ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Адаптационно-эволюционный метод из "Математические основы автоматизированного проектирования химических производств" Адаптационно-эволюционный метод проектирования оптимальных технологических схем химических производств основан на использовании стратегии декомпозиционного, эвристического и эволюци-онногб принципов синтеза ХТС. [c.188] Необходимо подчеркнуть, что на каждой стадии этого метода могут разрабатываться несколько возможных альтернативных вариантов информационных структур, операторных или технологических схем ХТС. Каждая стадия метода представляет собой взаимное чередование этапов синтеза и анализа ХТС. [c.188] Подробно рассмотрим характеристику и методологию всех стадий метода. [c.188] Рассмотрим алгоритм поиска оптимального маршрута химического синтеза заданного органического соединения исходя из определенного допустимого набора исходных веществ и с использованием известных реакций на основе применения топологической модели в виде двудольного графа химических превращений (ДГХП). [c.189] ДГХП отражает информационно-логическую структуру химической реакции, которая характеризуется связью между исходными и конечными соединениями рассматриваемой реакции. [c.189] ДГХП имеет множество вершин, состоящее из двух непересекающихся подмножеств— подмножества вершин, каждый элемент которого соответствует определенной химической реакции, и подмножества А — вершин, соответствующих как различным исходным соединениям, участвующим в химическом превращении, так и различным конечным соединениям, которые получены в результате данной химической реакции. [c.189] Ветви ДГХП отображают взаимосвязь между химическими реакциями и веществами, участвующими в данном химическом превращении. Вершины ДГХП типа еЛ, соответствующие веществам, которые вступают в данную Г химическую реакцию, имеют выходящие ветви, инцидентные вершине отображающей эту химическую реакцию. [c.189] Вершины ДГХП типа а.еЛ, которые соответствуют конечным соединениям, полученным в результате данной л химической реакции, имеют входящие ветви, инцидентные вершине г.е/ . Вершина г,е/ также символизирует запись различных возможных условий проведения реакций (растворитель, температура, давление, катализатор и т. п.) и соответствующих значений выхода реакций. Дугам ДГХП могут быть поставлены в соответствие некоторые числа, показывающие сколько одинаковых молекул данного исходного (или конечного) соединения вступает (или получается) в реакции. [c.189] соответствующий химической реакции Г1 01 + 02— аз+. -Ьа4, представлен на рис. V- ,а. [c.189] отображающие несколько различных конкретных реакций, в которых участвуют некоторые одинаковые соединения, можно совместить путем объединения между собой одноименных вершин типа йг Л, соответствующих одинаковым соединениям. Таким образом, получают объединенный ДГХП, называемый р-сетью, изображающей совокупность рассматриваемых конкретных реакций. [c.189] Объединением одноименных вершин типа а еЛ трех ДГХП, показанных сначала раздельно, получается р-сеть, включающая 3 реакции и 7 соединений. [c.190] Аналогичным образом вся совокупность конкретных известных реакций представима в виде некоторой обширной р-сети, отражающей всевозможные изученные процессы взаимных превращений органических соединений. В р-сети фигурируют как органические, так и неорганические соединения. Однако, как правило, в р-сеть неорганические соединения не включаются. [c.190] Соединения, отличные от исходных соединений химического синтеза и соответствующие вершинам а, А, из которых выходит хотя бы одна ветвь, называются промежуточными продуктами химического синтеза. Соединения, отличные от конечных соединений С, соответствующие вершинам й А, из которых не выходит ни одна ветвь, называются побочными продуктами химического синтеза. [c.190] Однако вышеприведенным условиям могут удовлетворять не только р-сети. имеющие вид дерева. В частности, если рассмотреть в целом р-сеть, показанную на рис. У- 1, г, не являющуюся деревом, то оказывается, что она удовлетворяет условиям, необходимым для диаграммы синтеза соединения ав из исходных соединений 02 и 07 с получением побочного продукта 04. Однако для того чтобы в соответствии с этой диаграммой приступить к синтезу Об. недостаточно располагать только соединениями 02 и о . Дело в том, что осуществление любой химической реакции возможно только при наличии всех соединений, являющихся исходными для данной реакции. В случае же трех реакций 1, 2 и 3, которым на диаграмме синтеза соответствуют вершины г, гг, Гз сУ , входящие я состав контура иь г аз Г2 а Гз а] , выполнение любой из них требует наличия соединения, которое (если ограничиться заданным составом исходных для синтеза соединений) в свою очередь может быть получено лишь на- более поздних этапах синтеза. [c.191] Таким образом, многократное повторение химического синтетического цикла тоже не решает в явном виде задачу превращения исходных соединений Ог и а в требуемое а и побочное а4, так как обязательно потребуется еще восполнение убытков еще одного вещества, в частности С1 (либо любого другого соединения, фигурирующего в контуре р-сети, в данном случае 03 или а ). [c.191] Аналогичным образом будет обстоять дело в случае любых диаграмм химического синтеза, включающих контуры. Синтезы по таким диаграммам с контурами могут представить практический интерес лишь в очень специальных случаях (хотя они очень важны, например, для биохимии, где биологически катализируемые реакции могут протекать со 100%-ным выходом) с точки зрения обычной лабораторной практики они не заслуживают внимания. [c.191] Поэтому диаграммы химического синтеза, которые содержат контуры, следует исключить из дальнейшего рассмотрения. Другими словами, диаграммы химического синтеза должны представлять собой ациклические графы. [c.191] Простой алгоритм решения задач такого рода заключается в переборе диаграмм синтеза, приводящих к требуемому соединению, и в сравнении их между собой. Естественный путь нахождения диаграмм синтеза заключается в обратном поиске по р-сети, т. е. в движении по р-сети в направлении, обратном направлению ветвей, начиная с вершины тииа а1 А, соответствующей заданному соединению С. [c.192] На первом этапе выбирают одну из ветвей, входящих в С, и выполняют операцию обратного движения на один шаг к вершине от которой выходит выбранная ветвь, и далее от нее обратно по всем ветвям, входящим в эту вершину ги ко всем вершинам йг А, соответствующим соединениям, вступающим в данную реакцию. [c.192] Все пройденные ветви и вершины отмечаются затем проверяется наличие непройденных ветвей, исходящих от только что отмеченной вершины Гг, и такие ветви также отмечаются вместе с висячими вершинами а А, которыми они оканчиваются. Такие висячие вершины ел соответствуют побочным продуктам реакции получения С. [c.192] Вернуться к основной статье