- •Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов с применением моделирующей программы chemcad содержание
- •1. Постановка задачи оптимизации 90
- •1. Введение 133
- •1. Режимы работы ChemCad 155
- •9. Интерактивный просмотр результатов 174
- •Введение
- •Исторический обзор умп
- •Эффективность использования умп
- •Терминология и обозначения
- •Главное и контекстное меню
- •Команды меню, диалоговые окна и их элементы
- •Каталоги и имена файлов
- •Вводимая информация
- •Манипулятор «мышь»
- •Общие сведения о программе СhemCad
- •Замечания к установке программы
- •Использование главного меню
- •Использование панели инструментов
- •Использование панели «Основная графическая палитра» (Main Palette)
- •Кнопки без математических модулей
- •Основные математические модули
- •Модули для математического описания процесса дистилляции (ректификации)
- •Модули для математического описания процессов с твердой фазой вещества
- •Модули для математического описания процесса химической реакции
- •Модули для математического описания динамических процессов
- •Разные модули
- •Использование панелей «Дополнительная графическая палитра» (SubPalette)
- •Статусная строка
- •Контекстное меню
- •Операции контекстного меню в графическом режиме
- •Операции контекстного меню в режиме моделирования, тип выделенного объекта – поток
- •Операции контекстного меню в режиме моделирования, тип выделенного объекта – аппарат
- •Помощь (Справочная подсистема)
- •Вызов и меню управления анализами чувствительности
- •Выполнение оптимизации технологической схемы
- •Режимы работы ChemCad
- •Задачи исследования, оптимизации и проектирования хтс
- •Система единиц измерения
- •Постановка задачи многовариантного расчета
- •Исходные данные:
- •Вызов задачи многовариантного расчета (анализ чувствительности)
- •Вопросы для самопроверки
- •Постановка задачи оптимизации
- •Вызов задачи оптимизации
- •Вопросы для самопроверки Основные приемы и этапы построения технологических схем
- •Этапы моделирования новой технологической схемы
- •Создание нового файла технологической схемы
- •Упражнение. Создание нового файла технологической схемы
- •Выбор инженерных единиц измерения (технических размерностей)
- •Упражнение. Выбор единиц измерения
- •Построение технологической схемы
- •Размещение изображений аппаратов
- •Редактирование изображений аппаратов
- •Изображение потоков на технологической схеме
- •Редактирование потоков на технологической схеме
- •Редактирование id (идентификационных номеров) аппаратов и потоков
- •Сохранение технологической схемы
- •Упражнение. Построение технологической схемы
- •Выбор индивидуальных компонентов (веществ)
- •Идентификационные номера веществ
- •Стандартный банк данных веществ СhemCad
- •Ввод нового вещества в банк данных
- •Задание списка химических компонентов
- •Упражнение. Выбор компонентов системы
- •Выбор теплофизических свойств смеси
- •Выбор термодинамических моделей
- •Автоматический выбор модели коэффициентов равновесия
- •Выбор модели коэффициентов равновесия
- •Выбор модели энтальпии
- •Выбор транспортных свойств
- •Упражнение. Выбор методов расчета коэффициентов фазового равновесия и энтальпии
- •Задание параметров потоков питания и разрываемых потоков
- •Упражнение. Задание параметров потока питания
- •Выбор параметров сходимости для расчета схем с рециклами
- •Упражнение. Выбор параметров сходимости
- •Упражнение. Ввод параметров оборудования
- •Математическое моделирование аппаратов
- •Ввод параметров оборудования
- •Теплообменник
- •Модули ректификации
- •Модуль ректификации towr
- •Модули химической реакции
- •Модуль Stoichiometric reactor (srea)
- •Модуль Equilibrium reactor (erea)
- •Модуль Kinetic Reactor (krea)
- •Модуль реактора периодического действия breact
- •Пиктограмма аппарата и его изображение
- •Меню реактора периодического действия
- •Модуль «Cont» (Контроллер)
- •Вкладка «General Settings» (общие параметры)
- •Режим работы контроллера Feed-Forward
- •Режим работы контроллера Feed-Backward
- •Вкладка «Optional parameters» (дополнительные параметры)
- •Остальные? (сепаратор, клапан и т.Д.)
- •Математическое моделирование технологических процессов
- •Запуск программы моделирования
- •Упражнение
- •Интерактивный просмотр результатов
- •Упражнение п.2.21. Сп , дополнить заданием 4 п. 2.23 сп)
- •Составление отчетов
- •Упражнение п.2..23сп задания 1,2,3 дополнить построением основной pfd
- •Исследование параметрической чувствительности
- •Упражнение (п.2.19 сп, задание 3)
- •Применение контроллеров
- •Задание
- •Исходные данные:
- •Упражнение
- •Задание
- •Исходные данные:
- •Упражнение
- •Оптимизация технологических процессов
- •Постановка задачи моделирующего расчета
- •Описание технологической схемы
- •Исходные данные
- •Задание
- •Оптимизация топологии
- •Дополнения и изменения в исходных данных
- •Задание
- •Оптимизация стационарного режима
- •Задание
- •Оптимизация поиска переменных с неявной зависимостью
- •Задание
- •Вопросы для самопроверки Расчет размеров оборудования
- •Тарелочные колонны
- •3.2. Упражнение
- •Насадочные колонны
- •3.5. Упражнение
- •Расчет размеров теплообменников
- •Расчет теплообменника в составе колонны
- •Расчет теплообменников с одним потоком на схеме
- •Расчет размеров кожухотрубчатых теплообменников
- •Heat Curve Generation (Генерация тепловой кривой)
- •Edit Heat Curve (Редактирование тепловой кривой)
- •General Specifications (Общие спецификации)
- •Закладка “General Information” (Общая информация)
- •Дополнительный ввод данных в режиме проектирования
- •Закладка “Modeling Methods” (Методы моделирования)
- •Exchanger Geometry (Геометрия теплообменника)
- •Tube (Труба)
- •Shell (Кожух)
- •Baffles (Перегородки)
- •Nozzles (Патрубки)
- •Clearance (Зазоры)
- •Material (Материалы)
- •Miscellaneous (Разное)
- •Calculate (Расчет)
- •View Results (Просмотр результатов)
- •Summary Results (Общие результаты)
- •Plot (Графики)
- •Report Generation (Генерация отчета)
- •Save Configuration (Сохранить конфигурацию)
- •Упражнение
- •3.9. Упражнение
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа 1 Моделирование пропан-пропиленовой ректификационной колонны
- •Введение
- •Цели работы
- •Задание
- •Исходные данные
- •Задание
- •Типы конденсатора (дефлегматора) в ректификационной колонне
- •Задание
- •Использование контроллера
- •Задание (дополнительное)
- •Лабораторная работа 2 Моделирование кинетики химических реакций
- •Введение
- •Цели работы
- •Описание технологической схемы
- •Исходные данные
- •Задание
- •Экспериментальные данные для моделирования кинетики химических реакций распечатка файла “t70.Txt”
- •Библиографический список
- •Определение переменных в технологической схеме ChemCad
- •Выбор элемента технологической схемы
- •Задание переменной
- •Примеры задания переменных
- •Анализ параметрической чувствительности
- •Применимость исследования чувствительности
- •Вызов и меню управления анализами чувствительности
- •Команда New Analysis (Новый анализ)
- •Команда Load Analysis (Загрузка анализа)
- •Команда Copy (Копировать)
- •Команда Delete (Удалить)
- •Команда Rename (Переименовать)
- •Главное окно -Sensitivity Analysis- и ввод исходных данных
- •Команда Edit Independent Variable (Редактировать независимую переменную)
- •Команда Edit Independent Parameter(Optional) (Редактировать независимый параметр)
- •Команда Edit Recorded Variables (Редактировать зависимые переменные)
- •Команда Run All (Запуск моделирования всей схемы)
- •Команда Run Selected Units (Запуск моделирования отдельных блоков)
- •Команда Plot Results (Графический вывод результатов)
- •Работа с графиками
- •Команда Report Results (Текстовый отчет по результатам)
- •Реализация оптимизации в ChemCad
- •Вызов меню оптимизации
- •Пункт меню Задание целевой функции (Define Objective Function)
- •Задание независимых переменных
- •Задание ограничений
- •Настройки
- •Выполнение оптимизации
- •Специфика реализации оптимизации
- •Вывод имен переменных при генерации отчета
- •Удаление независимых переменных или ограничений
- •Результаты оптимизации технологической схемы. Пример сгенерированного отчета
- •Важное замечание
- •Оформление результатов расчета в программе chemcad в виде диаграммы технологического процесса (pfd)
- •Режимы работы ChemCad
- •Структура диаграммы технологического процесса (pfd)
- •Виды диаграмм технологического процесса
- •Построение диаграммы технологического процесса (pfd)
- •Вход в режим редактирования диаграммы тп (Edit pfd)
- •Добавление блока данных потоков (Add Stream Box)
- •Select Streams (Выбор потоков)
- •DataBox Property Options(Выбор информации о потоке)
- •Data Box Settings(Выбор настроек для блока данных)
- •Добавление блока данных единиц оборудования (Add UnitOp Box)
- •Добавление динамических ярлыков потоков (Add tp Box)
- •Последовательность построения основной диаграммы технологического процесса (Main pfd)
- •Последовательность построения вторичной диаграммы технологического процесса (Secondary pfd)
- •Ввод нового вещества в банк данных
- •Вызов команды «New Component»
- •Задание атомарных групп по методике Joback
- •Пример задания атомарных групп по методике Joback
- •Сохранение результатов в базу данных
- •Просмотр и корректировка результатов
- •Построение модели кинетики хим.Реакции с использованием данных эксперимента
- •Выбор параметров (Select Parameters)
- •Страница 1 выбора параметов (Page 1)
- •Страница 2 выбора параметов (Page 2)
- •Ввод профиля (Import Profile)
- •Просмотр/редактирование данных (Input/Edit rate profile)
- •Проверка начальных оценок (Check initial estimations)
- •Выполнение регрессии (Perform regression)
- •Вывод результатов (Plot results)
- •Интерактивный просмотр результатов
- •Интерактивный просмотр результатов
- •Просмотр результатов с помощью меню Results (Результаты)
- •Команда Results/Stream Compositions (Результаты/Составы потоков)
- •Команда Results/Stream Properties (Результаты/Свойства потоков)
- •Другие команды меню Results (Результаты)
- •Просмотр результатов с помощью меню Plot
- •Редактирование графической информации
- •Генерация отчета в табличной форме
- •Окно Report Menu
- •Команда Calculate and Give Results
- •Команда Report Formats
- •Команда Select Streams
- •Команда Select Unit Operations
- •Команда Stream Properties
- •Команда Stream Flowrate/Compositions
- •Команда Distillation Summaries
- •Команда Heating Curves
- •Команда Batch/Dynamic Results
- •Команда Miscellaneous
- •Команда End Report
- •Приложения
- •Единицы измерения длины/толщины/диаметра (Length/Thickness/Diameter)
- •Единицы измерения массы/количества вещества (Mass/Mole)
- •Единицы измерения времени (Time)
- •Единицы измерения давления (Pressure)
- •Единицы измерения температуры (Temperature)
- •Единицы измерения энергии/работы (Enthalpy/Work)
- •Единицы измерения объема жидкости/пара (Liquid Volume/Vapor Volume)
- •Единицы измерения плотности жидкости (Liquid Density)
- •Единицы измерения удельной энтальпии (Specific Heat/SpecificEnthalpy)
- •Единицы измерения удельной теплоемкости (Heat Capacity)
- •Единицы измерения скорости (Velocity)
- •Единицы измерения объемного расхода жидкости/пара/нефти (Liquid Vol. Rate/Vapor Vol. Rate/Crude Flow Rate)
- •Единицы измерения коэффициента теплоотдачи (Heat Transfer Coefficient)
- •Единицы измерения теплопроводности (Thermal Conductivity)
- •Единицы измерения вязкости (Viscosity)
- •Единицы измерения поверхностного натяжения (Surface Tension)
- •Единицы измерения растворимости (Solubility Par)
- •Единицы измерения дипольного момента (Dipole Moment)
- •Единицы измерения сопротивления (Cake Resistance)
- •Специальные методы
- •Приложение 3. Методы расчета энтальпии
Редактирование потоков на технологической схеме
Редактирование изображений потоков начинается с выделения изображения потока (линии) щелчком мыши, после чего правым щелчком на экран выводится контекстное меню (подробнее см. соответствующий раздел).
Основными операциями при редактировании потоков являются: перенаправление потоков (Reroute stream) и «врезка аппарата» в поток (Insert unit).
Редактирование id (идентификационных номеров) аппаратов и потоков
Редактирование ID аппаратов и потоков осуществляется через команду контекстного меню Edit ID (Редактировать идентификационный номер). При выполнении этой команды появляется следующее диалоговое окно, предлагающе в поле New ID (Новый ID) ввести новое значение идентификатора (Рис. 7):
|
Рис. 7. Окно ввода нового значения идентификатора |
Поскольку ID каждого потока (среди потоков) и каждого аппарата (среди аппаратов) является уникальным, то на схеме не должно быть два одинаковых однотипных объекта (аппарат или поток) с одним и тем же ID. Программа отслеживает эту ошибку еще на стадии редактирования с отменой изменения ID и выдачей следующего сообщения об ошибке (Рис. 8):
|
Рис. 8. Окно выдачи сообщения об ошибки |
Сообщение СС5: новый ID= … уже используется.
Рекомендация. Редактирование ID потоков или аппаратов удобнее всего начинать с конца списка номеров.
Типичной ошибкой при редактировании является выделение не самого объекта, а его ID (порядкового идентификационного номера). Поскольку ID и сам является графическим объектом, то контекстное меню появляется и для него, но часть пунктов меню в этом случае заблокированы, а на другие команды меню может выдаваться следующее сообщение (Рис. 9):
|
Рис. 9. Окно выдачи сообщений |
Сообщение СС5: пожалуйста, выберите поток или аппарат (Не является блоком с ID).
Сохранение технологической схемы
На каждом этапе построения технологической схемы или при завершении этого процесса можно сохранить введенную информацию, выполнив команду File/Save (Файл/Сохранить) или File/Save As Case (Файл/Сохранить как вариант).
Упражнение. Построение технологической схемы
Выполнить построение технологической схемы, которая приведена на Рис. 4. Для этого следует перейти в режим Mode: Flowsheet: (Режим: Технологическая схема).
Используя Main Palette (Основную палитру) и Sub Palettes (Под-палитры), выбрать следующие модули-пиктограммы:
Feed (Питание);
Heat Exchanger (Теплообменник);
Flash (Испаритель);
Valve (Клапан);
Tower (Колонна);
Product (Продукт).
Для размещения пиктограммы аппарата на экране выбрать ее приблизительное местонахождение и щелкнуть левой клавишей мыши. Перед выставлением пиктограмм просмотреть дополнительные варианты их исполнения (если они есть).
Первый аппарат – это пиктограмма устройства питания – Feed 1. После ее размещения выбрать пиктограмму – Heat Exchanger 3 (Двухстороннего теплообменника) и разместить на схеме после пиктограммы Feed. Еще раз выбрать пиктограмму Heat Exchanger 3 и поместить ее после первой. Далее необходимо ввести в схему пиктограммы Flash (Испарителя), Valve (Клапана) и Tower (Колонны). Перед размещением на схеме пиктограммы Valve (Клапана) выполнить ее модификацию в соответствии с представлением на технологической схеме. Для разворота Valve (Клапана) использовать команду контекстного меню 90 Clock Wise (Поворот по часовой стрелке на 90 градусов). Далее выбрать пиктограмму Tower 4 и разместить после регулировочного клапана. Для ввода надписи TOWER к пиктограмме Tower 4 использовать символ Text (Текст) из Main Palette (Основной палитры). Завершить размещение пиктограмм аппаратов на схеме выставлением пиктограмм Product (Продукт).
Выполнить соединение аппаратов технологической схемы потоками.
Для этого в режиме Mode: Flow sheet, в Main Pallete (Основной палитре) выбрать символ Stream (Поток) и подвести курсор к потоку питания (пиктограмма Feed 1). Когда появится стрелка выхода из большой стрелки питания, нажать левую кнопку мыши и с помощью мыши нарисовать поток, направленный вправо. Когда появится стрелка самого первого входа в теплообменник (пиктограмма Heat Exchanger 3), снова нажать левую кнопку мыши. Программа изобразит поток, идущий прямо в эту точку, и присвоит ему ID номер. Так как программа присваивает ID номера последовательно, то номер этого потока будет 1. Для изображения второго потока надо курсором выбрать правую стрелку выхода теплообменника, нажать левую кнопку мыши, изобразить поток, идущий к левому входу во второй теплообменник, и снова нажать левую кнопку мыши. Самостоятельно изобразить на схеме все остальные потоки.
Переключиться в режим Mode: Simulation с сохранением задания.
