动态模拟系列之一：CSTR的动态分析

说明：本系列材料最初源自我在中石油工作时将原来是英文的材料进行了翻译与整理，仅用于个人的学习，也是属于比较早期的材料了。之前是在个人博客上进行了分享，后来博客被人恶意攻击导致几乎全军覆灭（记得在以前的公众号文章里也简单的提过那次灾难）。所幸有些内容有零零散散的备份，有些确实就算是彻底丢了。

本系列材料是当时分享的关于动态建模的中文版教程，版权属于原作者，我只是进行了一些内容的翻译和个人理解的编辑。

本来是有对应的模型文件的，而且呈现的截图都是动图，老直观老漂亮了。现在却只有纯文字和绝大部分的静态图片了（想想就气）。如果你也常逛例如马后炮、海川之类的化工论坛，说不定你就曾经下载到过这个系列所对应的模型文件（如果有的话私信分享一下啦^_^）。

本系列材料当时总共有六个部分，最后两个部分是我自己编写的。分别是：

（一）CSTR的动态分析

（二）建立PFR动态模型

（三）进一步的动态建模与分析

（四）从头开始建立动态模型

（五）PID整定

（六）分馏塔的动态控制

（七）分馏塔的控制策略分析

当时六写完了，七写了一小部分。可惜的是六和七我是直接在博客的草稿中写的，没有在自己电脑的word上写，真是醉了，所以随着博客的覆灭彻底没有了，找机会重新写吧。

正好在此声明一下，我之前博客所使用的域名 SimTechShare.com 早已不再续费使用了，现在被别人申请干其它事了，那个可跟我没有半毛钱的关系啊！

现在转入正题吧！

HYSYS动态建模（一）

CSTR的动态分析

本篇作为基础动态建模与分析的开篇，将主要学习了解下什么是动态模拟，并通过观察一个CSTR动态模型来分析它的一些动态特性，简单了解AspenHysys的动态模拟。

那么什么是动态模拟呢？区别于稳态模拟，动态模拟的一个最主要的特点便是其与时间密切相关。例如对于一个闪蒸罐而言，稳态模拟下如果进料100kg/h，则汽相和液相的出料之和必然为100kg/h，罐内并不存在累积量，而且它的出料量是“瞬时”计算完成的。换句话说，罐体的尺寸对稳态模拟并不是必需的。而动态则不然，它会考虑到例如罐内具体液位的情况。液位的高低便表示了有多少的流量累积在罐内，而累积的多少就与时间密切相关了——不同时间下会有不同的结果。因此，动态模拟可以理解为稳态模拟的一个扩展，它把时间也作为一个独立变量引入到了模型当中，用于观察不同时间下模型的结果。

这就跟我们实际装置情况更加的符合，因为装置运行的时刻都处于一个变化波动的状态。因此，动态模拟将主要应用于装置的开停车、PID整定、设备的动态分析、OTS等方面。这些方面的应用是稳态模型难以实现的。但是！一定要注意一点，动态可不能用来做类似于稳态模拟优化的活，可千万要区别开来！

接下来，我们将以丙二醇的制取反应来演示动态模型的一些特性，观察其下在不同操作条件下的动态性能。以下便是将要演示的动态模型，可以看到模型中有三个控制器，FIC-100、TIC-100和LIC-100，分别控制进料量、反应温度和反应器的液位。

我们打开PreFeed物流，观察其在【Dynamics】下的参数规定：

在这里可以看到，此时动态规定中激活了【压力规定】，而不是【流率规定】。这一点比较重要，因为它表示了当前模型采用的驱动类型是哪一种。在稳态模型中，对于进料我们可能需要分别指定压力和流率才能收敛物流，因为它们二者相互之间并不存在关系。但是对于动态模型就不一样了，压力和流率却是相互关联的。流率的变化就会引起压力的改变，反之亦然。所以在动态建模中我们需要选择一下到底采用哪种驱动方式来建立模型。

对于流速驱动：

进料的流率和压力必须指定；

流速并不是由压差产生的；

更适用于液体工艺（通常具有良好的流动控制性）。

对于压力驱动：

进料和产品的压力必须指定；

流率是由压差而产生的；

较流率驱动的规定更加的复杂（因为需要平衡模型中泵、阀门等的压力），但模型会更加的严格。

接下来我们想要观察一下当改变反应器 ①液位控制 和 ②进料流率 时模型的动态性能。此时我们可以在产品物流中建立一个带状图来观察变化情况。

对于①液位设定值变化时的动态特性观察，我们采用手动的方式来完成以下步骤：

首先运行模型2小时（注意，此时的2小时是指动态模型的时间，而不是真实时间）；

然后改变液位控制设定值为60%；

最后继续运行模型3个小时。

也就是说整个模拟运行了5个小时的时间。这时候我们就需要先去修改产品物流带状图的一些参数，以保证我们能够正常的观察到这5小时内所产生的变化情况。第一步便是设定带状图的坐标尺寸能够自动规定，并将温度、压力和流量全部显示：

接下来设定记录器的时间：

想想看为什么要设定为900呢？