Расчет сложной химико-технологической системы

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение

Высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химической кибернетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Принципы математического моделирования

химико-технологических систем»

на тему:

«Расчет сложной химико-технологической системы»

Выполнил:                                                                               

Проверил:                                                                               

УФА-2011

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1.Понятие химико-технологической системы

ХТС- совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действительных как одно целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций.

Как любая сложная система, ХТС состоит из большого числа взаимосвязанных элементов или частей целого.

Элемент ХТС- аппарат, в котором протекает какой- либо типовой процесс химико-технологический процесс.

При исследовании ХТС внутренние свойства и структура элемента не являются предметом изучения, а анализируются только такие существенные свойства элемента, которые определяют его взаимодействие с другими элементами ХТС или влияют на свойство системы в целом.

Процесс функционирования ХТС рассматривают как последовательную смену состояния системы в некотором интервале.

Состояние ХТС определяется набором входных переменных систем. При исследовании процесса функционирования ХТС каждый элемент системы рассматривают как технологический оператор, качественно или количественно преобразующий физические параметры входных материальных и энергетических технологических потоков  х1,х2 …хn  в физические параметры выходных материальных и энергетических технологических потоков y1,y2.... yn.

Каждый элемент ХТС представляет собой многомерный технологический оператор. Символическая модель такого оператора выражается в виде функциональной зависимости:

                                                     (1)

физические параметры входных и выходных потоков,

вектор управления.

Параметром технологического режима элементов ХТС называется совокупность основных факторов внутри элемента, которые влияют на скорость технологического процесса, выход и качество процесса.

Состояние системы зависит от параметров ХТС, параметров технологического режима элементов и от воздействия на ХТС входных материальных и энергетических потоков сырья или исходных продуктов.

Параметры ХТС и параметры технологического режима элементов обуславливают характер процесса функционирования системы, т.е. некоторый закон изменения состояния системы.

Каждый типовой процесс химической технологии можно считать типовым технологическим оператором. Все операторы делятся на:

1.основные-обеспечивают функционирование ХТС в требуемом целевом направлении. Это операторы химического превращения. К ним относятся:

-оператор межфазного массообмена;

-оператор смешения;

-оператор разделения.

2.вспомогательные-изменяют энергетическое и фазовое состояние технологических потоков. К ним относятся:

-оператор нагрева (охлаждения);

-оператор сжатия (расширения);

-оператор изменения агрегатного состояния вещества.

В зависимости от цели исследования процесса функционирования ХТС, каждый технологический оператор рассматривают либо как совокупность нескольких типовых операторов, либо как один тип технологического оператора.

Характер и особенности технологических связей ХТС, т.е. способ соединения элементов между собой наглядно изображаются с помощью обобщенных иконно-графических моделей. Это технологические схемы, структурные схемы, операторные и функциональные схемы.

На технологической схеме ХТС каждый элемент системы представляется в виде условного общепринятого  стандартного изображения, а технологические связи отображают направленными линиями со стрелками.

Структурная схема ХТС- Это такое наглядное  графическое изображение , которое включает все элементы ХТС в виде блоков, имеющих несколько входов и выходов и технологические связи между ними, указывающие направление движения материальных и энергетических технологических потоков системы.

3.РАСЧЕТ ДАННОЙ ХТС

ФОРМИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ            ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РАСЧЕТА СЛОЖНОЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ МАТРИЦЫ СМЕЖНОСТИ

Расчет выполняется на основе матрицы смежности (матрицы связи Н), которая отражает наличие непосредственной связи между двумя любыми блоками ХТС. Матрица Н имеет размерность N*N, где N-число блоков ХТС. Строки матрицы i соответствуют номерам исследуемых блоков, которые подозреваются  на наличие связи, выражаемой в переносе массы, энергии, импульса от блока i к блоку j (но не наоборот!).При наличии подобной связи между блоками i и j элемент матрицы Нy=1, при отсутствии связи Нy=0. При наличии обратной связи с переносом, например, массы от блока j к блоку i, элемент матрицы Нy также равен нулю, то есть в матрице смежности рассматривается случай положительной инциденции.

В соответствии со свойствами матрицы смежности может быть выполнен расчет только такого j-го блока ХТС, для которого известны все входные параметры, то есть во всех  i-ых позициях столбца j стоят нули, означающие, что для данного блока отсутствуют неизвестные по величине (не заданные в начале расчета или не рассчитанные в ходе решения задачи) входные потоки. Если данный j-й блок имеет полный набор величин входных параметров и может быть рассчитан, то из матрицы смежности исключают столбец j и строку i=j, подлежащий расчету номер блока ХТС j фиксируют в векторе формирующем ВПРС, определяя таким образом следующий по порядку расчета ХТС блок. Операции выполняются до завершения формирования вектора ВПРС.

Рассмотрев анализируемые блоки ХТС по матрице смежности по порядку видно, что лишь для первого блока (j=1) , следовательно, вначале можно рассчитать только первый блок. Первый блок заносится в вектор ВПРС как его первый элемент. Затем из матрицы смежности исключается первый столбец и седьмая строка. После исключения из рассматриваемой матрицы смежности первого столбца и седьмой строки она принимает вид: