ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Система автоматизированного проектирования (САПр) химических производств из "Методы кибернетики в химии и химической технологии Издание 3 1976" Применение методов кибернетики в химической технологии открывает возможность реализации системного анализа, когда при исследовании или организации производственного процесса, как системы, вся информация, полученная, начиная с лабораторных исследований (рис. 1-35), на опытных установках и при синтезе химико-технологических систем, последовательно накапливается,, обогащается и реализуется в виде алгоритмов на ЭВМ. На последнем этапе, после математического моделирования всей химико-технологической системы, обобщенная и систематизированная информация передается для использования при лроектировании-ХТС. Системный анализ является научной основой резкого сокращения сроков реализации лабораторных разработок в промышленности. Подводя итоги ранее изложенному л предыдущих главах, остановимся более подробно на отдельных этапах системного анализа. [c.103] На первом этапе — при лабораторных исследованиях — производится определение физико-химических характеристик процесса на уровне микрокинетических, или молекулярных, параметров. [c.103] На втором этапе — при макрокинетических иссле-.д о в а н и я X химико-технологических процессов на опытных, или пилотных, установках — изучают влияние на химическую кинетику таких факторов, которые проявляются при производственной реализации химического процесса, а именно, условия организации потоков реагентов и их перемешивания (учет типа предполагаемого промышленного аппарата), влияние тепловых и диффузионных эффектов в аппаратах. [c.106] Макрокинетические исследования начинают с выбора типа аппарата и его математической модели и опыты проводят на укрупненных опытных установках в условиях автоматизированного эксперимента. В настоящее время все многообразие химико-технологических аппаратов и протекающих в них процессов можно систематизировать по видам их математических моделёй (модели вытеснения, диффузионные, ячеечные и комбинированные). Под-тотовленность математического описания этих видов моделей позволяет составить полную математическую модель реального хи-мико-технологического процесса с учетом макрокинетических ограничений, полученных из конкретных промышленных условий протекания процесса. Сейчас для научного исследования всех типовых процессов химико-технологического производства подготавливаются библиотеки программ и алгоритмов их математических моделей. [c.106] В результате исследований на микро- и макроуровнях объективно формулируют все необходимые и достаточные условия для создания оптимального химико-технологического процесса. [c.107] На третьем этапе решаются задачи синтеза и анализа химико-технологических систем (ХТС), описанные выше. [c.107] Системный подход становится единственно возможным путе г научного исследования всех вновь разрабатываемых и совершенствуемых процессов. [c.107] Традиционные методы проектирования вручную не позволяют удовлетворить перечисленные требования, поскольку удается рассчитать лишь ограниченное число вариантов оборудования и схем. При этом на согласование отдельных частей проекта, выполнение графических работ и т. д. приходится затрачивать огромное количество времени. Если же учесть, что сроки проектирования химических производств ограничены и число проектных работ в химической промышленности все увеличивается, то, естественно, необходимо искать принципиально новые решения данной проблемы. [c.108] Необходимо подчеркнуть, что при построении САПр рассматривается не простой перевод проектных расчетов на ЭВМ, а решение комплексной проблемы, в фокусе которой находится процесс проектирования химических производств, использующий внешние обратные связи с НИИ и действующими химическими предприятиями. САПр — это сложная кибернетическая диалоговая система проектировщик — ЭВМ , состоящая из информационно-поисковых подсистем, а также подсистем взаимосвязей с научно-исследовательскими и проектными институтами и химическими предприятиями. [c.108] САПр включает комплекс быстродействующих ЭВМ и специальных периферийных устройств библиотеку программ информационно-математического обеспечения коллектив проектировщиков, осуществляющих процесс проектирования в режиме диалога с ЭВМ коллектив инженеров-исследователей и математиков-про-граммистов, обеспечивающих развитие и совершенствование указанной библиотеки программ и организующих связь с проектными, исследовательскими институтами и промышленными предприятиями. [c.108] Ввод исходной информации в ЭВМ осуществляют о помощью метода специальных карт или свободного формата. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки. При использовании метода специальных карт инженер-проектировщик должен только написать исходные цифры на соответствующем программном языке, при этом количество документов, вводимых в ЭВМ, очень невелико. В случае же применения метода свободного фермата инженеру необходимо помнить лишь несколько простых правил, чтобы уметь подготовить и записать исходные данные, давая им любые условные наименования. Ввод информации в ЭВМ с помощью свободного формата более гибок, однако он требует от проектировщика написания не только цифр, но и слов, что связано с большими затратами времени. [c.109] Для описания информации о технологической и информационной топологии ХТС можно использовать параметрический потоковый граф с систематической нумерацией всех ветвей и вершин, в соответствии с которой рассчитывают математические модели элементов ХТС. При исследовании влияния изменения структуры технологических связей между элементами на функционирование ХТС эта система довольно негибка. Более совершенным является такой метод описания технологической топологии, когда в параметрическом потоковом графе ХТС отдельно нумеруют входные и выходные потоки каждого элемента, а технологические связи задают посредством топологической матрицы ХТС. Наиболее удобный и перспективный метод представления технологической и информационной топологии ХТС в виде информационно-потоковых мультиграфов, использование которых особенно целесообразно при решении задач оптимизации. [c.109] Разработка эффективных и простых в обращении ПИИ возможна только на основе создания проблемно-ориентированного языка технологического проектирования ХТС. [c.110] ИПП позволяет получать необходимую для выработки оптимальных проектных решений информацию с учетом опыта эксплуатации действующих пронзБОДств и специфики конкретного района строительства нового предприятия. [c.110] Подсистема математического моделирования и оптимизации ХТС ПММ) состоит из следующих основных функциональных блоков библиотеки математических моделей типовых процессов химической (нефтехимической) технологии блока математических моделей элементов ХТС в форме модулей блока изменения технологической топологии ХТС блока оптимизации параметров технологических режимов и оценки экономической эффективности ХТС блока изменения конструктивных параметров элементов ХТС блока расчета материальных и энергетических балансов ХТС блока расчета стоимости продуктов производства блока эквивалентного преобразования единиц измерения физико-химических величин блока расчета физико-химических свойств те.чнологических потоков ХТС. [c.110] Принятие решения о точности разрабатываемых модулей зависит от того, исследуются отдельный элемент или система в целом. Например, можно получить точные результаты моделирования ХТС для стоимостных и экономических оценок проектируе.мой системы при использовании неточных модулей, соответствующих некоторым элементам системы, если эти модули незначительно влияют на точность расчета общей стоимости ХТС. [c.111] Требуемая точность математической модели для каждого элемента на начальной стадии проектирования не известна, поэтому целесообразно начать исследование с простых модулей и получить приближенное решение. Разработка более точных модулей, необходимых для отдельных элементов, зависит от имеющихся исходных данных, окончательной цели проектирования ХТС и чистоты использования (степени применимости) модуля при проектировании различных ХТС. Иногда физико-химические данные о технологических процессах настолько неточны, что создание точных модулей вообще не имеет смысла. Модули, которые часто используются при проектировании различных ХТС, должны быть построены таким образом, чтобы вычислительные операции при их моделировании занимали минимальное машинное время. [c.111] Поскольку цель проектирования заключается в предсказании процесса функционирования ХТС, нужно, чтобы можно было корректировать и экстраполировать параметры модулей применительно к изменяющимся условиям. Такую возможность имеют модули, построенные на основе физико-химических закономерностей технологического процесса. [c.111] При организации блока расчета физических свойств технологических потоков ХТС наиболее целесообразно, чтобы подпрограммы осуществляли математическую оценку физических свойств всех технологических потоков системы на основе минимального объема входной информации. Например, при заданных значениях относительной молекулярной массы, температуры кипения при нормальных условиях и плотности подпрограммы должны обеспечивать определение энтальпии и давления паров или оценку физических свойств химических соединений и смесей на основе теоретических и экспериментальных данных по различным регрессионным уравнениям. Указанные подпрограммы должны также обеспечивать нахождение зависимых параметров технологических потоков (теплоемкости, плотности и вязкости) как функций независимых параметров (массового расхода, покомпонентного состава, температуры и давления). [c.111] ОИП в некотором смысле моделирует работу руководителя-ко-ординатора, который направляет и организует процесс технологического проектирования всей ХТС в целом путем выдачи указаний, а также получения и обработки результатов от каждой группы инженеров, занимающихся технологическим проектированием отдельного элемента или подсистемы ХТС. [c.112] Вернуться к основной статье