WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Метод графических моделей позволяет получить технологическую схему сложных химико-технологических систем без фрагментации на одном стандартном листе формата А1 в виде удобном для анализа, хранения, переработки и использования информации. Так, схема, приведённая на рисунке 6, в тривиальном изображении размещена на 48 листах, каждый из которых длиной несколько метров.

Разработанная графическая модель позволяет перейти от стандартной технологической схемы к гибридному графу и, в конечном счёте, к более эффективному методу оптимизации технологических систем с меньшими вычислительными затратами, так как она позволяет эффективно и компактно описать схему производства на языке ЭВМ.

В четвёртой главе описан метод оптимизации технологической схемы сложной химико-технологической системы с применением графической модели производства этилбензола (рисунок 5).

Оптимизация технологической схемы проведена на основе разработанного алгоритма перехода от стандартной технологической схемы к гибридному графу преобразованием отдельных технологических схем производства сначала в целостную графическую модель, а затем в гибридный граф, т.е. комбинацию серий направленных и ненаправленных графов.

Ненаправленной частью гибридного графа является главная линия графической модели. Направленной частью являются все аппараты, находящиеся в ответвлениях и пересекающие своими потоками главную линию, следовательно, при расчётах они могут быть упрощены до источников того или иного параметра, и в таком случае они уже не выступают как объекты моделирования.

В главе подробно рассмотрен порядок построения гибридного графа на основе графической модели производства. Процесс построения гибридного графа сводится к преобразованию отдельных элементов созданной графической модели из ненаправленных в направленные.

Введены новые понятия и определения, такие как: главная линия (рисунок 7); схемы потенциалов; типы вершин; источники воздействия и их классификация (рисунок 8); приведённые функции отклика и возмущения; чувствительность (локальная и общая распределённая) аппарата.

0 – простая (побочная) вершина ввода-вывода, +1 – основной идеальный источник,

-1 – основной идеальный потребитель

Рисунок 7 – Схема построения главной линии

а) небалансовый моноконтактный источник; б) небалансовый поликонтактный источник; в) небалансовый биконтактный кольцевой источник; г) простой преобразователь (кольцевой балансовый источник); д) сложный преобразователь (двухконтактный балансовый источник)

Рисунок 8 – Типы источников

Сформулированы правила реализации перехода от графической модели технологической схемы к гибридному графу.

Правило 1 - часть технологической схемы, имеющую только один контакт только с одним аппаратом, следует заменить одноконтактным источником.

Правило 2 - часть технологической схемы, имеющую несколько контактов с различными аппаратами главной линии, следует заменить поликонтактным источником.

Правило 3 - часть технологической схемы, вход и выход которой замыкаются на одном и том же аппарате главной линии, то есть, в общем случае – рецикловую часть схемы следует заменить простым преобразователем.

Правило 4 - часть технологической схемы, имеющую входное и выходное соединения с различными аппаратами главной линии, то есть, в общем случае – байпасную часть схемы следует заменить сложным преобразователем.

Правило 5 - каждый аппарат может быть соединён с несколькими источниками различного типа.

Правило 6 - в случае, когда один из аппаратов главной линии является источником параметра для аппарата, смежного с ним происходит так называемое наследование параметра. В этом случае последующий аппарат «наследует» в свою математическую модель параметр от предыдущего, смежного с ним аппарата. В ряде случаев, когда применение сложных преобразователей громоздко и неадекватно, их следует заменять наследованием.

Правило 7 - в случае наличия между аппаратами главной линии зависимостей, которые не могут быть явно заданы с помощью описанных выше типов источников, сложный преобразователь на схеме может наследовать в качестве значения аргумента своей математической модели какое-либо значение, полученное математической моделью другого преобразователя, т.е. между сложными преобразователями также допустимы отношения наследования.

Разработанный гибридный граф анализируемой технологической схемы (рисунок 9) связывает аппараты главной линии, математические модели которых предполагаются известными, и источники воздействия, параметры которых могут принимать произвольные значения в области, определяемой регламентом и нормами режима.

Р-2 – реактор, К - 032, К - 042, К - 052, К - 062 – ректификационные колонны

Рисунок 9 – Гибридный граф производства этилбензола

Анализ схемы при помощи гибридного графа позволяет получить количественную оценку чувствительности аппарата, путём построения приведённой функции отклика (рисунок 10).

Численное значение отношения площади криволинейной фигуры заключённой между линиями отклика и возмущения к промежутку времени, названо локальной чувствительностью аппарата Чл по изменяющемуся параметру P на области неизменных значений всех остальных параметров.

. (1)

Чем больше это отношение, тем больше локальная чувствительность аппарата и наоборот.

Рисунок 10 – Графическое представление приведённых

функций отклика и возмущения

Полную количественную оценку характера восприимчивости аппарата к внешним воздействием даёт нам общая распределённая чувствительность.

Общей распределённой чувствительностью аппарата названа сумма произведений усреднённых локальных чувствительностей аппарата в области изменения одного из параметров при постоянстве остальных параметров на коэффициенты распределения неизменяющихся параметров.

, (2)

где Члij – локальная чувствительность аппарата по изменяющемуся jтому параметру, рассчитанная при неизменном значении iтого параметра, которое приравнивается к регламентированному;

n – число параметров;

l – число параметров, которые предполагаются неизменными, l=n-1;

Piн – начальное значение i-того параметра в регламентированной области;

Piк – конечное значение i-того параметра в регламентированной области.

Выражение вида, названное коэффициентом распределения, показывает вклад каждого i-того параметра в общую чувствительность.

Разработан алгоритм расчёта чувствительностей аппаратов.

Анализ схемы произведён на основе сравнения общих распределённых чувствительностей аппаратов главной линии.

Таким образом, в процесс оптимизации введена новая стадия предварительного анализа с построением гибридного графа технологической схемы и вычислением общих распределённых чувствительностей аппаратов главной линии. Наиболее чувствительные из них исследуются на следующей стадии. Наименее чувствительные аппараты исключаются из исследования.

Для примера, произведён анализ общих распределённых чувствительностей массообменных аппаратов блока получения этилбензола ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».

Исходные данные, используемые для вычислений по разработанному алгоритму, взяты из технологического регламента установки (конструкционные параметры, нормы технологического режима). Созданы математические модели аппаратов главной линии: реактор Р-2, колонны К-032, К-042, К-052, К-062.

Расчёт каждого аппарата на главной линии (получение функции отклика) сводится к подстановке в аргументы математической модели аппарата значений параметров, выбранных с помощью построенной функции возмущения. Функция возмущения – изменение какого-либо параметра (давление, температура, расход) во времени – построена с учётом норм технологического режима, так чтобы за данный промежуток времени этот параметр претерпел изменение от минимального до максимально допустимого значения, согласно регламенту.

С помощью функций отклика и возмущения, заданные своими сетками на выбранном отрезке времени, получены значения локальной чувствительности по формуле (1) методом численного интегрирования. Затем рассчитаны общие распределённые чувствительности аппаратов главной линии по формуле (2), приведённые в таблице 1.

Таблица 1 – Значения общих распределенных чувствительностей

массообменных аппаратов производства этилбензола

Аппарат

Общая распределённая

чувствительность, Чор

К-032

173,141

K-042

13,766

K-052

47,732

K-062

19,980

Согласно полученным значениям общей распределённой чувствительности, наиболее выгодным для оптимизации по значениям параметров режима аппаратом является колонна К-032. Высокая чувствительность данного аппарата показывает, что даже незначительное изменение параметров режима и прочих внешних факторов существенно влияет на значение целевого показателя (содержание этилбензола в конечном продукте). Это значит, что поиск оптимальных значений параметров режима для этой колонны целесообразен, так как в поле значений параметров её режима наиболее вероятны экстремумы целевой функции.

Колонна К042 обладает минимальной общей распределенной чувствительностью, поэтому увеличение производительности этой колонны затруднительно реализовать путём изменения параметров режима ввиду её низкой чувствительности. Низкая чувствительность этого аппарата означает слабое влияние изменения его параметров на целевую функцию, поэтому параметры этого аппарата следует исключить из аргументов целевой функции.

Расчёт общих распределённых чувствительностей аппаратов схемы даёт возможность заведомо определить наиболее экономически выгодное решение по оптимизации процесса за счёт подбора оптимальных параметров режима работы.

Поддержание параметров режима работы аппарата в определённом диапазоне значений напрямую связано с уровнем расходов вспомогательных материалов и энергии.

Высокая общая распределённая чувствительность аппарата показывает, что для того, чтобы существенно изменить характеристики эффективности процесса (выход товарного продукта), достаточно небольших колебаний в параметрах режима его работы, а, следовательно – минимальных изменений расхода вспомогательных материалов и энергии.

Аппараты с низкой общей распределённой чувствительностью, наоборот, существенно не изменяют конечные показатели процесса в зависимости даже от значительных колебаний значений параметров режима их работы, что позволяет предположить, что оптимизацию процесса можно произвести за счёт снижения расходов вспомогательных материалов и энергии на работу этих аппаратов. В результате выход продукта уменьшится незначительно, а экономия вспомогательных материалов и энергии будет существенная.

В качестве критерия оптимизации взят выход целевого продукта – этилбензола.

Изменение выхода целевого продукта в колонне К-032 возможно при изменении давления и температуры. В работе проведено исследование о влиянии давления на выход этилбензола на математической модели колонны. Расчёты режимов работы колонных аппаратов, а также их чувствительностей произведены с помощью математического моделирования, методом релаксации, алгоритм которого был реализован на ЭВМ в среде Delphi.

В колонне К-032 осуществляется процесс азеотропной осушки алкилата процесса трансалкилирования и выделения добензольных инертных примесей, содержащихся в сырье. Изменение давления в колонне К-032 влияет на эффективность удаления отдувок (добензольных фракций), накопление которых в рециклах приводит к загрязнению шихты, что приводит к снижению селективности реакционного процесса в реакторе Р-2, так как наличие побочных продуктов в смеси исходных реагентов смещает химическое равновесие и снижает выход продуктов реакции.

Результаты исследования на математической модели представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Изменение параметров процесса ректификации в колонне К032

в зависимости от давления

Давление внизу колонны, МПа

0,59

0,60

0,63

0,64

0,65

0,68

Температура верха колонны, °С

152,4

154,2

154,7

155,0

155,3

156,8

Температура низа колонны, °С

161,4

163,6

163,8

166,6

167,5

169,7

Выход этилбензола, т/мес.

11556

11549

11558

11562

11540

11537

Оптимальное значение давления в колонне К-032 найдено численным методом поиска и составляет 0,64 МПа. При этом максимальный выход этилбензола составляет 11562 т/мес.

Произведены расчёты экономических показателей, подтверждающие, что в аппарате с самой высокой чувствительностью (колонне K-032) в ходе технологического процесса наиболее экономически целесообразно придерживаться оптимального значения давления, а также проводить дальнейшие исследования по влиянию изменений параметров на работу аппарата. Согласно произведённым расчётам, экономический эффект составляет 487500 руб./мес.

Выводы

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»