第5章-序贯模块模拟法N

第5章序贯模块模拟法第5章序贯模块模拟法第一节原理第二节循环回路的流股断裂一、最优断裂准则二、回路矩阵三、Upadhye-Grens断裂法（II）第三节断裂流股变量收敛一、收敛单元二、常用迭代法第四节用序贯模块模拟法解决设计问题第五节序贯模块模拟法流程模拟实例第一节原理第5章序贯模块模拟法大系统子系统系统分解多个单元形成不可分割子系统不可分割子系统,可顺序求解ABCDEFGIHS12S11S10S9S8S5S6S7S13S3S4S2S1HABCDEFGIABCDEH输入端单元可直接求解FG有1条循环物流必须联合处理I一个单元可直接求解按单元顺序处理—序贯模块法单元、连接方程联立求解—面向方程法有3条循环物流必须联合处理第5章序贯模块模拟法SPLTMIXS1S2S3S4S2S3通用混合器子程序Submix(F1,F2,P1)P1=F1+F2EndSub序贯模块法原理通用分割器子程序SubSPLT(F1,P1,P2,ALFA)P1=F1*ALFAP2=F1*(1-ALFA)EndSubd=0d=1计算步骤：为什么没有能量平衡方程？这里只需考虑总物料平衡2）调用MIX子程序没法用，循环流股S4未知！2）增加收敛单元RECY，可产生S4初值S4’3）调用MIX(S1,S4’,S2),可由S1和S4’得到S21）给定进料条件，S1=10；给定分割比，α=0.5RECYS4’4）调用SPLT(S2,S4’’,S3,α),可由S2和α计算S4’’和S3S4’’5）调用RECY，对比S4’’与S4’，若不等，则改S4’重算MIXSPLTSPLTMIXMIX第5章序贯模块模拟法设S1=10kmol/h，分割比=0.5,进行流程模拟计算①设S4=0，进行MIX的模拟计算∶S2=S1+S4=10+0=10②进行分割器的模拟计算∶S4’=S2=0.510=5③比较S4’与S4∶④现假设S4=10，由MIX模块计算得到∶S2=S1+S4=10+10=20⑤进行分割器的模拟计算∶S4’=S2=0.520=10⑥计算得S4’与假设S4的数值相等，假设正确。⑦由SPLT模块计算得S3=10。流程计算完成。本例是通过人工干预很快给出合适的初值编程计算必须通过迭代逐渐趋近准确解！第5章序贯模块模拟法SPLTMIXS1S2S3S4序贯模块法模块的特点单向性––只能给定进料、设计规定、断裂流股初值计算得到结果设计规定•积木式结构αS1进料RECYSPLTFLSHMIX循环流股流程计算值––变更组分、设备或流程结构时，只需改变相应的物性、单元程序或流程结构迭代•收敛单元––含有循环流和/或设计规定，必须通过收敛单元迭代初值迭代变量结果内部信息内部信息(设备参数)收敛第5章序贯模块模拟法例RECMIXS1S2S3S5FLSHS4PQ,,(a)RECMIXS1S2S3S5FLSHS4PQ,,(b)CONVS5'IUPUTOUTPUT反应系统原则流程反应系统迭代流程第5章序贯模块模拟法计算流程混合器MIX(FI1，FI2，FO)功能由FI1，FI2，计算出输出流股FO的信息。反应器REC(FI，P，Q，，FO)功能由FI，反应器与外界交换的热量Q，由反应产生的压降P，及反应进行的程度，计算出出口流FO的条件。闪蒸器FLSH(FI，Q，PV，FV，FL)功能由FI的信息，与外界交换的热量Q，闪蒸后的压力PV，计算到闪蒸后汽液物流的信息。收敛单元CONV(FO，FI)功能比较初值FO与与由流程计算得到的新值FI是否相等。若相等，则结束循环流股的计算；否则，根据FI，产生新的FO。第5章序贯模块模拟法计算框图开始输入∶①信息；②反应器设备参数∶，，③闪蒸器指定参数∶，SPQPVQ112给断裂流股S5赋初值调用∶，，，，，，，，，，MIX(S1S5S2)REC(S2PQ1S3)FLSH(S3Q2PVS4S5')S5=S5'?构造新的S5初值结束NY调用∶CONV第5章序贯模块模拟法计算顺序RECMIXS1S2S3S5FLSHS4PQ,,IUPUTOUTPUT•切断S2,给S2赋初值RECFLSHMIXRECY（迭代S2）•切断S3,给S3赋初值FLSHMIXRECRECY（迭代S3）•切断S5,给S5赋初值MIXRECFLSHRECY（迭代S5）•单元迭代计算的顺序完全相同，只是起点不同！•单元与物流之间的调用关系相同，计算顺序相同！第5章序贯模块模拟法第一节原理第二节循环回路的流股断裂一、最优断裂准则二、回路矩阵三、Upadhye-Grens断裂法（II）第三节断裂流股变量收敛一、收敛单元二、常用迭代法第四节用序贯模块模拟法解决设计问题第五节序贯模块模拟法流程模拟实例第二节循环回路的流股断裂第5章序贯模块模拟法ABCD循环回路的流股断裂回路1回路2ABCD断裂方法1：切断循环流股初值1初值2迭代值2迭代值1流程计算必须保证所有回路被切断！所有切断变量将迭代！ABCD断裂方法2：最佳断裂初值迭代值断裂结果：1）两股流股，2）一股流股第5章序贯模块模拟法第一节原理第二节循环回路的流股断裂一、最优断裂准则二、回路矩阵三、Upadhye-Grens断裂法（II）第三节断裂流股变量收敛一、收敛单元二、常用迭代法第四节用序贯模块模拟法解决设计问题第五节序贯模块模拟法流程模拟实例一、最优断裂准则第5章序贯模块模拟法ⅠⅡⅢⅣS1S2S3S4S6S7S5(2)(3)(2)(9)(2)(3)(4)II流程有4股循环物流，至少有4个回路！所有回路被切断！切断变量将迭代！目标：最快收敛！（迭代变量最少，收敛速度最快）I回路1回路2I回路3回路4第5章序贯模块模拟法•计算时间影响因素：断裂方式；流程及变量灵敏度•有效计算时间：流程计算；断裂流股迭代•迭代时间：=nti迭代次数(n)；单次迭代时间(ti)第5章序贯模块模拟法最优断裂准则(1)被切断的流股数最少；(2)被切断的流股变量数最少；(3)被切断的流股的权重因子之和最少；(4)回路切断的总次数最少。第5章序贯模块模拟法统一数学表达式min..jjjnijjjnxstax111式中，j权重因子；0,1,0,1,jijjxjjiaji流股未断裂流股被断裂；流股不属于回路流股属于回路。(1,,,1,,,)imjn代表回路；代表流股第5章序贯模块模拟法第一节原理第二节循环回路的流股断裂一、最优断裂准则二、回路矩阵三、Upadhye-Grens断裂法（II）第三节断裂流股变量收敛一、收敛单元二、常用迭代法第四节用序贯模块模拟法解决设计问题第五节序贯模块模拟法流程模拟实例二、回路矩阵第5章序贯模块模拟法回路矩阵矩阵元素aij定义为∶1,0,ijijaij回路包含流股回路与流股无关。•行——回路•列——构成回路的物流第5章序贯模块模拟法ⅠⅡⅢⅣS1S2S3S4S6S7S5(2)(3)(2)(9)(2)(3)(4)回路A:单元ⅡS2IIIS4Ⅱ回路B:单元IS1ⅡS2IIIS5I回路C:单元IS1ⅡS2IIIS3ⅣS6I回路D:单元ⅡS2IIIS3ⅣS7ⅡSSSSSSSABCD1234567111111111111物流排除进料、产品及不能构成回路的物流第5章序贯模块模拟法第一节原理第二节循环回路的流股断裂一、最优断裂准则二、回路矩阵三、Upadhye-Grens断裂法（II）第三节断裂流股变量收敛一、收敛单元二、常用迭代法第四节用序贯模块模拟法解决设计问题第五节序贯模块模拟法流程模拟实例三、Upadhye-Grens断裂法（II）第5章序贯模块模拟法回路矩阵：1)有关术语有效断裂组∶能够把全部简单回路至少切断一次的断裂流股的集合。{S2}{S1,S3,S4}{S1,S2,S5}{S1,S3}一次切断全部回路全部切断，C切二次全部切断，B三次，C二次A未断,B一次,C二次,D一次非有效断裂组SSSSSSSABCD1234567111111111111第5章序贯模块模拟法•多余断裂组∶若从一个有效断裂组中至少可以除去一个流股，而且得到的断裂组仍为有效断裂组；不能删除任何流股，但存在着对一个回路的二次断裂•非多余断裂组∶除去多余断裂组以后的有效断裂组(每个回路切断而且只能切断一次)(最佳断裂的候选对象)•断裂族∶具有相同计算顺序的有效断裂组的集合第5章序贯模块模拟法{S1,S2,S5}剔除S1{S2,S5}有效断裂组再剔除S5{S2}有效断裂组所有回路只切断一次{S1,S3,S4}SSSSSSSABCD1234567111111111111有效断裂组无法删除任何流股，但C被切断二次多余断裂组多余断裂组非多余断裂组多余断裂组断裂组：{S1,S2,S5},{S1,S3,S4}有效断裂组第5章序贯模块模拟法计算顺序断裂{S1,S6}121121112112111221211221116123()5()4()6()1(()())2(()()3((()())())5((()())())4SySxSBxSCBxySCBxySDCBxySDCBxySADCBxyCBxySBADCBxyCBxySCBADCBxyCBxyDCBxySCBADCBxyCBxyDCBxySDC11221((()())())BADCBxyCBxyDCBxy“Bx”不是乘，表示单元B的输入流是x“+”不是加,表示多股输入物流S2=Bx:S2是单元B的唯一输出，由S1(=x)决定S5=C2(Bx+y)S5是C的第2股输出，C有2股输入:S6(y)和S2(Bx)ABCDS1S2S3S6S5S4xyBCDA完成第一次流程计算每个单元计算一次初值}开始迭代……第5章序贯模块模拟法计算顺序断裂{S2,S3}1112122111221112211112212121123()4()6()5(())1(()(()))2(()(()))3((()(()))D())5((()SBxSCBxySDCBxySDCBxySCBxDCBxySADCBxyCBxDCBxySBADCBxyCBxDCBxySCBADCBxyCBxDCBxyCBxySCBADCBxy22121111122121(()))D())4((()(()))D())CBxDCBxyCBxySDCBADCBxyCBxDCBxyCBxyABCDS1S2S3S6S5S4xyABC产生初值}开始迭代DCBC完成第1次计算C计算2次……yx初值？完成第1次计算，无S3C第二次迭代！第5章序贯模块模拟法ABCDS1S2S3S6S5S4计算顺序断裂{S3,S5}12112111211211122121122111113()5()4()6()1(()())2(()()3((()())())5((()())())4(((SCBxySCBxySDCBxySDCBxySADCBxyCBxySBADCBxyCBxySCBADCBxyCBxyDCBxySCBADCBxyCBxyDCBxySDCBADCBxy221)())())CBxyDCBxyxyABCDCB产生初值}开始迭代y初值？x开始第2次迭代完成第1次计算各单元计算1次D……第5章序贯模块模拟法计算顺序断裂{S2,S4,S6}1112112122111221112216()2()3(x)S4()()6C()3(())5(())1(()(()))2(()(()))SySBxSCByDCBxySDBxySCBxDCBxySCBxDCBxySADCBxyCDCBxyBxSBADCBxyCBxDCBxy初值初值初值111221213((()(()))D())SCBADCBxyCBxDCBxyCBxy