- •Д.В.Саулин математическое моделирование химико-технологических систем
- •Оглавление
- •Общая характеристика хтс
- •Понятие и связь хтп и хтс. Элемент хтс.
- •Рис 1.3. Операторная схема хтс-1
- •Типовые технологические операторы хтс.
- •Виды технологических связей между операторами.
- •Свойства хтс.
- •Задачи, решаемые при проектировании хтс.
- •Синтез хтс
- •Основные методы расчета хтс.
- •Интегральные и декомпозиционные методы расчета хтс.
- •Анализ структуры хтс
- •Представление хтс в виде графов, матриц и таблиц.
- •Определение оптимальной последовательности расчета хтс.
- •Детерминированные и статистические модели элементов хтс.
- •Основы построения детерминированных математических моделей элементов хтс
- •Основы построения статистических моделей элементов хтс
- •Основные программные продукты для расчета хтс.
- •Оптимизация хтс
- •Критерий оптимальности.
- •Аналитические и численные методы нахождения оптимума.
- •Список рекомендуемой литературы
Рис 1.3. Операторная схема хтс-1
Таким образом, в общем виде, как сама технологическая установка, так и каждый ее элемент (который также является технологической системой, но младшего иерархического уровня) могут быть изображены в виде схемы, представленной на Рис.1.4.
Рис.1.4. Принципиальная схема элемента (подсистемы) ХТС
В данном случае, к входным и выходным технологическим параметрам (X, Y) относятся параметры технологических потоков: температура, расход, состав, давление, теплота и т.д., к параметрам управления (U) – степень открытия заслонки, мощность двигателя компрессора и т.д., к параметрам установки (К) – текущую активность катализатора, активную поверхность теплообменника и т.д. Так как входные и выходные технологические параметры характеризуют потоки вещества и энергии, то, как для режима работы всей установки, так и для режима работы каждого ее элемента можно составить материальный и энергетический балансы. Таким образом, выходные технологические параметры будут четко зависеть от входных технологических параметров, параметров управления и параметров установки:
Y = f (X, U, K) [1.1]
В данном уравнении функция "f" характеризует протекающие процессы, которые с достаточной степенью точности могут быть отображены через совокупность физико-химических закономерностей протекающих процессов, и связывающих изменение температуры, давления, объема, концентрации и т.д. в этих процессах. Таким образом, каждый элемент ХТС представляет собой некую подсистему, являющуюся одновременно элементом ХТС.
С целью классификации элементов ХТС применяется иерархический принцип. Обычно различают четыре основных уровня иерархии элементов (подсистем) ХТС:
Типовые ХТП и их совокупность в масштабах машин и аппаратов;
Агрегаты и комплексы, представляющие совокупность типовых процессов в масштабах производств и их отдельных участков;
Совокупность производств в масштабе выпуска товарной продукции;
Химическое предприятие в целом.
Как было сказано выше, данное деление по уровням иерархии является условным, следовательно, в зависимости от конкретной задачи может появиться необходимость, например, рассмотреть типовые ХТП на уровнях подсистем их элементов (уровень ниже первого) или рассмотреть совокупность предприятий в региональном масштабе (уровень выше четвертого). Однако при переходе на другие уровни или при одновременном рассмотрении ХТС на различных уровнях одновременно, следует учитывать универсальные принципы построения элементов (подсистем) ХТС и их функционирования.
Типовые технологические операторы хтс.
Как было показано выше, существует множество иерархических уровней представления ХТС. Однако, при рассмотрении ХТС с целью ее расчета с составлением теплового и материального балансов, расчета и оптимизации ее элементов, рекомендуется использовать в качестве низшего уровня представления элементов ХТС типовые технологические операторы соответствующие первому уровню представления ХТС.
Из всего множества технологических процессов различают только СЕМЬ типовых технологических операторов, с использованием которых возможно синтезировать ХТС любой сложности.
Типовые технологические операторы обычно делят на основные технологические операторы и вспомогательные технологические операторы.
Основные технологические операторы |
Вспомогательные технологические операторы | ||
|
химическое превращение |
|
нагрева и охлаждения |
|
смешение |
|
сжатия и расширения |
|
разделение |
|
изменения агрегатного состояния вещества |
|
межфазный массообмен |
|
|
Различия между основными и вспомогательными операторами заключаются в том, что основные технологические операторы обеспечивают функционирование ХТС в требуемом целевом направлении, а вспомогательные – повышают эффективность функционирования системы путем изменения ее энергетического и фазового состояний.
Следует добавить, что математическое описание типовых технологических процессов достаточно хорошо представлено в специальной литературе и подробно изучалось в курсе "Моделирование ХТП".