專(zhuān)利名稱(chēng)：基于縮減復(fù)合域的熱力學(xué)相態(tài)平衡分析的制作方法
基于縮減復(fù)合域的熱力學(xué)相態(tài)平衡分析相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求保護(hù)2009年9月15日由Gang Xu等人提交的、題名為“Thermodynamic Phase Equilibrium Analysis Based on a Reduced Composition Domain，，的U. S.專(zhuān)利申請(qǐng)No. 12/560，134的優(yōu)先權(quán)，其出于全部目的通過(guò)引用而并入于此。
背景技術(shù)：
在用于持續(xù)改進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的驅(qū)使下，諸如化工廠、精煉廠、食品加工廠、制藥廠、釀酒廠、以及其它批量和連續(xù)工廠系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)工廠可以采用基于計(jì)算機(jī)的建模和仿真，來(lái)最優(yōu)化工廠運(yùn)轉(zhuǎn)。這些建模系統(tǒng)被典型地用于通過(guò)按計(jì)算機(jī)模型定義工廠的組件和設(shè)備并接著使用數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)仿真工廠生產(chǎn)過(guò)程，以隨著相關(guān)參數(shù)的改變而突出或顯露這些系統(tǒng)的行為(behavior)0這類(lèi)建?？梢员挥糜趲椭@種工廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)，并且，在不存在與使工廠經(jīng)受這些事件相關(guān)聯(lián)的危險(xiǎn)或成本的情況下，通過(guò)仿真工廠和針對(duì)在現(xiàn)實(shí)情況中可能出現(xiàn)的變化的過(guò)程響應(yīng)來(lái)向操作員提供基于計(jì)算機(jī)的訓(xùn)練。另外，可以進(jìn)行有關(guān)工廠行為的預(yù)測(cè)，以便設(shè)計(jì)萬(wàn)一這種事件發(fā)生時(shí)用于處理它們的戰(zhàn)術(shù)。這類(lèi)建模還可以被用于通過(guò)將由該模型所生成的信息關(guān)聯(lián)到工廠設(shè)備的控制環(huán)路中，來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)變化并由此進(jìn)行響應(yīng)，從而幫助控制工廠運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)這些系統(tǒng)的建模典型地涉及復(fù)雜熱力學(xué)方程的迭代計(jì)算，以便準(zhǔn)確地描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)概觀。給定這些系統(tǒng)的快速改變狀態(tài)和僅能夠計(jì)算適時(shí)的離散時(shí)刻的限制，這種形式的建?？僧a(chǎn)生對(duì)計(jì)算機(jī)的中央處理單元(CPU)的繁重需求，因?yàn)樾枰B續(xù)不斷的重新計(jì)算以保持模型更新。這種繁重處理負(fù)荷對(duì)以下能力是一種挑戰(zhàn)，即，用于以足夠快的速度提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以及時(shí)獲取預(yù)測(cè)模型，從而主動(dòng)阻止危急情況的能力，由此使得工廠控制在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中困難或不可能。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種方法。所述方法包括以下步驟處理器針對(duì)材料混合物確定在具有k維的復(fù)合域(composition domain)上定義的切線(xiàn)超平面距離函數(shù)D ( α )
的值，其中，1n，所述材料混合物具有由η種成分組成的組分 所述η種成分具有
)
摩爾分?jǐn)?shù)Iz1^2，...， }，所述處理器與存儲(chǔ)器通信，并且所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有熱力學(xué)建模應(yīng)用。確定所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù)的值基于處理器執(zhí)行熱力學(xué)建模應(yīng)用。所述方法還包括以下步驟處理器估算(evaluate)材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性，其中，在D ( α ) < 0時(shí)所述材料混合物被確定成易于相態(tài)分離(phase split)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)器、熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用、以及熱力學(xué)平衡應(yīng)用。所述熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用和所述熱力學(xué)平衡應(yīng)用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，熱力學(xué)平衡應(yīng)用基于通過(guò)將由從1個(gè)變量至 n-1個(gè)變量組成的α代入，縮減采用表示處于第二狀態(tài)下的材料混合物的摩爾分?jǐn)?shù)的變量；二.., 丨的切線(xiàn)超平面距離函數(shù)的階估算所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù)，來(lái)估計(jì)在指
定溫度、指定壓力下并且具有由具有摩爾分?jǐn)?shù)Iz1, Z2,..., ZnI的η種成分所組成的指定原料組分；的所述材料混合物被分成至少兩個(gè)相態(tài)的概率。所述熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行，并且調(diào)用所述熱力學(xué)平衡應(yīng)用，以基于由所述熱力學(xué)平衡應(yīng)用所確定的所述材料混合物被分成至少兩種相態(tài)的概率確定結(jié)果。所述系統(tǒng)基于由熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用所確定的結(jié)果，進(jìn)行以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)控制熱力學(xué)過(guò)程、控制熱力學(xué)過(guò)程控制組件、訓(xùn)練熱力學(xué)過(guò)程的操作員、訓(xùn)練熱力學(xué)過(guò)程控制組件的操作員，以及預(yù)測(cè)過(guò)程控制組件的故障時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)器、熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用、以及熱力學(xué)平衡應(yīng)用。熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用和熱力學(xué)平衡應(yīng)用存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中。在通過(guò)所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，所述熱力學(xué)平衡應(yīng)用基于估算方程式Ψ (α )，來(lái)估計(jì)在指定溫度、指定壓力下，并且具有由具有摩爾分?jǐn)?shù)Iz1^2,.. . ,zj的η種成分所組成的指定原料組分^的材料混合物被分成至少兩種相態(tài)的概率，其中，α是標(biāo)量變量，是與所述指定原料組分^相對(duì)應(yīng)的α的值
[0009
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法包括以下步驟處理器估算切線(xiàn)超平面距離函數(shù)D ( α )，以識(shí)別針對(duì)大致處于第一相態(tài)的第一材料混合物的吉布斯能函數(shù)的超平面切線(xiàn)與第二材料混合物的吉布斯能函數(shù)相交的任何點(diǎn)，所述第一材料混合物具有由η種成分所組成的組分i，所述η種成分具有摩爾分?jǐn)?shù)Iz1, z2，...，ζη}，其中，D ( α )在k維的復(fù)合域上被定義，其中，1≤k < η，其中，所述處理器與存儲(chǔ)器通信，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有熱力學(xué)建模應(yīng)用，并且其中，識(shí)別相交的任何點(diǎn)的步驟基于處理器執(zhí)行熱力學(xué)建模應(yīng)用；并且處理器估算材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性，其中，當(dāng)針對(duì)處于第一相態(tài)的第一材料混合物的所述吉布斯能函數(shù)的超平面切線(xiàn)與第二材料混合物的吉布斯能函數(shù)相交時(shí)，材料混合物被確定成易于相態(tài)分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟處理器基于估算材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性來(lái)確定單級(jí)閃蒸狀態(tài)和蒸餾狀態(tài)中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于估算材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性，來(lái)進(jìn)行以下各項(xiàng)之一控制熱力學(xué)過(guò)程、控制熱力學(xué)過(guò)程控制組件、訓(xùn)練熱力學(xué)過(guò)程的操作員、訓(xùn)練熱力學(xué)過(guò)程控制組件的操作員、以及預(yù)測(cè)所述熱力學(xué)過(guò)程控制組件的故障時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù)D(a)至少部分基于利用偽特性的混合吉布斯能函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟基于α確定對(duì)由η種成分組成的平衡組分；的估計(jì)，所述η種成分具有摩爾分?jǐn)?shù)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，Xiocfi(a)，其中，a z是與所述材料組分
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，m=1并且
8.一種系統(tǒng)，包括 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用；以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的熱力學(xué)平衡應(yīng)用，所述熱力學(xué)平衡應(yīng)用在通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，基于估算所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù)，來(lái)估計(jì)在指定溫度、指定壓力下并且具有由具有摩爾分?jǐn)?shù)Iz1, ζ2, ..., ζη}的η種成分所組成的、大致處于第一狀態(tài)的指定原料組分^的材料混合物是否可能被分離成至少兩種相態(tài)，所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù)是通過(guò)將由從1個(gè)變量至η-1個(gè)變量組成的α代入，從而縮減切線(xiàn)超平面距離函數(shù)的階，按表示處于第二狀態(tài)的材料混合物的摩爾分?jǐn)?shù)的變量
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，估計(jì)材料混合物被分離成至少兩種相態(tài)的概率基于估算方程(Ψ(α))，該方程(Ψ(α))基于方程MT))
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，與混合物的第一相態(tài)相關(guān)聯(lián)的混合吉布斯能函數(shù)基于從具有與所述第一相態(tài)相關(guān)聯(lián)的第一外推熱力學(xué)狀態(tài)方程所導(dǎo)出的偽特性，并且其中，與混合物的第二相態(tài)相關(guān)聯(lián)的混合吉布斯能函數(shù)基于從與第二相態(tài)相關(guān)聯(lián)的第二外推熱力學(xué)狀態(tài)方程導(dǎo)出的偽特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)果是單級(jí)閃蒸狀態(tài)和蒸餾狀態(tài)中的至少一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述摩爾分?jǐn)?shù){xi，x2，.. . ,xj滿(mǎn)足每一個(gè)Xi>=0 和
15.一種系統(tǒng)，包括 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的熱力學(xué)過(guò)程仿真應(yīng)用；以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的熱力學(xué)平衡應(yīng)用，所述熱力學(xué)平衡應(yīng)用在通過(guò)所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，基于估算方程Ψ(α)，來(lái)估計(jì)在指定溫度、指定壓力下并且具有由摩爾分?jǐn)?shù)為Iz1, ζ2, ... , ζη}的η種成分所組成的指定原料組分^的材料混合物被分離成至少兩種相態(tài)的概率，其中，a是標(biāo)量變量，并且其中，a z是與所述指定原料組分;相對(duì)應(yīng)的a的值，
16.根據(jù)權(quán)禾丨J要求15所述的系統(tǒng)，其中
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，混合吉布斯能基于從外推熱力學(xué)狀態(tài)方程導(dǎo) 出的偽特性。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)D< 0吋，a提供對(duì)穩(wěn)定混合物分?jǐn)?shù)的估計(jì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，根據(jù)關(guān)系式Xiocfi(a)來(lái)確定被表示為I的 穩(wěn)定混合物分?jǐn)?shù)的估計(jì)，其中I包括具有摩爾分?jǐn)?shù)Ix1, X2, ... , XnI的n種成分。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，根據(jù)關(guān)系式I,
21.ー種方法，包括以下步驟處理器針對(duì)處于第一相態(tài)的材料混合物確定在具有k維的復(fù)合域上定義的切線(xiàn)超平 面距離函數(shù)D(a )的值，其中，1彡k < n，所述材料混合物具有由n種成分組成的組分i， 所述n種成分具有材料混合物的摩爾分?jǐn)?shù)Iz1, z2，...，zn}，其中，所述處理器與存儲(chǔ)器通 信，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有熱力學(xué)建模應(yīng)用，并且其中，確定切線(xiàn)超平面距離函數(shù)的值基于處理 器執(zhí)行熱力學(xué)建模應(yīng)用；處理器估算所述材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性，其中，當(dāng)D( a ) < O吋，所述材料混合物被 確定成易于相態(tài)分離；至少部分地基于i,根據(jù)處于第一相態(tài)的材料混合物的狀態(tài)方程來(lái)確定處于第一相態(tài)的材料混合物的熱力學(xué)特性；當(dāng)D(a) < 0時(shí)，至少部分地基于處于第二相態(tài)的材料混合物的摩爾分?jǐn)?shù)
22.一種用于熱力學(xué)建模系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括 計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，具有實(shí)現(xiàn)在其中的計(jì)算機(jī)可用程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可用程序代碼用于針對(duì)材料混合物確定在具有k維的α的復(fù)合域上定義的切線(xiàn)超平面距離函數(shù)D( α )的值，其中，1n，所述材料混合物具有由η種成分組成的組分
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述計(jì)算機(jī)可用程序代碼還基于估算材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性來(lái)確定單級(jí)閃蒸狀態(tài)和蒸餾狀態(tài)中的至少一個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述計(jì)算機(jī)可用程序代碼還包括基于估算材料混合物的相態(tài)穩(wěn)定性，來(lái)進(jìn)行以下各項(xiàng)之一控制熱力學(xué)過(guò)程，控制熱力學(xué)過(guò)程控制組件，訓(xùn)練熱力學(xué)過(guò)程的操作員，訓(xùn)練熱力學(xué)過(guò)程控制組件的操作員，以及預(yù)測(cè)所述熱力學(xué)過(guò)程控制組件的故障時(shí)間。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù)D(a)至少部分地基于利用偽特性的混合吉布斯能函數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述計(jì)算機(jī)可用程序代碼還基于 α確定對(duì)由η種成分組成的平衡組分I的估計(jì)，所述η種成分具有摩爾分?jǐn)?shù)Ix1, X2,..., XrJ °
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，Xi= fi(a)，其中，az是與所述材料組分I相對(duì)應(yīng)的α的值，其中，fi(az) = Zi，其中，fdci)被確定為具有形式
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，m= 1并且
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，α是標(biāo)量變量，并且其中，％是與指定原料組分$相對(duì)應(yīng)的α的值
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，確定所述切線(xiàn)超平面距離函數(shù) D(a)包括在a z-r≤α≤a z+r的范圍上改變?chǔ)恋闹怠?br> 31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，r的值為大約5、大約10、大約20 以及大約50中的一個(gè)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，α的值以0.001、0.01、0.1，以及 1.0中的一個(gè)為增量改變。
全文摘要
在此公開(kāi)了一種利用偽特性策略和縮減變量數(shù)來(lái)對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)的相態(tài)特性建模的方法。該方法描述了一種通過(guò)特征化經(jīng)由偽特性來(lái)描述該系統(tǒng)的函數(shù)，并且還通過(guò)按n-1個(gè)或更少的變量來(lái)描述該系統(tǒng)，而確定在給定溫度、壓力以及組分下，材料混合物的相態(tài)分離的概率的手段，其中，n表示在所述系統(tǒng)中關(guān)注的成分?jǐn)?shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，多成分系統(tǒng)按一個(gè)變量來(lái)特征化，由此，按時(shí)間效率方式來(lái)提供簡(jiǎn)化熱力學(xué)模型。另外，通過(guò)這種縮減變量計(jì)算而生成的信息還可以被用作用于計(jì)算狀態(tài)方程的起始點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F17/10GK102549564SQ201080043730
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者D·布拉克, G·徐 申請(qǐng)人:因文西斯系統(tǒng)公司