基于过程数据的空分系统参数估计

根据空分系统模型特点确定模拟计算中待估计参数,包含热力学参数以及设备参数。文献中通常采用常规浓度的实验气液平衡数据回归热力学参数,由于实验浓度达不到高纯度范围,热力学参数用于高纯度体系模拟时误差较大,故采用过程数据估计。考虑到待估参数较多,提出了通过分析参数全局灵敏度来判断关键参数,以减小参数估计的规模,估计参数由原来的10个减少到2个关键参数。基于过程数据采用最小二乘法对关键参数进行参数估计。将优化后的关键参数值应用于模拟计算,计算结果与5个实际工况测量值进行对比,可以看出模拟结果与实际工况吻合较好;将优化热力学参数代入热力学方程进行相平衡计算,并与实验气液平衡数据以及未优化的参数计算的结果进行比较,优化后参数的计算结果更加逼近于实验相平衡数据。     

1-辛烯—苯,甲苯,对二甲苯—环丁砜体系液液平衡数据的测定与关联

用平衡釜法测定了常压下,323.15 K下1-辛烯—苯,甲苯,对二甲苯—环丁砜体系的三组三元液液平衡数据,并应用Othmer-Tobias关联式对数据质量进行检验。然后用NRTL模型对所测数据进行了热力学关联,得到了相应的二元能量交互作用参数,并由这些参数对实验点进行理论计算,由均方误差以及平均绝对误差值结果显示,计算值与实验值吻合良好,说明NRTL模型均可适用于芳烃抽提过程的模拟和计算。     

乙酸丁酯反应精馏过程模拟设计

反应精馏偶合了反应和精馏两种单元操作,通过精馏促进反应,可以提高反应转化率和收率,为可逆反应的化工过程生产提供了新的设计途径。基于严格热力学分析计算,利用计算机模拟和优化手段。提出了乙酸丁酯反应精馏、分离纯化的生产流程。采用UNIQUAC方程表征乙酸-正丁醇-乙酸丁酯-水四元非理想体系的汽液平衡,首先,根据实验数据回归了热力学模型中的交互作用参数,并预测了体系中5个共沸物组成,模型的计算结果与实际数据吻合。基于平衡级模型,提出了由平衡反应器、反应精馏塔、倾析器和纯化塔构成的可行流程,对提出的设计流程进行了模拟、优化,得到了操作工艺参数。模拟结果对工业过程的设计和改造具有一定的指导意义。     

216粒子的熔融盐系统的分子动力学模拟

计算机模拟技术有两种主要方法:Monte Carlo方法(简称MC方法)和分子动力学方法(简称MD方法)。MC模拟的是粒子的虚位移,MD模拟的是系统的真实运动,它不仅能模拟平衡过程,而且能模拟各种非平衡过程和弛豫过程。我们在1200K,对碱金属锂、钠、钾的氟化物,氯化物的熔融盐系统分别进行了MD模拟。系统含有216个离子,每个系统从理想固态NaCI晶格出发运行至热力学平衡,然后继续运行以统计系统的平衡热力学性质、结构动力学性质和输运性质。计算所用程序是根据N.Anastasiou和D.Fincham编制的程序改编的,计算自相关函数和输运系数等配套程序由我们自编,计算工作在上海科学技术大学计算中心的IBM 4361机上完成。     

德士古水煤浆气化过程的建模与优化分析

根据德士古水煤浆气化工艺的操作特性和装置特点,采集实际工业运行数据,基于Aspen Plus软件平台,建立了气化炉和水洗过程的模型,模拟结果与实际生产较吻合。基于所建立的模型,进行了水煤浆浓度、气化反应温度对气化结果的灵敏度分析,并讨论了过程的节水,分析了高温汽提冷凝液对废水排放与合成气水汽比的影响。结果表明:在现有工况下,提高水煤浆浓度和反应温度,有效合成气收率会提高;适当减少高温、汽提冷凝液,有利于装置的废水排放和提高合成气水汽比。     

Shell粉煤气化及Texaco水煤浆气化模拟对比及分析

以Aspen Plus为模拟工具,选择反应平衡模型,应用Gibbs自由能最小化方法建立了Shell粉煤气化模型及Texaco水煤浆气化模型,运用灵敏度分析研究了不同操作条件对气化工艺的影响,结果表明:对于Shell气化工艺,蒸汽煤比和氧煤比是影响Shell气化炉的出口组成的主要因素,当蒸汽煤质量比为0.08～0.11,氧煤质量比为0.8～0.9时进行气化较为合适;对于Texaco气化工艺,水煤浆浓度和氧煤比是影响Texaco气化炉的出口组成的主要因素,当水煤浆浓度在65％(wt)左右,氧煤质量比为0.95～1.05时进行气化较为合适.通过对两种气化工艺的对比与分析,为IGCC、煤气化等过程的气化工艺选择提供了重要的参考.     

基于分析的乙烯装置蒸汽系统操作优化

针对乙烯装置蒸汽系统的操作参数优化问题,从系统能效视角提出了一种基于分析的优化方法。在建立蒸汽供应和转换设备模型的基础上,依据蒸汽系统的结构建立了各级蒸汽的平衡模型和约束方程。基于Aspen Plus流程模拟软件建立了乙烯过程的流程模拟系统,建立了可计算蒸汽和动力需求的非线性黑箱模型。通过集成蒸汽平衡模型、设备模型和流程模拟黑箱模型,以蒸汽系统能效最大为优化目标,采用两步计算方法,可得到蒸汽系统内各设备的最优操作条件。乙烯装置的实例分析验证了该方法的有效性。     

基于VTK的波浪动态模拟

根据海浪谱和线性随机理论得出随机海浪的原始公式,并用Pierson-Moskowitz模型和Mitsuyasu模型来创建三维波浪模型,然后用傅里叶变换来表示原始公式,并用快速傅里叶变化来计算,提高运行速度,并在此基础上开发了一个原型系统,实验结果表明该系统具有较好的波浪动态模拟效果。     

CALPHAD应用于有机体系热力学相平衡/相图的计算

相图是一种化学图形,必须通过数学模型的方式才能实现其广泛的应用.而此前固-液平衡相图的计算多采用理想模型或经验模型,前者完全忽视了真实溶液的非理想性,后者的计算结果则可能是对相图完全不合理的预测.因此,为了充分考虑体系的非理想性以获得更为准确真实的相图,采用热力学模型,借助专业的金属及无机物材料的相图计算软件Thermo-Calc,设计实现了获得非理想有机体系中组分作用参数及平衡相图的软件计算方法.利用该计算方法,选择合理的热力学模型,成功地模拟出了二甲苯异构体系二元、三元及二氯苯异构体二元系的固-液平衡相图,模拟结果与文献的实验数据吻合程度较高,且相比于理想状态下的二甲苯三元系相图,正规溶液状态下的相图更能体现真实体系中组分间的作用对体系相平衡温度的影响.该软件计算方法具有较高的自动化程度,在实验数据非常有限的情况下,能够非常精确的模拟出各种无机或有机体系的相图及其它热力学性质,为化学热力学研究提供了一种新的、适用范围广、功能强大的研究手段.     

丁酮-醋酸异丙烯酯等压汽液平衡数据的测定和关联

为了给醋酸异丙烯酯异构化制乙酰丙酮工艺的产物分离提供基础热力学数据,用改进的埃利斯(Ellis)平衡蒸馏器测定了常压下丁酮-醋酸异丙烯酯体系的汽液平衡数据。结果表明,实验数据经Herington面积法热力学一致性检验。采用活度模型Wilson方程和NRTL方程对实验数据进行了关联,计算结果与实验数据均较为吻合。同时关联得到了两方程的模型参数,可满足工程设计的需要。     

Kinetic model of radiation-induced gas conductivity

A kinetic equation for low-energy electrons induced in gas by ionizing radiation is studied. The kinetic equation takes into account elastic, inelastic, and ionization collisions between electrons and gas molecules, as well as the interaction with an external electric field. The process of the conduction current generation is considered. A small parameter is calculated as a ratio of the energy accumulated by an electron between collisions to the thermal energy. An approximate solution is constructed of the kinetic equation for electron concentration and flow. The study resulted in obtaining quadrature formulas for the calculation of electron conduction of an ionized gas in the model of a radiation-induced electromagnetic field.     

热泡式喷墨的建模与分析

喷墨过程的数值建模是建立在一维热传导公式，温度-压强关系式和能量、物质转换关系的平衡的基础上的。一维热传导公式用来考虑气泡和它周围液体之间的能量交换以及气-液交界层的温度分布。温度-压强关系式和能量转换关系用来考虑气泡的增长和破裂过程。气泡产生的初始温度、初始压强以及控制电压等参数都在本模型中进行分析，分析的结果为设计喷墨打印机提供了最基础的资料。     

Computer Simulation of Compositional Flow Using Unstructured Control Volume Finite Element Methods

In this paper, we study the computer simulation of gas cycling in a rich retrograde condensate reservoir. Two prediction cases are studied. The first case is gas cycling with constant sales gas removal, and the second case is cycling with some gas sales deferral to enhance pressure maintenance in the early life of this reservoir. In this problem the great majority of cycling takes place at pressure below the dew point pressure, indicating the need for modeling the compositional three-phase, multicomponent flow in the reservoir. This compositional model consists of Darcy's law for volumetric flow velocities, mass conservation for hydrocarbon components, thermodynamic equilibrium for mass interchange between phases, and an equation of state for saturations. The control volume finite element (CVFE) method on unstructured grids is used to discretize the model governing equations for the first time. Numerical experiments are reported for the benchmark problem of the third comparative solution project (CSP) organized by the society of petroleum engineers (SPE). The PVT (pressure-volume-temperature) data are based on a real fluid analysis.     

基于蒸汽压方程下的管道煤气流量微机测量系统

基于水的蒸汽压方程下，建立工况下管道煤气流量新的计量模型，由该计量模型的应用可知，该模型中不再要求建立管道煤气中不同温度下所对应的水蒸汽饱和压力数据库，从而可以大大简化管道煤气流量计量软件，在流量计设计范围内可以快速难确地实现管道煤气流量实时在线计量。     

氧弹燃烧过程中极限温度和极限压力的预测及在合成微球氧化物中的应用

采用化学热力学状态函数法,根据真实气体范德华状态方程式和气体恒压热关系式,导出了氧弹内真实气体的恒容热关系式。然后进一步导出了恒容条件下氧弹内试样完全燃烧物系的热平衡方程式,据此计算出氧弹内极限温度和极限压力。文中以锌粉为原料,以乙炔黑作助燃剂,用氧弹燃烧法合成了ZnO微球。采用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),对材料的结构和形貌进行表征,结果表明,获得的材料为六方晶系的纳米ZnO晶粒,直径为(200～1 500)nm。     

热泡式喷墨的建模与分析

喷墨过程的数值建模是建立在一维热传导公式,温度—压强关系式和能量、物质转换关系的平衡的基础上的。一维热传导公式用来考虑气泡和它周围液体之间的能量交换以及气—液交界层的温度分布。温度—压强关系式和能量转换关系用来考虑气泡的增长和破裂过程。气泡产生的初始温度、初始压强以及控制电压等参数都在本模型中进行分析,分析的结果为设计喷墨打印机提供了最基础的资料。     

基于MSP430超低功耗罗茨流量积算仪的开发

针对目前工业现场的天然气计量情况,设计了超低功耗罗茨流量积算仪;引入天然气压缩系数Z,对理想气体状态方程进行修正,流量计能够更精确地实时温压补偿;详细介绍了积算仪的硬件和软件设计方案,利用MSP430单片机的低功耗和高集成度的优点。该系统适合于电池供电和远程应用场合,应用结果表明,该系统运行稳定可靠,检测精度高,具有一定的实用性和推广价值。     

加氢催化剂器内预硫化动态仿真研究与应用

加氢催化剂预硫化过程是重油催化裂化、催化加氢、催化重整工艺的优化过程,决定着产品质量和产量。由于预硫化过程的复杂性和动态性,在实际生产中难以控制,提出建立数学模型进行计算。但因国内预硫化过程动态研究比较少,所以先对预硫化反应器进行深入分析,以固定床反应器为基础,建立了机理性较强的预硫化反应器模型。包括反应动力学方程,质量衡算方程,能量衡算方程,相平衡方程等。采用适当的数值计算方法进行动态仿真计算,结果表明与实际相符,硫化温度曲线与设计曲线非常相近。采用上述方法建立仿真软件已应用到实际生产中,并对员工培训起到了良好效果。     

液体空气汽液平衡计算模型

汽液平衡计算是精馏塔模拟计算中重要的组成部分。以液体空气汽液平衡计算为研究对象,利用神经网络技术,建立了总压（P）和各组分液相组成（X1、X2、X3）为输入节点,3种不同参数作为输出节点。（1）平衡温度（T）、各组分汽相组成（Y1、Y2、Y3）;(2)平衡温度（T）、各组分平衡常数（K1、K2、K3);（3）平衡温度（T）、汽相氮组成（Y1）及氩、氧平衡常数（K2、3））的BP神经网络模型。通过计算比较,第三种参数作为输出节点的液体空气汽液平衡计算模型,不仅具有良好的学习能力,而且预测结果也比较满意。对进一步研究并应用于空分塔模拟计算具有一定的指导意义。