ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные принципы анализа и синтеза химико-технологических систем из "Методы кибернетики в химии и химической технологии" При исследовании действующих химических производств с целью повышения их эффективности и при проектировании новых производств с минимальными потерями сырья и энергии [16] перед химиком-технологом возникают три класса задач — анализ ХТС, их оптимизация и синтез. [c.373] Анализ ХТС состоит в определении значений параметров выходных и промежуточных технологических потоков, а также показателя, или критерия эффективности, ХТС при заданных конструкционных и технологических параметрах аппаратов, в которых протекают определенные химико-технологические процессы, при известной структуре технологических потоков между аппаратами и заданных значениях параметров входных технологических потоков системы. [c.373] Оптимизация ХТС заключается в нахождении таких значений конструкционных и технологических параметров аппаратов, а также параметров технологических потоков между аппаратами, которые при известных типах и конструкциях аппаратов и структуре технологических потоков между аппаратами обеспечивают оптимальное значение показателя, или критерия, эффективности функционирования системы. [c.373] Необходимо отметить, что оптимизация ХТС представляет собой результат многократного решения задачи анализа системы при различных значениях оптимизирующих или управляющих параметров. [c.373] Поиск решения задач анализа и оптимизации ХТС — это совокупность некоторых вычислительных операций, выполняемых ЭВМ без участия человека по определенному алгоритму. [c.374] Синтез ХТС состоит, в том, что при задаином химическом способе переработки сырья в определенные продукты и известных физико-химических способах выделения целевых продуктов требуемого качества разрабатывается оптимальная технологическая схема производства этих целевых продуктов. [c.374] Оптимальная технологическая схема производства, разрабатывается путем выбора химико-технологических процессов требуемых типов и их инженерно-аппаратурного оформления (т. е. типов конструкций аппаратов), создания рациональной структуры технологических связей между аппаратами, определения конструкционных и технологических параметров аппаратов, а также параметров технологических потоков системы, которые обеспечат оптимальную величину показателя эффективности функционирования ХТС. [c.374] В отличие от ранее рассмотренных задач анализа и оптимизации ХТС принципиальная особенность задач синтеза ХТС состоит в том, что разработка или поиск оптимальных технологических схем ХТС представляет собой совокупность как творческих, интеллектуальных, так и обычных, вычислительных операций. Причем творческие, интеллектуальные операции (выбор типов ХТП, выбор. конструкций аппаратов, разработка, или генерация, рациональной структуры технологических связей между аппаратами, создание математических моделей ХТС), которые не поддаются полной формализации и алгоритмизации, могут осуществляться только человеком в режиме диалога с ЭВМ., Режим диалога позволяет в наиболее полной мере использовать эвристические способности мышления человека в-процессе поиска и принятия решений по созданию высокоэффективных технологических схем ХТС. [c.374] Высокоэффективной ХТС будем называть систему, которая обеспечивает заданную производительность по высококачествек-ным продуктам при оптимальных удельных расходах сырья,, топливно-энергетических ресурсов и конструкционных материалов и оптимальном уровне надежности оборудования и технологической схемы в целом. [c.374] Для решения задач синтеза ХТС разработаны эвристическо-эволюционные методы, которые позволяют человеку в режиме диалога с ЭВМ создавать высокоэффективные технологические схемы химических производств 17, 18]. [c.374] Создание высокоэффективных технологических схем осуществляется за счет выбора целесообразной совокупности совмещенных типовых процессов химической технологии, соответствующих различным аппаратам схемы, определения оптимальных параметров интенсивных режимов аппаратов и создания рациональных обратных связей между аппаратами путем выявления возможных источников и стоков вещества и энергии в ХТС. [c.374] Решение указанных выше задач анализа ХТС требует наличия математической модели ХТС. Решение задач анализа ХТС состоит из трех основных стадий. [c.375] Первая стадия — анализ структуры технологических связей сложных ХТС с целью декомпозиции многоконтурной системы на подсистемы (отдельные аппараты или связанные совокупности аппаратов) определение оптимальной последовательности расчета выделенных подсистем путем выявления минимального числа разрываемых технологических потоков. Эти разрываемые потоки превращают исходную многоконтурную систему в эквивалентную разомкнутую, что значительно сокращает размерность и трудоемкость решаемой задачи. [c.375] Вторая стадия — разработка наиболее эффективных и простых методов осуществления итеративных вычислительных процедур по параметрам раЗ рываемых технологических потоков для определения значений параметров промежуточных и выходных потоков сложных ХТС. [c.375] Третья стадия — минимальная автоматизация всех работ по созданию программного обеспечения для проведения вычислений с применением ЭВМ. [c.375] Основные трудности, возникающие при математическом моделировании, анализе, оптимизации и синтезе сложных ХТС, обусловлены многомерностью решаемых задач, связанной с ней проблемой декомпозиции, а также способом представления математического описания отдельных процессов. [c.375] Для получения упрощенных математических моделей элементов используют методы линеаризации, теории приближений функций, методы планирования эксперимента на сложной математической модели элемента, созданной на основе блочного принципа математического моделирования процессов химической технологии, а также методы аппроксимации непрерывных элементов с распределенными параметрами дискретными элементами с сосредоточенными параметрами. [c.376] Каждый элемент матрицы преобразования [Ятп] представляет собой некоторый коэффициент функциональной связи, величина которого не зависит от параметров входных потоков, а является функцией конструкционных и технологических параметров данного элемента системы. [c.376] В соответствии с ранее изложенным рассмотрим вид матриц преобразования для трех типов основных технологических операторов ХТС, таких, как смесители потоков, разделители потоков по составу веществ с изменением их концентраций в выходных потоках и химического превращения. [c.376] Физико-химические явления, отображаемые технологическими операторами указанных типов, могут быть формализованы с использованием матриц преобразования следующих видов. [c.376] Вернуться к основной статье