- •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
Задание атомарных групп по методике Joback
|
Рис. 124. Окно заполнения пользователем количеств атомарных групп нового компонента |
Зная молекулярную структуру пользователь проставляет число атомарных групп, встречающихся в молекуле нового вещества.
Пример задания атомарных групп по методике Joback
Для компонента «Этиловый эфир уксусной кислоты», имеющего следующую структуру:
можно выделить следующие группы:
– 2 группы «-CH3», 1 группа «-CH2», 1 группа «-СОО-»; или:
– 2 группы «-CH3», 1 группа «-CH2», 1 группа «>С=О(Nonring)», 1 группа «-O-(Nonring)»; или:
– 2 группы «-CH3», 1 группа «-CH2», 1 группа «=С<», 1 группа «-O-(Nonring)», 1 группа «=O».
Каждый конкретный выбор определяет индивидуальные физико-химические свойства нового вещества.
Сохранение результатов в базу данных
После задания атомарных групп нового вещества CHEMCAD запрашивает потдверждение на сохранение результатов в базу данных, см.Рис. 125:
|
Рис. 125. Запрос на сохранение результатов в базу данных |
При получении положительного ответа CHEMCAD выдает соответствующее информационное сообщение, приведенное на Рис. 126:
|
Рис. 126. Информационное сообщение |
Просмотр и корректировка результатов
Просмотр и корректировка результатов введенного пользователем вещества в CHEMCADe начинается с предварительного вызова команды View-Edit (Просмотр-редактирование) (Рис. 127).
|
Рис. 127. Меню просмотра-редактирования свойств нового вещества |
Для этого необходимо в главном меню программы выбрать пункт ThermoPhysical (Теплофизические свойства), в появившемся подменю выбрать подпункт DataBank (Банк данных) и, далее, команду View-Edit (Просмотр-редактирование). В появившемся списке выбирается необходимое вещество либо пролистав список, либо с помощью системы поиска по его (вещества) номеру, формуле или названию (Рис. 128). Для просмотра и редактирования данных выбранного вещества, необходимо нажать на кнопку «ОК». После этого появляется меню с перечнем имеющихся параметров.
|
Рис. 128. Выбор компонента из базы данных |
Добавить: Перевод на русский язык и окна, появляющиеся после каждого пункта
Приложение 6
Построение модели кинетики хим.Реакции с использованием данных эксперимента
Для раскрытия механизма химической реакции и построения его кинетической модели можно воспользоваться встроенным приложением CHEMCAD «Rate regression» (Регрессионное уравнение скорости реакции). Основой решения задачи является набор экспериментальных данных кривых расходования реагентов и накопления продуктов реакции для различных теплофизических условий протекания реакции.
Решение задачи начинается с вызова команды «Rate regression» (Регрессионное уравнение скорости реакциии). Для этого необходимо из главного меню программы выбрать пункт Tools (Инструменты), в появившемся подменю выбрать команду «Rate regression» (Регрессионное уравнение скорости реакциии) (Рис. 129).
|
Рис. 129. Вызов приложения «Rate regression» |
В результате появится меню "Reaction Rate Regression", приведенное на Рис. 130.
|
Рис. 130. Меню «Регрессионное уравнение скорости реакции» |
