1. Формализация структур хтс

1. Информационные потоки

Под информацией понимается множество значений переменных процесса, необходимых для его описания на любой стадии процесса. Информация может передаваться от места к месту не только через физические потоки, но и через линии управления, поверхности теплообмена и по любому другому механизму, который изменяет или фиксирует переменные потока. Изучение информационных потоков важно при наличии в процессах рециклов, поскольку при отсутствии рециклов блоки можно вычислять один за другим без итераций.

Поток вещества в трубах представляет собой поток информации между технологическими аппаратами, которые производят физические или химические изменения в потоках веществ и являются преобразователями информации. Эта концепция используется при моделировании химических производств.

Информационным потоком называется любая связь между вычислительными блоками, в которой значения переменных или информация, необходимая для описания его состояния, не изменяются.

Переменные потока - это величины, на основании которых точно определяется состояние потока для целей моделирования. Типичное множество переменных потока обычно включает температуру, давление, скорость потока каждого компонента, состав жидких реагентов, расход насыщенного пара и т.п. Тем не менее температура охлаждающей жидкости или давление на приборах пневмомагистрали - это может быть все, что необходимо. Для удобства в число переменных потока можно ввести такие дополнительные величины, как общая энтальпия или общий поток, которые можно рассчитать по другим переменным потока. Поток считается «известным» в том случае, если он является питающим, если его переменные вычислены как выходы некоторых блоков или если он принят заданным.

2. Вычислительные блоки

Вычислительная процедура, которая показывает, что происходит в аппарате, называется вычислительным блоком. Обычно существует взаимно однозначное соответствие между вычислительными блоками и соответствующими технологическими блоками. Например, на рис. 1.1 вычислительный блок 3 (смеситель) рассчитывает на основе входной информации, которую несут потоки 3 и 8, выходные условия (переменные потоков) в потоках 4 и 5.

Вычислительный блок в общем представляет собой совокупность математических операций для расчета выходной информации на основе заданной входной информации. Таким образом, вычислительный блок представляет собой «преобразователь информации», который получает ее от входных потоков, преобразует ее и снабжает преобразованной информацией выходные потоки.

Примерами таких блоков являются насос (преобразователь давления), теплообменник (преобразователь температуры), реактор (преобразователь состава путем химических превращений) и абсорбер (преобразователь состава физическими способами).

Инженер может использовать набор технологических блоков для создания новых процессов путем соединения вычислительных блоков и расчета процесса по аналогии со строительством блочных зданий.

Модульность означает, что каждый вычислительный блок должен быть записан так, чтобы расчет внутри блока не зависел от источника входящей информации и характера использования выходящей информации. Программисту необходимо знание некоторых согласованных правил, определяющих, какая информация известна и какая подлежит расчету перед тем, как он будет записывать любой вычислительный блок.

Каждый вычислительный блок соответствует одному технологическому блоку, например вычислительный блок теплообменника, вычислительный блок реактора и т.д. Поэтому создается библиотека блоков, представляющая большую часть технологических блоков, применяемых затем к множеству процессов, которые могут быть быстро смоделированы путем соединения соответствующих вычислительных блоков.

Если режимы функционирования отдельных аппаратов значительно отличаются друг от друга необходимы библиотеки моделей для отдельных блоков и алгоритмы их идентификации.

Можно по-разному записывать вычислительные блоки: запись может быть общей или частной, приближенной или точной, основанной на фундаментальных или статистических соотношениях. Поэтому, важен способ выбора модели для вычислительного блока, из имеющийся библиотеки.

Потоки, идущие в смеситель, несут информацию о скорости течения и составе. Смеситель преобразует эту информацию и выводит ее в выходные потоки. Тогда поток можно рассматривать, как носитель информации, а аппарат - как преобразующий ее элемент.

Тогда при условии, что информация передается между блоками в согласованной форме, любой вычислительный блок может быть связан с любым другим вычислительным блоком. Это аналогично согласованию при использовании стандартных электротехнических розеток и вилок, так, что любой электрический прибор можно связать с любым другим электрическим прибором. Более того, данный вычислительный блок можно использовать для нескольких отличающихся друг от друга аппаратов одного типа в такой же технологической схеме. В результате этого достигается значительное уменьшение усилий, необходимых для программирования.

Смешение - простой технологический процесс.

Смеситель считают типичным элементом процесса с рециклом. Предполагается, что в каждом таком смесителе перемешивание достаточно интенсивно для того, чтобы состав выходящих потоков был точно таким, как и содержимого резервуара. Смеситель может не только соединять все входящие потоки в однородную смесь, но и разделять выход на два потока. Следует отметить, что смеситель может быть использован для смешения или разделения потоков таким образом, чтобы все выходные потоки имели одинаковый состав и температуру. Относительное количество жидкости в выходных потоках можно изменять. Обычно предполагается, что смеситель работает в установившемся режиме, т.е. в резервуаре не происходит накопление продукта.

Если расходы и составы входящих потоков известны и доля каждого выходного потока в общем выходном потоке точно определена, то каждый выходной поток можно вычислить с помощью простого материального баланса. Следует отметить, что точно так же, как физический резервуар одновременно «решает» материальные балансы для каждого компонента, модель резервуара «решает» одновременно уравнения материального баланса.