基于拓扑分解的复杂结构化工过程模拟方法的研究及应用

发布时间：2022-10-04 15:05

　　以数学模拟为主要技术手段的系统分析已经成为研究化工生产过程的重要方法,在设计、优化、操作以及管理等方面发挥着重要的作用。随着化工技术的不断发展,各个尺度化工生产过程之间的耦合程度越来越高,导致描述化工生产过程的数学模型趋于复杂。目前,复杂化工过程的数学模拟在建模和求解方面均面临一定的困难。结构复杂性是化工过程数学模型复杂性的一个重要因素,所以针对复杂结构化工过程的数学模拟方法值得被进一步研究。本文针对复杂结构化工过程数学模拟中面临的若干问题,基于化工系统拓扑分解的相关理论,开发出一系列通用有效的复杂结构化工过程模拟方法和工具,并将其应用于相应的实际问题。具体内容包括如下几个部分:1.针对复杂流程系统建模繁琐且失误率高的问题,本文首先基于有向图的相关理论,开发了一款通用流程模拟系统组态工具。该组态工具具有可视化的绘图界面,自动将复杂化工过程结构模型的有向图形式转化为矩阵形式,实现了复杂流程系统图形化建模功能,提升了人工建模效率。同时,该组态工具灵活的节点和有向线配置功能也为各类流程模拟系统的开发奠定了基础。然后在通用流程模拟系统组态工具的基础上,本文提出了一种有向图类模拟系统的快速集成开... 

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 化工系统工程和化工流程模拟
        1.1.1 化工系统工程
        1.1.2 化工流程模拟技术的历史与现状
    1.2 系统分解方法的研究进展
        1.2.1 系统分块
        1.2.2 流程切割
    1.3 管道网络系统模拟方法的研究进展
        1.3.1 非线性代数方程组直接求解方法
        1.3.2 图论方法
        1.3.3 人工智能方法
        1.3.4 三种求解方法的对比
        1.3.5 管道网络系统模拟方法的实际应用
    1.4 间壁式精馏塔的研究进展
        1.4.1 间壁式精馏塔的发展历史
        1.4.2 间壁式精馏塔的研究现状
    1.5 生物丁醇精馏分离工艺的研究进展
        1.5.1 发酵分离耦合的研究进展
        1.5.2 精馏工艺的研究进展
    1.6 选题背景和研究内容
第二章 基于有向图的通用流程模拟系统组态工具的开发及应用
    2.1 引言
    2.2 组态工具的开发
        2.2.1 功能分析
        2.2.2 系统设计
        2.2.3 功能实现
        2.2.4 运行效果
    2.3 基于组态工具的有向图类模拟系统开发方法
    2.4 化工稳态流程模拟系统的开发
        2.4.1 单元和物流的参数配置
        2.4.2 结构模型的建立
        2.4.3 基于邻接矩阵的循环结构识别与排序
        2.4.4 切断物流的迭代格式
        2.4.5 化工稳态流程模拟系统的集成
        2.4.6 应用实例
    2.5 本章小结
第三章 基于拓扑分解的管网系统模拟方法的研究
    3.1 引言
    3.2 管网系统数学模型
    3.3 管网系统的图形化建模
    3.4 管网系统数学模型的求解
        3.4.1 基于双层法的求解算法框架
        3.4.2 管网系统简化模型的求解
        3.4.3 管网系统严格模型的求解
    3.5 应用实例
        3.5.1 实例一
        3.5.2 实例二
    3.6 本章小结
第四章 基于拓扑分解的通用精馏过程动态模拟方法的研究
    4.1 引言
    4.2 通用精馏过程动态模型的建立
        4.2.1 单元模型的建立
        4.2.2 结构模型的建立
    4.3 通用精馏过程动态模型的求解
        4.3.1 单元过程求解
        4.3.2 基于序贯模块法的全局求解策略
    4.4 通用精馏过程动态模拟系统的开发
        4.4.1 架构设计
        4.4.2 全局变量设计
        4.4.3 函数设计与实现
        4.4.4 控制功能的实现
    4.5 应用实例
    4.6 本章小结
第五章 基于流程模拟的生物丁醇精馏工艺的研究
    5.1 引言
    5.2 研究内容与方法
        5.2.1 原料组成与产品要求
        5.2.2 初始分离序列及工艺参数
        5.2.3 热力学方法
        5.2.4 技术经济评价
    5.3 基于稳态流程模拟的工艺设计与优化
        5.3.1 初始工艺分析
        5.3.2 设计与优化方法
        5.3.3 设计与优化结果
    5.4 基于动态流程模拟的多间壁间壁塔开车过程研究
        5.4.1 动态模型的建立
        5.4.2 模拟开车过程结果与讨论
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 本课题的创新点
    6.3 展望
参考文献
附录
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书


【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental and simulation of the reactive dividing wall column based on ethyl acetate synthesis[J]. Jiangwei Xie,Chunli Li,Fei Peng,Lihui Dong,Shuaiming Ma.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2018(07)
[2]分壁塔替代两塔分离芳烃流程改造的研究[J]. 何桂春,张英,伍祥,华涛,邱洁,凌昊.  石油炼制与化工. 2018(02)
[3]萃取精馏隔壁塔精制含水乙腈流程模拟与优化[J]. 赵云鹏,张健,白金,封瑞江,王彦娟,邹雄,董宏光.  现代化工. 2017(12)
[4]共沸-反应精馏隔壁塔制备乙酸乙酯的实验与模拟研究[J]. 李春利,董立会,马帅明,姜挺,闫磊.  现代化工. 2017(10)
[5]分壁式萃取精馏分离乙腈-正丙醇的模拟研究[J]. 马春蕾,唐建可,王琦.  现代化工. 2017(04)
[6]序贯模块法实现换热器网络的模拟[J]. 崔国民,张勤,陆贞,关欣.  工程热物理学报. 2006(04)
[7]基于遗传算法和GIS的给水管网水力计算[J]. 储诚山,程道辉,苏小红.  中国农村水利水电. 2006(02)
[8]过程系统分解中回路识别理论方法的探讨[J]. 姜涛,毛先萍.  系统工程. 2005(07)
[9]分段积分法蒸汽管网水力计算[J]. 李祥立,邹平华.  煤气与热力. 2005(03)
[10]管道网络拓扑模型与分析计算[J]. 秦导,王健红.  北京化工大学学报(自然科学版). 2002(02)

博士论文
[1]燃气管网计算理论分析与应用的研究[D]. 刘燕.天津大学 2004

硕士论文
[1]天然气液烃输送管网建模与求解[D]. 郭汭溪.北京化工大学 2018
[2]轻柴油裂解制乙烯工艺流程模拟与优化[D]. 黄木军.北京化工大学 2015
[3]供热管网水力计算软件的设计与实现[D]. 田斌.西安电子科技大学 2009
[4]基于图论的给水管网水力计算方法研究[D]. 祁祖尧.哈尔滨工业大学 2008
[5]基于图形化的供热管网水力计算方法的探讨[D]. 井汇.山东大学 2006
[6]双层法在管网流量压力计算中的应用[D]. 冯述华.北京化工大学 2004



本文编号：3685252