1. Многоасортиментни периодични химико-технологични системи. Моделиране. Оптимални производствени разписания (оперативно оптимално управление). Оптимален синтез



страница1/7
Дата25.10.2018
Размер389.06 Kb.
  1   2   3   4   5   6   7
1. Многоасортиментни периодични химико-технологични системи. Моделиране. Оптимални производствени разписания (оперативно оптимално управление). Оптимален синтез
ст.н.с. Н. Ваклиева-Банчева

Многоасортиментните периодични химически производства формират значителен дял от продукцията на химическата индустрия, като производството на фармацевтични и козметични препарати, продукти на битовата химия, химически реактиви, особено чисти вещества, смоли, багрила, лакове, латекси и др. се характеризират с много висок темп на разширение и обновление на асортимента сравнено с темпа на увеличаване на обема на продукцията. Продуктите им често имат сезонен характер и силно се влияят от конюнктурата на пазара. За производството им се използват нетрадиционни суровини, най-често материали, получени като междинен или краен продукт на големите химически предприятия. В технологично отношение малотонажите химически производства използват сложни схеми за химически синтез и изискват преимуществено периодичен и/или полупериодичен начин на организация на процесите.

Обвързването на цялото това многообразие от продукти със самостоятелни (индивидуални) технологични линии не всякога е обосновано икономически. По тази причина е създадена практиката за съвместяване на производството им в универсални цехове или заводи, притежаващи със силно адаптивна структура. Тези заводи са изградени от различни групи стандартно оборудване с възможност за бързо и гъвкаво преаранжиране от производството на една група продукти към друга.

Широкият диапазон на произвежданите продукти в една периодична многоасортимента система, както и преимуществено дискретния характер на процесите изискват решаването на специфични задачи за целите на тяхното оптимално функциониране и проектиране. Последното поставя нови изисквания и в подхода на тяхното моделиране.

На обсъждането на тези проблеми е посветена настоящата глава. В параграф 1.1 ще бъдат въведени основните определения свързани с този клас системи и ще се разгледат основните етапи на моделирането им. На различните задачи, възникващи при създаването на оптимални разписания (оптимално оперативно управление) на периодичните химико-технологични и методите за решаването им е посветен параграф 1.2, докато в параграф 1.3 се разглеждат особеностите и прилаганите подходи при задачите за оптималното им проектиране (синтез).

1.1. Моделиране на многоасортиментните периодични химико-технологични системи.
1.1.1. Характеристики на периодичните производства.
Периодичните химически в т.ч. и биохимически системи може да бъдат използвани както за производството на единични продукти така и на множество от такива. В повечето индустриални случаи периодичното производство включва повече от един технологичен стадий. Технологичният стадий обединява множество от една или повече технологични операции, за чието осъществяване се използва обща апаратурна единица (периодичен апарат). На фиг. 1 е показано периодично производство състоящо се от 4 технологични стадии и включващи 16 технологични операции.
B sW Solvent 2 Product C

Stage 1

Reactor


Stage 3

Reactor


Stage 2

Filter


Stage 4

Filter
A A, B, C, W A, B, C A, B, C




Solvent 1 Solvent 1 Solvents




Solvent 1 W A, B, Solvents



Фиг. 1.1.1





Стадий 1

Стадий 2

Стадий 3

Стадий 4

1. Зареждане на суровината А.

1. Прехвърляне.

1. Прехвърляне.

1. Прехвърляне.

2. Зареждане на разтворител 1.

2. Отделяне на примесите.

2. Загряване на сместа и изпаряване на солвента.

2. Отделяне на кристалите C.

3. Разтваряне на суровината А.




3. Кристализация.




4. Добавяне на компоненти sW за утаяване на примесите.




4. Добавяне на разтворител.




5. Утаяване на примесите.




5. Промиване на кристалите C.




6. Добавяне на реагента B.










7. Химическо превръщане

A+B->C.










От горното се вижда, че технологичният стадий се отнася до производствения процес и е елемент на технологията на даден продукт, докато апаратурната единица се отнася до физическото устройство използвано за неговото реализиран тя е елемент на технологичната система. Прието е технологията за производство на даден продукт да се нарича още производствена рецепта.



Процесно/апаратурна нееднозначност.
Поради универсалността на оборудването в многоасортиментните периодични химически системи реализирането на отделните производствени рецепти в тях се характеризира с наличието на процесно/апаратурна нееднозначност. Това означава, че даден технологичен апарат може да бъде използван за осъществяването на множество технологични стадии при производството на един или няколко различни продукти както и обратното - даден технологичен стадий може да бъде реализиран в множество от еднотипни теологични апарати в системата.

Групата от технологични апарати използвани при производството на даден продукт се нарича технологичен път или маршрут на продукта в технологичната системата. Производството на един продукт в зависимост от броя на възможните технологични пътища може да бъде едномаршрутно или многомаршрутно. Всеки технологичен път обикновено включва различни по размер (обем) апарати за реализиране на технологичните стадии. Следователно, количеството целеви продукт полученото при реализиране на технологиите по различните технологични маршрути е различно.



Размерен фактор
Периодичният характер на процесите, процесно/апаратурната нееднозначност и използването преимуществено на обемен тип оборудване (реактори, периодични филтри, кристализатори, ферментатори, центрофуги, сушилни и др.) са наложили, за целите на моделирането на този клас обекти, материалният баланс за всяка технология да се представя постадийно, с помощта на т.н. “размерен фактор”.

Размерният фактор се дефинира като сумата от обемите на суровините и/или междинните продукти, участващи в процеса на преработка в някой l-ти стадий при производството на продукта i и осигуряващи получаването на единица маса краен продукт:
[m3/kg], (1.1.1)
където е множеството от участващи суровини и/или междинни продукти, а са необходимите за получаване на единица целеви продукт обеми на участващи в процеса компоненти.

Партида
Партида (batch) се нарича количеството целеви продукт получено по някой технологичен маршрут в резултат на едно зареждане със суровини и материали. Партидата се определя като:
[kg], (1.1.2)
където е обемът на апаратурната единица използвана за реализиране на -тия стадий в -тия технологичен маршрут на -тото производство.

1.1.1.1. Времеви характеристики

Производствено време
Други важни характеристики на периодичните производства са времевите. Продължителността на реализиране на даден технологичен стадий в определена апаратурна единица се нарича производствено време.

Производственото време на даден технологичен стадий l се определя като сума от продължителността на отделните технологични операции в него:


, (1.1.3)
където Kl е множеството от технологични операции включени в l –тия технологичен стадий.

Времето за изпълнение на дадена технологична операция може да се разглежда, или като константна величина, или като известна функция от размера на преработваната маса, т.е. размера на партидата. На практика продължителността на технологичните операции може да се определи по експериментален път или да се изчисли на базата на общоизвестните закони на хидродинамиката, топлообмена или химичната кинетика (виж Апендикс 1.1.1).

Когато голяма част от необходимите физикохимични и кинетични данни, а така също и някои основни апаратурни спецификации са неизвестни за изчисляване на времето за провеждане на дадена технологична операция се използва прост евристичен модел, който за общия случай за някоя k-та операция в l-тия стадий на технология i реализирана чрез j–тия технологичен маршрут има вида:
, (1.1.4)
където t0 е постоянен член; Bij е размерът на партидата, а α и β са константи, чиято стойност зависи от вида на технологичната операция. Практически е установено, че уравнение (1.1.4) доста добре апроксимира времето за изпълнение на отделните технологични операции. В него, единствения и доминиращ параметър е размерът на партидата. Кинетичните, физико-химични и апаратурни данни са осреднени и включени в константите, които от своя страна лесно могат да бъдат определени чрез статистическа обработка на резултати получени от пилотни инсталации. Така например при филтруването . За сушене в сушилни с периодично действие апроксимиращото уравнение (1.1.4) придобива вида:
.
За процесите на нестационарен топлообмен β има стойност от 0.5 до 0.66. Докато при провеждането на химична реакция в реактор с разбъркване , тъй като времето на провеждане на химическата реакция се определя от достигането на желаната степен на превръщане, а не от количеството на материала в реактора.

Следователно, зависимост (1.1.4) добре апроксимира продължителността за изпълнение на основни технологични операции в голям брой от практическите случаите.

На фиг. 1.1.2 е показана качествено зависимостта за продължителността на отделни технологични операции, определена посредством уравнение (1.1.4) като функция от размера на партидата.

tk

1 – химическо превръщане

4 2 – нагряване/охлаждане

3 - сушене



3 4 - филтруване


2
1


Bij



Каталог: www systems engineerig laboratory -> Distance learning systmeng -> Distance Course 1 -> Lekcii Course 1 -> BTU
BTU -> На работа в науката и администрацията
BTU -> Оптимални разписания при многопродуктови периодични химични системи
BTU -> Отново в института и в ЦК на бкп
BTU -> На отговорна работа в Министерство на вътрешната търговия
BTU -> Студентството в страната на съветите – СССР
BTU -> Това се случи в моите детски години
BTU -> Бригадирското движение и участието ми
BTU -> Определяне на множеството от максималните по размер производствени кампании


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница