基于全聯(lián)立方程的空分過程模擬與優(yōu)化.pdf

1、空分過程是將空氣進(jìn)行分離，得到高純度氧、氮、氬等工業(yè)氣體的分離過程，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、電子、能源、醫(yī)療保健、航空航天等各工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要的作用。作為復(fù)雜的化工過程，空分具有產(chǎn)品純度高、設(shè)備耦合多、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn)，給流程的模擬和優(yōu)化帶來了較大困難，選擇適合的求解方法顯得至關(guān)重要。聯(lián)立方程法具有求解速度快、收斂性能好、模擬優(yōu)化問題切換方便的優(yōu)點(diǎn)，在化工過程的模擬優(yōu)化中有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。本文針對(duì)空分模型的變

2、量耦合嚴(yán)重、非線性強(qiáng)、方程變量維數(shù)高的問題，以聯(lián)立方程法為基礎(chǔ)，分別對(duì)空分過程的機(jī)理建模、模擬和優(yōu)化展開研究。本文的主要貢獻(xiàn)有:
　　1、選擇適合計(jì)算空分深冷體系的熱力學(xué)物性計(jì)算方法PR和RKS-BM，并實(shí)現(xiàn)了三次狀態(tài)方程法的全聯(lián)立求解，將熱力學(xué)模型融入空分機(jī)理模型，替代了常規(guī)化工模擬軟件內(nèi)嵌序貫算法的復(fù)雜計(jì)算過程。
　　2、基于空分塔的機(jī)理模型，設(shè)計(jì)了物性參數(shù)估計(jì)的優(yōu)化命題，得到了準(zhǔn)確的二元交互參數(shù)，并探究了內(nèi)嵌序貫算法和

3、全聯(lián)立計(jì)算方法在迭代過程中的差異，驗(yàn)證了聯(lián)立方程法在收斂性能上的優(yōu)勢(shì)。
　　3、針對(duì)Aspen Plus模擬空分過程時(shí)收斂性差的問題，提出將全聯(lián)立方法用于空分過程的模擬與優(yōu)化。聯(lián)立的范圍包括物性計(jì)算模型和單元機(jī)理模型，實(shí)現(xiàn)了全流程的聯(lián)立求解。在變工況下對(duì)流程進(jìn)行模擬，采用了相同的初值設(shè)定，使模型實(shí)現(xiàn)秒級(jí)收斂，并證明了模型的準(zhǔn)確性。
　　4、研究了空分過程中操作條件和約束的重要性，設(shè)計(jì)了以能耗、收入為目標(biāo)的優(yōu)化命題，通過研究變