ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перспективы использования метода математического моделирования и электронно-вычислительной техники на стадии проектного исследования из "Проектные исследования химических производств" Одну из основных задач проектного исследования — выбор метода производства — решают путем рассмотрения вариантов, по которым может осуществляться данный технологический процесс. Разработка вариантов требует выполнения большого числа технологических расчетов, связанных с подготовкой данных, характеризующих метод (расходные коэффициенты оо сырью и энергии, составы и количества сточных вод и отходов, капитальные затраты, себестоимость готового продукта и т. п. подробнее см. рис. 4). Выполнение расчетов по вариантам — работа трудоемкая и длительная. Если учесть, что в каждом конкретном методе оформление больщинства стадий возможно различными способами, то объем расчетов может возрасти до очень больших размеров. Поэтому при выполнении проектных исследований приходится ограничиваться числом реально выполнимых расчетов, необходимых и достаточных для обоснованного выбора метода. [c.184] Один из возможных путей значительного снижения трудоемкости п продолжительности расчетов —использование метода математического моделирования и электронно-вычислительной техники [89, 90]. Правда, на этом пути встречаются значительные трудности. Однако таким путем, возможно, удастся получить объем информации, необходимый для характеристики новых технологических процессов и обоснованного выбора метода производства. [c.184] Использованию электронно-вычислительной техники предшествует составление математической модели рассчитываемого объекта и составление (или подыскание готовой) программы. Наибольшие трудности встречаются при обсчете комплексных технологических схем, особенно при расчете процессов и оборудования химических производств, для которых характерна многоста-дийность технологического процесса и длинная аппаратурно-технологическая схема. Поэтому создание алгоритма комплексной многостадийной технологической схемы представляет собой трудную задачу. Это сужает возможности применения ЭВМ на стадии проектных исследований. В ряде случаев при выполнении проектных исследований проще и быстрее производить технологические расчеты ло укрупненным показателям без предварительного кодирования большого объема исходной информации. [c.185] Математическая модель дает возможность [91] изучить путем ее деформации а машине влияние большого числа факторов на конечные результаты процесса. Электронно-вычислительная техника позволяет в короткий срок выполнить большой объем расчетов и соответственно проанализировать большое число вариантов. Например, для обычного потарелочного расчета ректификационной колонны из 150 тарелок требуется несколько человеко-дней. С помощью ЭВМ этот расчет может быть выполнен за несколько минут [92]. Расчет теплообменника с выбором оптимального варианта может быть проведен за 1—1,5 мин. [c.185] При разработке проектных исследований часто приходится сравнивать варианты ведения процесса, различающиеся между собой свойствами исходного сырья. В этом случае в первую очередь представляет интерес определить изменение выхода готового продукта в зависимости от изменения свойств и состава исходного сырья. В ряде случаев для этих целей уже имеются соответствующие программы, позволяющие очень быстро получить ответ с помощью ЭВМ. [c.185] Как правило, на стадии проектных исследований объем информации крайне ограничен, особенно по тем методам, перспективность которых сомнительна, но необходимо получить их количественную характеристику. В этом случае большую пользу может оказать возможность расчета с помощью ЭВМ физико-химических свойств индивидуальных веществ и их смесей. Существует ряд программ, позволяющих вычислить относительную молекулярную массу, плотность, теплоемкость, теплопроводность, теплоту парообразования, вязкость, температуру кипения, точку росы, давление пара [92, 93]. Имеются программы, с помощью которых можно находить физико-химические величины и равновесные состояния систем в широком диапазоне температур и давлений. [c.186] Математическое моделирование может дать ощутимые положительные результаты в процессе унификации технологии малотоннажных производств. Совпадение моделей, возможность их сближения позволяет унифицировать ряд малотоннажных производств, эффективнее использовать существующее оборудование, а в ряде случаев — отказаться от строительства новых установок. [c.186] На некоторых производствах имеются успехи в области математического формулирования комплексных технологических схем и их расчетов на ЭВМ. Например, рассчитывают комплексную технологическую схему переработки нефти [93], предусматривающую обессери-вание нефти, первичную переработку обессеренного продукта, гидрокрекинг и ряд последующих операций. Расчет ведут методом расчленения комплексной технологической задачи на ряд локальных подзадач, связанных с расчетом отдельных процессов, емкостных аппаратов, теплообменников, реакторов, ректификационных колонн, насосов и т. д. [c.186] Как правило, при расчете комплексных технологических схем создается основная программа расчета материального и теплового балансов технологических схем, близких по типам процессов. Программы для расчета комплексных технологических схем охватывают ряд программ, представляющих собой математическую модель отдельных процессов и агрегатов. Связь между основной я частными программами отражается на блок-схеме. [c.187] Оптимизация технологического процесса производится по основным синтетическим показателям, в качестве которых могут быть использованы суммы капитальных затрат и себестоимость готового продукта. Выбор оптимального варианта производится последовательно в несколько этапов. ЭВМ может решить задачу выбора оптимального варианта по какой-либо определенной оценочной функции. Однако программа не учитывает все ситуации, которые могут возникнуть в реальной жизни, поэтому в большинстве случаев выбор оптимального варианта остается за инженером. ЭВМ освобождает его только от большого объема трудоемких и утомительных расчетов [92]. [c.187] Входными данными при расчете комплексных технологических схем являются физико-химические и термодинамические свойства исходных, промежуточных и конечных продуктов, технологическая схема потоков, параметры основных технологических процессов, материальные соотношения, характеристика оборудования, предназначаемого для использования в производственном процессе. [c.187] Для расчета каждого из указанных аппаратов необходимо вводить в программу определенный набор данных. Так, входными данными для расчета ректификационных колонн являются физико-химические и термодинамические свойства компонентов, состав и количество питания, рабочее давление, к. п. д. тарелок, флегмовое число, требуемая степень разделения, коэффициенты теплопередачи, расположение вводов питания и флегмы и т. д. [c.188] Области применения программ ограничены. Например, некоторые программы для расчета ректификационных колонн ограничены ч ислом компонентов в смеси. Рабочий диапазон температур также ограничивается. Ряд программ ограничивается диапазоном давлений. [c.188] В результате расчета колонны на ЭВМ представляется возможным определить число теоретических тарелок, необходимых для разделения смеси, минимальное флегмовое число, составы продуктов разделеиня и их физические свойства, материальный и тепловой балансы, температурный профиль колонны, размеры поверхностей теплообмена определить расходы пара и воды, стоимость колонны, рассчитать производительность и напор насосов для подачи питания, флегмы и удаления кубового остатка, а также выполнить механический расчет колонны и рассчитать ее стоимость. [c.188] Входными данными для расчета теплообменников на ЭВМ являются температуры потоков, давления, размеры трубок, конструкции и материал аппарата. В результате расчета теплообменника на ЭВМ определяют механические характеристики аппарата, размеры кожуха, крышек, трубной решетки, фланца, оптимальное число труб, их длину, количество охлаждающего или греющего агента и т. п. [c.188] Применение электронно-вычислительной техники должно быть строго обосновано. До сих пор стоимость ЭВМ и машинного времени высоки. [c.189] Составление программ требует значительных затрат труда и времени — от нескольких человеко-недель до нескольких человеко-лет. Например, составление программы для расчета комплексной технологической схемы производства акролеина окислением пропилена [93] потребовало девять человеко-месяцев работы опытных программистов. Стоимость машинного времени и составление программы обошлись в несколько тысяч фунтов стерлингов. Следует учитывать, что оптимизацию проекта обычными методами проектирования выполнить было невозможно. Поэтому составление программ экономически оправдано только для решения крупных и сложных, часто повторяющихся задач. Этой же цели служит создание универсальных программ, пригодных для решения нескольких задач и позволяющих в ряде случаев без больших затрат труда и времени приспособить их для решения новых частных задач. [c.189] В начале всякой работы, предусматривающей использование электронно-вычислительной техники, необходимо выяснить, имеется ли готовая программа для решения данной конкретной задачи, и если нет, то можно ли приспособить одну из существующих программ. Если и это нельзя, то следует выяснить экономическую целесообразность составления новой программы. Возможно, время и силы на ее составление не окупятся. Тогда выгоднее провести расчеты обычным методом, учитывая, что проектные исследования в большинстве случаев выполняют по предварительным лабораторным данным, когда большой точности ожидать не приходится. Кроме того, для выполнения проектных исследований в ряде случаев имеется значительный объем исходной информации, подготовленной в виде укрупненных показателей. Подробно об этом было сказано в предыдущих главах. [c.189] Вернуться к основной статье