Hysys Recycle模块与物流撕裂技巧
本文主要是对Hysys 8.8/9.0 的新版说明文档中Recycle模块的翻译，加入了一些个人理解。
本文的内容仅供参考，若有错误，你打我啊=w=（告诉我也行）。
稳定而高效地求解循环物流的能力，对任一流程模拟器来说都至关重要。在这一方面，Hysys相对其他模拟软件具有先天优势。Hysys中能够以非序贯的方式对部分单元模型进行反向计算，可以明确地解决部分循环物流，例如，你可以通过换热器的出口物流参数计算该单元的进料物流。而当下游物流与上游物流出现了混合时，则需要使用Recycle单元。
大多数情况下，对于换热和压力变化模块是可以通过下游物料计算上游组成的。但也有例外的情况，比如上游的温度是一个已知值，下游虽然是初值，但其状态也是可变的时（多见于塔器热回收）此时与其依靠你想计算+Adjust，不如使用Recycle。
Recycle是流程中的一个概念模块。该模块允许物料参数从入口到出口（forward），或是从出口到入口（backward）进行传递。在问题求解的角度上，也就是确定两个物流中，哪个作为假定而哪个作为计算值。如果用户选择从入口到出口作为温度变量的传送方向，则假定值是入口温度，而计算值是出口温度。(上面的假定值和计算值是数值方法中的概念，在这里主要是只解Recycle所内含的非线性方程时所使用的迭代算法中所用的概念。下文将会有所涉及。)
Hysys将遵循下列步骤对Recycle进行计算：
- Hysys使用假定值计算Recycle模块附近的流程；
- 完成计算后，Hysys会提取连接到Recycle的物流的参数，将假定值与计算值进行对比；
- 根据计算值和假定值的差异，Hysys会生成下一次计算的所用的假定值；
- 当假定值与计算值的差异小于容差(tolerance)时，计算结束。
注意：使用循环建议（Recycle Adviser）可以减少流程中的Recycle模块数量，并将Recycle模块调整到最适合进行物流撕裂的位置。该功能不单单调整了物流撕裂的位置，也优化了各个Recycle的计算顺序。
- Property View 属性总览 选项卡
| 项目 | 描述 |
|---|---|
| Continue按钮 | 当循环迭代计算达到限制的次数后，点击该按钮可以继续进行迭代计算。 |
+ Connection Tab 物流连接
物流连接 选项卡里包含了两组页面：
- Connections 物流连接
一般状况下都用图形界面完成连接的吧... - Notes 笔记界面
一个好的模拟应该要让后面的人看懂，嗯...
具体的连接方式在这里就不详细翻译了。
但还是要提示一点，连接页面中的Fluid Package（物性包）会影响Recycle模块推算下一个假定物流。如果上下游出现物性差异，请确定这里的选择是否合适。
- Parameters Tab 参数 选项卡
参数选项卡包含了下面两组页面：
- Variables 变量设置
- Numerical 数值方法设置
如果安装了Hysys petroleum Refining还会多一个收敛（Convergence）页面。对不起我没有
+ Variable Pages 变量设置 界面
Hysys允许您为列出的每个变量和组件设置收敛指标。 此处输入的灵敏度（sensitivity）实际上充当Hysys内部收敛容差的倍率。看例子呗
下表中是各个参数的内置容差，除了流量是相对差，其他参数均使用绝对差。
| 变量类型 | 内置容差 |
|---|---|
| 气相比率 Vapour Fraction | 0.01 |
| 温度 Temperature | 0.01 |
| 压力 Pressure | 0.01 |
| 流量 Flow | 0.001 |
| 焓 Enthalpy | 1.00 |
| 组分 Composition | 0.0001 |
| 熵 Entropy | 0.01 |
注意：在乘以灵敏度（默认为10）以后，气相比率的内置容差为0.1，看起来过于宽容。然而，在大多数情况下，如果其他的变量均已收敛，则Recycle两侧物流的相态一致。对于近沸点（露点/泡点）的体系而言，由于其他参数的细微变化就会引起气相比率的剧变，宽容的气相比率会有助于收敛的进行。
例如，温度内置容差为0.01，默认乘以10（灵敏度），因此回收收敛算法使用的绝对容差为0.01 * 10 = 0.1。因此，如果Recycle要收敛，假定温度和计算温度必须之差在0.1℃之内（℃是内部单位。在执行计算之前，Hysys总是将输入值转换为内部单位）。
灵敏度=10（默认）是正常的，建议用于常见的计算。 小于10的值更严格，也就是说，乘数越小，收敛宽容度越小。
注意：无需把各个参数的倍率（灵敏度）设置为同一数值。若你对关键组分的要求是ppm级别，你可以只把该组份的倍率调少。ppm级别的话，至少要在0.001以下
Transfer Direction（传递方向）列允许你设置参数的传递方向。其中有三种选项：
- 不传递 not to transfer
- 向前传递 transfer forward
- 往后传递 transfer backward
如果您只想传递部分物流变量，则可以使用未转移选项。 例如，如果您只想传递P、T、组分和流量，则其他变量可以设置为“not to transfer”。
若你勾选了部分步进（Take Partial Steps）复选框后，只要能传递的变量足够Recycle进行计算的，Recycle就会进行计算；反之，Recycle会等待所有变量都计算结束后才进行下一个迭代循环的计算。默认情况下，复选框是没有勾选的。
除了能收敛基本物性外，Recycle还能对各个组分在设定容差下进行迭代。循环物流的物流会自动添加到Recycle的计算逻辑中。若勾选了使用组分灵敏度（Use Component Sensitive）复选框时，Recycle会使用单独组分的灵敏度会覆盖整体的灵敏度进行计算。默认情况下，该复选框不会被勾选。 选择使用组分灵敏度后，各个组分的灵敏度会在列表中列出。默认的组分灵敏度为10.00。你所做的每一个变动都会被记录。
+ Numerical Page 数值方法设置 页面
数值方法设置页面包含了Wegstein加速方式（Wegstein Acceleration Method）的各种选项。Recycle会根据设置修改参数的传递方式，而非直接替换。
下表列出了数值方法设置的参数：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 计算模式 Calculation Mode |
嵌套 Nested：使用嵌套模式后，当求解器计算到Recycle模块时，才进行Recycle的计算。如果流程中有多个不相连的Recycle，可使用嵌套模式。 同时 Simultaneous：所有设置为同时模式的Recycle会在循环物流（计算端）计算结束后被唤醒。如果流程中有多个相连的Recycle，使用同时模式。 |
| 加速方式 Acceleration Method |
Wegstein：忽略被加速的变量之间的关系。 主导特征值 Dominant Eigenvalue：包含被加速变量之间的关系。进而，该模式更适用于物系非理想度高或有强烈相互作用的情况下 |
| 迭代限制 Maximum Iteration | Recycle自动停止前可进行的最大的迭代次数。你可以点击Continue按钮以继续计算。 |
| 闪蒸计算方式 Flash Type | Recycle计算假定物流所使用的闪蒸方式。 |
| Wegstein 参数 Wegstein Parameters |
加速频率 Acceleration Frequency：为Recycle设定两次应用变量加速的间隔（数值越小加速次数更多） 松弛系数上限 Q Maximum：加速时所用的松弛系数上限。（默认0，最大1）。 松弛系数下限 Q Minimum: 加速时所用的松弛系数的下限。（默认-20） 加速延时 Acceleration Delay：为Recycle设定收敛运行多少次后才开始引入加速。 |
| 颗粒大小分布 PSD Properties | 颗粒大小分布Practicle size distribution - 要使流股数据中包含PSD，组分表中必须含有颗粒物。一般不会用到...
|
这里我调整了一下内容的顺序，先解释下各种功能的作用，再说明小细节。
* 收敛次数上限 Maximum Number of Iterations
当Hysys达到最大迭代次数时，弹出一个警告窗口，说明Recycle在给定的迭代次数内为收敛。您可以选择是否继续计算。
如果你建立了一个新流程，我们建议你是用一个较少的迭代次数上限，比如3。若计算十分顺利，可以提升迭代次数上限。所需的迭代次数不单单受流程的复杂度影响，迭代开始时是用的初值也会影响到迭代的次数。
* 松弛因子 Damping Factors - Qmax and Qmin
在进行迭代收敛时，会使用Wegstein加速来产生下一步计算的假定值。估算值的计算方法如下：
其中：
- X：假定值
- Y：计算值
- n：迭代次数
- Q：松弛因子
Hysys会根据持续迭代的结果确认使用的松弛因子Q
的大小。用户设定的Qmax和Qmin则设定了松弛因子的上下限。注意当Q=0时，系统会使用直接迭代；当Q<0时则使用加速；当1>Q>0，则处于松弛状态。
注意：如果您发现Recycle在振荡迭代，同时数个迭代都使用了直接迭代，此时可以将Qmax设置为一个更大的数值，此时每次循环的步进更为保守。
* 加速频率 Acceleration Frequency
原文是 迭代计数（iteration count） 但是按照文意来说应该是Acceleration Frequency。
实际上迭代计数所代表的是本次迭代实际执行的次数。
加速频率规定了两次迭代加速之间进行了多少步迭代。默认次数为3；在3次迭代后（假定迭代延时小于3），Recycle会使用Wegstein加速法结合假定值和计算值计算下一步迭代所使用的假定值。若下一步迭代无需使用加速（比如加速延时内的任意一次迭代），则将本次的计算值直接作为下一步的假定值。
要注意加速延迟优先于迭代频率，即若加速延迟的值为x，前x次迭代均采用直接迭代，无论迭代频率是否小于x。而第x+1次则会应用迭代加速。
虽然加速迭代对大多数问题都有好的效果，但在某些情况下，可能导致过校正、振荡、甚至不收敛。 比如高敏感度循环过程，或存在多个强相互作用的循环的流程。 在这些情况下，直接迭代可能是最佳方法。 要避免使用加速迭代，只需将加速频率（或加速延迟）设置为无法达到的数值（例如100）。 在罕见的情况下，直接迭代也无法达到收敛，此时需要调节$Q_{max}$和$Q_{min}$来实现松弛迭代。
* 加速延迟 Acceleration Delay
加速延迟将加速迭代的引入推迟到所设定迭代步数后。 该延迟只适用于迭代开始后的几步迭代，当迭代计数超过迭代延迟后，迭代频率将起效。 也就是说，在达到延迟值之前不执行加速，并且在延迟之后，根据迭代频率施加加速。 迭代延迟的默认值为2。 例如，如果“delay”设置为5，迭代计数为3，则前5次迭代使用直接替换，第6次使用加速，然后在每第三次迭代后应用加速。
终于能把注意点搬下来了。
对于Recycle还需要注意下列几点：
- 若Recycle不能在给定的迭代次数内收敛，Hysys将停止计算。 如果你确定该流程能在更多步骤下收敛，请点击Continue按钮。Recycle将初始化迭代计数器，并继续计算，直到找到一个解或者再次到达迭代上限。
- 如果流程没有在合理的迭代次数内收敛，在你的流程存在限制条件，使流程无法收敛。比如，一股循环物流的流量不断增长，这很可能是流程没有足够的出口使所有进入的物料流出。 一种实例是在工厂中，使用低压天然气冷却制备液体产品和不凝气的过程。若单纯通过液体循环来洗脱，丙烷和丁烷会无法移出系统，此时它们循环物流中积累。另一种情况是，容差过于严格，一个或多个变量无法达到条件。 这可以容易地通过检查收敛历史，从中比较未收敛的偏差和容差结果来确定。
注意：Monitor Tab（监视 选项卡）提供了记录收敛历史的功能。所以后面几个选项卡我都不会翻译了 =w=
- 逻辑操作（例如Recycle，Adjust和Controller）与其他操作不同，因为这些操作修改了物流的设定。 因此，如果你删除这些操作，被修改的物流设定仍会被保存。可以说，这些操作都不会被流程“遗忘”。但这些操作也会触发Recycle进行计算。 如果要进行流程图修改，但不想调用Recycle，可以将Recycle删除或Ignore。
- 容差设置对于对Recycle的成功收敛相当重要。 尤其是流程中存在多个Recycle时。 如果这些Recycle没有相互作用，或它们相互连接并同时求解，则对于所有Recycle可使用统一的容差。 但是，如果Recycle是相互嵌套的，从外到内容差应该越来越严格。 没有这种预防措施，外部Recycle可能不会收敛。
Monitor Tab 和 User Variable这两个就不在这写了，这两个基本上跟大多模块都一样呢。
倒是日后有空写个UV的使用教程。
- Calculation 计算
HYSYS提供了一种非常简单的解决循环问题的方法，并通过界面为用户提供了对求解过程的全面控制和反馈。
注意：在动态模拟（Dynamic mode）中，所有Recycle将会被忽略，此时模块的出入口物流参数一致。
当单个Recycle被设置时，它代表了一股被撕裂的循环物流。多个Recycle则代表了多股循环物流，这些循环物流可以是相连的、嵌套的或两者俱备的。与多个Adjust相似，Recycle可以根据设置对多个循环流进行同时求解。
设置Recycle的过程如下：
- 估计连接到Recycle的物流的参数（温度、压力、流量、组成）。流量的值可以是0，但为了更快收敛，应给出一个估算值。
注意：如果Recycle是连接到塔器中，必须给出估算值，确保塔器先收敛。
比较简单的确定冷凝/再沸量的技巧是，手算一次全塔的进出物料平衡，这样可以得出各个物流的大体流量；然后通过Hysys估算各个物流的热焓，可以计算大概的塔顶冷凝量/再沸量。
- 构建你的流程，直到循环流的另一侧的计算值可以由Hysys确定。
注意：Recycle的进出口物流的名称必须不同。
- 创建Recycle模块。
提示两点：
- Recycle中物流参数传递的设定，最好与使用假定值的物流的设定集一致。比如物流使用的是T-P-F-x（温度、压力、流量、组成）来定义的话，Recycle中相应要传递上述参数中的一种或数种。具体根据循环中的设备来选择，比如，循环中有精馏塔，则应该全部选上；如果循环中只有压缩机/换热器，那么只需传递T-P。
- 根据你的传递方式选择合适的闪蒸方式。比如上游是换热，而且出现相变的话，选择P-H闪蒸会比较合适。选择方法请看化工热力学（口胡）
- 这条并不存在。有时候加上Vapour Fraction的传递并不有害，嗯。
- 最讨厌别人说个不停=w=。
- 缩短收敛时间的建议
循环流股的撕裂位置对Recycle的求解至关重要。尽管看上撕裂流股就应该是循环流股，但实际上在循环中的任意一股物流都能被撕裂。对于复杂流程模拟而言，必须考虑一些因素，下面是一些通用指引：
- 选择使用Recycle数量最少的撕裂位置
- 减少需要迭代的位置的数量可以减少总收敛时间。Recycle的位置主要由流程图的拓扑结构决定。尝试选择一个位置，尽可能满足的所有循环。这个位置一般为分流器的上游和汇流器的上游。
- 选择使用Recycle变量数量最少的撕裂位置
- 变量包括气相组分、温度、压力、流量、焓和组成。选择一个撕裂物流的位置，其中可以固定的数量最多，从而需要收敛的变量数目最少，提高收敛的稳定性。合适的选择比如分离器的进口（各个变量均有可能，Q=0的话气相组分的可能性比较大）、压缩机后冷出口（可固定温度T）、加热器出口（可固定压力P）。
注意：避免撕裂由其他调节器调控的物流。不按理出牌是很难收敛的
- 变量包括气相组分、温度、压力、流量、焓和组成。选择一个撕裂物流的位置，其中可以固定的数量最多，从而需要收敛的变量数目最少，提高收敛的稳定性。合适的选择比如分离器的进口（各个变量均有可能，Q=0的话气相组分的可能性比较大）、压缩机后冷出口（可固定温度T）、加热器出口（可固定压力P）。
- 选择稳定的撕裂位置
- 选择合适的撕裂位置，使撕裂物流迭代时震荡最少。 例如，将撕裂位置置于主物流，而非回流物流上。这中做法的效果取决于收敛算法。在连续迭代时，该做法的结果更为显著。在选择多流股同时迭代的情况下，选择一个稳定的撕裂点同样重要。
主物流的数值基数比较大，循环回流的数值基数比较小，就比例而言选择主物流是比较稳定的做法，具体可以参照下图。
- 选择合适的撕裂位置，使撕裂物流迭代时震荡最少。 例如，将撕裂位置置于主物流，而非回流物流上。这中做法的效果取决于收敛算法。在连续迭代时，该做法的结果更为显著。在选择多流股同时迭代的情况下，选择一个稳定的撕裂点同样重要。
- （个人意见）在设置了多个非同时运算的Recycle时，请在workbook中调整各个Recycle的运算顺序Calc.level。
总体上，Hysys所建议的撕裂规也是适用于A+的，实际用的时候拿过去干就好。
这一期就到此结束了。
