математическое моделирование и оптимизация в химической технологии

MATHEMATIC MODELLING AND PROCESS OPTIMISATION IN CHEMICAL TECHNOLOGY V. F. SHVETS Optimisation of the parameters of chemical process with the help of mathematic modelling for manufacturing the chemical products is considered. The main principles of modelling and optimisation are illustrated with the real examples of searching for optimal chemical process parameters on the base of economic criteria. © ò‚ˆ Ç.î., 1998 ê‡ÒÒÏÓÚÂÌ˚ ÓÒÌÓ‚Ì˚ ̇Ô‡‚ÎÂÌËfl ÒÓ‚Â¯ÂÌÒÚ‚Ó‚‡ÌËfl ıËÏ˘ÂÒÍËı ÔÓËÁ‚Ó‰ÒÚ‚ ÔÛÚÂÏ ÓÔÚËÏËÁ‡ˆËË Á̇˜ÂÌËÈ Ô‡‡ÏÂÚÓ‚ ıËÏ˘ÂÒÍËı ÔÓˆÂÒÒÓ‚ Ò ËÒÔÓθÁÓ‚‡ÌËÂÏ Ï‡ÚÂχÚ˘ÂÒÍËı ÏÓ‰ÂÎÂÈ. éÒÌÓ‚Ì˚ ÔË̈ËÔ˚ ÏÓ‰ÂÎËÓ‚‡ÌËfl Ë ÓÔÚËÏËÁ‡ˆËË ÔÓËÎβÒÚËÓ‚‡Ì˚ ÍÓÌÍÂÚÌ˚ÏË ÔËÏÂ‡ÏË ÔÓËÒ͇ ÓÔÚËχθÌÓ„Ó Ì‡·Ó‡ Ô‡‡ÏÂÚÓ‚ ÔÓˆÂÒÒ‡ ÔÓ ˝ÍÓÌÓÏ˘ÂÒÍËÏ ÍËÚÂËflÏ. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ Ç. î. òÇÖñ êÓÒÒËÈÒÍËÈ ıËÏËÍÓ-ÚÂıÌÓÎӄ˘ÂÒÍËÈ ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚ ËÏ. Ñ.à. åẨÂ΂‡, åÓÒÍ‚‡ На химических заводах и комбинатах из сырья минерального, растительного или животного происхождения и различных промежуточных продуктов их переработки производят свыше миллиарда тонн в год химической продукции сотен тысяч наименований. При огромных различиях в масштабах производства (от десятков тонн до десятков миллионов тонн в год) и номенклатуре продукции все химические предприятия имеют общие принципы построения и общие направления развития и совершенствования. Любое химическое производство включает технологические стадии приема и подготовки сырья, химического превращения, разделения реакционной массы, выделения целевого продукта, его очистки, отгрузки и отправки потребителю, а также очистки и переработки отходов и выбросов. Кроме сырья химические производства в значительных количествах потребляют воду, пар и электроэнергию. Эффективность химического производства определяется экономическими показателями, и ее повышение достигается снижением затрат сырья и материалов, энергии, капитальных вложений, повышением производительности труда и снижением количества отходов. Основная доля затрат при производстве химической продукции приходится на сырье (до 70%) и энергию (до 40%). Снижение их расхода на единицу продукции дает наибольший экономический и экологический эффект. Кардинальный путь снижения этих затрат состоит в использовании новых реакций и каталитических процессов, позволяющих получать из дешевого сырья только необходимые продукты без отходов, в мягких условиях, с минимальными затратами энергии и высокой производительностью. Примеры решения задачи повышения эффективности химических производств таким способом подробно рассмотрены в статьях [1, 2]. Дополнительного снижения затрат на производство химической продукции достигают оптимизацией процессов на всех технологических стадиях. Наибольший экономический эффект дает оптимизация стадии химического превращения (реакционного узла) и связанной с ней стадии òÇÖñ Ç.î. åÄíÖåÄíàóÖëäéÖ åéÑÖãàêéÇÄçàÖ à éèíàåàáÄñàü 149 разделения реакционной смеси и выделения продуктов реакции. Важнейшими характеристиками работы промышленного химического реактора являются удельная производительность (количество целевого продукта, образующегося в единицу времени в единице объема реактора) и селективность (доля превращенного сырья, использованного на образование целевого продукта). Для достижения наилучших экономических результатов необходимо добиваться возможно более высоких значений этих показателей. Они зависят от условий работы химического реактора (параметров процесса), к которым относятся температура, д