Элементы и связи химико-технологической системы

Наконец, четвертый уровень представляет модель контактного аппарата, агрегата, включающего один или несколько реакционных объемов. В такой модели учитывается расположение отдельных реакционных объемов, например слоев контактного аппарата и наличие теплообменных устройств. Модель четвертого уровня является по существу, моделью элемента всей химико-технологической системы (ХТС). Совокупность моделей элементов ХТС, дополненных уравнениями связи, составляет математическую модель полной технологической системы. [c.32]

Элементы и связи химико-технологической системы [c.232]

При разработке оптимальной стратегии анализа химико-технологической системы путем использования топологических моделей, отражающих структурные особенности технологической схемы системы, основными исходными данными являются технологическая топология ХТС и математические модели каждого ее элемента, представленные в виде уравнений функциональной связи (1,2). [c.212]

При поиске конструктивных путей решения указанных задач представляется целесообразным использовать методологию системного подхода к исследованию сложных и полностью не формализованных систем. Система состоит из множества связанных сложными связями и взаимодействующих аппаратов и представляет собой не простое суммирование, а особое их соединение, придающее адсорбционной системе в целом новые качества, отсутствующие у каждого аппарата в отдельности., В этом плане особое значение имеет взаимосвязь и влияние свойств всей химико-технологической системы на адсорбционную подсистему, и наоборот. В данном смысле исследуемая подсистема с ее аппаратами представляет собой элемент системы более высокого порядка. [c.8]

Развитие химической промышленности идет по пути создания новых технологий, увеличения выпуска продукции, внедрения новой техники, экономного расходования сырья и всех видов энергии, создания безотходных и малоотходных производств. Промышленные процессы протекают в сложных химико-технологических системах (ХТС), каждая из которых представляет собой совокупность аппаратов и машин, объединенных в единый производственный комплекс для выпуска продукции. Связи между элементами ХТС обусловливают их взаимное влияние. Для управления ХТС используют ЭВМ. [c.3]

Уравнения (5.3)-(5.5) есть балансы, представленные равенством массы или теплоты между входящими и выходящими потоками для каждого элемента или подсистемы ХТС. Связь между элементами не меняет состояние потока, и потому масса и энергия в нем не меняется. Таким образом, расчет ХТС представляет собой установление балансов массы и теплоты для всех его элементов с учетом связей между ними. Такой расчет называют балансовым расчетом или просто балансом, различая материальный баланс (5.3), (5.4) и тепловой баланс (5.5) химико-технологической системы и ее частей. [c.248]

Поскольку в технологических аппаратах происходит изменение состояния потоков, рассмотрим сначала составление материального и теплового балансов между входными и выходными потоками элементов ХТС, а затем - способы расчета балансов ХТС в целом с учетом связей между ее элементами. Химический состав и количество многокомпонентной смеси позволяет определить почти все ее свойства, рассчитать содержание каждого из компонентов и, следовательно, производительность, в том числе, расход исходной смеси, количество отходов и многое другое. Для расчета тепловых потоков еще необходимы состав и количество материальных потоков. Поэтому с определения материального баланса и начнем расчет состояния химико-технологической системы. [c.248]

Общее число независимых параметров определяет число степеней свободы или вариантность процесса. На основе числа степеней свободы всей сложной химико-технологической системы (ХТС) производится выбор технологических связей элементов процесса. [c.26]

Гипотетическая обобщенная структура синтезируемой хими ко-технологической системы образуется путем функционального объединения всех возможных альтернативных вариантов технологической топологии и аппаратурного оформления данной системы. Каждая технологическая связь или структурная взаимосвязь синтезируемой ХТС отображается в виде коэффициентов структурного разделения а,/, которые показывают долю любого /-го выходного потока в -ном входном [247]. При таком подходе задача синтеза оптимальной ХТС сводится к задаче нелинейного программирования, т. е. к отысканию такого набора а,/ (отражающих топологию системы), а также параметров элементов и технологических потоков, которые соответствовали бы оптимальному значению критерия эффективности функционирования химико-технологической системы. [c.243]

Химико-технологический процесс осуществляют с целью преобразования сырья в товарные продукты. Систему аппаратов с различным функциональным назначением, взаимосвязанных материальными и энергетическими потоками и действующих как единое целое с целью выпуска товарной продукции заданного качества, называют химико-технологической системой (ХТС). Число аппаратов, последовательность их участия в производственном процессе, направления материальных и тепловых потоков между аппаратами характеризуют структуру ХТС. Структуру ХТС образуют входящие в ее состав элементы и связи между ними. Элементами химико-технологической системы являются отдельные аппараты. Связи между элементами выступают в виде трубопроводов, по которым передаются материальные и тепловые потоки. [c.152]

От характеристик элементов ХТС и характера технологических связей зависит качество функционирования химико-технологической системы. Эффективность работы ХТС можно повысить 1) путем изменения технологических связей меледу существующими в системе технологическими операторами 2) путем улучшения функционирования основных элементов ХТС (за счет изменения технологических параметров их работы или изменения типа аппаратов) 3) введением в ХТС дополнительных операторов или образованием новых внешних связей. [c.153]

Совокупность мате у атических моделей элементов ХТС (7.1) и уравнений технологических связей между элементами (7.2) представляет математическую модель химико-технологической системы. [c.160]

После того, как определены структура химико-технологической системы (ХТС) - элементы и связи между ними, описание элементов (математические модели аппаратов или балансовые соотношения) и их состояние, параметры входных или выходных потоков (которые зависят от постановки задачи расчета), можно переходить к расчету состояния ХТС (параметров потоков). [c.8]

Общая характеристика. Системотехника применительно к химической промышленности (проектирование химико-технологических систем) представляет собой раздел технической кибернетики, занимающийся анализом свойств отдельных элементов технологического процесса, связями и зависимостями между ними, а также синтезом из этих элементов единой системы, обеспечивающей в определенных условиях достижение наилучших технологических и экономических результатов. Понятие большая система пока еще не имеет однозначного определения, однако оно оказалось полезным при постановке и решении очень важных практических задач и некоторых теоретических вопросов. Можно указать следующие характерные свойства, которые, как правило, выступают в сложных системах [57] [c.473]

Элемент ФХС есть отдельное явление химическое, механическое, тепловое, диффузионное, электрическое, магнитное. Связь между элементами — это причинно-следственные отношения между явлениями (эффектами). Совокупность элементов ФХС и связей между ними образует структуру ФХС. Структура ФХС имеет ряд особенностей, определяющих специфику химико-технологического процесса как сложной причинно-следственной системы. [c.31]

В основе системного анализа лежит декомпозиция сложной системы (явления, химико-технологического процесса и т. д.) на от-дельные подсистемы й установление количественных связей между ними. Выделение подсистем (уровней) определяется не только сложностью рассматриваемого объекта, но и степенью изученности данного уровня и наличием математического описания. Рассматривая независимо каждую из подсистем с входными и выходными потоками (энергии, массы, импульса и т. д.) и оценивая потенциал этих потоков, можно выявить источники и стоки, определить допустимые по некоторому критерию потери, а также выявить резервы повышения эффективности отдельных аппаратов и схемы в целом. Например, эксергетический (термодинамический), анализ элементов технологической схемы позволяет не только выявить возможности вторичного использования энергии, но и определить оптимальный энергетический уровень схемы, обеспечивающий минимальные потери энергии в окружающую среду. [c.74]

Успешное решение задач исследования ХТС на стадии их проектирования и эксплуатации предполагает наличие математической модели ХТС, которая должна отражать не только технологические связи между элементами и сущность химико-технологических процессов, но и экономические критерии функционирования системы, динамику взаимодействия элементов и подсистем сложных ХТС, имеющих разные, а иногда и противоречивые цели функционирования. [c.18]

Для эффективного решения задач, возникающих на всех уровнях иерархии химического производства, необходимо прежде всего выполнить идентификацию операторов отдельных ФХС, составляющих ХТС, т. е. оценить входящие в них параметры. Это может быть достигнуто либо решением обратных задач с постановкой соответствующих экспериментов (если объектом исследования служит действующее производство), либо априорным заданием ориентировочных значений технологических параметров, используя данные аналогичных производств (при проектировании новых химико-технологических систем). После процедуры идентификации отображение (2) можно считать готовым для изучения свойств ФХС в рабочем диапазоне изменения ее параметров нахождения оптимальных конструктивных и режимных параметров технологического процесса синтеза оптимального управления системой анализа и моделирования поведения ХТС, в состав которой в качестве элемента входит рассматриваемая ФХС и т. п. Реализация перечисленных задач так или иначе связана с решением системы уравнений, соответствующих отображению (2), что равносильно получению явной функциональной связи между переменными у и и либо в аналитической форме конечных соотношений, либо в виде результата численного решения задачи на ЭВМ. Формально это решение представляется в виде соответствующего отображения [c.8]

В химическом производстве оригинал представляет производственный химико-технологический процесс с большим количеством связей между многочисленными элементами. Эти связи реализуются на различных уровнях химико-технологи-ческой системы, поэтому модель для ХТС строится также как иерархическая структура путем последовательного описания каждого из уровней системы. [c.140]

С развитием математического моделирования процессов и реакторов и исследованием с помощью математических методов динамических процессов нестационарной кинетики математика сделалась органическим вплетением в логические основания и химии, и химической технологии. И если в настоящее время учение о химических процессах называют и химической физикой (школа И, Н. Семенова), и физической кинетикой, то цементирующим элементом в системе, которая включала в себя химические и физические представления о химико-технологическом процессе, является скорее всего именно математика. И что особенно интересно и важно — это то, что в этой системе происходит развитие одновременно и параллельно и химических, и физических, и технических, и математических знаний. Дело в том, что решение кинетических задач оказалось невозможным в рамках классической теории дифференциальных уравнений. Сложный нелинейный характер протекания химических процессов выдвинул ряд новых задач, решение которых обогатило собственно и математику. В последние несколько лет создалась новая дисциплина, пограничная между математикой и химией, а фактически между математикой и теорией химической технологии, которая призвана решать задачи химии в основном в связи с созданием промышленного химического процесса, — математическая химия, призванная служить надежным теоретическим основанием учения о химических процессах. [c.163]

Особенность данной книги состоит в том, что в ней осуществлена систематизация задач теоретического исследования динамических свойств технологических аппаратов и способов их рещения. Технологический аппарат и процесс, который в нем осуществляется, с самого начала рассматриваются как технологическая система, т. е. ее математическое описание представляется в форме оператора, связывающего входные и выходные параметры процесса. Такой подход весьма удобен при построении моделей сложных систем, состоящих из нескольких связанных между собой технологических аппаратов. В связи с этим изложение динамики химико-технологических процессов дается на основе общих понятий теории операторов. Элементы этой теории, используемые при исследовании динамики, изложены во второй главе. [c.4]

Второй способ упрощения, являющийся разновидностью первого, состоит в том, что число пространственных координат сокращается до одной. В качестве модели развития процессов переноса в направлении отброшенных координат принимаются эмпирические закономерности. Обычно это критериальные уравнения, позволяющие определить кинетические коэффициенты тепло- и массообмена и легко выразить объемные источники массы и энергии через параметры системы (2.2.1). Численные значения коэффициентов критериальных уравнений определяются на основе обработки экспериментальных данных или данных имитационного моделирования задач, полученных в приближениях пограничного слоя, с привлечением теории размерностей и подобия. Уравнение движения 3) в системе (2.2.1) исключается, а осевая скорость движения среды усредняется по сечению аппарата. Данный метод нашел широкое применение в инженерном подходе к моделированию теплообменных и массообменных аппаратов и представляется нам едва ли не единственным при построении полных математических моделей динамики объектов химической технологии. Его преимущества видятся не только в том, что при принятых посылках относительно просто достигается численная реализация математического описания, в котором учитываются причинно-следственные связи между звеньями и их элементами, но и в том, что открывается возможность формализации процедуры построения открытых математических моделей химико-технологических аппаратов. Эта процедура может быть выполнена в виде следующего обобщенного алгоритма. [c.36]

Современный уровень вычислительной техники и вычислительных методов, казалось бы, может решить проблему подбора связей, реализующих необходимые показатели аппаратов (элементов) ХТС из всего многообразия последних. Но это не реально (хотя бы в настоящее время и в ближайшем будущем), так как система очень разнородна по составу оборудования (реакторы, абсорберы, насосы и тд.), вариантов простого перебора безумно много, большое количество требований к системе и многие показатели противоречивы. Без использования некоторые наборов решений, обоснованных теорией химико-технологических процессов, созданных на основе [c.298]

Современное крупное предприятие основного органического и нефтехимического синтеза почти всегда состоит из нескольких производств. Предприятие представляет собой функциональную систему, а производственные подразделения, входящие в нее, - функциональные подразделения, подсистемы. К подсистемам можно отнести любой узел системы установку, аппаратурно-процессорную единицу или типовой химико-технологический процесс. При этом функциональная система рассматривается как совокупность узлов, каждый из которых соответствует некоторому типовому химико-технологическому процессу представляющему простой элемент системы. Все элементы связаны между собой технологическими потоками или коммуникациями. Способ соединения элементов в большой степени определяет качество продуктов и затраты на их получение. [c.32]

Надежность химико-технологических систем — комплексное свойство, в зависимости от цели и условий ее функционирования надежность можно определять либо частными свойствами системы, такими, как безотказность, ремонтопригодность и долговечность, либо совокупностью этих свойств. Для большинства химико-технологических систем крупнотоннажных производств (производство минеральных удобрений, топлива, цемента, полимеров) при разработке мероприятий по обеспечению надежности их функционирования в первую очередь учитываются требования по долговечности и ремонтопригодности элементов оборудования. Это связано с экономическими критериями оптимизации работы системы и трудностью подбора коррозионно-стойких материалов для агрессивных технологических сред. [c.187]

При анализе надежности химико-технологического обьекта учитывают его структуру, т. е. вьщеляют элементы и определяют связи между ними. Элемент — такая часть системы (объекта), которую для решения поставленных задач не требуется детализировать. Каждый элемент вьшолняет одну или несколько определенных функций. При эксплуатации вследствие различных причин (износа, коррозии, перегрузки, влияния внешних воздействий) элемент частично или полностью теряет свою работоспособность, что приводит к невыполнению соответствующих функций, снижает эффективность функционирования объекта, создает условия, благоприятствующие возникновению аварий, или непосредственно их вызывает. [c.675]

Основой технологической системы является схема. Увеличение количества и качества продуктов переработки приводет к увеличению количества элементов и связей в химико-технологических системах. [c.12]

Химико-технологическая система (ХТС) - совокупность аппаратов, машин и других устройств элементов) и материальных, тепловых, энергетических и других потоков связей) между ними, функциониру- [c.227]

Химико-технологическая система (ХТС) - это совокупность аппаратов, машин и других устройств (элементов), а также материальных, энергетических и других потоков (связей) между ними, функционируюш,ая как единое целое и предназначенная для переработки исходных веществ (сырья) в продукты [2]. [c.6]

Для ГТС химических производств характерны технологическая гибкость, иод которой понимают легкость перестройки фуикционировання отдельных химико-технологических процессов и системы в целом путем формирования новой структуры связей между элементами системы при изменении сырья гибкость по продукту, т. е. способность быстрого и экономичного перехода на производство новых продуктов разными способами и из разного сырья гибкость по расширению при введении в действие нового технологического оборудования маршрутная гибкость, т, е. способность продолжения выпуска продуктов при отказах отдельного технологического оборудования гибкость систем автоматизированного управления. [c.178]

Основой построения автоматизированной системы математического моделирования является системный подход к анализу процессов химической технологии. С позиций последнего отдельный химико-технологический процесс представляется в виде сложной кибернетической системы, характеризуемой большим числом элементов и связей, иерархией уровней элементарных физико-химических эффектов, физически связанной цепью причинно-следственных отношений между элементарными эффектдми и явлениями, совмещенностью явлений различной физико-химической природы в локальном объеме аппарата и т. п. Системная точка зрения на отдельный типовой процесс химической техпо-логии позволяет развить научно обоснованную стратегию комплексного (т. е. г. физико-химической, гидродинамической, термодинамической, кибернетической точек зрения) анализа процесса и на этой основе построения развернутой программы синтеза его математического описания (см. первую книгу). [c.4]

Одним из приемов системного анализа процессов химической технологии является структурное (топологическое) представление объекта исследования. Излагаемые в монографии принцип декомпозиции сложной системы на ряд взаимосвязанных подсистем, блоков и элементов, эвристические алгоритмы перевода физикохимической информации на язык топологических структур, понятие операционной причинности эффектов и явлений, правила распределения знаков на связах элементов, формально-логичес-кие приемы совмещения эффектов различной физико-химической природы в локальном объеме аппарата, правила объединения отдельных блоков и элементов в единую связную топологическую структуру системы — все эти приемы и методы в целом составляют единую методологию построения математической модели химико-технологического процесса в виде так называемых диаграмм связи. [c.4]

Специфика химико-технологического процесса как сложной системы состоит в том, что понятия элемент и связь здесь характеризуют не столько разнесенные в пространстве объекты и их взаимосвязи, сколько сложный комплекс элементарных физикохимических явлений, совмещенных в локальной точке пространства. При этом связь ассоциируется с потоком субстанции (вещества, энергии, импульса, момента импульса, заряда), а элемент — с преобразователем этого потока (например, диссинатор, накопитель, передатчик, смеситель, источник, сток, различного вида операторы совмещения потоков в локальной точке пространства и т. п.). [c.25]

Остановимся теперь на вопросе разбиения изучаемого сложного процесса на элементы. Иногда сама организация сложного про -цесса дает способ разбиения" сложной системы на элементы. Примером этого мо)хет служить сложная химико-технологическая схема. Здесь в качестве элементов могут быть приняты отдельные аппараты этой схемы. Однако в большинстве случаев разбиение сложного процесса на элементы является не простой задачей и, по-видимому, нельзя дать точных рецептов, когда и как разбивать сложный процесс Б нйхцдом конкретном случае. Более того, сама по себе эта задача неоднозначна и зависит от цели исследования. Общие положения, которые могут быть высказаны, это то, что разбивать сложный процесс на элементы надо по слабым связям, чтобы пре -небрежение этими связями,с одной стороны мало влияло на общую работу СС, с другой стороны,позволядо построить такую СО, в [c.26]

Например, объект, состоящий из реактора 7, тепло-обмегшика 2 и циркуляционного насоса 3, имеет обратную технологическую (рис. 20.3.1.2, а) и последовательную надежностную (рис. 20.3.1.2, б) связи. Если дополнительно установить резервный насос 4, то получится смешанное соединение (рис. 20.3.1.2, в). В смысле надежности, поскольгсу отказ. любого га последовательно соединенных элементов ведет к отказу всей системы, каждый химико-технологический объект по крупным блокам можно ггредставить в виде такой структуры. [c.753]

Тогда внешние связи любого из элементов совмещенной системы, которую мы назовем единой системой технико-экономической оптимизации химико-технологических систем (ЕСТЭО-ХТС), во- [c.22]

Процессы химической технологии как объекты управления могут быть линейными и нелинейными (см. также стр. 90). В большинстве случаев эти объекты являются нелинейными системами (например, процесс ректификации в колонном аппарате или химическая реакция п-го порядка в соответствующем реакторе). Следовательно, операторы таких объектов принадлежат к классу нелинейных операторов. Нужно отметить, что отличительная особенность нелинейных элементов химико-технологических процессов заключается в том, что данные элементы представляют собой некоторые гладкие, дифференцируемые функции параметров объекта управления. Это позволяет иногда ограничиваться линейным приближением оператора объекта, либо получать приближенное математическое описание объекта с учетом основных нелинейностей в некотором классе стандартных нелинейных операторов. При этом линейная часть оператора всегда входит в полный оператор в качестве необходимого элемента (например, приближение кривой равновесия процесса ректификации бинарной смеси посредством ряда Макло-рена). В этом смысле основным оператором нелинейного объекта управления всегда будем считать его линейное приближение. Поэтому, как показано ниже, изучение нелинейных характеристик объекта находится в прямой связи с исследованием его линейных характеристик. Из сказанного следует, что линейные операторы являются важнейшими типами операторов, которые и должны быть изучены в первую очередь (нелинейные операторы подробно описаны в конце этой главы, стр. 90 сл.). [c.13]