一种用于高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法

摘要

一种用于高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法，包括以下步骤：1)建立化工过程的计算模型：根据化工装置建立描述热力学方法和化工过程的基本方程；2)对所述计算模型中所有的热力学参数和过程参数进行灵敏度分析，确定待整定参数；3)根据对象过程系统的特点，选择其中关键测量位号用于参数整定，在各个工况点对多测量变量多组测量数据进行采集，优化计算获得热力学参数的整定结果。本发明提供一种测量方便的、可用于化工高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法。

主权项

1.一种用于高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法，其特征在于：所述热力学参数整定方法包括以下步骤：1)、建立包含了多级分离设备的高纯度体系化工装置的计算模型：根据高纯度体系化工装置的结构建立各个多级分离设备的计算方程组；一个N级C个组分的分离设备有如下基本方程：第j层理论级上第i个组分的物料平衡方程：F_jz_i，j+V_j+1y_i，j+1+L_j-1x_i，j-1-(L_j+U_j)x_i，j-(V_j+W_j)y_i，j＝0        (4)第j层理论级上第i个组分的相平衡方程：(y_i，j-y_i，j+1)-ε_ij(m_ijx_i，j-y_i，j+1)＝0                           (5)第j层理论级上的分子归一方程：$\underset{i=1}{\overset{C}{\Sigma }}{y}_{i,j}=1---\left(6\right)$$\underset{i=1}{\overset{C}{\Sigma }}{x}_{i,j}=1---\left(7\right)$第j层理论级上的热量平衡方程：F_jh_Fj+V_j+1h_Vj+1+L_j-1h_Lj-1-(L_j+U_j)h_Lj-(V_j+W_j)h_Vj+Q_j＝0               (8)上述式中，F表示进料流量，L表示气相流量，V表示气相流量，Q表示热量，U表示液相产品量，W表示气相产品量，x表示液相摩尔组成，y表示气相摩尔组成，h表示焓；下标j表示理论级编号，1≤j≤N，N为总板数；i表示组分编号，1≤i≤C；C为总组分数；下标L表示气相，V表示液相，F表示进料；方程(4)-(8)式需同时联立求解，其中(5)式中的m_ij和ε_ij采用如下方法求解：一个高纯度体系的每个理论级中每个组分m_ij的计算方程如下：m_ij＝g(T，P，x_ij，y_ij，K₁，K₂，…，K_K)                              (10)式(10)中g表示计算方程，T表示温度，P表示压力；[K₁，K₂，…，K_K]表示计算时用到的热力学参数，m_ij与温度、压力、热力学参数[K₁，K₂，…，K_K]有关，热力学参数[K₁，K₂，…，K_K]的大小影响式(10)计算的准确程度；ε_ij表示第j个理论级上第i个组分的级效率，一个多级分离设备的ε_ij用一个或多个级效率参数[K_K+1，K_K+2，…，K_Q]表示；热力学参数和级效率参数合并构成参数集合[K₁，K₂，…，K_P]；2)、对1)提出的集合中所有的参数进行灵敏度分析，确定求解的参数集合K＝[K₁，K₂，…，K_k，…，K_P]；定义多级分离过程计算模拟误差目标函数为$\mathrm{Err}\left(K\right)=\underset{j=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{({\hat{X}}_i^j-X_i^j)}^2,$各个参数对上述模拟误差目标函数的灵敏度S_Ki为：$S_{\mathrm{Ki}}=\frac{\partial \mathrm{Err}\left(K\right)/\mathrm{Err}\left(K\right)}{\partial K_i/K_i}---\left(2\right)$对各个S_Ki进行比较，当某个参数的灵敏度低于所有参数灵敏度最大值的1/10时，将该参数确定为无影响参数并剔除，即符合以下条件时，对K_i不进行第3)步操作；$\frac{S_{\mathrm{Ki}}}{\max (S_{K1},S_{K2},···,S_{\mathrm{Ki}},S_{\mathrm{KP}})}\le 0.1---\left(3\right)$生成待求解的参数集合K＝[K₁，K₂，…，K_k，…，K_P]；3)、根据高纯度体系化工装置的特点，选择这个装置中的关键测量位号用于参数求解，测量这个装置中关键测量位号在M个工况点的数据；采用多个测量变量、多组测量数据进行参数求解，其公式如下：$\underset{K_1,K_2,···,K_P}{\min }\underset{j=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{({\hat{X}}_i^j-X_i^j)}^2---\left(1\right)$Subject  tof(X^j，K)＝0  j＝1，2，…M$X^j=[X_1^j,X_2^j,···,X_i^j,···,X_N^j]$$X_i^{\mathrm{jL}}\le X_i^j\le X_i^{\mathrm{jU}},i=\mathrm{1,2},···,N$K＝[K₁，K₂，…，K_k，…，K_P]$K_k^L\le K_k\le K_k^U,k=\mathrm{1,2},···,P$上式中，f为高纯度体系化工装置所包括的多个多级分离过程的机理方程，过程的关键位号，也就是可测变量个数共有N个，每个变量各有M次测量结果，X_i^j表示第i个可测量变量X_i的第j组测量值；X_i^jL，X_i^jU分别为测量变量X_i^j的上下限；对象过程的可求解参数共有P个，K_k表示第k个可求解参数，K_k^L，K_k^U分别为参数K_k的上下限；根据公式(1)，计算获得热力学参数的整定结果：先在工业装置上对应于采集N个测量变量[X₁，X₂，…，X_i，…，X_N]的M组数据j＝1，…，M；以每组数据为初值求解M次f(X^j，K)＝0，获得M组变量[X₁，X₂，…，X_i，…，X_N]的计算值[X₁^j，X₂^j，…，X_i^j，…，X_N^j]；不断调整K＝[K₁，K₂，…，K_k，…，K_P]使得计算值[X₁^j，X₂^j，…，X_i^j，…，X_N^j]与j＝1，…，M的误差平方和最小，获得K＝[K₁，K₂，…，K_k，…，K_P]的最优值就是待整定的热力学参数。