Содержание к диссертации
ГЛАВА I. ОБЗОР СЩЕСОТЩЙХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА УСТАНОВОК
РЖТЖШАЦИИ ШОГОКОЖОНЕНШЫХ СМЕСЕЙ 9
Приближенные методы расчета ^
Моделирующие программы для расчета установок ректификации на ЗКЛ ^
1.3. Общие замечания 25
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ МІОГОКОЖОНЕНТНОЙ
РЕКТИФИКАЦИИ 26
2.1. їїарожждкостное равновесие в многокомпонентных
смесях 2&
Уравнение давления паров чистых компонентов 2?
Расчет коэффициентов активности для многокомпонентных смесей 29
2.2. Уравнения тепловых свойств многокомпонентных
смесей 36
Уравнения материальных и тепловых балансов. Общие и покомпонентные балансы тарелки, куба, конденсатора, колонны 38
Учет гидродинамической обстановки на ступенях разделения 40
2.5. Общие замечания ^9
ГЛАВА 3. ДИАЛОГОВАЯ СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ 'ТЖТШІЖАЦШ " 5І
Назначение и возможности системы моделирования ... ^
Общие принципы построения системы
Параллельно-последовательное проведение расчетов *
База данных свойств компонентов 5
Расчет составов по высоте колонны ^
0 - коррекция составов для комплекса колонн
«* з —
Стр.
Метод расчета температуры кипения на тарелках ^'
Диалоговое взаимодействие с системой моделирования *
Механизм страничной организации памяти ^9
Конструктивный расчет тарельчатых колонн 90
Выводы 98
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ РАТИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
ШІРОЛАКТАЇДА НА ЧЕРКАССКОМ П/0 "АЗОТ" "
Характеристика объекта моделирования 99
Математическая модель Ю6
Моделирование отделения ректификации -^
Результаты моделирования и рекомендации по организации оптимального режима работы отделения ректификации *27
ВЫВОДЫ 128
ЛИТЕРА ТУРА 129
БРИЛ ОШШ 139
Введение к работе
Одним из ключевых направлений в химической и нефтехимической промышленности в настоящее время является создание систем автоматизированного проектирования (САПР) сложных химико-технологических систем (ХТС). Разработка САПР направлена на создание стандартного математического обеспечения ЭВМ, позволяющего производить анализ, синтез и оптимизацию ХТС. В конечном итоге это должно привести к созданию автоматизированного рабочего места (АРМ) химика-технолога, предоставляющее ему требуемое математическое обеспечение из состава САПР.
САПР основывается на математическом моделировании процессов и аппаратов химической технологии. Научно-технический прогресс в химической промышленности привел к резкому возрастанию трудоемкости процесса проектирования и к неизбежному увеличению сроков разработки проектов. Появление более точных и, как правило, более трудоемких математических моделей изменило существовавшую практику проектирования, которая базировалась в основном на использовании опыта и интуиции химиков-технологов / I /.
Одним из направлений развития химической промышленности является создание аппаратов большой единичной мощности. Отклонение от оптимальных режимов при проектировании таких аппаратов приводит к большим экономическим потерям. Потери также связаны с практикой применения больших коэффициентов запаса, которые сами по себе не гарантируют желаемой работы ХТС в целом. Проектирование крупнотоннажных производств требует более точного и тщательного проектирования протекаїодих в них процессов. Решение данной задачи невозможно без привлечения современных ЭВМ и создания мощного программного обеспечения.
Сложность ХТО, многовариантность поиска оптимальной ХТС, итерационный процесс синтеза и анализа ХТС с одной стороны, и оснаще-'ние современных ЭВМ широкой номенклатурой внешних устройств ввода-вывода шформации (дисплеи, алфавитно-цифровые печатающие устройства, графопостроители и др.) с другой, позволяют в настоящее время перейти от организации моделирования в пакетном режиме к диалоговым системам / 2 /. Создание диалоговых систем имеет ряд преимуществ по сравнению с пакетными:
простота обучения химика-технолога обращению с системой;
возможность непосредственно вмешиваться в процесс решения с целью изменения тех или иных конструктивных и режимных параметров;
общение с системой на псевдо-естественном языке, понятном химику-технологу / 3-5 /;
управление отображением результатов моделирования в удобном для пользователя виде;
организация диалога пользователь-ЭВМ, позволяющего использовать результаты предыдущих расчетов и опыт проектировщика;
использование различных математических моделей по желанию пользователя из совокупности разработанного программного обеспечения.
Перечисленные преимущества позволяют с уверенностью сделать вывод, что развитие САПР в ближайшие годы пойдет по пути создания диалоговых моделирующих систем.
Процессы разделения многокомпонентных смесей являются одними из самых распространенных и сложных процессов химической технологии її используются как на стадиях предварительной подготовші сырья,
так и непосредственно в общей технологической схеме производства для разделения промежуточных продуктов и получения продуктов высокой степени очистки. Эти процессы являются одними из самых энерго-
емких и их эффективность часто определяет качество продуктов и экономику производства в целом. На современных химических заводах капитальные вложения в процессы разделения достигают в среднем 2Ъ% от сметной стоимости производства, а энергетические затраты на процессы разделения составляют 50% и выше от сєбєстоішости продукции / 6-8 /.
Работы по созданию пакетов прикладных программ и диалоговых систем моделирования процессов многокомпонентной ректификации интенсивно ведутся в настоящее время как в нашей стране,так и за рубежом / 3-15 /. Однако, в силу того, что большинство програші не обладает достаточно широкими возможностями, программное обеспечение ряда систем, особенно зарубежных, недоступно для практического использования, а также вследствие появления в последнее время более точных математических моделей и эффективных алгоритмов расчета, поставленная задача требует дальнейшей разработки. В связи с этим разработка диалоговой системы моделирования процессов разделения многокомпонентных смесей методом ректификации несомненно является актуальной и тлеет важное практическое значение.
При разработке диалоговой системы моделирования 'РЕКТИФИКАЦИЯ" были использованы основіше идеи и алгоритмы разработанной ранее на кафедре Вычислительной Техники ЖТй им. Д.И.Менделеева системы моделирования "ДЖТІШЩШ" и реализованной на ЭВМ "Минск-32" / 9 /. Отличительной особенностью системы "РКШШЖАЦИЯ" является реализация широких диалоговых возможностей системы, использование более современных математических моделей, дальнейшее совершенствование алгоритмов расчета.
Работа выполнялась в соответствии с планом важнейших работ ГКНТ при СМ СССР по целевой комплексной научно-технической программе 0.Ц.0І4 на І98І-І985 годы, утвержденной ЖНТ, Госпланом и Президиумом АН СССР.
Цель работы. В настоящей работе решались следующие задачи:
разработка диалоговой системы моделирования процессов разделения многокомпонентных смесей методом ректификации. Система предназначена для моделирования как одиночных колонн, так и комплексов колонн с любым количеством вводов питания и отборов выходных продуктов, произвольным образом соединенных материальными потоками, включая рециркулируемые потоки;
разработка и реализация диалоговых средств системы, ориентированных на химика-технолога, не являющегося специалистом в области вычислительной техники и языков программирования;
всесторонняя проверка системы моделированием отделения ректификации производства капролактама на Черкасском п/о "АЗОТ".
Научная новизна. В работе предлагаются новые алгоритмические решения моделирования процессов разделения многокомпонентных смесей (метод расчета температуры кипения смесей, модификация алгоритма расчета составов по высоте колонны, модификация алгоритма обращения матрицы в О - коррекции составов).
Разработан диалоговый реяаам моделирования, позволяющий взаимодействовать с системой на этапе подготовки задания на моделирование, в процессе расчета, на этапе отображения результатов моделирования.
Разработано системное математическое обеспечение, автоматизирующее подключение модулей пользователя и механизм страничной организации оперативной памяти.
Практическая ценность.
Создано программное обеспечение диалоговой системы моделирования процессов разделения многокомпонентных смесей методом ректификации "ШШШЖАЦИЯ", которое реализовано на ЕС ЭВМ и ЭВМ J6M/370;
разработанная диалоговая система вошла в состав САПР в Го-
сударственном научно-исследовательском и проектном институте азотной промышленности и продуктов органического синтеза (ГИАЇЇ) в качестве стандартного математического обеспечения для расчета процессов ректификации;
- с помощью разработанной системы моделирования проведено исследование отделения ректификации производства капролактама на Черкасском п/о "АЗОТ". Ожидаемый экономический эффект от внедрения полученных результатов составит 123 тыс.рублей в год.
