- •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
Edit Heat Curve (Редактирование тепловой кривой)
После выбора данного пункта меню появляется диалоговое окно
"Tube side Heat Curve" (Тепловая кривая трубного пространства) (Рис. 69):
|
Рис. 69. Диалоговое окно "Tube side Heat Curve" (Тепловая кривая трубного пространства) |
Одновременно все столбцы таблицы не могут поместиться в ширину диалогового окна, поэтому доступ к скрытым ячейкам таблицы осуществляется с помощью стандартных полос прокрутки видимой части таблицы (Рис. 70):
|
Рис. 70. Диалоговое окно "Tube side Heat Curve" (Тепловая кривая трубного пространства) |
Столбцы таблицы представляют собой ряды данных (зоны разбиения) следующих параметров:
Pressure Давление
Temp Температура
DelH Расход удельной энтальпии
Vapor Расход паровой фазы
Liquid Расход жидкой фазы
LatentHeat Скрытая теплота парообразования
Surface Tension Поверхностное натяжение
Critical T Критическая температура
Critical P Критическое давление
Vap-Ht-Cap Теплоемкость паровой фазы
VapViscosity Вязкость паровой фазы
Vap-Ht-Cond Теплопроводность паровой фазы
VapDensity Плотность паровой фазы
Liq-Ht-Cap Теплоемкость жидкой фазы
LiqViscosity Вязкость жидкой фазы
Liq-Ht-Cond Теплопроводность жидкой фазы
LiqDensity Плотность жидкой фазы
После нажатия на кнопку "ОК" появится следующее окно, предлагающее подтвердить (кнопка "Да") или отказаться (кнопка "Нет") от интерполяции данных тепловой кривой (Рис. 71).
|
(Do you wish to interpolate data? – интерполировать данны ?) |
Рис. 71. Диалоговое окно |
|
Далее, последовательно появляются два окна, аналогичные рассмотренным, но уже для межтрубного пространства, то есть окно “Shell side Heat Curve” (Тепловая кривая межтрубного пространства) и окно подтверждения/отказа интерполяции данных тепловой кривой.
General Specifications (Общие спецификации)
Окно “General Specifications” (Общие спецификации) имеет две закладки:
General Information (Общая информация)
Modeling methods (Методы моделирования)
В данном окне Пользователь задает основные параметры расчета, такие как расчетный режим, тип теплопередачи, допустимые перепады давления и т.д.
Рисунок окна общих спецификаций приведен ниже.
Примечание. TEMA – Tubular Exchanger Manufactures Association переводится как Ассоциация производителей кожухотрубчатых теплообменников.
Закладка “General Information” (Общая информация)
На данной закладке предлагается определить следующие данные (Рис. 72):
Calculation mode (Режим расчета)
Design (Проектирование)
Rating (Поверочный расчет)
Fouling Rating (Поверочный расчет с учетом загрязнений)
TEMA class/standard (Класс/стандарт по ТЕМА): Данные стандарты относятся в основном к механическим частям теплообменника, и поэтому проектирование и поверочный тепловой расчет аппарата зависит незначительно от данного параметра.
TEMA front end head (Передняя головка аппарата по стандарту ТЕМА)
A Channel and Removeable Cover: Канальная со съемной крышкой
B Bonnet: Сплошная крышка
C Removeable bundle: С трубной решеткой и съемной крышкой
D Special High Pressure Closure: Специальная головка с крышкой для высоких давлений
N Channel with Tubesheet and Removable Cover: Канальная с трубной решеткой и съемной крышкой
TEMA shell type (Типы теплообменников и кожухов по ТЕМА)
Е One pass: Одноходовой
F Two pass: Двухходовой
G Split flow: С распределенным потоком
H Double split flow: С двойным распределением потока
J Divided flow: С разделенным потоком
K Kettle Reboiler: Емкостной кипятильник
X Cross Flow: С перекрестным потоком
TEMA rear end head (Задняя головка аппарата по стандарту ТЕМА)
L Fixed Tubesheet (A head): С закрепленной трубной решеткой как в неподвижной головке типа А
M Fixed Tubesheet (B head): С закрепленной трубной решеткой как в неподвижной головке типа В.
N Fixed Tubesheet (N head): С закрепленной трубной решеткой как в неподвижной головке типа N.
P Outside Packed Flt Head: Съемная плавающая головка
S Flt Head with Backing Device: Плавающая головка с опорным устройством
T Pull Through Flt Head: Головка с уплотняемой снаружи плавающей трубной доской
U U-Tube Bundle: U-образные трубы
W Exit Sealed Flt Tubesheet: Плавающая трубная решетка с изолированным концом
Рис. 72. Закладка General Information (Общая информация) |
Для трубного (TUBE SIDE) и межтрубного (SHELL SIDE) пространств:
Stream name (Имя потока) : определяется Пользователем; необязательный параметр
Process type (Тип процесса):
Sensible Flow: Конвективный поток
Horiz condensation: Конденсатор с горизонтальным расположением труб
Verti condensation: Конденсатор с вертикальным расположением труб
Knock-Back condensation:
Forced Evaporation: Испарение при принудительной циркуляции
Falling Film Evaporation: Пленочное испарение
Verti Thermosyphon: Вертикальный термосифонный теплообменник
Pool boiling:
Fouling factor (Термическое сопротивление загрязнений): значение зависит от предполагаемой частоты профилактической чистки труб.
При выборе режима расчета Fouling Rating (Поверочный расчет с учетом загрязнений) необходимо выбрать один вариант из следующих:
Rate tube side fouling: оценка загрязнений трубного пространства
Rate shell side fouling: оценка загрязнений межтрубного пространства
Rate both side fouling: оценка загрязнений обоих пространств
