Эксперимент — основа проектирования процесса

ЭКСПЕРИМЕНТ- ОСНОВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА [c.14]

При этом достигается выигрыш по трем направлениям а) становится возможным снизить затраты времени на исследование и конструирование, поскольку моделирование происходит быстрее и оказывается дешевле, чем проведение эксперимента б) определение экономических затрат оказывается более точным, так как процессы проектируются на основе фундаментальных кинетических данных для оптимальных условий работы в) при совершенствовании метода проектирования устраняется чрезмерное увеличение размеров установки, снижаются капитальные затраты, выбираются наилучщие возможные характеристики оборудования и режимов, а также выравнивается качество продукта. [c.14]

Методологически задача выполнения научных исследований для оценки параметров (или выбора) модели процесса или ХТС состоит из нескольких этапов, а именно а) задания некоторого множества моделей объекта на основе фундаментальных законов (закономерностей) или априорной информации б) разработка структуры, состава, элементов, системы управления и изготовления экспериментальной установки в) планирования и проведения экспериментов на установке г) обработка экспериментальных данных для идентификации модели (определения параметров) д) выдачи модели процесса или ХТС на стадию проектирования. При неудачном выполнении одного из этапов в указанной последовательности цикл действий может повторяться с любого из этапов, т. е. длительность проведения эксперимента и обработки результатов зависит от четкости его постановки, корректности математического обеспечения и уровня автоматизации. [c.58]

Правильный выбор определяющих факторов позволяет достичь необходимой точности при расчетах площади поверхности теплообмена в аппаратах без излишнего усложнения расчетных зависимостей. К сожалению, состояние теории часто не позволяет надежно предсказывать характеристики процесса теплообмена при кипении в разнообразных условиях эксплуатации теплообменных аппаратов. Поэтому, несмотря на большой объем выполненных к настоящему времени исследований, окончательные решения при проектировании аппаратов, в которых осуществляется процесс кипения, в ряде случаев могут быть приняты только на основе специально поставленного эксперимента. Этим же объясняется и преимущественно экспериментальный характер работ, посвященных исследованиям теплообмена при кипении, а также тот факт, что большинство расчетных формул, используемых на практике, представляют собой более или менее удачные интерполяционные зависимости, полученные на основе экспериментальных данных. Тем не менее, особенно в последние годы, появилось много работ, посвященных изучению механизма отдельных процессов, сопровождающих кипение (образование и рост паровых пузырьков, частота их отрыва, движение в жидкости и т. п.). Интерес исследователей к изучению этих элементарных процессов оправдан. Знание закономерностей развития элементарных актов при кипении дает основу для построения математических моделей кипения гораздо более гибких и надежных, чем формальные эмпирические корреляции. Можно утверждать, что будущее инженерных расчетов— за методами, имеющими прочную теоретическую основу, базирующуюся [c.210]

Путем изучения кинетических закономерностей составляют математические модели отдельных стадий и в целом процессов производства и облагораживания нефтяного углерода, которые затем можно использовать для расчетно-теоретической оптимизации параметров при проектировании и управлении процессами. Различают статистические модели, составляемые на основе обобщения опыта работы промышленных установок или с помощью метода активного эксперимента, и математические модели, которые основаны на кинетических закономерностях процесса. Алгоритмы управления процессами производства и облагораживания нефтяного углерода базируются на их математической модели и включают дополнительно ряд эмпирических зависимостей, полученных статистической обработкой показателей работы промышленных установок. [c.263]

Теоретический расчет процессов экстракции в случае многокомпонентных смесей чрезвычайно затруднен из-за сложного характера взаимного влияния компонентов системы на их равновесное распределение между фазами. Кроме того, когда число компонентов системы больше четырех, изображение равновесных данных в диаграмме, удобной для инженерных расчетов, оказывается невозможным. В связи с этим проектирование экстракционных установок для многокомпонентных систем производится пока иа основе результатов лабораторных экспериментов. И лишь применительно к простейшим случаям, изложенным ниже, возможен расчетный подход. [c.583]

Вся сумма задач, возникающих при решение вопроса об эффективности применения адсорбционной технологии для осуществления конкретного промышленного процесса и при проектировании адсорбционных установок, требует сведений как об адсорбционных равновесиях в заданной системе адсорбент — раствор, так и о кинетике и динамике адсорбции компонентов раствора в конкретных гидродинамических условиях проведения процесса. Однако многие данные, в том числе и параметры, наиболее важные для разработки проектного задания (а иногда и технического проекта адсорбционной установки), могут быть с достаточной точностью получены без выполнения каких-либо экспериментов — расчетным путем только на основе рассмотренных в предыдущих разделах этой книги характеристик адсорбционного равновесия — табличных значений инкрементов стандартного уменьшения дифференциальной мольной свободной энергии адсорбции из водных растворов для отдельных структурных элементов молекул и функциональных групп (in AF°) и растворимости извлекаемых продуктов (если она известна). [c.203]

С другой стороны, чтобы получить результат измерения, необходима экспериментальная установка, которая требует затрат средств и времени на ее изготовление и проведение экспериментов. Еще одна весьма существенная особенность экспериментального метода исследования состоит в масштабировании исследуемых процессов. Дело в том, что экспериментальные измерения редко удается проводить на установке реальных размеров - для этого натуральная установка, как минимум, должна быть смонтирована. Но расчетные результаты для промышленной установки как раз и нужны еще на стадии ее проектирования, чтобы заранее найти необходимые параметры ее работы (скорости, размеры, необходимые разности давлений и т. п.). Во многих случаях, когда разрабатываются данные для уникальной будущей установки (проектируемой плотины, еще не существующего аппарата, проектируемого самолета и т. п.), эксперименты приходится проводить на уменьшенных моделях будущего объекта. При этом возникает очень важный вопрос о достоверности применения результатов измерений, полученных на уменьшенной модели, к будущему объекту больших размеров. Ответ на этот весьма важный вопрос может быть получен на основе метода теории подобия, которая указывает, как рационально организовать экспериментальные из-78 [c.78]

Преобладающая часть опубликованных данных, которые могут быть использованы для вывода уравнений скорости или установления механизма реакций, относится к термическому гидродеалкилированию это отражено и в дальнейшем изложении. Данных о термическом процессе, вероятно, вполне достаточно для проектирования промышлен ой установки. Совсем по-другому обстоит дело с каталитическим процессом. Даже если известен катализатор, применявшийся в экспериментах, опубликованные результаты которых намечено положить в основу проекта, все же проектировщик неизбежно столкнется с недостатком данных. [c.186]

Идеализированный подход к созданию оптимального полимеризационного процесса можно сформулировать следующим образом требуемые свойства полимерного материала коррелируют с соответствующей молекулярной структурой. Параметры молекулярной структуры увязывают с кинетикой и механизмом процесса. Исследования механизма позволяют в свою очередь составить математическую модель процесса. Моделирование на ЭВМ заменяет дорогостоящие и длительные эксперименты на пилотных и опытных установках различного масштаба. Оно позволяет сравнить различные способы ведения процесса и типы реакторов с тем, чтобы выбрать оптимальный вариант, обеспечивающий выход продукта с желательной структурой. Введение в модель макрокинетических зависимостей, уравнений переноса тепла и массы, полученных из анализа соответствующих физических моделей, позволяет решить проблему масштабирования реактора. Полученные данные используются как основа при проектировании конкретного процесса. [c.330]

Основой для построения математической модели каталитического превращения реагентов в химическом реакторе служит кинетическая модель химических реакций, протекающих на поверхности катализатора. Зная функциональную зависимость скорости химической реакции на поверхности катализатора от состава реакционной смеси и температуры, можно вычислить скорость реакции, отнесенную к единице объема катализатора, и селективность превращения ключевого компонента в целевой продукт. Эти две величины — важнейшие для характеристики эффективности промышленного катализатора. Уравнения макрокинетики являются составной частью математической модели химического реактора, которая на стадии проектирования используется для расчета оптимального технологического режима работы реактора и его конструктивных особенностей, а в процессе эксплуатации реактора — для расчета оптимального режима управления процессом. Другая область применения кинетических моделей — это изучение механизма химических реакций. Анализ моделей позволяет выявить и предсказать поведение эксперимента и существенные стороны механизма реакции при изменении условий эксперимента. Поэтому ясно, насколько серьезной и ответственной задачей является построение кинетической модели каталитических реакций. Вследствие практической важности проблем, возникающих при построении кинетических моделей, им уделяется самое серьезное внимание широкого круга исследователей — теоретиков и экспериментаторов. Этим проблемам посвящена обширная литература. Достижения в области моделирования кинетики обобщены в обзорных статьях и монографиях [5, 30, 31, 65]. В настоящей главе рассматриваются лишь основные методы построения кинетических моделей гетерогенно-каталитических реакций. [c.103]

В связи с этим возникает следующий вопрос как следует проектировать и использовать шнек для изготовления одного определенного изделия из одного определенного термопластичного материала Ответ на этот вопрос гласит соответствующие данные получают частично с помощью эксперимента и частично на основании теоретических соображений. Необходимо сразу же отметить, что некоторые характеристики большинства термопластов — характер 1С-тики, которые, как, например, вязкость, имеют большое значение для переработки этих материалов — не являются материальными константами в общепринятом смысле, так как кроме температуры зависят от соответствующего сопротивления сдвигу и частично от времени. Однако даже для тех термопластов, свойства которых более или менее постоянны, например для полиамидов, течение процессов в различных зонах изучено не настолько (особенно в зоне пластикации и частично в загрузочной зоне), чтобы имеющиеся сведения могли быть использованы в качестве основы для проектирования соответствующих шнеков. Поэтому не удивительно, что один и тот же материал перерабатывается с одинаково хорошим результатом при использовании различных шнеков, параметры которых прн одинаковом диаметре не совпадают даже приблизительно. Типичным примером является изготовление гранулята из бисерного полистирола при применении шнеков самых различных конструкций. Некоторые соображения, связанные с эскизным проектированием шнеков для переработки различных термопластов, будут освещены в 12, [c.135]

Эксперименты по масштабированию процесса лазерного разделения изотопов углерода на основе ИК МФД F2H I [15, 17] подтвердили высокую перспективность использования этого соединения в качестве рабочего веш,ества при создании промышленного производства изотопов углерода лазерным методом. В этих работах были исследованы некоторые особенности селективной МФД F2H I излучением ИП TEA СОг-лазера и получена опытная партия высокообогащённого по С (99,99%) фреона-22. Полученные результаты были использованы при проектировании и создании промышленной установки — комплекса Углерод . Далее будут рассмотрены вопросы создания лазерного разделительного блока и представлены основные параметры установки Углерод . [c.464]

Совместно с Л.С.Гордеевым и А.Ю.Винаровым сформулированы научные принципы анализа, оптимизации, масштабирования и проектирования биотехнологических процессов. С позиций системного подхода последовательно проведен анализ эффектов и явлений, происходящих в биохимическом реакторе на микро- и макроуровне. Разработаны математические модели, учитывающие кинетику роста микробных популяций, транспорт питательного субстрата к клеткам и гидродинамическую обстановку в реакторе, характеризуемую эффектами се1регации ферментациогшой среды и неидеальностью структуры потоков в реакторе большого объема. Предложена методика решения задачи масштабного перехода от лабораторных установок к промышленным биореакторам на основе вычислительных экспериментов. Показаны направления оптимизащш конструктивных и режимных параметров биотехнологических процессов. [c.13]

Важнейшее понятие кибернетики — обратная связь как основа автоматизма в природе и технике, к рая проявляется в обратном влиянии на процесс его собств. действия. Различают два вида обратной связи положительную (усиливающая), напр, при тепловой неустойчивости хим. реактора, и отрицательную (ослабляющая), напр, при горении угля в замкнутом простраистве. В технике обратная связь примен. для управления процессом, причем сигнал с выхода системы использ. для формирования управляющих воздействий. Пример — замкнутая система управления хим. реактором с отрицат. обратной связью, состоящая из объекта (реактора), датчика, преобразователя, регулятора и усилителя сигналов, а также исполнит, механизма, воздействующего ка соответствующий регулирующий орган. ЭВМ, используя матем. модели и соответствующее программное обеспечение, позволяют прогнозировать поведение процессов и систем, формировать необходимые управляющие воздействия, обеспечивающие их функционирование в оптим. условиях, а также контролировать течение процессов, сигнализируя о необходимости вмешательства операторов в непредусмотренных ситуациях. Методы К. х. обеспечивают также возможности автоматизации эксперимента в химии и хим. технологии. См. также Автоматизированное управление. Автоматизированное проектирование. [c.254]

Мат. описание формируется объединением полученных на предшествующих этапах системного анализа функциональных операторов в единую систему ур-ний. Решение системы ур-ннй мат. описания для заданной совокупности значений входных переменных (постоянных и изменяющихся во времени) и составляет основу мат моделировавия, позволяющего исследовать св-ва объекта путем численных экспериментов на его мат. модели. Последняя дает возможность прогнозировать поведение объекта при изменениях входных переменных, решать задачи оптим. выбора конструктивных характеристик (проектирование), синтезировать системы управления, обеспечивающие заданные показатели его функционирования. При этом важное зиачение имеет выбор алгоритма (программы) решения системы ур-ний мат. описания т наз. алгоритма моделирования. Как правило, мат. описание реальньгх объектов оказывается настолько сложным, что для реализации мат. моделирования необходимо использовать достаточно мощные ср-ва вычислит. техники. Поэтому разработка эффективных алгоритмов моделирования основа развития систем автоматизированного проектирования и автоматизированного управления для разл. химико-технол. процессов. [c.378]

При таком подходе становится возможным снижение затрат времени на исследование и конструирование (поскольку используется моделирование кинетики процессов на ЭВМ, а экспериментальные исследования проводят с использованием методов планирования экспериментов, что существенно сокращают их количество), в проектировании устраняется чрезмерное увеличение размеров установки, снижаются капитальные затраты, выбираются наилучшие возможные характеристики оборудования и режимов, а также выравнивается качество продукта экономические затраты оказываются более точными, так как проводится предпроектная проработка на основе экспериментальных данных для наиболее рацирнальных условий реализации технологии. [c.297]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология