Разработка математической модели и оптимизации процесса производства аммиака
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
адку. Внутренний диаметр колонны составляет 2400 мм, объем катализатора-43 м3.Для охлаждения корпуса колонны газ пропускается по кольцевой щели между корпусом и насадкои. Расчетная температура корпуса 520К.насадка колонны состоит из катализаторной коробки и предварительного теплообменника. В катализатотной коробке размещены четыре полки с катализатором на каждую полку для поддержания необходимого температурного режима предусмотрена подача газа по байпасу с температурой 440-470 К.Съем аммиак с 1 м3 катализатора составляет 33 т/су т.
Для пуска агрегата синтеза аммиака, а также при кратковременных нарушениях автотермичности процесса предусмотрена подача горячего газа, нагретого в огневом подогревателе, на первую полку.
В верхней часки колонны на горловине расположен предварительный теплообменник, предназначен для рекуперации теплоты конвертированного и нагревания неконвертированного газа до начала реакции.
Теплообменник кожухотрубчатого типа. Корпус теплообменника высокого давления имеет внутренний диаметр 1000 мм, высоту 7 м.Диаметр трубы равен 12X1,5 мм, количество труб-1920 шт.Поверхность теплообменника- 450 м2.
Рис.
-вход аммиака;2-лаз;3-байпас на 2 полку;4-штуцер для термопары;5-выход газа;6-теплообменник;7-байпас на 1 полку; 8 - люк для выгрузки катализатора.
Рисунок 1.2 -Полочная колонна синтеза.
1.2 Получение математической модели процесса
Поток информации о химико-технологических процессах очень велик, также как и наличие технологических параметров по-разному влияющих на конечные показатели процесса. Для познания процесса необходимо уменьшить количество параметров и интервал их варьирования, что можно достичь, используя моделирование процесса.
Математическая модель - приближённое описание какого-либо явления или процесса внешнего мира, выраженное с помощью математической символики. Изучение же свойств объекта на математической модели - математическое моделирование, целью которого является определение процесса, управление им на основе этой полученной модели и перенесение результатов на объект исследований.
Математическое моделирование включает три взаимосвязанных этапа:
. Составление математического описания изучаемого объекта;
. Выбор метода решения математического описания и его реализация в форме моделирующей программы;
. Установление адекватности (соответствия) модели объекту.
На первом этапе предварительно выделяют основные явления и элементы в объекте и затем устанавливают связи между ними. Далее, для каждого выделенного элемента и явления записывают уравнения, отображающие его функционирование. Кроме того, в математическое описание включают уравнения связи между различными выделенными явлениями. В зависимости от процесса математическое описание может быть представлено в виде уравнений алгебраических, дифференциальных, интегральных или их систем.
Применительно к рассматриваемому процессу его основным показателем является выход целевого продукта, который зависит от ряда переменных параметров (температура, давление, используемый катализатор и т.д.).
Основные виды математических моделей. Виды математических моделей определяются конкретными условиями осуществления процесса в выбранной аппаратуре.
Если основные переменные процесса изменяются как во времени, так и в пространстве или если указанные изменения происходят только в пространстве с размерностью, большей единицы, модели, описывающие такие процессы, называют моделями с распределёнными параметрами и представляют их в виде дифференциальных уравнений в частных производных.
Если изменения основных переменных процесса в процессе не происходит, модели, описывающие такие процессы, называют моделями с сосредоточенными параметрами.
Процессы химической технологии отличаются значительной сложностью. Это проявляется в большом количестве информации, содержащейся в таких системах, и во взаимном влиянии их параметров. Поэтому математические модели указанных процессов удобно составлять по отдельным участкам (блочный принцип), что значительно облегчает их реализацию на вычислительных машинах. В каждом конкретном случае полную модель процесса получают, комбинируя варианты отдельных участков (блоков).
Основная задача кибернетики состоит в управлении рассматриваемой системой или процессом. В следствии этого полная математическая модель включает описание связей между основными переменными процесса в установившихся режимах (статическая модель) и во времени при переходе от одного режима к другому (динамическая модель).
Статическая модель. Статическая модель не учитывает изменения параметров во времени. Составлению статической модели процесса предшествует анализ его физико-химической сущности, целевого назначения и основных уравнений, описывающих данный класс процессов и особенности этого процесса как типового.
Далее выявляют входные и выходные параметры процесса. К ним относятся: переменные, изменение которых связано с характером протекания процесса (управляемые переменные); переменные, изменение которых непосредственно влияет на ход процесса, - их можно измерять, а также целенаправленно изменять (управляющие воздействия); переменные, изменение которых непосредственно влияет на ход процесса, - их целенаправленное изменение невозможно (возмущающие воздействия); переменные, изменение которых косвенно связано с характером протекания процесса (промежуточные пер