Основные сведения о подходах к исследованию и проектированию ХТС. <...> Упражнение. прямого присвоения подбора прямого технологической схемы . <...> 194 пропан5 ВВЕДЕНИЕ Под химико-технологической системой (ХТС) понимается совокупность аппаратов химической технологии, взаимосвязанных материальными и энергетическими вводимые потоками, в с целью максимального которой осуществляется переработка сырья в промежуточный или конечный продукт. <...> Создание ресурсо-, энергосберегающих технологий привело к широкому распространению замкнутых ХТС. <...> Эта задача часто называется расчетом стационарного режима ХТС (или просто расчетом ХТС). <...> Задача оптимизации ХТС находит оптимальные режимы функционирования как отдельных аппаратов, так и ХТС в целом. <...> ; 6 физико-химических свойств веществ и их смесей (парожидкостного равновесия, плотности, вязкости, теплоемкости, технологии, включающие эффективные методы их расчета; 4) программные средства, обеспечивающие формирование моделируемой технологической схемы из математических моделей отдельных аппаратов; 5) программы алгоритма структурного анализа, предназначенные для определения последовательности расчетов элементов ХТС; 6) программы методов решения системы нелинейных уравнений, к которым сводится расчет материально-теплового баланса замкнутой ХТС; 7) программы методов оптимизации, предназначенные для поиска оптимальных режимов работы и оптимальных конструктивных параметров как отдельных элементов ХТС, так и ХТС в целом; 8) программы моделирования динамических режимов отдельных аппаратов технологических схем, которые позволяют собрать и испытать схему регулирования, исследовать переходные режимы, получить представление о реально работающем процессе; 9) интерактивные средства для взаимодействия пользователя с перечисленными программами, которые обеспечивают удобство вводавывода информации, наглядность представления исходной информации и результатов <...>
Системный_анализ_химико-технологических_процессов_с_использованием_программы_ChemCad._Учебно-методическое_пособие.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
Н.Н. Зиятдинов, Т.В. Лаптева, Д.А. Рыжов, Н.Ю. Богула
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ CHEMCAD
Учебно-методическое пособие
Казань
КГТУ
2009
Стр.1
УДК 66.004
Зиятдинов Н.Н.
Системный анализ химико-технологических процессов с
использованием программы ChemCad: учебно-методическое пособие /
Н.Н. Зиятдинов, Т.В. Лаптева, Д.А. Рыжов, Н.Ю. Богула. – Казань : Изд-во
Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 212 с.
ISBN 978-5-7882-0806-0
В пособии приведены основные определения, используемые при
анализе и синтезе химико-технологических
систем. Даны
формализованные постановки задач анализа, оптимизации и синтеза
химико-технологических систем. Изложены сведения о подходах к
решению перечисленных
задач с использованием моделирующей
программы ChemCad. Описаны этапы моделирования и приемы работы с
программой. Излагаемый материал сопровождается вопросами для
самопроверки и упражнениями для его усвоения.
Предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих
дисциплины «Системный анализ ХТП и систем» специальности 240803,
«Анализ ХТП с применением моделирующих программ» специальности
220301.65, «Применение ЭВМ в инженерных расчетах» направления
240400, а также магистрантов, аспирантов, слушателей курсов повышения
квалификации, преподавателей и сотрудников, желающих освоить методику
работы с моделирующими программами.
Подготовлено на кафедре системотехники.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского
государственного технологического университета.
Рецензенты
проф. А.Г. Лаптев
проф. В.Н. Шарифуллин
ISBN 978-5-7882-0806-0
©Зиятдинов Н.Н., Лаптева Т.В.,
Рыжов Д.А., Богула Н.Ю., 2009
©Казанский государственный
технологический университет, 2009
Стр.2
Содержание
Введение.......................................................................................................6
1. Основные сведения о подходах к исследованию и проектированию
ХТС...............................................................................................................9
1.1. Эффективность функционирования ХТС, свойства ХТС.................9
1.2. Понятие о моделируемой схеме........................................................11
1.3. Формализованная постановка задач расчета и оптимизации и ХТС
.....................................................................................................................12
1.3.1. Математическая модель ХТС.........................................................12
1.3.2. Постановки задач расчета ХТС......................................................13
1.3.3. Постановка задачи оптимизации ХТС..........................................15
1.3.4. Постановки задачи оптимального синтеза ХТС...........................16
1.4. Расчет ХТС..........................................................................................16
1.4.1. Структурный анализ ХТС...............................................................16
1.4.2. Методы расчета комплекса.............................................................18
1.5. Оптимизация ХТС..............................................................................20
1.6. Оптимальный синтез ХТС.................................................................27
1.7. Вопросы для самопроверки ...............................................................30
2. Общие сведения о моделирующей программе ChemCad ..................32
2.1. Загрузка и завершение работы с программой ChemCad.................33
2.2. Использование справочной системы ChemCad ...............................34
2.3. Структура рабочего окна ChemCad ..................................................34
3.Моделирование технологического процесса ......................................36
3.1. Создание нового файла технологической схемы.............................36
3.2. Выбор технических размерностей ....................................................37
3.3. Упражнение. Создание нового задания............................................39
3.4. Выбор компонентов............................................................................42
3.5. Упражнение. Выбор компонентов ....................................................44
3.6. Выбор термодинамических моделей ................................................44
3.7. Упражнение.
Выбор
моделей
расчета
3.8. Построение технологической схемы................................................53
3.9. Упражнение.
термодинамических свойств смеси........................................................52
Размещение
технологической схемы ..........................................................................56
3.10. Изображение потоков на технологической схеме.........................57
пиктограмм
3
Стр.3
3.11. Упражнение.
3.12. Задание
Соединение
потоков
технологической схемы .........................................................................58
параметров
3.14. Ввод параметров оборудования ......................................................60
3.15. Упражнение.
Ввод
параметров
спецификаций
сходимости
для
3.17. Упражнение. Задание параметров сходимости............................102
3.18. Запуск программы моделирования .............................................. 103
3.19. Упражнение. Моделирование технологической схемы............. 104
3.20. Вопросы для самопроверки .......................................................... 105
4. Интерактивный просмотр результатов............................................. 106
4.1. Просмотр с помощью меню Results (Результаты) ........................ 106
4.2. Просмотр результатов с помощью меню Plot (График)............... 109
4.3. Упражнение. Просмотр результатов расчета................................ 121
4.4. Составление отчета.......................................................................... 122
4.5. Упражнение. Формирование отчета .............................................. 130
4.6. Вопросы для самопроверки ............................................................ 131
5. Исследование чувствительности....................................................... 132
5.1. Формирование анализа чувствительности.................................... 132
5.2. Выполнение анализа чувствительности ........................................ 134
5.3. Просмотр результатов анализа чувствительности ...................... 134
Исследование
5.4. Упражнение.
6.1. Контроллер
6.3. Упражнение.
прямого
присвоения
подбора
прямого
технологической схемы ....................................................................... 136
5.5. Вопросы для самопроверки ........................................................... 138
6. Использование контроллеров............................................................ 139
переменной технологической схемы.................................................. 141
6.2. Контроллер
6.4. Упражнение. Контроллер подбора значения переменной........... 146
6.5. Упражнение. Контроллер подбора значения переменной........... 147
4
значения
значения
переменной технологической схемы.................................................. 142
Контроллер
присвоения
значения переменной ........................................................................... 144
пиктограмм
питания
и разрываемых потоков..........................................................................58
3.13. Упражнение. Задание параметров потоков питания .....................60
технологической схемы .........................................................................95
3.16. Выбор
аппаратов
расчета
схем с рециклами....................................................................................99
чувствительности
Стр.4
6.6. Упражнение.
Моделирование
колонны для разделения пропан-пропиленовой фракции................ 150
6.7. Упражнение. Моделирование
установки
ректификационной
получения
водно-гликолевого раствора гидратацией оксида этилена............... 155
6.8. Вопросы для самопроверки ........................................................... 162
7. Оптимизация стационарных режимов процессов............................ 163
7.1. Задание критерия оптимальности.................................................. 165
7.2. Поисковые переменные................................................................... 166
7.3. Ограничения на зависимые переменные процесса....................... 168
7.4. Настройка метода решения задачи оптимизации......................... 169
7.5. Решение задачи оптимизации......................................................... 170
режима
7.6. Упражнение. Оптимизация
работы
пропиленовой колонны....................................................................... 171
7.7. Вопросы для самопроверки ............................................................ 178
Библиографический список................................................................... 179
Приложения............................................................................................. 180
Приложение
1.
Описание
панели
рабочего окна ChemCad ......................................................................... 180
Приложение 2. Описание элементов
констант
фазового
инструментов
палитры моделей
оборудования Main Palette ..................................................................... 183
Приложение 3. Рекомендации по использованию моделей
расчета
равновесия
и моделей расчета энтальпии ................................................................ 191
Приложение 4. Контрольные задания по моделированию колонны для
разделения изобутан-бутановой фракции............................................ 194
пропан5
Стр.5