Добавил:
свои люди в ТПУ Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции / 8 Аналитич Методы оптим Метод Л

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.01.2026
Размер:
969.3 Кб
Скачать

Левые части уравнений – есть функции факторов x1,…xn. Поэтому решение системы (1) дает оптимальное значение факторов. Если оптимизируется технологический процесс, то этому решению соответствует оптимальный режим.

Рассмотрим частные задачи оптимизации ХТП с использованием математических моделей

ЧАСТНЫЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

(оптимизация с использованием математических моделей).

I. Оптимизация РИС

В реакторе ИС протекает реакция:

 

K1

K

 

A

B

2

С

 

Целевой продукт.

Определить оптимальное время пребывания реагентов в реакторе, при котором достигается максимальный выход целевого продукта B.

С

CA0

CBmax

СС

0

опт.

 

dCA 1 C

 

C

 

k C ;

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

A

1 A

dt

 

 

 

0

 

 

 

dC

B

1

 

 

C

 

k C

k C

 

 

C

 

 

;

 

 

 

dt

 

 

B

 

B

1 A

2 B

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

dCC 1 C

C

 

k C ;

 

 

 

 

 

 

 

 

C

C

2 B

dt

 

 

0

 

 

 

СВ

СА

(1)

(2)

(3)

 

dCB

 

0;

C

B

0;

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1 C

B

k C

A

k C

B

0;

 

 

1

 

 

2

 

k1C A CB k2CB ;

CB

 

k1C A

 

 

;

 

 

 

 

 

1 k2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C A ?

 

(1)

 

приравниваем к нулю

 

 

 

 

CA

CA k1CA 0;

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

C

1 k

;

 

 

 

 

 

 

A0

 

 

A

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CA

 

 

 

 

 

k1CA

 

 

 

C

 

 

 

 

0

;C

 

 

 

 

0

 

 

;

A

1 k

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1 k 1 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

Для определения оптимального для

выхода максимального значения концентрации СВ, необходимо уравнение продифференцировать по и приравнять

производную к 0.

dF d

k C (1 k ) 1 k

 

k C

k

1 k

k

1 k

 

1 A

1

 

2

 

1 A

 

 

 

2

 

2

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0;

 

 

 

1 k

1 k

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

опт.

 

1

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1 k2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1CA

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

F CB

 

 

 

 

0

 

 

1

 

2

 

 

 

;

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

k k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Задача поиска оптимальной температуры обратимой химической реакции.

Если химическая реакция протекает без побочных стадий,

то критерием оптимальности может быть скорость

реакции.

 

Установим ограничения и выберем оптимизирующие

параметры.

k1

 

А

В

 

k2

Целевая функции имеет вид:

 

E1

 

 

E2

 

 

F W k

e RT C

A

k

e RT C

B

;

01

 

02

 

 

Критерий оптимальности F зависит от трех параметров T, CA и CB.

Но СА и СВ не можем выбрать в качестве оптимизирующих параметров, т.к. они не являются входами (не являются независимыми) системы, а являются результатами реакции.

Так, для увеличения скорости необходимо иметь как можно больше СА и меньше СВ. Цель же процесса противоположная – увеличить СВ и уменьшить СА. Поэтому СА и СВ нельзя считать независимыми факторами.

Следовательно, есть лишь один независимый фактор, влияющий на F – температура.

При различных CA и CB, влияние температуры может быть различным.

Поэтому ставим задачу следующим образом: найти оптимальную температуру при фиксированных CA и CB. Т.е. CA и CB выступают как ограничения в виде равенств.

C

A/t 0

C

A

;

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

CB

 

CB/t 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Второе ограничение типа неравенств (обязательное) температура не может превысить некоторого максимального

значения Tmax.

T Tmax;

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

W k

C

A

e RT

k

2,0

C

B

e RT

;

1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dW

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

E

 

1

 

 

 

 

 

E2

 

E

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

C

 

e RT

 

1

 

 

k

 

C

B

e RT

2

 

0;

 

 

 

 

 

 

1,0

 

A

 

 

 

 

R

T 2

 

2,0

 

 

 

 

R

T 2

 

T ?