Оптимизация сложных химических

Изучение скоростей реакций позволяет выяснить истинный механизм протекания сложных химических превращений. Это в свою очередь создает перспективы для нахождения путей управления химическим процессом, т. е. его скоростью и направлением. Выяснение кинетики реакций позволяет осуществить математическое моделирование реакций, происходящ 1х в химических аппаратах, и с помощью электронно-вычислительной техники задачи оптимизации и автоматизации химико-технологических процессов. [c.192]

Предлагаемая читателю монография представляет восьмую книгу в единой серии работ авторов под общим названием Системный анализ процессов химической технологии , выпускаемых издательством Наука с 1976 г. Семь предыдущих монографий 1. Основы стратегии, 1976 г. 2. Топологический принцип формализации, 1979 г. 3. Статистические методы идентификации объектов химической технологии, 1982 г. 4. Процессы массовой кристаллизации из растворов и газовой фазы, 1983 г. 5. Процессы измельчения и смешения сыпучих материалов, 1985 г. 6. Применение метода нечетких множеств, 1986 г. 7. Энтропийный и вариационный методы неравновесной термодинамики в задачах анализа химических и биохимических систем, 1987 г.) посвящены отдельным вопросам теории системного анализа химико-технологических процессов и его практического применения для решения конкретных задач моделирования, расчета, проектирования и оптимизации технологических процессов, протекающих в гетерогенных средах в условиях сложной неоднородной гидродинамической обстановки. [c.3]

Понятие физико-химической системы и технологического оператора. Основу современного кибернетического подхода к решению проблем химической технологии составляет системный анализ, в соответствии с которым задачи исследования и расчета отдельных технологических процессов, моделирования и оптимизации сложных химико-технологических систем (ХТС), оптимального проектирования химико-технологических комплексов решаются в тесной связи друг с другом, объединены обш,ей стратегией и подчинены единой цели созданию высокоэффективного химического производства. [c.6]

Теперь рассмотрим указанные выше и некоторые другие вопросы, но не столько с позиции оптимизации, сколько с точки зрения возможностей, создаваемых рециркуляцией, для нахождения условий наиболее благоприятного протекания химических превращений и изучения механизма и кинетики сложных химических реакций и создания совершенных промышленных процессов, особенно больших химических комплексов. [c.12]

Современные химико-технологические процессы отличаются чрезвычайной сложностью. Соответственно сложна и кинетика химических процессов, протекающих в реакторах. Поэтому оптимизация работы химического производства является очень трудной задачей. Один из возможных путей ее решения — это отработка элементов конструкций и технологии на действующих аппаратах производственных размеров. Такой экспериментально-эмпирический метод хотя и дает надежные результаты, связан с большими затратами средств и времени, а в ряде случаев может оказаться и небезопасным, например, когда необходимо выяснить допустимые пределы изменения параметров системы и воспроизводить предельные, т. е. аварийные режимы. [c.321]

Математическое описание в локальной области сложного химического процесса, протекающего в аппарате с перемешиванием в объеме, можно также выполнить на вычислительной машине, использовав рассмотренный алгоритм решения этой задачи аналитическим методом. На основании полученного математического описания можно построить математическую модель и провести исследование процесса для решения задач масштабирования, автоматизации и оптимизации процесса в выбранной локальной области или даже по отысканию направления оптимума методами направленного эксперимента. [c.183]

В химической технологии при оптимизации сложных процессов химического превращения вещества, с целью достижения наилучшего распределения продуктов реакции и обеспечения максимального выхода целевого продукта, исходят из анализа гидродинамической обстановки в реакторе. Гидродинамический режим движения характеризует перемешивание реагирующих веществ в аппарате (в зоне реакции) и в значительной мере определяет избирательность протекания как простого, так и сложного процесса химического превращения вещества. При этом движение потоков взаимодействующих веществ в реакторе должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная производительность аппарата по целевому продукту, а режим ведения химического процесса должен быть таким, чтобы скорость побочных реакций, а следовательно, и выходы их были минимальными. Для этого в случае протекания в реакторе параллельных реакций необходимо уменьшать или увеличивать концентрации исходных веществ в реакционном объеме (в зависимости от порядка реакции), а в случае последовательных реакций — избегать перемешивания реакционных смесей, имеющих разный состав продуктов реакции. [c.12]

Из сказанного вытекают простейшие способы управления сложными химическими процессами посредством кинетически обоснованной оптимизации температуры. [c.255]

Значительное число примеров использования принципа максимума для решения оптимальных задач из области химической технологии приведено в литературе [9 — 12]. Там же рассмотрены некоторые, вычислительные приемы, позволяющие значительно расширить возможности его применения для оптимизации сложных процессов. [c.395]

Одним из мощных, но, к сожалению, до сих пор скрытых и мало использованных резервов значительного повышения эффективности методов математического моделирования, управления и оптимизации процессов химической технологии является научно обоснованное использование и формализация априорной качественной информации об особенностях функционирования сложных систем. Перспективный способ формализации качественной информации представляет подход нечетких множеств, предложенный Л. Заде. [c.3]

Метод математического моделирования позволяет исследовать процессы в широком диапазоне изменение влияющих на них параметров и определять оптимальные условия их проведения. Благодаря большой познавательной силе этого метода математическое моделирование и оптимизация процессов химической технологии выделились в самостоятельные научные дисциплины. Важными достоинствами метода математического моделирования являются возможность изучения сложных процессов без создания дорогостоящих и трудоемких в обслуживании опытных установок и возможность исследования режимов, которые нельзя или трудно реализовать, исходя из требований техники безопасности, а также по экономическим или по конъюнктурным соображениям. [c.68]

Модели, основанные на линеаризации. При оптимизации сложных химико-технологических систем плодотворной оказывается идея использования двухуровневых моделей — точных и приближенных. Точная модель представляет собой детальное описание рассматриваемого процесса на всех уровнях (например, по фазовому равновесию, кинетике химического превращения и массопереноса и т. д.). Однако ее применение при решении задач оптимизации ХТС весьма громоздко и времяемко. Поэтому основным назначением точных моделей является получение и коррекция упрощенных моделей. Упрощенная модель используется вместо точной итеративно сначала совместно с ограниче- [c.427]

Весьма ценным практическим приложением теории рециркуляции является оптимизация на ее основе работы не только отдельных реакторов с многократной циркуляцией непрореагировавшего сырья, но и сложных химических комплексов. [c.19]

Целью кинетического исследования реакции, наряду с другими химическими и физико-химическими методами, является установление наиболее вероятного механизма протекания реакции и построение на этой основе адекватной математической модели реакции (реакционной системы). Помимо чисто теоретического значения, которое имеет изучение закономерностей протекания реакции, создание адекватной математической модели реакции является необходимым условием для успешного применения математических методов моделирования, оптимизации и масштабирования химических процессов, позволяюш,их в кратчайший срок от изучения реакции в лабораторных условиях переходить к ее промышленному внедрению [1]. К настоящему времени накоплен значительный опыт получения математических форм кинетических зависимостей для самых различных типов реакций. При этом внимание главным образом концентрировалось на выводе форм кинетических зависимостей, оставляя открытым вопрос получения оценок констант, входящих в эти зависимости (математические модели реакций). Это привело к определенному разрыву между способностью установить форму математической модели сложной химической реакции и реальной возможностью оценить константы этой модели. Практически в настоящее время известны методы нахождения оценок констант лишь для математических моделей следующих форм [2] [c.53]

Результаты исследований последних лет свидетельствуют, что для оптимизации сложных действующих объектов химической технологии применение статистических математических моделей весьма эффективно. Подобные модели успешно используются для целей управления процессом, а также для корректировки и уточнения гипотетических представлений об изучаемом процессе. Возможность составления и реализации статистических математических моделей для малоизученных и сложных объектов химической технологии является несомненным достоинством первого направления. [c.52]

В книге разработаны основы стратегии моделирования мож-ных многостадийных процессов химической технологии. Рассмотрены условия создания модели химического производства программа, запоминающая цифровые данные и определяющая их перераспределение библиотека стандартных подпрограмм применяемых аппаратов набор данных, описывающих начальный поток переменных и параметры аппаратов. Приводится пример моделирования производства серной кислоты контактным способом. Подробно рассмотрены оборудование и технологический процесс. Дается краткий обзор технико-экономических показателей как критерия эффективности математического моделирования и обсуждаются вопросы использования моделирования для оптимизации сложных схем управления химическими производствами, а также пути применения приобретенных знаний в области математического моделирования к ряду инженерных проблем. [c.4]

Проблема определения механизма сложной химической реакции кинетическими методами — одна из самых актуальных проблем, поскольку является непременной составной частью как чисто теоретических исследований (например, в теории катализа и реакционной способности), так и практических приложений (например, при моделировании и оптимизации химических процессов). Несмотря на свою большую значимость, данная проблема остается все еще нерешенной. [c.5]

Основные научные исследования посвящены химии и технологии очистки поверхностей, воды и отработанных веществ. Разработал теоретические основы создания высокореакционных сорбентов. Установил (1970) критерии оценки полимерных материалов для технологических целей. Обосновал (1965) координационный эффект в реакциях нуклеофильного замещения, закономерности жидкофазной и диффузионной стадий реакций и сложных системах. Эти работы имели основополагающее значение для решения проблемы оптимизации управления химическими процессами в нестационарных условиях. [c.610]

Для определения можно использовать прием линеаризации [92, с. 49]. Применяя правила дифференцирования сложных и неявных функций, легко получить формулы для определения производных функции (IV, 143) по переменным и [92, с. 49]. Для решения задачи (IV, 144), (IV, 145) используется метод сопряженных градиентов, модифицированный для учета ограничений (IV, 145) (МОПГ) он был предложен в 1968 г. и является обобщением метода приведенного градиента, разработанного Вольфом [93] для решения задачи (IV, 1), (IV, 3), (IV, 141) с линейными ограничениями (IV. 3), на случай нелинейных ограничений (IV, 3). Вместе с тем следует отметить, что при решении задач оптимизации в химической технологии этот подход введения зависимых и независимых переменных для исключения ограничений типа равенства фактически использовался уже в начале 60-х годов. Причем в качестве зависимых переменных обычно выбирались переменные состояния, в качестве независимых — управления [94], а в качестве ограничений типа равенств выступали математические модели блоков и уравнения связи. На основе этого подхода был дан способ вычисления градиента функции (IV, 143) для ряда типовых схем [95, 96]. Имеется также более удобный способ вычисления производных функций (IV, 143) для общего случая [97]. В чистом виде МОПГ эквивалентен задаче 2 оптимизации ХТС [см. соотношение (1.71), (1.72)]. либо задаче 1 [см. соотношения (1, 64)—(I, 66)], когда ограничения (I. 10) отсутствуют, [c.157]

В шестой главе на примерах определения равновесного состава сложной химической смеси, расчета момента кручения балки, расчета профиля скорости показаны возможности использования методов поиска для решения задач, не связанных с оптимизацией. Авторы обращают внимание на связь между физическим явлением, его математическим описанием и получаемым решением. [c.7]

Кинетические описания, позволяющие решать любые задачи оптимизации химических процессов, являются более универсальными, чем статистические, однако они значительно сложное. [c.54]

Поэтому приводимые ниже результаты исследований в области оптимизации некоторых химических процессов иллюстрируют лишь особенности работы простейших систем оптимизации и методические соображения, связанные с построением более сложных систем. Однако эти особенности и соображения носят такой характер, что они могут быть использованы и при созда НИИ системы автоматической оптимизации сернокислотного производства. [c.292]

Единый подход к решению широкого класса задач па разыскание экстремума функции большого конечного числа переменных дает теория динамического программирования Веллмана [7]. Сущность этой теории покажем на примере типичной задачи оптимизации, возникающей в химической технологии. Требуется найти оптимальный режим для последовательности N реакторов (или Л -стадийного аппарата), причем на каждой стадии варьируется М независимых переменных. Пронумеруем реакторы в обратном порядке, так что первый номер присваивается последнему, а N-й — первому по ходу потока реактору. Состояние потока на выходе п-го реактора обозначим индексом 71 в соответствии с этим исходное состояние потока обозначается индексом -/V 1 (рис. 1Х.З). Состояние реагирующего потока в общем случае описывается некоторым вектором X. Вектор X часто совпадает с вектором состава С в более сложных случаях, однако, компонентами вектора X могут быть, помимо концентраций ключевых веществ, также и температура потока, давление и пр. [c.381]

Сложным является также подход к оценке влияния объема капитальных вложений для определения величины экономического эффекта в задаче оптимизации производства химических волокон. Существует мнение, что поскольку капитальные вложения в задаче используются в качестве ограничения, они не должны учитываться при определении экономического эффекта, и последний необходимо определять сравнением лишь текущих затрат. Это было бы действительно так, если бы вся величина капитальных вложений, необходимая для решения проблемы, учитывалась бы в нашей задаче прямо. Но в ней в качестве ограничения участвует лишь часть капитальных вложений (капитальные вложения в химическую промышленность), а остальные (капитальные вложения в сопряженные отрасли, а также в отрасли, вырабатывающие традиционные продукты) в качестве ограничений не выступают и могут быть учтены лишь через критерий. Например, если при выявлении эффективности производства и применения изделий из шерсти и синтетического штапельного волокна не будет учтена разница в их капиталоемкости (15—20 тыс. рублей на 1 т), то эффективность применения 1 т синтетического волокна будет занижена на 2—3 тыс. руб. [c.182]

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.143]

В развитии работ по моделированию химико-технологических процессов можно выделить два этапа. Вначале работы по моделированию и оптимизации развивались применитель но к отдельным аппаратам схемы — реакторам, ректификационным к олоннам и т. д. Однако процессы химической технологии всегда сос тоят из взаимосвязанных, влияющих друг на друга аппаратов. Оптимизация только одного аппарата, без учета его связей с остальными аппаратами, может привести к тому, что весь процесс будет протекать далеко не в оптимальном режиме. Это вызвало широкое развитие работ по моде.тарованию и оптимизации сложных химико-технологических схем (с. х.-т. с.) [1—5]. [c.9]

Поэтому при проектировании ГАПС необходимо ставить вопрос о минимальной избыточности аппаратов и обеспечении их максимальной универсальности. Разработка таких систем является сложной проблемой, связанной с решением комплекса задач, а именно выбором оборудования и трубопроводов, оптимизацией расписания работы отдельных аппаратов и системы в целом, синтезом маршрутов получения отдельных продуктов, разработкой системы управления, составлением оперативно-производственных планов. Выбор оборудования и трубопроводов представляет большие трудности при ориентации на минимальную избыточность, поскольку, во-первых, ГАПС имеет сложную систему трубопроводов, а транспортные процессы связаны с передачей веществ с различными физико-химическими свойствами и в различных агрегатных состояниях и, во-вторых, универсальность оборудования требует для его изготовления высококачественных конструкционных материалов. К тому же большие проблемы связаны с процессами очистки и переналадки оборудования. Отсюда следует важность выбора соответствующего критерия оценки эффективности работы ГАПС. [c.526]

В предлагаемой книге впервые сделана попытка систематизировать методы моделирования, анализа и оптимизации химических производств на основе использования топологических моделей и ЦВМ. Однако следует отметить, что в данной книге почти не рассмотрены некоторые методы математического моделирования сложных систем (эволюционные, семантические, эвристические и др.), поскольку они не нашли пока применения в химической технологии. [c.7]

Перспективными направлениями в теории многоассортиментных химических производств можно считать разработку эффективных алгоритмов оперативного управления, оптимизации дисциплины выпуска многономенклатурной продукции, методов декомпозиции задач больпюй размерности со специальной структурой модели, создание алгоритмов параллельных вычислений для решения задач оптимизации сложных многономенклатурных технологических систем в условиях стохастической неопределенности и нечеткости. Весьма желателен также поиск компромисса между сложностью алгоритмов оптимизации, позволяющих решать реальные производственные задачи и точностью получаемого оптимального решения. Представляет также интерес критерий оценивания экономической эффективности производств многономенклату )ной продуищи, работающих в условиях частых структурных модификаций ее ассортимента. [c.144]

Исходя из основных положений теории рециркуляции в комплексных системах, недостаточно оптимизировать локально отдельные агрегаты или даже целые регионы, состоящие либо из одной, либо из ряда однотипных установок и имеющие общие элементы. Оптимальная работа отдельно взятых составляющих химического комплекса будет коренным образом отличаться от оптимальной работы их в условиях, когда они испытывают влияние сопряженной работы других установок. Поэтому определение условий проведения отдельных процессов должно проводиться в соответствии с лаилучшими результатами работы всего комплекса. Оптимизацию сложных комплексов теория рециркуляции осуществляет на базе математического описания всей совокупности и взаимосвязи химических, физических, физико-химических процессов и их экономики. Такая оптимизация названа глобальной созданы методы ее практического осуществления [55.......58]. [c.272]

Дальнейшее развитие средств ААИ идет по пути совершенствования эксиериментальных методов визуализации объектов исследования — применения адсорбционных индикаторов для выделения определенных элементов структуры, применения различных люминесцентных индикаторов для визуализации потоков, применения рентгеновских ионных анализаторов в качестве приставок к электронным микроскопам, позволяющих проводить высокоспецифичный анализ распределения химических элементов в структуре [17] и многих других. Одновременно быстро развиваются методы [18] и средства для оптимизации и машинной обработки изображения. Увеличение объема памяти и быстродействия вычислительных машин, примененпе систем искусственного интел.лекта способствует развитию систем распознавания динамических образов и соответственно расширению возможностей анализа быстроиротекающих процессов и построению динамических моделей объектов со сложной пространственной структурой. [c.126]

В предыдущих главах были подробно описаны различные методы анализа, расчета и оптимизации сложных схем. Работы в данной области далеко не закончены и предстоит еще многое сделать. Это особенно относится к практическим применениям, число которых в указанной области пока не достаточно. Несмотря на это в настоящее время уже возникает новая задача, решение которой будет иметь бо.льшое значение для химической технологии. Речь идет о машинном выборе наилучшей схемы проведения процесса. В книге говорилось о расчете или оптимизации конкретных схем. Однако, как правило, процесс можно оформить в виде различных схем. Сейчас [c.304]

Особую страницу научной деятельности М. Ф. Нагиева составили исследования рециркуляционных процессов в химической технологии. Эти исследования проводились ученым систематически на протяжении всей жизни. Развитие их привело к созданию метода расчета и выбора наиболее эффективно работающего реакционного узла и разработке методологического подхода для определения оптимальной структуры химико-технологической системы и составлению ее математической модели, служащей основой для исследования и оптимизации сложного комплекса. [c.9]

Другим методом является рассмотрение объекта исследования как некоторого комплекса или системы. В химической технологии этот метод, предложенный теорией рециркуляции, имеет иное назначение, чем теория систем в детерминированных методах оптимизации или управления. Детерминированными методами нельзя исследовать комплексный процесс и понять многие трудности, возникающие вследствие взаимодействия отдельных элементов сложной химической или еще более сложной биологической системы. Этими методами не проводят системное исследование, в полном смысле этого слова, а скорее совершают нечто адекватное тому, что делается при традиционном медицинском исследовании, которое удачно обозначил профессор П. Вейс термином супрамолеку-лярная биология [c.75]

Успешно применяет ЭВОП американская цианамидная компания В частности, ЭВОП применено для оптимизации производства синильной кислоты из метана, аммиака и кислорода 2°, благодаря чему выход увеличился на 4%. Оптимизация сложного периодического химического процесса описана в работе [c.109]

Физико-химические оп 1сания, позволяющие решать любые задачи оптимизации химических нроцессов, являются более универсальными. Однако эти описания значительно сложнее, [c.78]

Результаты эксперимента в химии и химической технологии были и остаются главным критерием при решении практических задач и при проверке теоретических гипотез. Изучение сложных технологических процессов сопряжено с трудоемким и длительным экспериментом. Для увеличения эффективности научных исследований, сокращения сроков разработки новых технологических процессов несбходима оптимизация экспериментальных исследований на всех стадиях разработки, исследования, внедрения и эксплуатации хи-ми ю-технологических процессов. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология