Технологическое проектирование математические модели

Исходной базой для разработки модулей любых иерархических уровней точности и общности, соответствующих различным элементам ХТС, при автоматизированном проектировании химических производств являются математические модели типовых, технологических процессов. Если известна математическая модель типового процесса, то для получения соответствующих модулей нео б-ходимо эквивалентно преобразовать данные уравнения математического описания в виде некоторой матрицы преобразования Или нелинейной операторной формы, используя методы линеаризации и теории приближения функций. Однако для этой цели в настоящее время наиболее широко применяют методы планирования эксперимента на СЛОЖНОЙ математической модели элемента ХТС, а также методы аппроксимации непрерывных процессов с распределенными параметрами дискретными процессами с сосредоточенными параметрами. [c.63]

Программно-целевая система принятия решений при разработке каталитического процесса. Конечная цель системного анализа на уровне отдельного химико-технологического процесса — построение адекватной математической модели ХТП и решение на ее основе проблем создания промышленного технологического процесса, его оптимизации и построения системы управления для поддержания оптимального режима функционирования. Стратегия достижения этой цели включает целый ряд этапов и направлений качественный анализ структуры ФХС синтез структуры функционального оператора системы идентификация и оценка параметров математической модели системы проектирование промышленного процесса оптимизация его конструктивных и режимных параметров синтез системы оптимального управления и т. п. Каждый пз перечисленных этапов, в свою очередь, представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных частных шагов и возможных направлений, которые объединяются в единую систему принятия решений для достижения поставленной цели. [c.32]

С позиций системного анализа решаются задачи моделирования, оптимизации, управления и оптимального проектирования химико-технологических систем в масштабе химического цеха, завода. Существо системного подхода в данном случае состоит в том, что вся информация, получаемая в лабораториях, на опытных и промышленных установках, последовательно накапливается и обогащается в процессе разработки полной математической модели химико-технологической системы. Построенная математическая модель затем используется для оптимизации химического производства или цеха в целом. [c.10]

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]

Математические модели типовых технологических процессов как основа автоматизированного проектирования химических производств [c.63]

Структуру системы автоматизированного проектирования рассмотрим ма примере САПР фильтровального оборудования. Последняя состоит из объектных, и инвариантных подсистем (рис. 2.3). Подсистемы САПР имеют методическое обеспечение, т. е. соответствующие математические модели н алгоритмы функционирования подсистем, программное (комплексы или пакеты прикладных программ), техническое (ЭВМ), информационное (базы технологических, конструкционных, механических и других характеристик оборудования, перерабатываемых и конструкционных материалов и пр.), организационное (инструкции по эксплуатации). Инвариантные подсистемы САПР различных объектов имеют ряд программ общего обеспечения, что позволяет универсально использовать труд разработчиков САПР. [c.39]

В большинстве научно-технических разработок химико-технологических процессов задача параметрической идентификации является хотя важной, но не основной целью научного исследования создаваемые математические модели предназначены для использования в целях проектирования, оптимизации и управле- [c.186]

На каждом из уровней эксперимент имеет свои особенности, связанные со структурой и характером информационных потоков, математическим и техническим обеспечением и возможной степенью автоматизации. Следует особо подчеркнуть, что выполнение натурных экспериментов помимо всего прочего имеет целью разработку или уточнение математических моделей соответствующих объектов. Во всяком случае, одной из конечных целей исследований химико-технологических процессов как системы является получение данных, необходимых для проектирования промышленной установки (или ее реконструкции) по аппаратурному оформлению, по структуре связей между аппаратами (или группами аппаратов), по структуре системы управления. [c.56]

При решении задачи проектирования ХТС наряду с методом математического моделирования широко применяется метод физического моделирования. Метод физического моделирования используется для нахождения границ деформации коэффициентов уравнений априорной математической модели (в ряде случаев определяются и границы деформации функционального вида этих уравнений). Тем самым указанный метод применяется для масштабирования технологических процессов и аппаратов реальной ХТС, созданной на основе принятой априорной математической модели, и для установления адекватности этой математической [c.50]

Иногда физико-химические данные о технологических процессах настолько неточны, что создание точных модулей вообще не имеет смысла. Модули, которые часто используются при проектировании различных ХТС, должны быть построены таким образом, чтобы для вычислительных операций при их расчете требовалась минимальное машинное время. Для этой цели необходимо использовать алгоритмы оптимизации стратегии решения символических математических моделей ХТС, основанные на применении двудольных информационных графов. [c.60]

Разрабатываемые на основе методологии системного подхода математические модели надежности объектов, методы расчета и оптимизации показателей надежности технологических схем, методы прогнозирования показателей надежности объектов на стадии их проектирования в условиях неопределенности исходной информации подчинены практическому решению разнообразных задач исследования, обеспечения и оптимизации надежности химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств с целью повышения их экономической эффективности. [c.10]

Таким образом, точечная аппроксимация области распределения случайных параметров математической модели объекта в сочетании с последующими оптимизационными расчетами в каждой точке позволяет определить оптимальные надежные или допустимые проектные решения. Эти надежные решения обеспечивают соблюдение требований задания на проектирование и ограничений технологического регламента независимо от того, какие именно числовые значения примут неопределенные параметры математической модели в период эксплуатации объекта. Априори должны быть известны лишь области возможных значений неопределенных параметров. [c.235]

Итак, создание САПР должно проводиться на основе комплексного рассмотрения проблемы проектирования путем решения, по крайней мере, трех взаимосвязанных задач а) исходя из принципов системного анализа, разработать иерархическую структуру проектируемого производства (группы производств), отражающую адекватно свойства последнего и вскрывающую причинно-следственные отношения между отдельными явлениями и стадиями (по существу, декомпозиция проблемы) б) на единой методологической основе разработать и систематизировать математические модели отдельных элементов технологической схемы, математическое обеспечение диалогового взаимодействия в) разработать принципы построения и структуру САПР, отвечающей современному уровню развития вычислительной техники и прикладного математического обеспечения. [c.35]

Основу технологического проектирования в САПР составляют математические модели (модули), которые позволяют не только создавать систему, но и повышают эффективность труда проектировщиков. Модульный принцип построения математических моделей (подсистем) позволяет использовать типовые решения на отдельных этапах проектирования, строить разветвленные и гибкие вычислительные схемы. Однако, несмотря на очевидные преимущества, применение типовых модулей многоразового использования может сдерживать творческую инициативу в плане разработки оригинальных проектов. Поэтому необходимо иметь оптимальное сочетание между типовым и оригинальным проектированием, что наиболее удобно реализуется в диалоговом режиме работы проектировщика с ЭВМ. [c.42]

Этап технологического проектирования является, пожалуй, наиболее динамичным в САПР, поскольку математические модели отдельных процессов, методы анализа и синтеза технологических схем постоянно совершенствуются но мере развития теоретических основ химической технологии, методов вычислительной математики. Эта динамичность и позволяет оперативно вносить изменения в разрабатываемые проекты и действующие производства на этапе реконструкции. [c.42]

Ранее отмечалось (см. гл. 4), что основу САПР составляют математические модели элементов, составляющих технологическую схему. Модели могут быть различными по точности, математическому описанию и способу представления. Это либо модели, основанные на уравнениях баланса и фундаментальных закономерностях процессов, либо соответствующие их аппроксимации в виде некоторого приближения. Очевидно, при проектировании желательно иметь модели, обладающие прогнозирующими свойствами (допускающими экстраполирование основных характеристик процесса). Такие модели достаточно сложны, и при их разработке широко используется модульный принцип (на основе различных способов доказательного программирования). Предметная область (или знания об отдельных процессах) обычно включает несколько важных аспектов, которые могут быть описаны различными способами и с различной точностью. Поэтому и модели отдельных процессов могут содержать набор модулей, соответствующих различным уровням иерархии описания процесса. Ясно, что такой набор модулей должен быть некоторым образом упорядочен. Положительным мо- [c.284]

Задача оптимального управления действующей ХТС по сравнению с задачей оптимального проектирования обладает рядом особенностей. При протекании в системе химико-технологических процессов, как правило, имеются изменяющиеся во времени неуправляемые переменные, которые можно учесть в математической модели только с помощью ее коэффициентов, находимых по результатам работы данной ХТС. Поэтому при оптимизации ХТС на стадии эксплуатации существенную роль приобретают вопросы подстрой-к и математической модели ХТС. [c.300]

Аналогичный подход используется и при выборе структуры НПЗ для выпуска товарной продукции заданного ассортимента и объема. Подсистема проектирования позволяет выбирать оптимальный состав технологических установок на основании одного или нескольких критериев оптимизации. Для решения такой задачи составляется математическая модель обобщенной технологической схемы НПЗ соответствующего профиля топливного, топ-ливно-масляного, масляного, топливно-нефтехимического. Такие схемы должны включать в себя альтернативные установки, осуществляющие либо различные процессы, нанример каталитического крекинга или гидрокрекинга, либо различные режимы одного и того же процесса, например мягкий или жесткий режимы каталитического риформинга различные варианты отбора смежных фракций па установках первичной переработки нефти и т. д. [c.572]

Законы термодинамики и различные физико-химические закономерности используют при конструировании реакционных аппаратов, при создании новых технологий и разработке математических моделей для проектирования и управления сложными химико-технологическими комплексами. При создании математических моделей составляют уравнения материально-тепловых балансов, уравнения изотерм и изобар химических реакций, выражения законов действующих масс. [c.13]

Следует заметить, что этапу проектирования (выбора) технологической схемы предшествует этап конструирования высокоэффективного массообменного аппарата, который, в свою очередь, включает этап конструирования отдельного контактного устройства. Составными элементами этого этапа являются определение параметров математической модели гидродинамики всех типов контактных устройств, а также кинетики процесса массопередачи в зависимости от характера движения жидкости на тарелках колонны (прямоток, противоток и т. д.) и степени перемешивания парового (газового) потока - от идеального вытеснения до полного перемешивания. [c.13]

При построении математических моделей для целей проектирования новых и интенсификации действующих химико-технологи-ческих производств, а также при построении автоматизированных систем управления технологическими процессами большое значение имеют так называемые обратные задачи, суть которых состоит в следующем. Пусть известна математическая модель процесса [c.128]

Составление математической модели с помощью технологических бланков применяется при проектировании относительно несложных технологических схем НПЗ. При переходе к проектированию заводов с углубленной переработкой нефти в математическую модель включают взаимозаменяемые процессы, с помощью которых можно обеспечить производство товарных, продуктов в необходимом количестве и заданного качества. В модель включаются также ограничения на ресурсы производственных факторов. Результатом расчета являются номенклатура установок НПЗ, мощность вторичных процессов, основные техникоэкономические показатели. [c.61]

В заключение отметим, что область применения моделей каталитического крекинга не ограничивается оптимальным управлением или оптимальным проектированием. Модели могут быть использованы для обучения операторов установки особенностям процесса или для проигрывания технологических ситуаций, т. е. в качестве тренажера. Математические модели применяются для углубленного изучения процесса, в частности, для исследования устойчивости замкнутого контура реактор-регенератор . [c.119]

Для достижения таких эффектов необходимо умело сочетать эмпирические исследования с современными математическими методами, позволяющими определить оптимальный вариант технологического процесса в наикратчайшеё время и при разумном риске. В течение последних лет для этой цели разработаны прогрессивные методы, использующие достижения математики и технической кибернетики, — так называемая стратегия разработки систем, или системотехника. Как и при использовании метода масштабирования, в этом случае также составляется математическая модель, но она описывает весь технологический процесс (или наиболее важную его часть) как систему взаимосвязанных элементов. Модель, в которой ряд величин и зависимостей экстраполируется с объекта меньшего масштаба, вносит в проектные расчеты фактор ненадежности. Системотехника включает также способы оценки надежности и принятия оптимальных решений при проектировании в определенных условиях. Важным преимуществом комплексного математического описания процесса является, возможность определения оптимальных рабочих параметров не для отдельных аппаратов, а для всей технологической цепочки как единого целого. Подробное описание математических методов оптимизации, оценки надежности и теории решений выходит за рамки данной книги, поэтому мы вынуждены рекомендовать читателю специальную литературу (см. список в конце книги). Ниже будут рассмотрены основные понятия, применяемые в системотехнике, и принципы разработки систем, а также их моделей. [c.473]

Одним из направлений исследований была разработка технологии термокаталитической переработки высокомолекулярного нефтяного сырья с использованием железоокис-ного катализатора. В результате проведенных исследований были разработаны научные основы технологии переработки мазута на природном железоокисном катализаторе [1.54-1.59], установлено влияние технологических параметров на материальный баланс процесса, построена математическая модель, позволяющая оптимизировать режимные показатели и получать максимальный выход того или иного продукта, разработаны и предложены комплексные схемы переработки продуктов по нефтехимическому и топливному варианту, исследованы превращения железоокисного катализатора. С целью внедрения технологии в производство были разработаны исходные данные для проектирования реконструкции действующих установок каталитического крекинга [1.60, 1.61], проведены полупромышленные испытания технологии [1.62] и подтверждены возможиостт. и перспективность использования железоокисного катализатора для переработки тяжелого нефтяного сырья. [c.18]

В общем случае символическая математическая модель каждого технологического оператора (ТО) химико-технологической системы представляет собой систему нелинейных алгебраических или дифференциальных уравнений большой размерности, решение которой на ЦВМ требует значительного времени. В этом случае расчет математической модели ХТС, образованной совокупностью математических моделей, входящих в систему технологических операторов, связан с принципиальными трудностями, которые обусловлены ограниченным объемом оперативной памяти и малым быстродействием современных ЦВМ. На начальных этапах проектирования ХТС создаются более простые математические модели ТО, обеспечивающие сохранение желаемого уровня гомоморфизма сущности физико-химических процессов, происходящих в элементе. На завершающих этапах проектирования необходимо применять более точные и сложные математические модели ТО, которые могли бы полнее учитывать кинетические характеристики технологических процессов и наиболее реально отран<ать влияние параметров технологических режимов и параметров элементов на функционирование ХТС в целом. [c.82]

Иолузаводские установки создаются для отработки аппаратурно-технологической части процесса. В процессе проработки на полузаводской установке проверяется математическая модель химического процесса в условиях, соизмеримых с промышленными (мощность полузаводской установки составляет в среднем 1 —10% мощности промышленной и зависит от потребной величины опытной партии) нарабатывается опытная партия повой продукции изучаются вопросы экономики и организации нового производства. Главная задача на этом этапе — получение данных для составления технического задания на проектирование нового производства (именно здесь проводится основная масса исследований но технологическому регламенту будущего процесса) и по проектированию опытно-промышлеипой установки. [c.94]

Разработка математической модели промышленного аппарата необходима для оптимального управления п проектирования, а также изучения по модели при помощи аналоговых и цифровых вычислительных устройств эффектов от возможных конструктивных и технологических изменений. При этом математическая модель должна описывать поля концентраций и температур и учитывать их влия1ние на химический процесс. [c.173]

ХТС — определение параметров фнзнко-химических свойств технологических потоков и характеристик равновесия /3 — разработка приближенных или простых математических моделей элементов 14 — выбор параметров элементов 15 — разработка априорной математической модели ХТС 16 — выделение элементов, изменение параметров которых оказы вает наибольшее влияние на чувствительность ХТС — определение материально-тепловых нагрузок на элементы (расчет матернально-тепловых балансов) 18 — компоновка производства и размещение оборудования 19 — разработка более точных стационарных и динамических моделей элементов 20 — уточнение значений параметров элементов 2/— информационная модель ХТС 22 — математическая модель для исследования надежности и случайных процессов функционирования ХТС 25 — математическая модель динамических режимов функционирования ХТС 24 — математическая модель стационарных режимов функционирования ХТС 25 —значение характеристик помехозащищенности 25 — значение характеристик надежности 27 — значение характеристик наблюдаемости 28 — значение-характеристик управляемости 29 — исследование гидравлических режимов технологических потоков ХТ(3 30 —значение характеристик устойчивости 37 —значение характеристик ин-терэктности 32—значение характеристик чувствительности 33 —значение критерия эффективности ХТС 34 — оптимизация ХТС 35 — алгоритмы для АСУ ХТС 36 —параметры технологического режима 37 — параметры насосов, компрессоров и другого вспомогательного-оборудования Зв —параметры элементов ХТС 39 — технологическая топология ХТС 40 — выдача заданий на конструкционное проектирование объекта химической промышлен ностп. [c.55]

Вероятностно-статистический метод оптимизации проектных решений для значений конструкционных и технологических параметров элементов (аппаратов) ХТС, когда некоторые параметры математических моделей элементов представляют собой случайные величины, изложен в статьях [226, 245]. На основе вороятностно-статистического метода предложен алгоритм оптимизации проектной надежности теплоотменного аппарата (ТА), позволяющий определить оптимальную величину запаса для поверхности теплообмена на стадии проектирования при любых значениях коэффициента теплопередачи внутри некоторой области его стохастического изменения и при соблюдении заданных ограничений на технологические и (или) технико-экономические параметры ТА [246]. При проектировании ТА в условиях неопределенности исходной информации необходимо учитывать следующие факторы (см. раздел 4.8.4), влияющие на значения коэффициента теплопередачи ТА 1) изменения расходов содержания примесей, температур и параметров физических свойств потоков в трубном и межтрубном пространствах, температур стенки и температурного профиля поверхности теп- [c.236]

Поэтому создание систем автоматизированного проектирования (САПР) технологических процессов заключается не только в автоматизации процессов сбора, накопления и обработки информации, изготовления текстовой и графической документации (что само но себе сун1,ествепно ускоряет сроки проектирования), по и (что более важно) в применении теории и методологии системного проектирования, заключаюш,емся в комплексном рассмотрении проблемы с детализацией на каждом из уровней и учете взаимосвязей между ними. При этом математические модели, используемые на каждом из уровней и этапов проектирования, должны не только отражать состояние реального объекта, но и обладать прогнозирующими способностями. [c.5]

На современном этапе развития метода математического моделирования и системного анализа использование отдельных моделей не характерно для решения задач расчета и проектирования как технологических процессов, так и производств. Даже в простейшем случае математическая модель связана с операционной системой соответствующей ЭВМ и включает, помимо прикладных программ, системные сервисные программы, средства обеспечения диалога, представления входных и выходных данных, информационное обеспечение. Организация взаимодействия элементов пакета производится с помощью управляющей программы чаще всего с произвольной структурой, что позволяет генерировать необходимую последовательность модулей в зависимости от задания. Наличие локальных управляющих программ пакетов повышает эффективность автомномного использования данного пакета и, вообще говоря, упрощает его разработку. Ниже приведены примеры таких пакетов программ, которые в общей системе проектирования могут выступать в качестве подсистем. [c.387]

Получение научно обоснованных результатов исследований при решенпи задач проектирования и эксплуатации ХТС возможно только при наличии их математических моделей, которые должны отражать как технологические связи между аппаратами и физико-химическую сущность технологических процессов, так и экономические критерии функционирования существующих химических производств. Методологической основой моделирования ХТС является системный анализ. [c.10]

Оптимальный алгоритм решения системы уравнений математической модели ХТС определяется таким удачным выбором наборов свободных информационных переменных ХТС и выходных неременных системы уравнений, который соответствует заданным технологическим условиям функционирования ХТС и требованиям технического задания на проектирование. Кроме того, этот удачный выбор обеспечивает оптимальную стратегию решения системы уравнений путем декомпозиции ее па несколько строго соподчиненных подсистем уравнений, среди которых имеются совместно замкнутые подсистемы, содержаш ие минимальное число взаимосвязанных уравнений. [c.75]

Математические модели большинства процессов химической технологии в настоящее время составлены и проверены в промышленных условиях, однако сведения об их использовании при моделировании сложных ХТС практически отсутствуют. Многие методы ускоренного проектирования включают приближенное описание технологического процесса с помощью эмпирических данных, полученных на действующих типовых системах. Очевидно, нрименение таких моделей возможно на первых этапах проектирования с последующи уточнением и заменой элширических данных о реальном процессе данными, полученными в результате систематических вычислений на более точных математических моделях. [c.89]

Нами рассматриваются комплексно, с учётом взаимных связей физическая модель и следующие вопросы в технологии производства кварцевых заготовок световодов 1) исследование и разработка физических и математических моделей высокотемпературных (1200 2400 К) технологических процессов производства опорной кварцевой трубки и заготовки световодов 2) получение инженерных соотношений для описания температурных полей в техноло1иче-ских процессах 3) исследование и разработка методов решения обратных задач теплообмена как средства проектирования технологических процессов 4) изучение сопряжённых задач для по гучения более полной информации о тепло-, массопереносе в процессах обработки и нахождение условий оптимизации [c.204]

Математическое моделирование [1,2] является мощным нстру-ментом улучшения работы технологических установок. Вычислительные машины использовались для проектирования новых и усовершенствования действующих установок, для сравнения работы разных установок и для выяснения причин ухудшения их работы, для текущей оптимизации и, наконец, для управления процессом. В нефтеперерабатывающей промышленности использовали математическую модель для предсказания результатов работы и управления установкой каталитического крекинга [3]. [c.204]

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]

Неуниверсальность ряда известных математических моделей, вызванная тем, что в принципе не удается учесть даже существенно влияющие на ход процесса факторы — одно из основных препятствий к их применению для целей управления. Так, например, переход на сырье другого типа в пределах одной и той же технологической установки обычно приводит к тому, что используемая математическая модель перестает быть адекватной. Обеспечить адекватность модели процессу можно путем ее систематического уточнения, по результатам наблюдений, т. е. адаптацией математической модели к изменяющимся условиям протекания процесса. Этот способ, часто применяющийся в задачах управления, не используется при оптимальном проектировании, поскольку в этом нет необходимости (расчет проводится для фиксированных внешних условий) и к этому нет предпосылок (отсутствует обратная связь). [c.85]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология