换热网络的弹性分析

　　吉林化工学院学报换热网络的弹性分析高维平吉林化工学院化学工枵系。吉林吉林132用于过程模拟的调节和加速收敛的过程中。换热网络的模拟过程模仿了个过程的调节控制过程。在此过程中具有干扰变量控制变量和调节变量。干扰变量可取不同的值控制变量也可以重新设置。整个弹性分析的过程包括弹性指数的计算和固定状态的可行性分析完全象是个实际过程的操作，回避了以往复杂的数学规划求解问。本法求解过程具有真实的物理意义，并编制了通用计算机程序并用实例进行了检验。

　　换热网络内流体的给定参数，如入口温度和流宇经常受其它闪素的影响。从而偏离正常的操作值，入口参数的改变会导致出口参数及目标值数或在定范围内波动，就需要个控制系统来调节。在此之前人们般较注重对换热网络的优化设计，以使热量能大限度的回收利用，且年耗为小，而对换热网络的控制性和弹性则不够重视。但控制性和弹性对保证化工系统稳定操作是极艿，要的。近乍来己有人丌始研宄换热网络的弹性和抒制性，并提1些法。

　　换热网络的弹性就是当换热网络中某些参数，如物流的进口温度流率等在定范罚内发生变化时，换热网络仍能使某些物流达到规定的换热要求，并且网络是可操作的。般情况下，要保证换热网络具有定的操作弹性，需要设置控制环路，通过拧制可使网络保持定的弹性。本文将提个有效方法来解决换热络的弹件分析1.

　　1数学榄型1.1变量的变化范围用化工过程中的组干扰变量，其当前值标准值干扰变量的上下限和，量变化的上限分别用从义和的，它们之间的关系有同理用组控制变量，也有，1.2弹性指数的定义弹性指数用，目标函数为满足其它的约束是换热网络的过程方程包括质量和热量平衡方程传热方程，这些方程在后面的收稿日期2003基金项目吉林省科委青年基金项目吉科合字第953426过程模拟节将详细给。货量+满足，⑴如没有凋笮变氰则按厂FI的计算步骤，凡减小返回步。

　　步1确定哪些变量是干扰变量哪些是控制变量哪些是调节变量，并确定其允许的变化范围，输入有关的必要数据和信息。

　　F下的增量上下限步4计算干扰状态数目，在干扰状态下，干扰变量只取上下限以和广下扰状态变量数胃，为确定每干扰状态下干扰变量的值，冰，1.通过过程模拟，计算1干扰状态下控制变量的值。上标，干扰状态=.2NJ.

　　2如果对所有的干扰状态，式16都满足，C1 7，7是3前找到的满足约束式8到10的厂大值之差的值小于个给定值0.0005，则凡1就是弹性指数。否则7按厂1凡，+02增加，然后回到步3.7，这里是当前发现的+满足约柬式8到10.7的的小是有非凸的可能性，则可按个给定的步长，从0开始拽索付喔。1厂初值找出后。使用上述方法作进步的汁算。

　　0如果约束式16对个或多个干扰状态如果有调节变，则调整调节变景使调节变量财的增量按方程18计算。

　　系数构成的灵敏度系数矩阵。上标第个干扰状态，及承当前迭代调整汁算的次数。

　　按式19形成新的调节变纪值。

　　如果相邻两次发现的大值之差的值小于个给定的正数0.00005，打则就是所要计算702，加后返回步2.

　　干扰状态不满足，打按厂=厂+凡2减小返回少3.在上述计兑过程中和户7是不断调把。77131象目1曲所提少的，1总是取当前发现的满足约束式8至10的束式8至10的小值。所以弹性指数定在3换热网络的过程模拟21 3.1换热网络单元模型3.1.1换热器对于于1的换热网络的第个换热单元，热12衡程为传热认为是逆流的，代热厅程为使用下列模型求72和2 3.2换热网络过程模拟步骤步1输入换热网络的过程矩阵物流线的初始温度和流率值及其它有关的必要信息。

　　步2把换热网络分解成可以独立求解的子系统，并确定各子系统的计算顺序。

　　步3用续贯模块法求解各子系统并判断各糸统是否收敛。

　　步4如果是弹性分析计算，或模拟个控制过程，即在模拟系统中有干扰变量控制变量和调节变。需贤进列算当第3步收敛后，计算控制变量与它们设置点的偏差值置值向遣。如果1则纟，调整调节变量使控制变量回到设置点的计算，否则计算系数构成的矩阵6口8是个给定小的收敛判定值。4足调节变试增量，阵。

　　4实例个换热网络及详细的数据于4.

　　F计算步骤分流器对于2的分流器质量平衡方程为忽略分流器的热损失，温度方程为因为通过调节加热蒸汽的流率46可以完令控制料0，所以在汁算弹性指数，可不考虑，只考虑个控制变量；27.

　　混合器对于3的混合器，热平衡方程为步7在干扰状态下，通过模拟换热网络求干扰状态1下的控制变4伉因为厂太大不用再计算干扰状态2下的控制变量值。让0，+尸12减小后返回步3.这迭代过程直到=0.0159，控制变量才满足和所有过程方程的大位，此，换热网络的弹性指数为=，159.例大括4中的内容在初始计算过程的值，随着计算过程的进行。人括吁的仍将不断变化。迭代计算的结果列于1.

　　4.2例2非凸性问1入1为通过调节冷却水的流率可以控制。所以。

　　在计算厂时只把广，作为控制变户7改变时。要使1保持在设定值不变。

　　则冷却器以的热负荷随的改变而改变。

　　和作为调节参数，是干扰变量，计算求导8和10时，允许它们在设定值50，290，120左右浮动0.01.所需换热器面积人于或等于零。

　　本例属于计算中的非凸性问，它的计算方法是在01范围内，每隔0.1取次厂值进行计兑戈出厂所在的区间然安上述方法求觯人求出为0.76.，厂=0.176时。

　　换热器1的端点温差。7这是本例的弹性约，条件。

　　不定性产1.，2.0让评，标准值1.，70 5结论它不仅适于性问。也适于非凸性。通过弹性分析可得到约束换热网络弹性的因素，而且，基于弹性分析的结果。能够知道如何改进换热网络。

　　周理，胡万里，余国椋。刚性换热网络的弹性化。化工学报，199344196101.

　　胡山鹰，陈丙珍，沈静珠。热回收网络结构弹性的改进方法研宄1化工学报，1993446700707.

　　12高维平。换热网络流程模拟系统。计算机与应用