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发表于 2019-9-16 07:25:23
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三 攻克精馏难题
上海设计院电子计算组的几个计算机新兵，各人在计算练习课题、熟习计算机编程的同时，也在努力寻找化工设计中应用电子计算机的路向。首先是从化工设计各专业中急需解决的繁复计算课题入手。根据各人不同的专业特长，有选择土建框架力学分析计算的，也有选择压力容器壁厚计算的。这些课题，计算方法已经定型，用电子计算机可代替设计人员繁琐的手工计算，但对提升设计水平并未起到关键作用。潘鸿根据自己化工专业出身的特点，决定主攻化工设计的核心----化学工程。
当时世界正值电子计算机从军用向民用普及的关键时段，世界化学工程的精细化成为时代潮流，化工过程的电子计算机模拟分析作为一项新技术正在兴起，石油化工是这一新技术的演兵场。
潘鸿开始寻找主攻课题的方向。如果从一些计算方法较成熟的传统课题入手，会较容易取得成果，风险也较低，但是，这并不能从根本上提高国内化工设计的水平。想要紧跟世界潮流，直接闯入化工过程模拟分析领域，这对国内化工设计的发展当有大贡献，但是难度很大，一旦攻不下难关，对个人来说就磋跎岁月，失去了做出成绩的机会，会成为设计院内探索计算机应用的落伍者。不过，时代的召唤没让他考虑个人的得失，世界化学工程的大潮流必须努力跟上。环顾国内同行，自己的条件得天独厚，知难而上，勇啃硬骨头，舍我其谁，成败利钝，置之度外可也。
潘鸿选定化学工程中至为关键的复杂精馏过程作为主攻方向。精馏是将多组份混合物中各组份分离为单一组份的化工过程，精馏塔是石油化工中最常见也是最重要的主体设备。在化工设计中必须精确掌握各组份在精馏塔内的分布情况，从而正确实施分离操作。过往常规的图表计算法已远不能适应设计需求。但当时世界上电子计算机应用于化学工程时日尚浅，精馏过程的多种新算法都在摸索验证阶段。就基本原理而言，精馏过程是物质平衡、汽液相平衡和热平衡综合作用的结果，而精馏过程的计算也就是求解这三大方程组的复杂过程。一般的思路是先逐级计算物质平衡和汽液相平衡方程，然后再逐级计算热平衡方程，回过来再用热干衡校正逐级计算，多次重复以求数据收敛得出结果。
这样的逐级计算法常常很难收敛，算法并不可行。也有研究用矩阵法的，就是先假设温度序列，然后将三大方程组列成矩阵，用解线性代数方程组的方法计算结果。但这类矩阵算法计算量大，也未能解决数值收敛问题。1966年一位华裔工程师在美国专业期刊上发表的《精馏的三对角线矩阵》一文引起潘鸿的注意。文章所介绍的用于计算炼油厂精馏塔的方法雏形，提出了用”松弛迭代法”解决计算过程数值收敛的可行性。文章虽然与石油化工的精馏计算有很大的不同，但专业的直觉告诉他，这必将是日后化学工程精馏计算机算法的新途径。于是以此为目标，研究、深化使之能用于乙烯装置的分离流程。潘鸿详细翻译了全篇文章，刊登在上海设计院的内部期刊上向业界推介，进而把它完善成可供石油化工及其他化工物系使用的通用算法，引起同行业的关注。这一算法也是后来国内外各主要化工模拟系统所采用的精馏塔算法。
随后再突破乙烯物系等多组份系统的汽液相平衡和热平衡，把这些物性算法成功揉合到精馏矩阵算法之中。开发工作初战告捷，潘鸿撰写论文《三对角线矩阵法计算带中间再沸器的精馏塔》再次在内部期刊上向外推介。1974年6月，化工部在河北保定召开《通用电子计算机应用座谈会》。化工设计、研究及高等院校等38单位57人与会。这是化工设计系统第一次全国电子计算机应用技术经验交流会。潘鸿的论文在大会上作为技术报告专场宣讲，引起国内化学工程界的广泛关注。论文被推荐到1974年8月《全国计算机技术经验交流会》，作为石油化工设计方面计算机应用成果及文献资料参加展览。
解决精馏过程的电子计算机算法，无疑是推开了化学工程领域应用电子计算机的大门，引来了化工设计应用电子计算机的热潮。
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发表于 2019-9-16 07:25:23
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