反應(yīng)器是化學(xué)工業(yè)的核心,其效率和穩(wěn)定操作直接影響反應(yīng)器的上下游單元。由于許多反應(yīng)體系復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻,反應(yīng)器中某些關(guān)鍵參數(shù)如反應(yīng)溫度、反應(yīng)物或者產(chǎn)物濃度分布難以實(shí)時(shí)測(cè)量。此外,實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)器常會(huì)受到外界一些或大或小擾動(dòng),這些擾動(dòng)可能會(huì)引起反應(yīng)器效率降低、偏離正常運(yùn)行狀態(tài),但由于某些復(fù)雜反應(yīng)體系的關(guān)鍵參數(shù)無法實(shí)時(shí)測(cè)量致使低效或者偏離狀態(tài)無法確定,將可能引起整個(gè)過程停車、甚至爆炸。若利用反應(yīng)器可測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,以獲取反應(yīng)器內(nèi)部的關(guān)鍵參數(shù)如溫度、濃度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)即可有效地識(shí)別反應(yīng)器的運(yùn)行狀態(tài),從而可有效監(jiān)管復(fù)雜的反應(yīng)體系。當(dāng)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(jì)以及優(yōu)化等方面具有廣泛應(yīng)用。但針對(duì)實(shí)際過程(尤其復(fù)雜反應(yīng)體系)的在線模擬具有一定的局限性,為此反應(yīng)器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的開發(fā)具有非常重要的意義,本文以反應(yīng)器動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)的開發(fā)展開討論。首先,以理想反應(yīng)器的動(dòng)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(yīng)器動(dòng)態(tài)模型用常微分方程組描述,較容易求解;而平推流反應(yīng)器動(dòng)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(dǎo)致模型方程組無法求解。針對(duì)具有氣體進(jìn)料的平推流反應(yīng)過程的動(dòng)態(tài)模型的求解問題,提出改進(jìn)解法,以氣體狀態(tài)方程為基礎(chǔ)來推導(dǎo)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(dá)到其模型方程組可以求解的目的。并將所提出的改進(jìn)解法與常規(guī)解法的模擬結(jié)果進(jìn)行比對(duì),結(jié)果顯示該改進(jìn)解法有效地解決了氣體進(jìn)料平推流反應(yīng)器動(dòng)態(tài)模型的求解問題。其次,介紹動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)的開發(fā)。仿真系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)圖形化建模、引導(dǎo)用戶輸入?yún)?shù)、仿真模型的存儲(chǔ)與加載、模型求解計(jì)算等功能�；诿嫦�?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(dǎo)航、數(shù)據(jù)管理、模型計(jì)算、文件存儲(chǔ)模塊等七個(gè)子模塊并對(duì)各子模塊的設(shè)計(jì)展開說明。最后,簡(jiǎn)述所開發(fā)的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。以皂化反應(yīng)(全混流反應(yīng)器,CSTR)、鹽酸與辛醇及十二醇混合液反應(yīng)(進(jìn)料為液體的平推流反應(yīng)器,LPFR)及丙酮?dú)庀嗔呀夥磻?yīng)(進(jìn)料為氣體的平推流反應(yīng)器,GPFR)過程的動(dòng)態(tài)模型為對(duì)象,利用構(gòu)建的仿真系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行仿真研究。并將動(dòng)態(tài)模擬模擬結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,結(jié)果顯示所開發(fā)的系統(tǒng)的有效性。
【學(xué)位單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ052
【部分圖文】：

相對(duì)于有限差分法，ＭＯＬ法計(jì)算量更小，故首選ＭＯＬ法進(jìn)行求解。逡逑ＭＯＬ法對(duì)偏微分方程組中的空間變量離散化，僅保留時(shí)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(gè)平推流反應(yīng)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(jiǎn)單，但由于解的穩(wěn)定性等原因逡逑對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)有諸多限制；蛙跳格式為三層格式，求解過程相對(duì)復(fù)雜。綜合考慮解逡逑的穩(wěn)定性和計(jì)算復(fù)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(diǎn)為例來說明此差分格式在（／，／ｔ）點(diǎn)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(diǎn)處原模型方程中氣體的摩爾流量和溫度隨空間的導(dǎo)數(shù)可用橫坐逡逑標(biāo)軸上相鄰兩空間點(diǎn)的一階差分近似如式（２．１７）和式（２．１８）；邋（／，幻點(diǎn)處模型方逡逑程中濃度和溫度隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)可用縱坐標(biāo)軸上相鄰兩時(shí)間點(diǎn)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(jìn)行信息交互。業(yè)務(wù)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(jī)制。逡逑數(shù)據(jù)訪問層（ＤＡＬ）所做事務(wù)通過Ａｄｏ邋（數(shù)據(jù)訪問技術(shù)）直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)逡逑據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)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

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