Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системный анализ химико-технологических процессов с использованием программы ChemCad. Учебно-методическое пособие
.pdf
Открыть задание GLYCOL1. Отключить контроллер. Расход
циркуляционной воды принять 7000 кмоль/ч.
Используя Анализ чувствительности, исследовать влияние
мольного соотношения исходных компонентов
«ОЭ» : «вода» (от 1:0.3 до 1:50)
на состав получаемого водного раствора этиленгликолей.
Определить, при каких соотношениях максимальны выходы МЭГ,
ДЭГ, ТЭГ, ТетраЭГ. Необходимое условие безопасного ведения
процесса – поддержание температуры реакционной смеси ниже
кипения.
Поскольку в предложенном задании в рассматриваемом
отношении «ОЭ» : «вода» меняется только количество воды, анализ
чувствительности будем проводить только по одной независимой
переменной «мольный расход компонента вода в потоке 2».
Для нее нужно задать диапазон изменения значений с левой
границей, равной 0.3*100=30 кмоль/ч, и правой границей, равной
0*100=5000 кмоль/ч.
5
В качестве зависимых переменных следует выбрать переменные:
- массовый расход компонента МЭГ в потоке 7;
- массовый расход компонента ДЭГ в потоке 7;
- массовый расход компонента ТЭГ в потоке 7;
- массовый расход компонента тетраЭГ в потоке 7.
12. Провести расчет анализа чувствительности. Построить графические
зависимости массового расхода МЭГ, ДЭГ, ТЭГ, ТетраЭГ в потоке 7
от мольного расхода воды в реакционной смеси. Проанализировать
полученные зависимости (рис.6.15).
13. Используя Анализ чувствительности, построить температурный
профиль по длине реактора 3 для реакционной смеси и
циркуляционной воды. Расходы реагентов задать согласно п.1 задания.
Расход циркуляционной воды принять 7000 кмоль/ч.
Рекомендации:
в качестве независимой переменной выбрать длину трубок реактора
(параметр 10 Length of Tubes), диапазон изменения длины трубок
взять от 10 м до 80 м;
в качестве зависимых переменных выбрать температуру потока 6 и
температуру потока 9.
1
4. Провести расчет анализа чувствительности. Построить графические
зависимости температур потоков 6 и 10 от длины трубок реактора 3.
Объяснить поведение кривых на диаграмме (рис. 6.16).
161
15. Сохранить задание GLYCOL1.
Рис. 6.15. Зависимость выхода продуктов реакции от подачи воды
162
Рис. 6.16. Изменение температур реакционной смеси и циркуляционной
воды по длине трубок реактора 3
6.8. Контрольные вопросы
1. Перечислите и охарактеризуйте режимы работы контроллера?
2. Для решения каких задач используется режим работы контроллера
"Feed-Forward"?
3. Для решения каких задач используется режим работы контроллера
"Feed-Backward"?
4. Как ставится задача прямого присвоения?
5. Как ставится задача подстройки величины?
6. Как должен располагаться контроллер в моделируемой схеме в режиме
работы прямого присвоения?
. Как должен располагаться контроллер в моделируемой схеме в режиме
7
работы подстройки величины?
8. Какие параметры задаются на закладке контроллера "Feedback Options"?
163
7. ОПТИМИЗАЦИЯ СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССОВ
u
С целью подбора оптимального режима работы установки по
заданному критерию можно использовать средства инструмента ChemCad
Оптимизация.
Зададча оптимизации заключается в нахождении значений
независимых (поисковых) переменных, при которых критерий
оптимальности принимает минимальное (максимальное) значение. В
формализованном виде задача может быть представлена:
)(min uF
Uu∈
, (7.1)
0)(=ug , (7.2)
0)(≤uh , (7.3)
где функция
– независимые переменные процесса, выбранные в качестве поисковых
переменных, U – область, в которой могут принимать значения
поисковые переменные u, )(ug – ограничения типа равенства, )(uh –
ограничения типа нервенства. Любая задача оптимизации может быть
сведена к виду (7.1)-(7.3).
В задачах поиска оптимальных режимов химико-технологических
процессов критерий F в (1) отражает различные формы записи
технологических, термодинамических, технико-экономических критериев,
например, производительность, приведенные на единицу продукта
энергозатраты, прибыль и др. Ограничения (7.2) – это условия выполнения
материально-теплового баланса моделируемого химиикотехнологического процесса. В качестве ограничений (7.2), (7.3) могут
также выступать различные технологические ограничения, например, на
качество получаемого продукта, производительноть, ограничения,
задающие область физического существования процесса и др.
Для вызова инструмента служит меню Run/Optimization
(Расчет/Оптимизация). Аналогично средству Анализа
чувствительности для Оптимизации создается задача оптимизации.
Задач оптимизации для одного задания ChemCad может быть несколько.
)(uF – функциональная запись критерия оптимальности,
164
Для создания новой задачи оптимизации используется команда New
(Новое). Загрузка существующей задачи проводится командой Open
(Открыть). Работа по указанию папки размещения и имени задания
проводится аналогично Windows приложениям.
Для формирования информации о задаче оптимизации открывается
окно Process Optimization (Оптимизация процесса) (рис. 7.1) с
кнопками:
− Define Objective Function (Определить целевую функцию) служит
для задания критерия оптимальности;
− Independent Variables (Независимые переменные) используется
для задания поисковых переменных задачи;
− Constraints (Ограничения) применяется для формирования
ограничений задачи. Ограничения на изменение поисковых
переменных задаются в Independent Variables (Независимые
переменные);
ettings (Настройки) предназначена для задания дополнительных
− S
настроек задачи;
Рис. 7.1. Окно Process Optimization
165
− Define Calculation Sequence (Задать последовательность расчета)
позволяет задать свою последовательность расчета, отличную от
предлагаемой ChemCad (рассчитано на опытных пользователей);
− Perform Optimization (Выполнить оптимизацию);
− Help (Справка);
− Exit (Выход).
Рассмотрим последовательно формирование задачи оптимизации в
программе ChemCad.
7.1. Задание критерия оптимальности
Для задания критерия оптимальности в окне Process Optimization
нужно щелкнуть по кнопке Define Objective Function. Откроется окно
Objective Function (Целевая функция)
(рис. 7.2).
Рис. 7.2. Окно формирования критерия задачи оптимизации
В поле Title (Заголовок) окна необходимо задать название
решаемой задачи, оно выводится в отчете.
166
В области Type (Тип) указывается переменная процесса, которая будет
использована в качестве критерия оптимальности. Задание переменной
проводится аналогично Анализу чувствительности. В поле Object Name
(Имя целевой функции) задается имя критерия оптимальности, оно
выводится в отчете.
Замечание. Используя предлагаемые командами меню
Run/Optimization средства, можно в качестве функций критерия
выбирать параметр потока либо аппарата. Построение сложных
функциональных зависимостей на основе параметров потоков и
аппаратов средствами команд меню Run/Optimization невозможно.
Однако для таких целей можно использовать модуль Excel, который
предлагает пользователю самому построить программу на языке Visual
Basic for Application, реализующую математическую модель модуля.
Рассчитанные параметры такого модуля могут быть использованы в
качестве критерия оптимальности в задаче оптимизации.
Область M
− Minimize (Минимизация целевой функции);
− Maximize (Максимизация целевой функции).
В поле Scale (Коэффициент) можно указать масштабирующий
множитель, на который будет домножаться значение целевой функции в
процессе оптимизации.
Список Method (Метод) служит для выбора метода решения задачи
оптимизации:
− Generalized Reduced Gradient (Метод проецированного
градиента);
− Successive Quadratic Programming (Метод последовательного
квадратичного программирования);
− Simultaneous Modular SQP (Метод последовательно-парал-
лельного квадратичного программирования).
in/Max служит для указания того, какая задача решается:
7.2. Поисковые переменные
Для задания поисковых переменных служит одна из кнопок
ndependent Variables (Независимые переменные) окна P
I
Optimization. После щелчка по кнопке открывается окно Independent
Variables (Независимые переменные) (рис. 7.3).
rocess
167
В задаче можно выбрать до 120 поисковых переменных по 20 штук в
каждом окне и наложить на них ограничения.
Указание независимой переменной процесса, которая будет
использована в качестве поисковой в задаче оптимизации, проводится
аналогично Анализу чувствительности.
В списке Variable range (Границы изменения переменной)
выбирается тип накладываемых на поисковую переменную
ограничений:
− Unconstrained (Переменная не ограничена);
Рис. 7.3. Окно выбора поисковых переменных Independent Variables
− Min/Max Bounded (Переменная ограничена сверху и снизу);
− Max Bounded (Переменная ограничена сверху);
− Min Bounded (Переменная ограничена снизу);
− Fixed (Переменная принимает фиксированное значение).
В зависимости от типа выбранных ограничений в поля M
(Минимальное значение), Maximum (Максимальное значение),
Fixed Value (Фиксированное значение) вводятся соответственно
минимальное, максимальное или фиксированное значения поисковой
переменной.
inimum
168
В поле Initial Value (Начальное значение) задается значение
поисковой переменной, которое будет ей присвоено в начале решения
задачи оптимизации. Это значение может отличаться от значения
независимой переменной, установленного в технологической схеме.
В поле Slope Locus можно указать величину, которая будет
характеризовать скорость изменения поисковой переменной на каждой
итерации решения задачи оптимизации. Значение по умолчанию 0.001.
7.3. Ограничения на зависимые переменные процесса
Для задания ограничений на зависимые переменные процесса
служит одна из кнопок Constraints (Ограничения) окна Process
Optimization. После щелчка по кнопке открывается окно Dependent
Variable Constraints (Ограничения на зависимые переменные)
7.4).
(рис.
Рис. 7.4. Окно формирования ограничений
Dependent Variable Constraints
В задаче можно задать до 120 ограничений по 20 штук в каждом
окне.
169
Выбор зависимой переменной процесса, на которую будет наложено
ограничение, проводится аналогично Анализу чувствительности.
В списке Variable range (Границы изменения переменной)
аналогично поисковым переменным выбирается тип накладываемых на
зависимую переменную ограничений.
7.4. Настройка метода решения задачи оптимизации
Для задания настроек работы математического метода решения
задачи оптимизации служит кнопка Settings (Настройки) окна Process
Optimization. После щелчка по кнопке открывается окно Control
Paramters (Настроечные параметры) (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Окно Control Paramters
В поле Print level (Уровень печати) вводится число от 0 до 4,
которое задает уровень детализации отчета о процессе решения задачи
оптимизации. Большее значение поля соответствует большей
подробности отчета.
В поле Iterations (Итерации) указывается максимальное число
итераций, которые можно выполнить в процессе решения задачи
оптимизации.
В поле Tolerance (Точность) вводится значение допустимой
погрешности вычисления целевой функции.
В списке Derivatives (Производные) выбирается способ численной
аппроксимации производных:
− Forward differences (Разности вперед) установлен по умолчанию;
entral differences (Центральные разности) – более медленный, но
− C
более точный способ.
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]