一种应用于数字孪生的塔求解方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种应用于数字孪生的塔求解方法及系统，包括：获取初值；根据严格模型和初值获取简化模型；根据简化的相平衡模型得到组分平衡方程；根据简化的相平衡模型得到泡点关系；利用简化的焓模型得到简化的焓平衡方程；确定设计规定方程，联立求解组分平衡方程、泡点关系、简化的焓平衡方程和设计规定方程；将解代入严格模型，得到更新后的简化模型；计算更新后的简化模型的参数和简化模型的参数的差值；判断差值是否小于预设值，若是，将解作为塔的解；否则，使用严格模型更新简化模型。本发明专利技术通过对所述方程进行直接联立求解，避免了使用数值梯度进行求解或降维迭代求解，有利于提高求解速度，提高数字孪生系统中的塔模型的可用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于数字孪生的塔求解方法及系统


[0001]本专利技术涉及塔设备求解
，具体而言，涉及一种应用于数字孪生的塔求解方法及系统。

技术介绍

[0002]塔设备是石油、化工、医药、轻工等生产中的重要设备之一，在塔设备内可进行气液或液液两相间的充分接触，实施相间传质，因此在生产过程中常用塔设备进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程。
[0003]传统塔设备算法包括：流量加合法(Sum Rate)，泡点法(Bubble Point)等，其本质均为双层法。双层法，首先假定未知变量值，然后通过严格计算产生其简化模型，将这些简化模型求解，得出未知变量的计算值，若与假定值不一致，则采用某种迭代方法生成新的假定值，并重复这一过程，直到计算值与假定值满足收敛判据，从而得出模拟计算结果。现有的塔设备算法中，为避免求解大规模非线性方程组，内层均嵌套有非线性方程组求解，因此耦合度高，求解时需要使用数值梯度，最终导致求解速度缓慢，适用体系狭窄，算法鲁棒性低。从而进一步限制了塔模型在数字孪生系统中的可用性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种应用于数字孪生的塔求解方法及系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种应用于数字孪生的塔求解方法，包括：
[0006]获取初值；
[0007]根据严格模型和所述初值获取简化模型，所述简化模型包括简化的焓模型和简化的相平衡模型；
[0008]根据质量平衡方程、相平衡方程和简化的相平衡模型，得到组分平衡方程；
[0009]根据摩尔分率归一化方程和所述简化的相平衡模型，得到泡点关系；
[0010]利用所述简化的焓模型简化焓平衡方程，得到简化的焓平衡方程；
[0011]确定设计规定方程，联立求解所述组分平衡方程、所述泡点关系、所述简化的焓平衡方程和所述设计规定方程，得到解；
[0012]将所述解代入所述严格模型，得到更新后的简化模型；
[0013]计算所述更新后的简化模型的参数和所述简化模型的参数的差值；
[0014]判断所述差值是否小于预设值，若是，将所述解作为塔的解；否则，使用所述严格模型更新所述简化模型。
[0015]可选地，所述简化的相平衡模型为k
ij
＝α
ij
k
bj
；
[0016]所述简化的焓模型为
其中，j表示塔板编号，A
j
、B
j
、C
j
、D
j
、E
j
、F
j
表示简化模型参数，k
ij
表示各组分的相平衡常数，α
ij
表示组分i的相对挥发度，k
bj
表示整体相对挥发度，T
j
表示温度值，表示参考温度，表示气相焓，表示液相焓。
[0017]可选地，根据质量平衡方程、相平衡方程和简化的相平衡模型，得到组分平衡方程之前，还包括：
[0018]计算提馏因子S
bj
和侧线采出因子R
Lj
和R
Vj
；
[0019]其中，V
j
表示塔板气相流量，L
j
表示塔板液相流量，LSS
j
表示塔板液相抽出量，VSS
j
表示塔板气相抽出量。
[0020]可选地，所述质量平衡方程为F
j
+L
j
‑1+V
j+1
＝LSS
j
+VSS
j
+V
j
+L
j
；
[0021]所述相平衡方程为y
ij
＝k
ij
x
ij
；
[0022]摩尔分率归一化方程为∑
j
y
ij
＝1，∑
j
x
ij
＝1；
[0023]焓平衡方程为焓平衡方程为
[0024]其中，j、j
‑
1、j+1表示塔板编号，i表示组分编号，F
j
表示塔板进料量，V
j
表示塔板气相流量，L
j
表示塔板液相流量，LSS
j
表示塔板液相抽出量，VSS
j
表示塔板气相抽出量，y
ij
表示气相各组分的摩尔分率，x
ij
表示液相各组分的摩尔分率，k
ij
表示各组分的相平衡常数，表示进料焓，表示气相焓，表示液相焓，Q
j
表示外供热量。
[0025]可选地，所述组分平衡方程为
‑
l
i，j
‑1+(R
Lj
+α
i，j
S
j
R
Vj
)l
i，j
‑
(α
i，j
+1
Sj+1
)l
i，j
+1＝f
i，j
，其中，l
i，j
表示组分i在j块塔板的流量，α
ij
表示组分i的相对挥发度，f
i，j
表示组分i在j块塔板的进料量组分。
[0026]可选地，所述泡点关系为
[0027]第二方面，本专利技术实施例提供一种应用于数字孪生的塔求解系统，包括：
[0028]获取模块，用于获取初值；还用于根据严格模型和所述初值获取简化模型，所述简化模型包括简化的焓模型和简化的相平衡模型；
[0029]计算模块，用于根据质量平衡方程、相平衡方程和简化的相平衡模型，得到组分平衡方程；还用于根据摩尔分率归一化方程和所述简化的相平衡模型，得到泡点关系；还用于利用所述简化的焓模型简化焓平衡方程，得到简化的焓平衡方程；
[0030]求解模块，用于确定设计规定方程，联立求解所述组分平衡方程、所述泡点关系、所述简化的焓平衡方程和所述设计规定方程，得到解；
[0031]更新模块，用于将所述解代入所述严格模型，得到更新后的简化模型；
[0032]所述计算模块还用于计算所述更新后的简化模型的参数和所述简化模型的参数的差值；
[0033]判断模块，用于判断所述差值是否小于预设值，若是，将所述解作为塔的解；否则，使用所述严格模型更新所述简化模型。
[0034]可选地，所述计算模块还用于计算提馏因子S
bj
和侧线采出因子R
Lj
和R
Vj
；
[0035]其中，V
j
表示塔板气相流量，L
j
表示塔板液相流量，LSS
j
表示塔板液相抽出量，VSS
j
表示塔板气相抽出量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于数字孪生的塔求解方法，其特征在于，包括：获取初值；根据严格模型和所述初值获取简化模型，所述简化模型包括简化的焓模型和简化的相平衡模型；根据质量平衡方程、相平衡方程和简化的相平衡模型，得到组分平衡方程；根据摩尔分率归一化方程和所述简化的相平衡模型，得到泡点关系；利用所述简化的焓模型简化焓平衡方程，得到简化的焓平衡方程；确定设计规定方程，联立求解所述组分平衡方程、所述泡点关系、所述简化的焓平衡方程和所述设计规定方程，得到解；将所述解代入所述严格模型，得到更新后的简化模型；计算所述更新后的简化模型的参数和所述简化模型的参数的差值；判断所述差值是否小于预设值，若是，将所述解作为塔的解；否则，使用所述严格模型更新所述简化模型。2.根据权利要求1所述的应用于数字孪生的塔求解方法，其特征在于，所述简化的相平衡模型为所述简化的焓模型为其中，j表示塔板编号，A
j
、B
j
、C
j
、D
j
、E
j
、F
j
表示简化模型参数，k
ij
表示各组分的相平衡常数，α
ij
表示组分i的相对挥发度，k
bj
表示整体相对挥发度，T
j
表示温度值，表示参考温度，表示气相焓，表示液相焓。3.根据权利要求2所述的应用于数字孪生的塔求解方法，其特征在于，根据质量平衡方程、相平衡方程和简化的相平衡模型，得到组分平衡方程之前，还包括：计算提馏因子S
bj
和侧线采出因子R
Lj
和R
Vj
；其中，V
j
表示塔板气相流量，L
j
表示塔板液相流量，LSS
j
表示塔板液相抽出量，VSS
j
表示塔板气相抽出量。4.根据权利要求3所述的应用于数字孪生的塔求解方法，其特征在于，所述质量平衡方程为F
j
+L
j
‑1+V
j+1
＝LSS
j
+VSS
j
+V
j
+L
j
；所述相平衡方程为y
ij
＝k
ij
x
ij
；摩尔分率归一化方程为∑
j
y
ij
＝1，∑
j
x
ij
＝1；焓平衡方程为焓平衡方程为其中，j、j
‑
1、j+1表示塔板编号，i表示组分编号，F
j

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，王健，章展鹏，刘中奇，梁晓，卢俊晶，
申请(专利权)人：清云智通北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：