ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принципы решения задач анализа и синтеза ХТС из "Химико-технологические системы" Производственные процессы в химической, нефтехимической промышленности и родственных им отраслях (металлургия, производство строительных материалов, легкая, текстильная и пищевая промышленности и некоторые другие) характеризуются большим разнообразием выпускаемой продукции и, как правило, большой сложностью. Общая, характерная черта всех этих процессов состоит в том, что для превращения исходного сырья или полупродукта в целевой конечный продукт необходимо сравнительно большое число функционально различных ступеней переработки. Для целенаправленного протекания этих процессов в отдельных ступенях необходимы различные виды энергии, вспомогательных веществ и информации. Процессы химической технологии отличаются большим ассортиментом продуктов, которые можно получить из одного и того же сырья, большим разнообразием путей, которыми можно получить один и тот же продукт и динамикой обновления как ассортимента, так и технологических процессов. [c.5] Условия протекания отдельных стадий могут быть весьма различными от высоких температур (несколько тысяч градусов) в случае плазмохимического производства карбида кальция, до очень низких температур при криогенном разделении воздуха и от высоких давлений при производстве аммиака и метанола, до низких — в процессах вакуумной перегонки. [c.5] Производственные процессы химической технологии, как правило, сильно связаны как между собой, так и с другими отраслями народного хозяйства. Эти связи обусловлены сырьевой базой, продуктами производства, различными видами энергии, транспортными коммуникациями, информацией. [c.5] Несмотря на большие качественные и количественные разнообразия отдельных технологических процессов, их различные масштабы, различие продуктов, условий протекания и т. д., все они имеют общие свойства, а именно являются структурно сложными, состоящими из отдельных частей перерабатывают вещество, энергию, информацию и, кроме того, связаны с другими, соседними производствами. [c.5] Используя терминологию общей теории систем, такие технологические комплексы можно назвать сложными системами в нашем рассматриваемом случае — химико-технологическими системами (ХТС). [c.5] АВТ — атмосферно-вакуумная трубчатка пиролиз бензина для получения этилена полимеризация этилена переработка полиэтилена в готовые изделия. [c.6] Типовой процесс (элемент Ректификационная колонна, тепло-системы) обменник, реактор. [c.6] Как правило, типовые процессы (элементы), т. е. гидродинамические, теплофизические, массообменные, химические, биологические и другие, рассматривают как элементарный (нижний) уровень иерархии, не подлежащий дальнейшему расчленению при конкретном рассмотрении системы. [c.6] ХТС характеризуются структурой (топологией), т. е. составом элементов и нх взаимными связями. Отличительная черта современных ХТС — большое количество внутренних связей, в том числе и обратных (рециклических), которые обусловлены необходимостью более полного использования сырья, вторичных энергоресурсов и стремлением к созданию более гибких ХТС. ХТС — это открытые системы, т. е. они связаны с внешней окружающей средой так называемыми входами и выходами системы для обмена сырьем, продуктами, энергией и информацией. [c.6] Под анализом ХТС понимают исследование данного производства с целью выявления его структуры (элементов, иерархических уровней, входов и выходов системы) и режимов его функционирования. Важнейшими задачами при этом, кроме декомпозиции (разделение на составные части), являются моделирование элементов и структур, а также расчет параметров выходов ХТС по заданным параметрам входов и при известных математических описаниях элементов ХТС. Под синтезом ХТС понимают создание такой структуры, и выбор таких элементов ХТС, чтобы она обеспечивала преобразование заданных входных потоков в заданные выходные потоки системы некоторым наилучшим (оптимальным) образом. [c.7] Под управлением мы понимаем здесь лишь некоторые специальные аспекты общей проблемы управления выявление задач управления и координирования в сложных ХТС синтез алгоритмов управления реализация их при помощи управляющих вычислительных машин (УВМ) и микропроцессоров. [c.7] Формализация ХТС как объекта и методов его исследования (анализ, синтез, управление) — основа для создания единой методики исследования, применения хорошо разработанных методов и алгоритмов теории систем, системотехники, технической кибернетики, математики, а также для разработки новых специальных методов исследования, анализа и синтеза ХТС. Цель такого подхода — выявление закономерностей функционирования и устройства ХТС, выяснение принципов, лежащих в основе оптимальных ХТС, определение резервов, имеющихся в конкретной ХТС, надежная эксплуатация системы, а также создание новых высокоэффективных ХТС, отличающихся высокой надежностью, низкими капиталовложениями, полным использованием сырья, низкими энергозатратами, эффективным использованием вторичных энергоресурсов и т. д. [c.7] Заданы значения входных величин и структура ХТС. Необходимо найти значения выходных величин и свойства ХТС. [c.7] Заданы значения входных и выходных величин. Требуется найти оптимапы1ую структуру ХТС, реализующую преобразование X в У. [c.7] Введенная в разд. 1.1 многоуровневая структура ХТС дает основу не только для формальной декомпозиции и систематизации многообразия существующих ХТС, но и ключ к решению задач анализа и синтеза на отдельных уровнях иерархии. Ниже мы даем краткое описание каждого уровня иерархии, а также некоторых задач, характерных для каждого уровня. [c.8] Характерная черта современной химической промышленности — многосвязность ее элементов(подотраслей) со сравнительно небольшим числом отдельных видов сырья, например, с нефтью, природным газом, каменной солью и т. д. н полупродуктами, например, с аммиаком, этиленом, серной кислотой и другими, а также с энергоносителями. При этом химическая промышленность является не только крупным потребителем энергии различных видов (электрической, тепловой), но и крупным производителем различных видов энергии, т. е. ХТС — своеобразный энерготехнологический комплекс (рис. 1.2). [c.8] Элементы этого уровня иерархии — комбинаты или отдельные производства — связаны между собой и окружающей средой подсистемами для транспорта сырья, энергии, полупродуктов и продуктов. Они также содержат подсистемы для хранения сырья, продуктов и т. п. Общая структура такой системы показана на рис. 1.3. [c.8] Характерными для систем этого уровня иерархии являются подсистемы с большой единичной мощностью, что приводит к относительному снижению капиталовложений в промышленные установки. Возможные отрицательные последствия при внеплановой остановке таких подсистем можно предупредить путем включения соответствующих промежуточных хранилищ для полупродуктов или продуктов. Кроме того, транспортные подсистемы (например, трубопроводы) позволяют выбрать оптимальные места расположения эт х объектов (подсистем переработки сырья вблизи места нахождения сырья, получения конечных продуктов вблизи потребителей). ХТС этого уровня охватывает химическую промышленность не только одной страны, но и нескольких стран например, нефтепровод Дружба связывает СССР с другими странами. [c.8] Важные задачи решаются на этом уровне иерархии (вследствие сильной связности подсистем) оптимальное распределение ресурсов, особенно тогда, когда существуют альтернативные варианты определение мощностей новых подсистем время их ввода в эксплуатацию выбор типа технологии для производства новых продуктов. [c.8] Аналогичные модели можно построить и для других балансовых величин (энергии, стоимости). Используя соответствующую целевую функцию, можно найти требуемые оптимальные решения (см. гл. V). [c.11] Вернуться к основной статье