[发明专利]监控过程的方法

说明书

本申请是申请日为2005年6月2日、申请号为200580018540.1、名称为“监控过程的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种使用计算流体动力学监控过程的方法。

背景技术

计算流体动力学(CFD)是一种用于模拟流体流动的已知的方法，其通过使用计算方法来求解控制流体流动的动量和质量守恒方程。例如，在对混合容器进行设计时，CFD可被用于模拟流体流动，以便实现适当的混合。类似地，当设计反应容器时，CFD可用来确保反应物之间和/或其与可能存在的任何催化剂之间的最佳接触，这可以通过反应器设计实现。

当给定系统边界条件并使用连续介质的流体基本方程，即质量和动量守恒方程(或称为Navier Stokes方程)时，CFD计算出系统的流动结构和特性，即。CFD可以在稳定或者不稳定(与时间相关)的模式下运行。该技术无须预先假设最终的方程解，并且除初始边界条件外，无须输入其他数据(例如，其不需要测量导出方程解的压降)。换句话说，在之前时间t⁰给出的系统边界条件时，该技术计算出系统在时间t¹的所要求的特性。

在一些简单的流动问题(例如二维非粘性流)上，可以分析性地计算该流动，然而，在大多数有实际意义的工程流都需要数字求解非线性的二阶微分方程。CFD通过将流态分解成许多小单元(一般大于100k)，并且在每个单元中迭代预测值来数字求解该方程直到得出方程解。

例如，在Fluent Inc，2002出版的，E.M.Marshall和A.Bakker所著的“Computational Fluid Mixing”中对CFD进行了描述。

通常，CFD模型需要计算机花费很多的小时，甚至是几天，即使是相当简单的系统，特别是当其方程解与时间相关时。然而，尽管计算需要时间，但已经证明，当结算时间并非是关键性问题时，CFD是一种设计混合和/或反应容器的重要工具，其计算时间不是关键问题。

在形成本发明之前，除初始边界条件外，对于系统无须预先假设的CFD模型从未被用于实时过程控制。EP 398706描述了预测一种在反应器中由大量单体聚合形成的聚合物的物理性能和状态的方法，其结果可用于警告操作者存在异常的反应器问题。然而，上述方法需要输入在反应器的多个点上(并因此在时间t⁰时)已测量的实时过程数据(即之前进行操作的结果)，并且计算的结果得出一个不同的参数的估算值，但在测量初始数据的时间t⁰时。

发明内容

现在我们已经发现：计算流体动力学，特别是当在不稳定(与时间相关)的模式下运行时，可用于实时过程监控以改善过程控制。

因此，根据第一个方面，本发明提供一种过程控制的方法，所述的方法包括：

(a)提供第一过程的计算流体动力学模型，

(b)将向上述第一过程进料的数据输入该计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t⁰时的状态，以便该模型产生第一过程在未来时间t¹时的一种或多种特性的实时模拟，以及

(c)使用该模拟以控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。

所谓“实时模拟”是指这样的模拟，当过程发生时(或者更快地)在一个足以预测过程条件的很短时间内得到模拟输出(模拟结果)，并因此根据需要响应于该输出进行控制；即系统能够从可以在初始时间t⁰应用的数据计算在后时间t¹时的特性，并且，如果需要，能够在时间t¹之时(或者之前)使用该计算来控制该过程(或者第二过程)。

本发明的方法可以通过控制系统实现，因此按照本发明的进一步具体实施方案，提供一种用于过程的控制系统，其包括：

(a)一个计算机，其被编程以运行第一过程的计算流体动力学模型，

(b)一个输入系统，其用于将第一过程进料的数据输入计算流体动力学模型，所述的数据代表初始时间t⁰时的状态，以便该模型产生所述第一过程在未来时间t¹时的一种或多种特性的实时模拟，以及

(c)一个控制器，其对所述的模拟作出响应，并且用于使用所述的模拟来控制所述的第一过程，或者控制第一过程所连接的第二过程。