Пример. Оптимальное проектирование теплообменника.

При заданных входной и выходной температурах и расходе горячего теплоносителя, температуре холодного теплоносителя, требуется найти такие значения расхода холодного теплоносителя и площадь теплообменника при которых суммарные затраты будут минимальны.

Пример. Оптимальное проектирование системы реакторов.

Задача проектирования (синтеза) оптимальных химико-технологических систем является многовариантной. Проектируемая система может иметь различное топологическое и аппаратурное оформление. Задача проектировщика заключается в выборе из множества технологических схем наилучшей, с точки зрения принятого критерия оптимальности.

Пример. Многовариантность при проектировании системы ректификационных колонн.

Формула Львова – Харберта (1950 г.) для расчета числа вариантов схем разделения зеотропной смеси:

где s – число фракций на которую делится исходная смесь; z – число вариантов. Для s = 4, z = 5; s = 7, z = 132; s = 10,
z = 4862.

Кроме того, при решении задач проектирования важным является создание таких конструкций аппаратов и химических производств, которые будут работоспособными (гибкими) при изменении внешних и внутренних факторов при минимальных приведенных затратах, которые включают капитальные и эксплуатационные затраты.

Перечисленные примеры задач решаются с применением методов нелинейного непрерывного и дискретного математического программирования.

Функционирование объекта. При функционировании действующих химических производств важно найти и обеспечить такие режимы работы, при которых выполняются условия регламента и критерий оптимальности (производительность, затраты материальных и энергетических ресурсов, прибыль и др.) принимает минимальное значение.

Пример. Оптимальное управление системой последовательных реакторов.

Пример. Оптимальное управление системой параллельных реакторов.

Вследствие нелинейности технологических процессов и математических моделей, их описывающих, эти задачи решаются с применением методов нелинейного программирования.

Если математическая модель линейная, то для оптимизации применяются методы линейного программирования.

Понятие АСНИ, САПР, АСУТП

Все перечисленные задачи решаются на протяжении всего жизненного цикла объектов химической технологии и реализуются в Автоматизированных Системах Научных Исследований (АСНИ), Системах Автоматизированного Проектирования (САПР), Автоматизированных Системах Управления Технологическими Процессами (АСУТП)

АСНИ, САПР, АСУТП – это программно-технические средства, предназначенные соответственно для автоматизации задач предпроектных исследований, проектирования и управления химико-технологическими системами.

Стадии жизненного цикла объектов химической технологии

Предпроектные научно-исследовательские работы Проектирование объекта Функционирование объекта

АСНИ САПР АСУТП

Исследование механизма и кинетики химических реакций, процессов тепломассопереноса, гидродинамики Построение математических моделей Идентификация параметров математических моделей Оптимальное проектирование технологических процессов и систем. Поиск компромиссов между капитальными и эксплуатационными затратами Оптимальное управление по выбранному критерию эффективности (минимальные энергозатраты, максимальная прибыль)