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
23. Что представляет собой математическая модель структуры ХТС?
24. На какие два класса делятся переменные математической модели
ХТС?
25. Чем отличаются независимые переменные от зависимых?
26. Как рассчитывается число независимых переменных?
27. Какие задачи можно решить, если математическая модель ХТС
имеет степени свободы?
28. Сформулируйте задачу расчета ХТС.
29. К какой математической задаче сводится расчет замкнутой ХТС?
30. Сформулируйте задачу оптимизации ХТС.
31. Что включает в себя формализованная постановка задачи
оптимизации ХТС?
32. К какой математической задаче сводится задача оптимизации ХТС?
33. Сформулируйте задачу оптимального синтеза.
4. К какой математической задаче сводится задача оптимального
3
синтеза ХТС?
35. В чем заключается последовательный модульный подход к расчету
ХТС?
36. Для каких целей проводится структурный анализ ХТС?
37. Дайте определение комплекса в структуре ХТС.
38. По каким критериям выбираются условно-разрываемые потоки в
комплексе?
39. Предложите в виде блок-схемы пример замкнутой ХТС с
несколькими комплексами с указанием параметричности потоков.
Проведите структурный анализ предложенной ХТС по критерию
минимальной параметричности разрываемых потоков.
40. Приведите алгоритм расчета комплекса.
41. К какой математической задаче сводится расчет комплекса и
почему?
42. Дайте общее описание итерационного процесса решения системы
нелинейных уравнений.
43. Дайте описание метода простой и модифицированной простой
итерации для решения системы нелинейных уравнений.
4. Дайте описание метода Вегстейна для решения системы
4
нелинейных уравнений.
31
45. Дайте описание метода доминирующего собственного значения для
решения системы нелинейных уравнений.
46. Какие критерии используются для окончания расчета комплекса
(систем нелинейных уравнений)?
47. Сформулируйте общую задачу минимизации.
48. Приведите классификацию задач минимизации.
49. Чем отличаются между собой задачи безусловной и условной
минимизации?
50. Приведите структурную схему методов безусловной оптимизации.
51. Чем отличаются между собой методы безусловной минимизации
нулевого, первого и второго порядков?
52. Перечислите известные Вам методы оптимизации нулевого,
первого, второго порядков.
3. Перечислите известные Вам методы решения задач условной
5
минимизации.
54. В чем заключается основная сложность решения задачи
оптимального синтеза?
55. Приведите формулу для расчета числа вариантов схем разделения
зеотропной смеси.
56. Рассчитайте число вариантов и нарисуйте возможные схемы
разделения пятикомпонентной смеси.
57. Приведите эвристические правила, используемые при
проектировании схем ректификации зеотропных смесей.
58. Приведите эвристические правила, используемые при
проектировании процессов теплообмена.
59. Приведите эвристические правила, используемые при
проектировании реакторных процессов.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОДЕЛИРУЮЩЕЙ ПРОГРАММЕ
CHEMCAD
Программа ChemCad (версия 5.6) представляет собой
инструментальные средства математического моделирования химикотехнологических процессов для решения задач исследования и
проектирования как химико-технологических систем, так и отдельных
аппаратов.
ChemCad имеет модульную структуру и состоит из системного и
функционального наполнений, представляющих собой средства и
32
объекты расчета, а также баз данных и интерфейса пользователя,
обладающего мощными графическими возможностями.
При описании работы с программой ChemCad подразумевается, что
пользователь знаком с основными принципами работы в прикладных
программах операционной системы Windows. В описании работы с
командами меню принята следующая терминология: “Выполнить
команду File/New Job (Файл/Новое задание)”. Это означает, что
вызывается меню File (Файл) и выполняется его команда New Job (Новое
задание).
В процессе инсталляции ChemCad 5.6 на указанном пользователем
диске создаются 2 каталога: СС5, в котором хранятся файлы программы
ChemCad, а также рабочий каталог CC5DATA, в котором хранятся
файлы поставляемых с программой примеров и в который
рекомендуется помещать задания, созданные пользователем.
.1. Загрузка и завершение работы с программой ChemCad
2
Загрузка и завершение работы с программой ChemCad выполняются
аналогично любому другому приложению Windows.
После загрузки программы на экране появляется фирменная
заставка, и далее выводится окно верхнего уровня ChemCad’a. В этом
окне можно настроить отображение панелей инструментов командами
меню View (Вид), получить информацию о лицензированных
компонентах программы – меню License (Лицензия), воспользоваться
справочной системой – меню Help (Справка), выполнить операции над
заданиями, используя меню File (Файл).
Команды меню File, служащие для создания, открытия, экспорта и
импорта заданий описаны в п. 2.1.
В окне верхнего уровня можно удалить имеющееся задание
командой File/ Delete Job/Case (Файл/Удалить задание/Вариант
задания) обычным для Windows образом.
Для переименования и копирования существующего задания служат
команды File/Rename Job (Переименовать задание) и File/Copy Job
(Копировать задание), в окнах которых в области S
(Исходное размещение) кнопка Find Job … (Найти задание…) служит
для указания исходного задания, область D
указания нового имени либо новой папки соответственно.
Также пользователь может сменить рабочий каталог ChemCad
командой File/ Misc. Setting (Файл/Дополнительные настройки),
estination (Размещение) – для
ource destination
33
используя опцию Work Dir (Рабочий каталог) окна команды, и
настроить режим клиент-сервер для работы с пакетом Microsoft Office
Excel.
После загрузки задание отображается в рабочем окне ChemCad.
2.2. Использование справочной системы ChemCad
Для использования справочной системы нужно выполнить команду
Help/ Help Topics (Помощь/Содержание справки), после чего на
экран выводится окно ChemCad 5.6 Help (ChemCad 5.6 Помощь).
Работа со справочной системой ChemCad проводится аналогично
работе со Справкой Windows.
2.3. Структура рабочего окна ChemCad
Структура рабочего окна ChemCad (рис. 1.1) содержит типовые
элементы в соответствии со стандартами среды Windows.
В зависимости от этапа моделирования
соответствующий режим при помощи кнопки
инструментов, либо используя меню Mode (Режим), которое содержит
три команды:
− Flowsheet (Технологическая схема) – соответствует режиму
создания информационной блок-схемы технологического процесса;
− Simulation (Моделирование) – соответствует режиму моделирования;
− Main PFD (Основная диаграмма технологического процесса) –
соответствует режиму создания диаграммы технологического процесса.
Вид и команды операционного меню и панели инструментов
изменяются в зависимости от режимов работы ChemCad и будут
подробно рассмотрены при описании соответствующих этапов.
В верхней части рабочего окна расположены строка заголовка с
именем текущего задания, строка меню, панель инструментов.
Панель инструментов, кроме стандартных для приложений Windows,
содержит инструменты, соответствующие командам меню. Подробное
описание инструментов приведено в Приложении 1.
Ниже панели инструментов расположена рабочая часть окна, в
которой отображается технологическая схема текущего задания.
В режиме F
палитра моделей оборудования Main Palette. Каждый из элементов
палитры соответствует пиктограмме и математической модели одного
из аппаратов химической технологии, кроме того в число элементов
lowsheet в рабочей части окна отображается основная
ChemCad переключается в
панели
34
Рис. 2.1. Вид рабочего окна ChemCad
палитры включены инструменты графического и текстового
оформления технологической схемы. Подробное описание элементов
палитры приведено в Приложении 2. Описание работы с элементами
палитры приведено в п. 2.8.1.
В режиме Main PFD в рабочей части окна отображается вариант
палитры Main Palette, содержащий только элементы оформления (см.
Приложение 2).
В нижней части рабочего окна расположена строка состояния, в
которой отображаются текущие установки программы: информация о
готовности программы к работе, координаты курсора, коэффициент
масштаба отображения технологической схемы, режим работы
программы (Flowsheet, Simulation, Main PFD), моделируемый режим
(Steady State (Стационарный), D
наименование текущих моделей расчета равновесия и энтальпии смесей,
наименования включенных клавиш, текущее время.
ynamics (Динамический)),
35
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Моделирование новой технологической схемы с помощью ChemCad
предполагает следующие этапы:
1. Создание нового файла технологической схемы;
2. Выбор технических размерностей;
3. Выбор компонентов потоков;
4. Выбор термодинамических моделей;
5. Построение технологической схемы;
6. Задание параметров входных потоков;
7. Задание спецификаций единиц оборудования;
8. Настройка математических методов расчета рециклов;
9. Запуск программы моделирования;
10. Просмотр результатов моделирования на экране;
1. Получение твердой копии результатов моделирования.
1
Указанные этапы не обязательно выполнять в такой же
последовательности, не обязательно также проходить через все этапы
при построении технологической схемы, так как для некоторых из них
существует информация по умолчанию; но эти этапы, по крайней мере,
следует принять во внимание при решении каждой задачи.
3.1. Создание нового файла технологической схемы
При работе с заданием (технологической схемой) подразумевается
его создание, сохранение, загрузка и управление этим заданием.
3.1.1. Создание, загрузка и сохранение задания
Пользователь может создать и запустить новое задание командой
File/New Job (Файл/Новое задание) или кнопкой панели
инструментов, выбрать существующее задание командой File/Open Job
(Файл/Новое задание) или кнопкой панели инструментов,
импортировать в рабочий каталог задание из другого каталога командой
File/Import Job (Файл/ Импорт задания) обычным для среды Windows
образом.
Можно выполнить экспорт задания из рабочего каталога в другую
существующую папку командой F
задания). В окне команды кнопка Find job for copying (Указать
задание для копирования) области Source destination (Исходное
размещение ) служит для выбора существующего задания, кнопка
Locate target directory (Указать принимающий каталог) области
ile/Export Job (Файл/Экспорт
36
Destination (Размещение) – для указания папки, в которую нужно
поместить папку с заданием.
Существующее задание можно открыть, используя команду File/Open
Job… (Файл/Открыть задание…) или кнопку на панели
инструментов. Дальнейшие действия выполняются стандартным для
приложений Windows образом.
На основе текущего задания можно создать его варианты, которые
будут размещены в каталоге текущего задания. Для этого выполняется
команда File/ Save As Case (Файл/Сохранить как вариант), в окне
команды надо указать имя варианта и нажать кнопку Сохранить.
Для сохранения задания выполняется команда File/Save
(Файл/Сохранить). Основной файл задания имеет расширение ссх.
После загрузки задание отображается в рабочем окне ChemCad в
режиме S
3.2. Выбор технических размерностей
Для формирования информации о технологическом процессе
необходимо выбрать технические размерности. В программе
представлены готовые профили единиц измерения для 4 систем:
британской, метрической, СИ и модифицированной СИ. Эти наборы
называются профилями единиц измерения. В том случае, когда
необходимо использовать единицы измерения из разных систем, либо
внесистемные единицы измерения, имеется возможность формировать
свой профиль единиц измерения.
imulation (Моделирование).
Для выбора технических размерностей используется команда
Format/Engineering Units (Формат/Единицы измерения). На экран
выводится окно Engineering Unit Selection (Выбор единиц
измерения). Окно содержит вкладки Unit Selection (Выбор единиц) и
Options and Reference (Опции и установки). Область Stream Flow
Units (Размерности потока) вкладки Options and Reference (см. рис.
3.1) предназначена для выбора размерностей, которые будут
использованы при выдаче информации о потоках технологической
схемы. Остальные области вкладки предназначены для задания
температуры и давления, соответствующих понятию «нормальные
условия».
37
Рис. 3.1. Опции вкладки Options and Reference
Выбор готовых профилей размерностей производится с помощью
соответствующих кнопок, расположенных в нижней части вкладки Unit
Selection (см. рис. 3.2): English (Британская), Si (СИ), Alt Si
(Модифицированная СИ), Metric (Метрическая).
Для формирования собственного профиля единиц используются
списки Time (Время), Mass/Mole (Массовые/Мольные), Temperature
(Температура), Pressure (Давление), Enthalpy (Энтальпия), Work
(Работа), Liquid Volume (Объем жидкости), Liquid Vol. Rate
(Объемный расход жидкости), Crude Flow Rate (Расход потока
нефти), Vapor Volume (Объем пара), Vapor Vol. Rate (Объемный
расход пара), Liq. Density/Conc. (Плотность
жидкости/Концентрация), Vapor Density (Плотность пара), Thickness
(Толщина), Diameter (Диаметр), Length (Длина), Velocity (Скорость),
Area (Площадь), Heat Capacity (Теплоемкость), Specific Heat
(Удельная теплоемкость), Heat Trans. Coeff. (Коэффициент
теплопереноса), Therm. Conduct (Теплопроводность), Viscosity
(Вязкость), Surf. Tension (Поверхностное натяжение), Solubility Par.
(Растворимость), Dipole Moment (Дипольный момент), Cake
Resistance (Гидравлическое сопротивление), P
давления в насадочной колонне), Currency (Денежная единица),
Currency Factor (Денежный коэффициент). Созданный профиль
размерностей можно сохранить для использования в других заданиях.
Для этого в поле, расположенном рядом с кнопкой S
(Сохранить профиль), вводится имя файла профиля, сохранение
acking DP (Перепад
ave Profile
38
проводится кнопкой Save Profile.
Рис. 3.2. Опции вкладки Unit Selection
Для использования созданного ранее профиля надо нажать кнопку
Load Profile (Загрузка профиля), в окне Select Item (Выбрать
элемент) выбрать имя нужного профиля.
Для загрузки и сохранения установленных по умолчанию наборов
используются соответственно кнопки LoadDefault (Загрузка по
умолчанию) и SaveDefault (Сохранение установок по умолчанию).
3.3. Упражнение. Создание нового задания
1. Загрузить ChemCad.
2. Создать новое задание: выполнить команду File/New Job (Файл/
Новое задание), в окне команды ввести имя задания TUTOR1.
Ниже предлагается описание технологической схемы, построение и
исследование которой будет проводиться в следующих заданиях в
соответствии с этапами моделирования.
На рис. 3.3 изображена технологическая схема процесса стабилизации
газового конденсата.
39
Назначение установки – получение сухого газа (поток 5) с заданной
температурой точки росы, стабильного газового конденсата (поток 9) с
заданной концентрацией пропана, широкой фракции углеводородов.
Исходное сырье (поток 1) – головной нагнетательный поток из установки
дегидратации и демеркаптанизации – поступает в межтрубное
пространство кожухотрубчатого теплообменника-рекуператора 1, где
охлаждается за счет потока сухого газа 4, далее поступает в
теплообменник 2, где охлаждается до заданной температуры и частично
конденсируется. В сепараторе 3 происходит разделение на газовую (поток
4) и жидкую (поток 6) фазы. Жидкая фаза после дросселирования в 4
подается на разделение на верхнюю тарелку ректификационной колонны
5. С куба колонны отбирается стабильный конденсат (поток 9), с верха
колонны – широкая фракция углеводородов (поток 8).
рецикл
4
1
1
2
2
3
3
6
4
5
5
7
8
9
Рис. 3.3. Технологическая схема установки стабилизации газового
конденсата
Постановка задачи: При заданных параметрах сырья, спецификациях
аппаратов провести расчет материально-теплового баланса
рассматриваемого процесса.
Проектные требования:
− Наивысшая точка росы полученного газа (поток 5) должна быть
не более требуемого по варианту.
− Стабилизированный конденсат (поток 9) должен содержать %
массовый пропана не более требуемого по варианту.
Таблица 3.1.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]