的输出参数选项
即可。
2021/4/21
25
Heater — 应用示例 (5)
2021/4/21
47
HeatX—— 简捷计算（2）
2021/4/21
48
HeatX—— 简捷计算（3）
总传热系数方法 ( U methods )
• 常数 (Constant) • 相态法 (Phase specific values)
分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数 • 幂函数 (Power law expression)
U=Uref (Flow/Flowref)^exponent
2021/4/21
49
HeatX—— U - 相态法
2021/4/21
50
HeatX——结果查看
HeatX 最 重 要 的 是 热 参 数 结 果 (Thermal
results)，其下包括五张表单：
• 概况
Summary
(Cold (Cold
42
HeatX — 冷物流出口温差
2021/4/21
43
HeatX — 换热器设定(3)
共
有 11. 传热面积
transfer area)
13 12. 热负荷
个
(Exchanger duty)
选
13. 几何条件 在详细计算时采用。
项
(Heat (Geometry)

4-仿真策略

4-仿真策略

面向活动仿真模型的总控算法结构
时间扫描 活动例程扫描
进程交互法
前两种处理都是针对事件而建立的，而 且各个处理都是独立存在的。 进程交互法的基本模型单元是进程，进 程与处理的概念有着本质的区别
它是针对某类实体的生命周期而建立的 一个进程要处理实体流动中发生的所有事件 （包括确定事件和条件事件） 单服务台排队服务系统的例子
仅仅依据下一个最早发生事件的准则 是一种预定事件发生时间的策略 当事件的发生不仅与时间有关，而且还与其 他条件有关，即事件只有满足某些条件时才 会发生的情况下，该种方法不适合。
• 因为无法预定活动 的开始或终止时间
活动扫描法最早出现在1962年Buxton和Laski 发布的CSL语言中。 以活动为分析系统的基本单元，认为仿真系统 在运行的每一个时刻都由若干活动构成。 每一活动对应一个活动处理模块，处理与活动 相关的事件。 活动与实体有关。 活动的激发与终止都是事件引起的，活动周期 图中的任一活动都可以由开始和结束两个事件 表示。
活动扫描法的仿真过程
初始化
置仿真的开始时间和结束时间 置各实体的初始状态 置各个实体时间元的初值
置仿真时钟TIME=t 如果仿真时钟超过结束时间，转至（4）， 否则执行活动处理扫描 仿真结束
关键点
活动扫描法要求在某一仿真时刻点上要 对所有当前可能发生的和过去应该发生 的事件反复进行扫描，直到确认没有已 没有可能发生的事件时才推进仿真时钟。
仿真程序设计
仿真模型设计：
第一层——总控程序 第二层——基本模型单元的处理程序 第三层——公共子程序（如随机数发生 器）
总控程序
处于仿真模型的最高层 负责安排下一事件的发生时间，并确保 在下一事件发生的时候完成正确的操作。 即第一层对第二层实施控制

化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第4章简单单元模拟

化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第4章简单单元模拟


单一的混合器Mixer不能同时混合物流、 热流、功流。
4.1.1 混合器 Mixer
出口物流的压力（或 模块压降） 出口物流的有效相态
Mixer计算时需要指定
如果不指定压力或压降，模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.1 混合器 Mixer
例4.1.1 将下表中的三股物流混合，求混合后的产品温度、
4.3.1两相闪蒸器Flash2
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
4.3.1两相闪蒸器Flash2
2.有效相态 ( Valid Phase)

汽-液相(Vapor-Liquid) 汽-液-液相(Vapor-Liquid-Liquid) 汽-液-游离水相(Vapor-Liquid-Free Water) 汽-液-污水相 (Vapor-Liquid-Dirty Water)
Flash3 Decanter Sep
Sep2
4.3.1 两相闪蒸器Flash2
4.3.1两相闪蒸器Flash2

Flash2 模块的连接图如下：
4.3.1两相闪蒸器Flash2

Flash2 模块的模型参数有：
1.闪蒸设定 ( Flash Specifications) 2.有效相态 ( Valid Phase) 3.液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream)
需要规定温度、压力、气相分率、热负荷这四个参 数中的任意两个。
4.3.2 三相闪蒸器Flash3
2.关键组分 ( Key Component)
指定关键组分后，含关键组分多的液相作为第二液 相，否则默认密度大的液相作为第二液相。

化工单元仿真实训指导书

化工单元仿真实训指导书

化工单元仿真实训指导书第一章实训目的第二章实训内容锅炉单元仿真一、工作原理锅炉主要是通过燃烧后辐射段的火焰和高温烟气对水冷壁的锅炉给水进行加热，使锅炉给水变成饱和水而进入汽包进行气水分离，而从辐射室出来进入对流段的烟气仍具有很高的温度，再通过对流室对来自于汽包的饱和蒸汽进行加热即产生过热蒸汽。

锅炉的主要用途是提供中压蒸汽及消除催化裂化装置再生的CO废气对大气的污染，回收催化装置再生的废气之热能。

二、主要设备WGZ65/39-6型锅炉，采用自然循环，双汽包结构。

B101：锅炉主体，V101：高压瓦斯罐，DW101：除氧器，P101：高压水泵，P102：低压水泵，P103：Na2HPO4加药泵，P104：鼓风机，P105：燃料油泵。

三、装置的操作1、冷态开车操作本装置的开车状态为所有设备均经过吹扫试压，压力为常压，温度为环境温度，所有可操作阀均处于关闭状态。

步骤：(1)启动公用工程， (2)除氧器投运，(3)锅炉上水，（4）燃料系统投运，（5）锅炉点火，（6）锅炉升压，(7)锅炉并汽，（8）锅炉负荷提升，(9)至催化裂化除氧水流量提升。

2、正常操作(1)正常工况下工艺参数①FI105：蒸汽负荷正常控制值为65T/h。

②TIC101：过热蒸汽温度投自动，设定值为447℃。

③LIC102：上汽包水位投自动，设定值为0.0mm。

④PIC102：过热蒸汽压力投自动，设定值为3.77Mpa。

⑤PI101：给水压力正常控制值为5.0MPa.⑥PI105：炉膛压力正常控制值为小于200mmH2O。

⑦TI104：油气与CO烟气混烧200℃,最高250℃油气混烧排烟温度控制值小于180℃。

⑧POXYGEN：烟道气氧含量：0.9 - 3.0%。

⑨PIC104：燃料气压力投自动，设定值为0.30MPa。

⑩PIC101：除氧器压力投自动，设定值为2000H2O ,LIC101：除氧器液位投自动，设定值为400mmH20.（2）正常工况操作要点1)在正常运行中，不允许中断锅炉给水。

hgyl四非均相物系的分离PPT课件

hgyl四非均相物系的分离PPT课件
计算通式
2019/9/20
20
2、阻力系数
阻力系数反映颗粒运动时
流体对颗粒的曳力，所以又称
曳力系数。
Re t

dut
式中通：过d量—纲颗分粒析的可直推径导；出，
阻动201及9/力时9/20粘系雷度，数诺；是准—流数流体的体与函的颗数密粒，度相即对运 21
与Ret的具体关系式也 很难得到，将大量的实验结
2019/9/20
11
§4－2－1 重力沉降速度
一、重力沉降 1、概念 重力沉降：在重力沉降。
即借地球引力场的作用而实现的沉降就是重力 沉降。
2019/9/20
12
2、分类
重力沉降分为自由沉降和干 扰沉降。
自由沉降：非均相物系中的固
（3） 湍流区（Newton
区）：103<Ret<2×105
2019/9/20
24
（1）滞流区（Stokes 区）：1u0t － 4d<2(R1e8s t<)1g
计各 算区
（2）过渡区（Allen 区):ut 01.2<7 Rde(t<s10)3Ret0.6
公沉 式降
速
（3） 湍流区（Newton
2019/9/20
8
三、非均相物系分离的目的
主要有三个的目的：
1、回收有用物质：主要回
收物系中的分散相。
如颗粒催化剂的回收。从
催化反应器出来的气体中，往
2019/9/20
9
比如硫酸的生产过程中，
原料气（炉气）中含有大量
灰尘，在SO2的催化氧化工序 之前，必须把大量灰尘除去，
否则除降低催化剂的活性外，
第二阶段为等速运动。

天津大学 化工分离工程 完整教案

天津大学 化工分离工程 完整教案

天津大学化工分离工程教案（一）一、课程简介1.1 课程背景化工分离工程是化学工程与工艺专业的一门重要专业课程，旨在培养学生掌握化工过程中物质分离的基本理论、方法和技术。

通过本课程的学习，使学生了解和掌握常见的分离操作原理、设备及工艺流程，为从事化工生产和技术管理工作奠定基础。

1.2 课程目标（1）掌握化工分离过程的基本原理，包括平衡分离、速率分离等；（2）熟悉常见的分离操作方法，如过滤、离心、吸附、萃取、蒸馏等；（3）了解分离过程的设备及其操作条件优化；（4）能够分析和设计简单的化工分离过程。

二、教学内容2.1 分离过程的基本原理（1）平衡分离原理：包括溶解度、分配系数、平衡常数等；（2）速率分离原理：包括膜分离、分子筛分离等。

2.2 常见分离操作方法（1）过滤：包括悬浮液、乳液的过滤原理及设备；（2）离心：包括沉降离心、澄清离心、过滤离心等；（3）吸附：包括吸附平衡、吸附等温线、吸附床设计等；（4）萃取：包括溶剂选择、萃取效率、萃取塔设计等；（5）蒸馏：包括蒸馏原理、蒸馏塔、塔板设计等。

三、教学方法3.1 课堂讲解采用讲授法，系统地介绍化工分离工程的基本原理、方法及设备。

通过生动的案例分析，使学生能够更好地理解和掌握分离过程。

3.2 实验教学安排相应的实验课程，使学生在实际操作中熟悉分离设备，掌握分离操作技巧。

3.3 课程设计布置课程设计任务，让学生运用所学知识分析和设计简单的化工分离过程，提高解决实际问题的能力。

四、教学评价4.1 平时成绩：包括课堂提问、作业、实验报告等，占总评的40%；4.2 期末考试：包括闭卷笔试和课程设计，占总评的60%。

五、教学资源5.1 教材：《化工分离工程》（第四版），化学工业出版社；5.2 课件：PowerPoint演示文稿；5.3 实验设备：分离操作实验室及相关设备。

天津大学化工分离工程教案（二）六、第一章绪论6.1 教学目的使学生了解化工分离工程的发展历程、研究对象和内容，激发学生学习兴趣。

计算机仿真教案04-2-第四章 离散相似法的连续系统仿真

计算机仿真教案04-2-第四章 离散相似法的连续系统仿真

G (Z ) Z { 1 e sT G (s) }(1 z 1 )Z { G (s)}
s
s
通过脉冲传递函数导出系统差分方程
脉冲传递函数在大多情况下是z的有理分 式，即可表示为
G (z) U Y ( (z z) )b 1 0 a b 1 1 z z 1 1 a b 2 2 z z 2 2 a b p m z z p m
对其进行拉氏变换：
L [f ( t) ] F (s ) L k 0f(k T )( t k T ) k 0f(k T )e k T s

令 z e T s ， 则 上 式 变 为 Z [f ( t) ] F (z )f( k T )z k k 0 此式称为采样函数 f ( t ) 的Z变换。
z1

1 2j
1
1 e jT
z1
z1 sinT
z1 sinT
1e jT z1 e jT z1 z2 1 2z1 cosT z2
Z变换的性质
线性性质 延迟定理 超前定理 复位移定理 初值定理 终值定理 卷积和定理
线性性质
若 ： Z [f1 *(t)]F 1(z),Z [f2*(t)]F 2(z)，
s s 1
1
解： L[sint] 2 j 2 2 2 j 2 j 2 j
s2 2
s2 2
s j s j
因为 所以
L1

s
1
j


e
j
(t
)
F(z)

z

s2
2


1 2j

化工分离过程(3.1设计变量)(第5讲)

化工分离过程(3.1设计变量)(第5讲)

4 c 2 4c 8
Nie 4c 8 2c 3 2c 5
其中：
e Nx 2 c 2 1 2c 5
合计
2c+3
N 2c 5 2c 5 =0
e a
16
3.1.1 单元的设计变量
各种单元的设计变量归纳在P56的表3-1中， 请大家自己推算。 表中共15种单元。
（4） N x （固定设计变量指定） 进料（T、P、F、组成c-1） 塔的操作压力
u （5） N a （可调设计变量指定）
u
c+2 1
设计型
1 1 2 3
28
塔顶馏出液中轻关键组分浓度 塔釜出料中重关键组分浓度 侧线采出位置及采出量 回流温度、回流比、进料位置
本次课内容总结
1.基本概念：
（1）设计变量数与独立变量数、独立方程数之间的关系：
例2. 产物为两相的全凝器
e NV 物流数 c 2 热进 出 数
N
e c
3 c 2 1 3c 7
方程
物料衡算
热量衡算 相平衡 两相T、P相等 合计
个数 c 1 c 2 2c+3
Nie 3c 7 2c 3 c 4
其中：
独立变量数 Nv=出入系统的各股物流的独立变量数+ 系统与环境的能量（热、功）交换数
相律：
f c 2
NV f x
只限于轴功 （泵）
任意单股物流（一股、单相）： NV c 2 1 c 2 则：
x——热交换数，功交换数等
若有N股物流，且有功、能交换： NV=N(c+2)+功进(出)数+能进(出)数

Multisim9电子技术基础仿真实验第四章十一 极点-零点分析

Multisim9电子技术基础仿真实验第四章十一 极点-零点分析

电路设计入门
第4 章
设置极点— 4.11.1 设置极点—零点分析参数
极点-零点分析对话框也仅有3个分页，默认为 Analysis Parameters分页，其余2页与直流工作点 分析的第2、3分页完全一样。
选择分析类型，有增益分析（输 出电压比输入电压）、互阻分析 （输出电压比输入电流）、输入 阻抗分析和输出阻抗分析。 选择输入的正负端节点。 选择生产的正负端节点。 选择分析项目：极点分析，零 点分析，极点和零点分析。
第4 章
极点4.11 极点-零点分析
极点-零点分析是求解交流小信号电路 传递函数的极点和零点，以确定电路的稳定 性。在进行极点-零点分析时，首先计算电 路的直流工作点，进而确定非线性元件的交 流小信号线性化模型，然后在其基础上求出 其交流小信号转移函数的极点和零点。
基 本 仿 真 分 析 方 法
Multisim 9
第4 章
基 本 仿 真 分 析 方 法
（3）按Simulate按钮执行仿真。
Multisim 9
电路设计入门
第4 章
基 本 仿 真 分 析 方 法
显示出极点-零点分析列表。
Multisim 9
电路设计入门
基 本 仿 真 分 析 方 法
Multisim 9
电路设计入门
第4 章
基 本 仿 真分析举例
极点-零点分析的步骤如下：
Multisim 9
电路设计入门
第4 章
基 本 仿 真 分 析 方 法
（1）执行菜单命令Simulate/Analysis/Pole Zero Analysis 。
Multisim 9
电路设计入门
第4 章
基 本 仿 真 分 析 方 法

计算机仿真教案04-2-第四章 离散相似法的连续系统仿真

计算机仿真教案04-2-第四章 离散相似法的连续系统仿真

经整理后，得：(sI-A)X(s)=X(0)+BU(s)
X(s)=(sI-A)-1X(0)+(sI-A)-1BU(s)
(3-2-2)
L1[ 1 ]eat 因为， sa
标量，拉氏反变换
L1[s(IA )1]eAt 令F(t)=eAt,称F(t)为系统的状态转移同矩理阵
拉氏卷积定理：若£[f1(t)]=F1(s), £[f2(t)]=F2(s) 则有，
在零初始条件下，线性定常采样系统的输出采 样信号的Z变换与输入采样信号的Z变换之比称 为采样系统的脉冲传递函数。
脉冲传递函数又可表示为： G(Z)=Z[Gh(s)Ga(s)]
保持器传递函数
系统传递函数
(3-2-10)
选择不同的保持器，将得不同的G(Z),例 如选零阶保持器，则由(3-2-10)得，
式(3-2-5)-eAT×式(3-2-4),得
x [k (1 ) T ] e A x ( T k) T e A ( k 1 ) T( k 1 ) T e A B () d u kT
现作变量置换，τ=kT+t, dτ=dt 所以，(3-2-6)变成
(3-2-６)
x [k ( 1 ) T ] e A x T ( k)T T e A ( T t)B ( k u T t) dt 0 (3-2-７) 离散状态方程
2 4 12 2 4 12
利用矩阵指数函数的计算，可方便计算出其余的两 个系数，例如：
对于
m (T )
T e A ( T t ) Bdt
0
令 =T-t，则有， m ( T )
T e A ( T t ) Bdt
0

eAT (AT)i /i! i0

计算机仿真技术第二版课程设计

计算机仿真技术第二版课程设计

计算机仿真技术第二版课程设计设计目的本次课程设计旨在运用计算机仿真技术，模拟出一个物理过程，并展示仿真结果，通过此过程加深对计算机仿真技术的理解和掌握。

设计背景计算机仿真技术已经是现代科学技术不可或缺的一部分，仿真技术可以帮助我们更好地理解现象的本质和规律，也可以为科学家、工程师提供更好的工具和方法。

设计内容本次课程设计主要涉及以下内容： - 有限元方法 - 计算流体力学 - 多体动力学 - 离散元方法本次课程设计以有限元方法为主进行实现，设计一个弹性体结构的模拟，通过改变载荷、结构参数等进行仿真分析。

具体实现过程如下：1.弹性体结构建模首先，我们需要在建模软件中建立一个弹性体的结构模型，这里以一个圆柱体为例。

建模流程如下：1.新建物体：在建模软件中，选择一个二维平面并新建一个圆形物体；2.拉伸：将圆形物体拉高，形成一个圆柱体，并调整柱高、直径等参数；3.分割单元：将圆柱体划分为多个单元，方便进行有限元法仿真；2. 有限元法建模有限元法是一种常见的计算弹性体变形和应力的方法，本次课程设计也采用有限元法进行弹性体仿真。

具体流程如下：1.建立分析模型：使用有限元分析软件，将圆柱体接口导入分析模型，并设定分析模型、材料参数、裂纹参数等；2.仿真前处理：在设置边界条件后，进行网格划分，将物体分解为有限个元素，并给予每个元素材料参数、弹性参数等一些基本的物理特性；3.仿真计算：在完成前期准备工作后，进行实际的仿真计算；4.仿真结果处理：通过仿真结果分析，可以获取每个单元的形变、应力等参数。

3.仿真结果分析完成以上步骤后，即可得到弹性体受载状态下的形变、应力分布等结果。

根据仿真结果，可以进一步对物体设计进行修正，提高其强度和稳定性。

设计展示在本次课程设计中，我们将使用Python软件和第三方库进行实现，具体操作如下：1.材料参数设定：首先设定材料参数，其中包括弹性模量、泊松比、密度等参数；2.圆柱体网格化：将圆柱体进行网格化，并生成节点和单元信息；3.静态力学计算：设定载荷、边界条件等，并进行静态力学分析计算；4.结果处理与展示：通过结果分析，生成形变、应力等图像，并输出结果。

化工分离过程(31设计变量)(第5讲)

化工分离过程(31设计变量)(第5讲)

N
u a

N
u i

N
u x
=1
一般指定为理论板数或关键组分吸收率
此方法易混淆！
22
3.1.2 装置的设计变量
简便、可靠的确定装置设计变量的郭氏原则：
（1）按每一股单相物流有（c+2）个变量，计算进料物流所 确定的固定设计变量数；
（2）确定装置中具有不同压力的数目； （3）上述两项之和即为装置的固定设计变量数； （4）将串级单元数，分配器数，侧线采出单元数以及传热单
• 将复杂化工装置分解成简单单元，求 Nie
例1. 分配器
三股单相物流，无热量引进和移出。
独立变量数为：
N
e v

3(c

2)

3c

6
约束关系：
物料平衡
c
能量平衡
1
内在关系: L1和L2 温度、压力相等 2
L1和L2 浓度相等
c-1
2c+2
设计变量为：
Nie Nve Nce 3c 6 2c 2 c 413
注意：其中可调设计变量为1的有三类单元。 （分配器、侧线采出单元、换热单元） 17
3.1.1 单元的设计变量
若干个简单平衡级所组成的组合单元称为串级。 串级单元在精馏塔的变量分析中十分有用。由于串 级单元是重复地应用同一种单元（简单平衡级）， 所以在确定变量总数时，除一般的强度性质（T、P、 浓度等）和容度性质（流率）外，应该另加一个变 量，以说明不同理论板数所组成的串级单元间的区别。 因此，虽然简单平衡级的可调设计变量：
NVe 物流数c 2 热进出数
N
e c
3c 2 1 3c 7

积分分离PID控制算法及仿真课程设计

积分分离PID控制算法及仿真课程设计
(1)根据实际情况，设定一阈值ε>0;
(2)当le（k）l>ε时，也就是当le（K）l比较大时，切除积分环节，改用PD控制，这样可以避免过大的超调，又能使系统有较快的响应；
(3)当je（K）l≤ε时，也就是当le（K）l比较小时，加入积分环节，成为PID控制，保证系统的控制精度。
积分分离PID控制算法（位置式算法）为：
sbit str = P1^7;//定义A/D启动信号
sbit DIN0 = P1^0;//声明同步信号
uint data time;//声明变量，用于定时
uchar data t0_h,t0_l;//用于存储定时器0的初值
char TK=5;//声明采样周期变量,//采样周期＝TK*10ms
char TC;//TK的变量
***********************************************/
void int1() interrupt 2 using 2
{float P,D,I,TEMP;
DIN0 = 1;//读取输入前，先输出高电平
if(DIN0)//判同步信号到否
{
EK=EK_1=0;//变量清零
参数：无
返回值：无
***********************************************/
void Timer0() interrupt 1 using 1
{
str = !str;//产生A/D启动信号
TH0 = t0_h;//重新装入初值
TL0 = t0_l;
}
}
else
{
if(TEMP<-128)
UK=-128;
else
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