反应器是化学工业的核心,其效率和稳定操作直接影响反应器的上下游单元。由于许多反应体系复杂、反应条件苛刻,反应器中某些关键参数如反应温度、反应物或者产物浓度分布难以实时测量。此外,实际生产中反应器常会受到外界一些或大或小扰动,这些扰动可能会引起反应器效率降低、偏离正常运行状态,但由于某些复杂反应体系的关键参数无法实时测量致使低效或者偏离状态无法确定,将可能引起整个过程停车、甚至爆炸。若利用反应器可测量的实时数据对其进行动态模拟,以获取反应器内部的关键参数如温度、浓度等实时数据即可有效地识别反应器的运行状态,从而可有效监管复杂的反应体系。当前,化工仿真模拟软件如Aspen Plus、Hysys、PRO Ⅱ等在稳态模拟、化工设计以及优化等方面具有广泛应用。但针对实际过程(尤其复杂反应体系)的在线模拟具有一定的局限性,为此反应器实时仿真系统的开发具有非常重要的意义,本文以反应器动态仿真系统的开发展开讨论。首先,以理想反应器的动态模型为基础分析其求解方法。分析发现:搅拌釜反应器动态模型用常微分方程组描述,较容易求解;而平推流反应器动态模型用偏微分方程组描述,因模型中变量数多于方程数,导致模型方程组无法求解。针对具有气体进料的平推流反应过程的动态模型的求解问题,提出改进解法,以气体状态方程为基础来推导气体组分浓度为其摩尔流量和温度的函数从而增加方程数,以达到其模型方程组可以求解的目的。并将所提出的改进解法与常规解法的模拟结果进行比对,结果显示该改进解法有效地解决了气体进料平推流反应器动态模型的求解问题。其次,介绍动态仿真系统的开发。仿真系统要实现图形化建模、引导用户输入参数、仿真模型的存储与加载、模型求解计算等功能。基于面向对象和模块化编程的思想,将仿真软件分为单元设备、物流线、流程显示、导航、数据管理、模型计算、文件存储模块等七个子模块并对各子模块的设计展开说明。最后,简述所开发的动态仿真系统的应用实例。以皂化反应(全混流反应器,CSTR)、盐酸与辛醇及十二醇混合液反应(进料为液体的平推流反应器,LPFR)及丙酮气相裂解反应(进料为气体的平推流反应器,GPFR)过程的动态模型为对象,利用构建的仿真系统对其进行仿真研究。并将动态模拟模拟结果与文献数据对比,结果显示所开发的系统的有效性。