ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Эвристический принцип синтеза из "Математические основы автоматизированного проектирования химических производств" Заметим, что яа рис. IV- вектор X изображен пулктдряыми стрелками дважды. Это условно отображает то обстоятельство, что при постаиов ряда задач синтеза ХТС величина X может быть задана по ТЗ иди ТР на проектирование химического производства. [c.139] С математической точки зрения для строгого изложения поста новки конкретных задач синтеза ХТС второго — седьмого клас сов при их формулировке нeoбxoдиJИo былo дополнительно ука зать, что заданы значения векторов У, 5, V, (X), а также извест ны Л и Это замечание должно учитываться каждый раз при математической формализации постановки задач синтеза ХТС. [c.140] Для разработки методов решения задач синтеза ХТС первого — четвертого классов широко применяют декомпозиционный и эвристический принципы синтеза ХТС. Интегрально-гипотетический принцип используют при создании методов и алгоритмов-решения пятого класса задач синтеза ХТС. Методы и алгоритмы решения задач синтеза ХТС шестого и седьмого классов базируются на применении эволюционного (в ряде случаев и эвристического) принципа синтеза ХТС. [c.141] Необходимо особо подчеркнуть, что для целей автоматизированного проектирования объектов химической промышленности разработка методов решения задач синтеза ХТС на основе использования того или иного принципа синтеза ХТС одновременно объективно предусматривает широкое применение принципов математического моделирования ХТС, различных типов математических моделей ХТС и разнообразных методов оптимизации как отдельных ХТП, так и сложных ХТС. [c.141] Рассмотрим основную сущность принципов синтеза ХТС, используемых при автоматизированном проектировании химических производств. [c.141] Научно-методологической основой декомпозиционного принципа является теория элементарной декомпозиции исходной задачи синтеза ХТС, которая поставлена перед проектировщиком на каком-либо этапе технологического проектирования объекта химической промышленности. Теория элементарной декомпозиции представляет собой одну из первых попыток математической формализации интуитивно-эмпирического метода функциональной декомпозиции ИЗС, который широко используется в практической деятельности проектировщиков-техно-логов. [c.142] Необходимость широкого применения метода функциональной декомпозиции ИЗС обусловлена многомерностью прямого решения ИЗС. [c.142] Допустим, что перед проектировщиком поставлена следующая задача. Для некоторой разомкнутой ХТС с последовательными технологическими связями между заданным числом известных элементов (технологических аппаратов) Л =102 необходимо определить оптимальную последовательность расположения этих элементов. Прямое решение этой ИЗС методом простого перебора будет связано с необходимостью выбора оптимального варианта из множества 7И = Л = 100 10 альтернативных вариантов последовательных структур ХТС. Введение в технологическую топологию ХТС байпасных, параллельных и обратных технологических связей между заданными элементами во много раз увеличит это астрономическое, число альтернативных вариантов расположения элементов в технологической топологии ХТС, которые необходимо оценить проектировщику при прямом решении ИЗС (заметим, что оценка такого количества вариантов не может быть осуществлена даже современными ЭВМ ). [c.142] В связи с этим проектировщик вынужден интуитивно применять метод функциональной декомпозиции, осуществляя последовательную декомпозицию ИЗС на ряд более простых задач Так, при синтезе технологической схемы сложной ХТС проектировщик сначала разделяет все химическое производство на некоторое число функциональных подсистем. Затем каждая функциональная подсистема декомпозируется до уровня отдельных элементов или аппаратов. Например, синтез оптимальной технологической схемы нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) проектировщик, используя метод функциональной декомпозиции ИЗС, осуществляет по следующим этапам 1) декомпозиция НПЗ на ряд функциональных подсистем—обессеривания сырой нефти, фракционирования нефти, компаундирования и др. 2) дальнейшая декомпозиция отдельных, функциональных подсистем на совокупность технологических аппаратов — ректификационных колонн, теплообменников, насосов и т. д. [c.142] Основные трудности формализации этого интуитивно-эмпирического метода декомпозиции состоят в следующем. С одной стороны, на каждом этапе декомпозиции ИЗС необходимо выбирать такой вариант технологической топологии подсистемы или такой вариант аппаратурного оформления некоторого ХТП (элемента ХТС), который должен соответствовать оптимальному значению установленного КЭ синтезируемой ХТС. С другой стороны, точное значение оптимума этого критерия может быть известно только в том случае, когда технологическая схема ХТС уже синтезирована. [c.143] Рассмотрим основные положения теории элементарной декомпозиции исходной задачи синтеза ХТС. Идея теории элементарной декомпозиции состоит в том, что ИЗС декомпозируется на последовательность подзадач синтеза, для которых могут быть получены известные или определенные технологические решения, соответствующие современному уровню аппаратурного оформления ХТП Некоторые из рассматриваемых ИЗС или полученных подзадач синтеза могут быть решены при помощи одного технологического аппарата или одной единицы оборудования (например, с помощью одного теплообменника, одной ректификационной колонный т. д.). ИЗС указанного типа имеют тривиальное решение. [c.143] Обозначим все множество переменных и параметров, определяющих постановку ИЗС, которые имеют тривиальные решения в виде одного технологического аппарата, соответствующего современному уровню аппаратурного оформления ХТП, через Я. Иными словами, Я —это множество переменных и параметров отдельных технологических аппаратов существующего уровня аппаратурного оформления ХТП. Таким образом, если в общем случае для множества переменных и параметров Р, определяющих постановку некоторой ИЗС, справедливо соотношение РаЯ, то данная ИЗС имеет тривиальное решение и для реализации этой ИЗС необходимо использовать только один технологический аппарат. В этом случае задача синтеза технологической топологии ХТС не существует. [c.143] В случае, если РфЯ, то возникает задача синтеза технологической топологии ХТС, т. е. -необходимо выбрать типы элементов ХТС, определить структуру технологических связей между ними и значения параметров элементов, которые обеспечивают оптимальную величину КЭ системы в целом. [c.143] В выражении (IV,6) оптимум необходимо определять для всех возможных вариантов технологической топологии и для всех значений варьируемых проектных переменных синтезируемой ХТС. [c.144] Задача определения оптимального значения КЭ синтезируемой ХТС по выражению (IV,8) представляет собой типичную двухуровневую задачу оптимизации, включающую задачу внутренней оптимизации и задачу внешней оптимизации . Задача внутренней оптимизации выражения (IV,8), или задача оптимизации параметров ХТС, состоит в определении значений переменных декомпозиции Г, при которых суммарная величина оптимальных значений критериев эффективности подсистем t )i и it i i имеет оптимум. [c.145] Уравнение (IV,8) полностью определяет стратегию решения ИЗС химико-технологической системы с использованием теории элементарной декомпозиции. [c.145] Пример IV-1. Необходимо рассмотреть возможные альтернативные варианты декомпозиции исходной задачи синтеза некоторой ХТС на две подзадачи синтеза и записать формулировку условия (IV, 8), определяющего стратегию синтеза ХТС с использованием теории элементарной декомпозиции. Постановка ИЗС определена множеством Р= рь Рг) (рис, IV-2, а). [c.145] Практическое использование условия (IV,8) для осуществления синтеза ХТС требует знания оптимальных значений КЭ для решений любых /-ых подзадач, образовавшихся в результате декомпозиции ИЗС. Если для множества переменных и параметров Р , определяющих постановку /-ой подзадачи синтеза, справедливо соотношение Р С2Я, то, как было указано ранее, подзадача синтеза имеет тривиальное решение. В этом с лучае оптимальное значение критерия эффективности может быть легко вычислено, а именно з/(Р )=П(Р ). [c.146] Если оптимальные значения критериев эффективности для решений любых /-ых подзадач синтеза известны, то стратегия синтеза ХТС с использованием теории элементарной декомпозиции может быть выполнена по алгоритму Д-1, блок-схема которого представлена на рис. 1У-3. [c.146] Вернуться к основной статье