Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Оптимизация при проектировании реакторов

    В последние годы в Советском Союзе издан ряд книг по вопросам математического моделирования, расчета и оптимизации химических реакторов. Тем не менее, перевод и издание монографии Р. Ариса, крупного американского специалиста в этой области, представляется весьма целесообразным. Предлагаемая читателю книга отличается от других книг этого направления тем, что в ней с максимальной последовательностью проводится строгий математический подход в постановке и решении рассматриваемых задач. Некоторое абстрагирование от излишних физических и химических деталей предмета и четкая формализация проблемы представляются особенно необходимыми сейчас, в период становления научных основ проектирования и эксплуатации химических реакторов и отхода в этой области техники от чисто эмпирических методов. Вероятно, наибольшую ценность такой подход имеет при обучении студентов и аспирантов, для которых автор и предназначает свою книгу. [c.5]


    Распространенный тип реакторов представляет собой сосуд, в который подаются реагенты и из которого удаляются продукты реакции, а содержимое сосуда перемешивается так, чтобы состав и температура реагирующей смеси были как можно более постоянными по всему его объему. Далее слово реактор будет употребляться без уточняющих определений применительно к тому типу реакторов, который разбирается в этой главе реакторы других типов будут именоваться полностью. Прежде всего мы выведем основные уравнения для простейше модели реактора и покажем, как с их помощью решаются задачи проектирования реактора. Некоторые экономические вопросы, связанные с проектированием, приведут нас к задачам оптимизации и управления реактором. Задачи управления потребуют исследования поведения процесса в нестационарном режиме. В конце главы будут рассмотрены недостатки простой модели идеального смешения в реакторе и вопросы расчета двухфазных процессов. [c.149]

    В книге собраны и подробно изложены основные сведения, необходимые для оптимального проектирования химических реакторов и управления ими. В ней приведены основы расчетов и оптимизации химических реакторов рассмотрен вопрос о распределении времени контактирования и перемешивании в непрерывных проточных реакторах, описаны химические реакции в гетерогенных системах. [c.4]

    Мы здесь обсудим задачу оптимизации описываемого реактора при проектировании. Задача оптимизации действующего реактора будет рассмотрена нами в гл. II. Оптимизируемыми параметрами (управлениями) в данном случае являются длины слоев катализатора в каждой.полке (времена контакта), а также температуры газовой смеси на входе в каждую полку. Метод решения этой задачи был дан в работе [10, с. 287—291]. Естественно, что оптимальные температуры на выходе из предыдущего слоя и на входе в последующий слой не будут совпадать. Эту разность температур можно обеспечить с помощью теплообменника, поставленного между слоями. [c.15]

    Оптимизация при проектировании реакторов [c.21]

    Если сравнивать оптимизацию при проектировании и оптимизацию действующего реактора, то, вообще говоря, оптимизация при проектировании должна давать значительно больший эффект. Действительно  [c.22]

    При втором методе для математического описания используют эмпирические (формальные) математические зависимости. Было показано что теория подобия не применима к процессам, протекающим в химических реакторах. Отсюда формальные эмпирические соотношения, выведенные для лабораторных установок, нельзя использовать для расчета промышленных реакторов. Таким образом, второй метод мало применим к задаче оптимизации каталитического реактора при проектировании. [c.22]


    Варьируемыми параметрами, которые должны выбираться так, чтобы обеспечить наилучшие показатели работы реактора, являются управляемые технологические переменные при оптимизации существующего реактора, т. е. при решении задач оптимального управления при оптимальном проектировании — управляемые технологические переменные и конструкционные параметры. [c.54]

    Возможность — а на самом деле необходимость — оптимизации возникает каждый раз, когда проблема определена не полностью например, если при проектировании реактора единственное требование состоит в достижении заданной степени конверсии для данного исходного потока. При такой неполной формулировке возможно бесконечное множество решений, причем каждое удовлетворяет главному требованию, но отличается в деталях. В этом случае определенность задачи восстанавливается дополнительным требованием, заключающимся в том, что приемлемым считается решение, в некотором смысле наилучшее , т. е. оптимальное по отношению к тем аспектам, которые не жестко определены и, следовательно, оставлены на усмотрение человека, решающего задачу. [c.174]

    Установление закономерностей кинетики гетерогенно-каталитических процессов является основой для использования методов математического моделирования, позволяющих предопределять условия протекания процесса в крупномасштабных промышленных установках по данным лабораторных исследований. В современной инженерной химии гетерогенного катализа эти методы широко используются при проектировании реакторов и оптимизации условий проведения технологических процессов. [c.312]

    Однако при практической реализации процессов недостаточно оптимизацию работы реактора осуществлять только по интенсивным параметрам. В этих случаях необходимо учитывать и экстенсивные параметры. Этот вид оптимизации в принципе необходим для проектирования и совершенствования промышленных установок. [c.9]

    В табл. 8-2 представлена простейшая система классификации реакторов, обычно используемых для моделирования в лабораторных каталитических испытаниях. Основные классы реакторов— интегральный, дифференциальный и импульсный микрореактор. Классификация реакторов основана на степени конверсии реагирующего вещества для аппаратов различного типа. Подклассы характеризуют экспериментальные условия их работы. Реактор каждого типа будет обсуждаться и с точки зрения его применимости для получения экспериментальных данных различного назначения выбор катализаторов, получение информации о кинетике процессов, данных для проектирования реакторов и оптимизации процессов. [c.99]

    Для получения информации о кинетике каталитического процесса необходимы знания состава газа и температуры на каталитической поверхности. Во многих случаях применение адиабатического интегрального реактора или импульсного микрореактора дает возможность обойтись без таких исходных данных. Другие реакторы применимы до известной степени для изотермического интегрального реактора — необходимо предварительное создание модели соответствующего процесса, а дифференциальные могут быть оценены непосредственно. Информация о кинетике процесса полезна не только в фундаментальных исследованиях механизма реакции и каталитической активности хорошо идентифицированных каталитических поверхностей, но также при проектировании реакторов и оптимизации процесса. Знание кинетических характеристик может сильно упростить разработку модели процесса, а также уменьшить количество данных, необходимых для адекватного описания процесса. [c.104]

    Оптимизация процесса может рассматриваться как последний шаг, завершающий разработку и проектирование реактора. Для ее проведения обычно требуется точное моделирование промышленного реактора. Испытания являются опытом на оборудовании, которое воспроизводит в стендовом масштабе реальный процесс. [c.105]

    Г. К. Боресков и М. Г, Слинько впервые разработали принципы математического моделирования каталитических процессов для проектирования и оптимизации промышленных реакторов. [c.693]

    Задачи оптимизации проектирования процессов полимеризации еще только начинают решаться. Пока известен лишь один процесс инициированной полимеризации стирола, интенсивное исследование которого ведется практически параллельно в ряде стран. Этот процесс полностью спроектирован с использованием методов математического моделирования. Число таких процессов безусловно будет расти, как и доля расчетов с использованием моделей при проектировании полимеризационных установок. Переход от традиционных эмпирических методов проектирования к математическим задерживается по следующим причинам ввиду отсутствия математических моделей ряда процессов, особенно для учета изменения качественных показателей вследствие неприспособленности многих моделей для решения проектных задач, ибо они не содержат легко трансформируемых элементов (например, при смене типа реактора требуется создание новой модели) из-за отсутствия соответствующего математического и алгоритмического обеспечения для решения задач проектирования, учитывающего необходимость использования вычислительной техники. [c.133]


    Для того чтобы представить себе особенности используемых алгоритмов, запишем одну из типовых задач при оптимизации проектирования полимеризационного процесса в каскаде реакторов. [c.150]

    Г. М. Островский и Ю. М. Волин в монографии, посвященной методам оптимизации химических реакторов [17], приводят пример решения задачи оптимального проектирования химического реактора. Отмечая, что выбор критерия оптимизации является в настоящее время в значительной степени дискуссионным, авторы предлагают в качестве такового использовать критерий приведенных затрат. Применительно к процессу получения окиси этилена выведены формулы для подсчета эксплуатационных и капитальных затрат. [c.29]

    В. В. Азатян, В. Н. Панфилов и А. Б. Налбандян на примере горения СО обнаружили в пламенах атомарный водород. Г. К. Боресков и М. Г. Слинько разработали принципы математического моделирования каталитических процессов для проектирования и оптимизации промышленных реакторов. [c.613]

    Осн. исследования относятся к кинетике и матем. моделированию каталитических процессов, созданию теоретических основ хим. технологии. Совм. с Г. К. Боресковым впервые разработал (1961) принципы матем, моделирования каталитических процессов для проектирования и оптимизации пром. реакторов. Развил (1960—1970) теорию матем, моделирования со специфическими понятиями и методами решения проблем масштабного перехода, в частности [c.411]

    Интересно отметить, что оптимизация распределения потоков между реакторами в задаче оптимального проектирования отсутствует, так как возможное различие свойств катализатора в разных реакторах в этой задаче неопределенно и малозначительно. Теперь же указанные вопросы приобретают существенное значение. [c.220]

    Первые программы расчета реакторов позволяли только предсказать ожидаемый режим работы для любого заданного реактора, например, концентрацию продукта на выходе. Их первоначальная цель, как уже указывалось, состояла в том, чтобы заменить аналогичные и трудоемкие ручные расчеты. Однако, сокращая до пяти минут время решения задачи, которая раньше требовала, возможно, двух дней вычислений, эти программы сразу же открыли значительно более широкие, чем прежде, возможности систематической оптимизации при проектировании и определении режимов работы реакторов. [c.174]

    Для многослойных реакторов теория приводит, таким образом, к двум различным классам программ — для оптимального проектирования и для определения оптимального режима первые заменяют в своих областях прежние методы проб и ошибок, а вторые по-преж-нему используют обобщенную поисковую технику. Для трубчатого реактора такое разделение не требуется. Принимая за оптимизируемую величину отношение концентрации продукта на выходе к объему катализатора и заканчивая интегрирование, когда достигается необходимая концентрация продукта при проектировании или когда достигается имеющийся объем катализатора при оптимизации режима, можно в обоих случаях использовать одну и ту же программу. [c.177]

    Особенностью современного развития химической технологии является широкое применение методов математического моделирования, используемых для проведения расчетов, при проектировании и усовершенствовании химикотехнологических процессов. Являясь одним из разделов химической кибернетики, математические методы моделирования и оптимизации позволяют подойти к решению проблем создания промышленных реакторов и химических комплексов с экстремальными технико-экономическими показателями. [c.137]

    Математическое моделирование позволяет решить основные задачи, возникаюш ие при проектировании химических процессов, в частности — каталитических экзотермических процессов. К ним относятся определение оптимального температурного режима в контактном аппарате, выбор оптимального-состава газовой смеси на входе в реактор, расчет минимального времени контакта для обеспечения заданной степени превраш,ения, определение области устойчивости процесса и др. Моделирование позволяет уменьшить объем опытных работ и сократить сроки пуска новых объектов. Б настояш ей работе рассматривается процесс получения окиси этилена — один из типичных экзотермических процессов. При этом ставились цели разработки и проверки методов моделирования и оптимизации каталитических экзотермических процессов. [c.88]

    В связи с этим вопросы оптимизации рехиивых параметров давления, температуры, соотношения пар газ, и интенсификация процесса теплопередачи являются актуальными при проектировании реакторов конверсии. [c.81]

    Задачи моделирования и оптимизации проектируемых реакторов рассматриваются и в отечественной литературе. Так, например, Островский и Волин в монографии, посвященной методам оптимизации химических реакторов [10], отмечают, что в процессе их проектирования должна быть учтена определенная специфика. Так, в критерии оптимизации в определенном виде должны быть учтены капитальные затраты и срок окупаемости процесса. Обычно используют критерий, по которому требуется минимизировать так назьтаемые приведенные затраты  [c.11]

    Основные научные исследования относятся к кинетике и математическому моделированию каталитических процессов, созданию теоретических основ химической технологии. Совместно с Г. К. Бореско-вым впервые разработал (1961) принципы математического моделирования каталитических процессов для проектирования и оптимизации промышленных реакторов. Развил (1960—1970) теорию математического моделирования со специфическими понятиями и методами решения проблем масштабного перехода, в частности обосновал (1969—1971) метод многоуровне вых моделей. Разработал матема тическую модель процесса окисли тельного дегидрирования бутиле нов. Предложил ряд усовершен ствований реакторов с псевдоожи женпым слоем катализатора. Осу [c.466]

    Интегрируя уравнение (IX.25) или систему уравнений (IX.25), (IX.26) иока не будет выполнено это конечное условие, получим необходимую дливгу реактора. Оценив размеры реактора, можно приступить к его детальному проектированию и экономическим расчетам. С помощью вычислительной машины можно провести выбор оптимальных параметров реактора. Далее мы рассмотрим простейшую задачу теоретической оптимизации — выбор наилучшего профиля температур по длине реактора. [c.265]

    Другие задачи оптимизации. Рассмотренные здесь примерь дают представление о б основных идеях и методах, лежащих в основе решения разнообразных задач оптимизации реакторных узлов. Можно указать три направления уточнения и развития оптимальных расчетов. Первое из них — это анализ различных стадийных схем. Укажем, например, па расчет цепочек адиабатических реакторов, где охлаждение реагирующей смеси между стадиями происходит не в промежуточных теплообменниках, а путем добавления холодного сырья или инертного вещества. Другой пример — расчет оптимального трубчатого реактора с секционировапным теплообменником. Второе направление состоит в уточнении критерия оптимальности путем более полного учета затрат на ведение процесса. Например, результаты оптимального расчета цепочки адиабатических реакторов можво уточнить, приняв во внимание расходы на устройство промежуточных теплообменников. Наконец, третье направление — выбор оптимальных значений других управляющих параметров, помимо температуры процесса. Так, в работе [25] рассматривается вопр1>с об оптимальном профиле давления по длине трубчатого реактора, а в работе [26] — об оптимальном изменении состава каталитической системы. При проектировании стадийных схем, наряду с определением оптимального перепада температур между стадаями, может рассчитываться оптимальное количество свежего реагента, добавляемого к реагирующей смеси. Вряд ли можно даже перечислить все возможные варианты задач оптимизации методы их решения, однако, мало отличаются друг от друга. [c.397]

    Приведенные соображения показывают, что проектирование установки, работающей вблизи экономического оптимума, основано главным образом на опыте и интуиции. Однако вполне оправданы попытки оптимизировать часть установки, например собственно реактор, на основе более ограниченного, чем прибыль, критерия оптимизации. Таким образом, можно исследовать экономику всей установки на основе ряда комбинаций отдельных секций, каждая из которых уже соответствующим образом оптимп.чпрована. Поэтому глава VI посвящена оптимизации реактора по производительности п (илп) выходу с учетом того, что его работу следует оценивать только с точки зрения экономики всей установки. [c.200]

    Книга посвящена актуальному в настоящее время вопросу применения математических методов для расчета оптимальных (наилучших) режимов технологических процессов. Дана характеристика основных этапов работ по статической, квазистатической и динамической оптимиаации как действующих химических реакторов, так и при их проектировании. Сопоставлены два важнейших метода оптимизации — метод поиска на объекте и метод оптимизации с помощью математической модели. Большое внимание уделено математическим способам оптимизации — нелинейному программированию и Принципу максимума. [c.4]

    Для оптимального проектирования трубчатого аммиачного реактора использовался симплексный метод 176], хорошо приспособленный к существенно двумерной задаче оптимизации. Последовательность вычислений, изображенная графически в плоскости переменных — температуры ка входе и охлаждающего фактора (две переменные, оставленные на усмотрение проектировщика), — представляет собой цепь смежных треугольников (двумерных симплексов), вытянутую в направлении точки оптимума и в конце концов окружающую эту точку. Окончательное расположение оптимума уточняется путем квадратичной аппроксимации заключителыюй гексагональной системы точек симплекс-метода. [c.176]

    Программа расчета трубчатого реактора обозначена RTK22. Она предназначена для расчета противоточного реактора (типа TVA) и может быть использована, как упоминалось ранее, и для проектирования и при расчете режима. По существу, это программа прямого расчета режима с внешней процедурой оптимизации. Исходные данные включают скорость и состав входного газа, давление синтеза, скорость прямого байпаса (если таковой имеется) или подвода тепла к синтез-газу, температуру входа, и фактор охлаждения слоя , который представляет площадь поверхности охлаждающих труб на единицу объема катализатора, умноженную на соответствующий коэффициент теплопередачи. Данные должны также включать одно из условий окончания расчета — или объем катализатора, или выходную концентрацию, которая может быть выражена в тоннах аммиака в день. Так как все условия на входе в слой определены, то можно выполнить интегрирование уравнений кинетики реакции, теплового баланса и теплопередачи до достижения любого из заданных условий на выходе. Именно это гибкое условие окончания позволяет использовать программу как для проектного расчета, так и при определении режима реактора. [c.192]

    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]

    III и IV задачи возникают при проектировании новых реакторов, а I и II — при оптимизации работы существующих. III и IV задачи являются сопряженными по отношению к I и II в том смысле, что они приводят к одному и тому же оптймальному температурному режиму при соответствующих т и Zk- Задачи I и III соответствуют условиям ведения процесса в проточной схеме, а II и IV — в циркуляционной. Применительно к процессу окисления этилена задачи I—IV должны решаться при ограничении на максимальную температуру внутри реактора  [c.92]

Библиография для Оптимизация при проектировании реакторов: [c.246]    [c.201]   
Смотреть страницы где упоминается термин Оптимизация при проектировании реакторов: [c.391]    [c.71]    [c.64]    [c.391]    [c.64]    [c.22]    [c.135]    [c.233]    [c.173]    [c.56]   
Смотреть главы в:

Методы оптимизации химических реакторов -> Оптимизация при проектировании реакторов



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Оптимизация при проектировании

Реактор оптимизация

Реакторы проектирование



© 2025 chem21.info Реклама на сайте