Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Совершенствование процесса формирования качества серной кислоты контактным методом на базе компьютерного моделирования стадии каталитического окисления

Диссертация: Совершенствование процесса формирования качества серной кислоты контактным методом на базе компьютерного моделирования стадии каталитического окисления
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В модели должны быть учтены все наиболее существенные факторы, влияющие на процесс, и вместе с тем она не должна быть загромождена множеством мелких, второстепенных факторов, учет которых только усложнит математический анализ и сделает исследование чрезмерно громоздким, либо вообще нереализуемым. Математическое описание процесса формирования качества в общем виде может быть представлено системой… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Обзор математических моделей каталитических реакторов
    • 1. 1. Квазигомогенные модели
    • 1. 2. Модель идеального вытеснения
    • 1. 3. Модель идеального смешения
    • 1. 4. Диффузионная модель
    • 1. 5. Усложненные модели для реакторов с однофазным потоком
      • 1. 5. 1. Двумерная модель цилиндрических реакторов
      • 1. 5. 2. Двухфазная модель реакторов с зернистым слоем
  • 2. Объект исследования
    • 2. 1. Технологическая схема объекта исследования
    • 2. 2. Цели и задачи исследования
  • 3. Разработка компьютерной модели окисления сернистого ангидрида
    • 3. 1. Математическая модель каталитического реактора
      • 3. 1. 1. Математическое описание процессов тепло- и массопереноса по слою катализатора
      • 3. 1. 2. Эффективный коэффициент диффузии
      • 3. 1. 3. Степень использования внутренней поверхности катализатора
      • 3. 1. 4. Скорость реакции
      • 3. 1. 5. Отравление катализаторов
    • 3. 2. Численный метод решения системы дифференциальных уравнений
    • 3. 3. Проверка адекватности модели каталитического реактора
  • 4. Разработка компьютерной математической модели теплообменного аппарата
    • 4. 1. Описание процесса теплопереноса
    • 4. 2. Математическое описание поинтервального метода расчета
    • 4. 3. Проверка адекватности модели теплообменного аппарата
  • 5. Модель управления формированием качества продукта

Совершенствование процесса формирования качества серной кислоты контактным методом на базе компьютерного моделирования стадии каталитического окисления (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Одной из основных задач химической технологии в настоящее время является создание новых высокоэффективных процессов и совершенствование уже действующих. Ее решение возможно только с помощью разработки и использования систем автоматизированного проектирования и оптимизации химико-технологических процессов. Существенная особенность химико-технологических процессов состоит в том, что совокупность составляющих их явлений носит дегерминированно-стохастическую природу, проявляющуюся в наложении стохастических особенностей гидродинамической обстановки в аппарате на процессы массопереноса, теплопереноса и химического превращения [1, 2]. Участвующие в них потоки, как правило, многофазные и многокомпонентные. В ходе протекания процесса в каждой точке фазы и на границе раздела происходит перенос импульса, энергии, массы [3]. Весь процесс в целом протекает в аппарате с конкретными геометрическими характеристиками, оказывающими, в свою очередь, влияние на характер этого процесса. Подобного рода системы характеризуются чрезвычайно сложным взаимодействием составляющих их фаз и компонентов. Ключ к решению этой проблемы дает метод математического моделирования [4], базирующийся на стратегии системного анализа, сущность которой заключается в представлении процесса как сложной взаимодействующей иерархической системы с последующим качественным анализом ее структуры, разработкой математического описания и оценкой независимых параметров. Такой подход позволяет наиболее полно установить совокупность явлений всего процесса и связей между ними.

Под математическим моделированием понимают изучение свойств объекта на математической модели. Его целью является — определение оптимальных условий протекания процесса, управление им на основе математической модели и перенос результатов на объект. Математическое моделирование включает три взаимосвязанных этапа [5]:

— составление математического описания исследуемого объекта;

— выбор метода решения системы уравнений математического описания;

— реализация его в форме моделирующей программы;

— установление адекватности модели объекту.

В модели должны быть учтены все наиболее существенные факторы, влияющие на процесс, и вместе с тем она не должна быть загромождена множеством мелких, второстепенных факторов, учет которых только усложнит математический анализ и сделает исследование чрезмерно громоздким, либо вообще нереализуемым.

Сложность явлений в техническом гетерогенном катализе делает необходимым его разностороннее изучение [6]. Наука о реальном техническом процессе всегда будет относиться к области пограничных наук, так как на реальные промышленные процессы влияют самые различные факторы, изучение которых затрагивает различные области знаний. Инженерная химия гетерогенного катализа должна включать в себя физико-химические основы гетерогенного катализа, кинетику и макрокинетику гетерогенно-каталитических процессов, теорию каталитических реакторов. Все эти достаточно далеко отстоящие друг от друга области объединены общим объектом приложения.

В настоящее время, многие отрасли химической промышленности используют серную кислоту. В основном серная кислота используется в химической промышленности, так как она является исходным сырьем или катализатором для многих химико-технологических процессов. Имеющийся опыт автоматизации отдельных узлов сернокислотного производства позволяет утверждать, что возможно и целесообразно создавать полностью автоматические цеха с непосредственным цифровым управлением. Это позволяет практически исключить ручной труд и оградить людей от вредного воздействия серной кислоты. Кроме того, автоматический контроль химического состава отходов производств позволит контролировать попадания вредных примесей в окружающую среду и тем самым позволит уменьшить отрицательное воздействие человеческой деятельности на природу. В АСУ оптимальные управления находят путем решения на ЦВМ некоторой математической задачи оптимизации, состоящей из следующих элементов: математической модели объекта (уравнения связи между выходными, управляющими и возмущающими координатами), ограничений на выходные и управляющие координаты, критерия качества функционирования объекта.

Процедура решения задачи оптимизации заключается в нахождении с помощью ЦВМ каким-либо методом таких управлений, при которых основной критерий достигает максимума (минимума) при соблюдении уравнений связи, ограничений и условий, налагаемых на остальные показатели качества работы объекта. Методы решения задачи оптимизации зависят от вида математической модели, критерия, ограничений и ряда других факторов.

При фиксированных элементах задачи оптимизации результаты ее решения носят вполне объективный характер и не зависят от личностных свойств управленческого персонала. Однако эти результаты существенно зависят от точности и полноты описания свойств объекта математической моделью, а иногда и от метода решения.

Математическое описание процесса формирования качества в общем виде может быть представлено [3] системой уравнений, устанавливающих зависимость конечных параметров продукта от начальных параметров объектов переработки и контролируемых промежуточных параметров качества.

К] -/] (Х01, Х02, —, Хои ., Хоп, Уь У2,., Ур ., Ущ);

К2 -/2(Хоь Х02, ¦¦¦, Хоь ., Хоп, V], V2,., V/,., Ущ);

К-1 -/¡-(Хоь Х02,. , Х (П,. , Хоп, У 1, У2, ¦•¦, У𠦦¦, Ущ): У1^Ф1<�ХЬХ2,., ХР,., ХЯ) — У2 — Ф2(Хи Х2,., Хр>., Хц);

Ущ — Фт (Хь Х2,., Хр,., Хд) — где Кк — к-й количественный параметр качества;

Х0г — 7-й количественный параметр качества объекта переработки в исходном состоянии;

У] - текущее значение у-го промежуточнго параметра качества, измеряемое в ходе технологического процесса;

Хр — значение р-го параметра технологического процесса.

К компьютерным системам моделирования и управления формированием качества объектов переработки предъявляют следующие требования:

— прогноз конечных параметров качества на базе измерительной информации о промежуточных параметрах качества;

— определение величин управляющих воздействий в варианте неблагоприятного прогноза конечного качества;

— адаптация компьютерной модели к различным начальным и изменяющимся текущим условиям технологического процесса, меняющимся характеристикам объекта переработки.

Заключение

.

В итоге проведения исследовательской работы, получены следующие результаты:

1. Получено математическое описание тепломассопереноса в неподвижном слое катализатора и на его основе создана математическая модель цилиндрического реактора.

2. Создана математическая модель теплопереноса в теплообменном аппарате с применением метода поинтервального поверочного расчета.

3. Построена математическая модель формирования качества серной кислоты контактным методом на базе компьютерного моделирования стадии каталитического окисления сернистого ангидрида.

4. Создан инструментарий расчета режимных параметров процесса в виде компьютерного программного продукта, базирующегося на разработанной математической модели технологического процесса.

5. Предложен алгоритм и способ прямого цифрового управления получения серной кислоты на основе математической модельной базы, который позволит снизить затраты на сырье, уменьшить количество потерь конечной продукции и обеспечить равномерную нагрузку оборудования.

6. Разработан комплекс технических и программных средств и внедрена автоматизированная система управления технологическим процессом получения серной кислоты на ФГУП «Бийский олеумный завод» .

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. М.: Высшая школа, 1991.-400с.
  2. А.Г. Основные процессы и аппараты химических технологий. -М.: Химия, 1973.-752с.
  3. Р. Анализ работы химических реакторов. М.: Химия, 1967. — 282с.
  4. А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1982. — 288с.
  5. Лич Б. Катализ в промышленности. М.: Мир, 1986. — 323с.
  6. Г. К. Гетерогенный катализ в химической промышленности. — Госхимиздат, 1955. -710с.
  7. Моделирование реакторов с неподвижным слоем катализатора / М. Г. Слинько, В. В. Дильман, Б. М. Маркеев и др. // Химическая промышленность. 1980. -№ 11. — С. 22−30.
  8. И.И. Инженерная химия гетерогенного катализа / И. И. Иоффе, JI.M. Письмен. -JL: Химия, 1972. -464с.
  9. Г. К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1988. — 304с.
  10. Г. К. Некоторые проблемы катализа. М.: Знание, 1981. — 64с.
  11. B.C. Моделирование каталитических процессов и реакторов / B.C. Бесков, В. Флокк-М.: Химия, 1991. -256с.
  12. И.И. Гетерогенный катализ / И. И. Иоффе, В. А. Решетов, A.M. Добротворский. JL: Химия, 1985. — 224с.
  13. Дж. Гетерогенный катализ / Дж. Томас, У. Томас. Мир, 1969. -344с.
  14. . Химия каталитических процессов / Б. Гейтс, Дж. Кетцир, Г. Шуит- Под ред. А. Ф. Платэ. -М.: Мир, 1981. -551с.
  15. С.Л. Кинетические проблемы в гетерогенном окислительном катализе. -М.: ВИНИТИ, 1979. 159с.
  16. О. Инженерное оформление химических реакций. Л.: Химия, 1969. — 344с.
  17. М.Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. Н. Тодес. Л.: Химия, 1968.-510с.
  18. .Т. Технология серной кислоты / Б. Т. Васильев, М.И. Отваги-на-М.- Химия, 1985. -384с.
  19. М.Г. Математическое моделирование химических процессов на пористом зерне / М. Г. Слинько, Н. С. Эвенчик // Химическая промышленность. 1980. — № 8. — С. 15−20.
  20. В.В. Моделирование нестационарных процессов в гетерогенном катализе. Чебоксары, 2001. — 135с.
  21. В.А. Реакторы с участием газа, жидкости и твердого неподвижного катализатора. Новосибирск: Изд-во Сиб. отд-ния РАН, 1997. -483с.
  22. Каталитические свойства веществ. Справочник. / Под ред. В.А. Ройтера-Киев: Наукова думка, 1968 1463с.
  23. Таблицы физических величин. Справочник. / Под ред. акад. И. К. Кикоина.-М.: Атомиздат, 1976. 1008с.
  24. А.Г. Производство серной кислоты / А. Г. Амелин, Е. В. Яшке. -М.: Высшая школа, 1974. 220с.
  25. А.Г. Технология серной кислоты. 2-е изд. перераб. — М.: Химия, 1983.-360с.
  26. C.B. Применение математического моделирования при проектировании АСУ реального времени в производстве серной кислоты / C.B. Антохов, М. В. Антохов, Г. В. Леонов // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. — № 4. — С. 31−34.
  27. Т.А. Математические основы моделирования каталитических процессов / Т. А. Акрамов, B.C. Белоносов, Т. И. Зеленяк. Новосибирск, 1999.-23с.
  28. JI.A. Математическое моделирование каталитических процессов в пористых средах / JI.A. Рапацкий, JI.B. Яушева. Новосибирск, 1994. -29с.
  29. Ч.М. Массопередача в гетерогенном катализе. М.: Химия, 1976.-442с.
  30. М.Г. Моделирование химических реакторов. Новосибирск: Наука, 1968.-238с.
  31. М.Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. Л.: Химия, 1979. — 431с.
  32. М.В. Ванадиевые катализаторы окисления гетероциклических соединений / М. В. Шиманская, Л. Я. Лейтис, P.A. Сколмейстерс- Под ред. М. В. Шиманской. Рига: Зинатне, 1990. -255с.
  33. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. 2-е изд. перераб. — М.: Наука, 1967. — 491с.
  34. .И. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах / Б. И. Броунштейн, Г. А. Фишбейн. Л.: Химия, 1977. — 280с.
  35. .И. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах / Б. И. Броунштейн, В. В. Щеголев. Л.: Химия, 1988. — 336с.
  36. В.М. Абсорбция газов. 2-е изд. переработ, и доп. — М.: Химия, 1976.-656с.
  37. А.Г. Математическое моделирование в химической технологии-Киев: Вшца школа, 1973. 279с.
  38. A.A. Численные методы / A.A. Самарский, A.B. Гулин. М.: Наука, 1989.-432с.
  39. В.И. Вычислительные методы: Учебное пособие для ВТУЗов / В. И. Крылов, В. В. Бобков, П. И. Монастырный. -М.: Наука, 1976. 303с.
  40. Е.А. Численные методы. М.: Наука, 1982. — 256с.
  41. И.Н. Справочник по математике / И. Н. Бронштейн, К.А. Се-мендяев. -М.: Наука, 1964. -608с.
  42. B.B. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Высшая школа, 1979. 439с.
  43. В.В. Основы массопередачи: Учебник для студентов вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1979. — 439с.
  44. Рид Р. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд- Под ред. Б. И. Соколова. Л.: Химия, 1982. — 592с.
  45. Т. Массопередача / Т. Шервуд, Р. Пигфорд, Ч. Уилки. М.: Химия, 1982.-696с.
  46. A.B. Тепломассообмен: Справочник. -М.: Энергия, 1971. 560с.
  47. В.П. Теплопередача. -М.: Энергия, 1975. -488с.
  48. И.Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов. Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов. М.: Машиностроение, 1983.-351с.
  49. К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, A.A. Носков. Л.: Химия, 1981.-560с.
  50. К.О. Гидродинамика, теплообмен и массообмен / К. О. Беннет, Дж.Е. Майерс- Под ред. Н. И. Гельперина, И. А. Чарного. М.: Недра, 1966, — 728с.
  51. Свойства неорганических соединений: Справочник / А. И. Ефимов, Л. П. Белорукова, И. В. Василькова и др.- Под ред. А. И. Ефимова. М.: Химия, 1983.-389с.
  52. Л.М. Математические методы в химической технике / Л.М. Бату-нер, М.Е. Позин- Под общ. ред. М. Е. Позина. Л.: Химия, 1971. — 824с.
  53. K.M. Справочник сернокислотчика. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Химия, 1971.-382с.
  54. Дж. Машинные методы математических вычислений / Дж. Форсайт, М. Малькольм, К. Моулер. М.: Мир, 1980. — 279с.
  55. П.А. Проектирование тепло- и массообменной аппаратуры химической промышленности. 8-е изд., пер: — Д., ЛТИ им. Ленсовета, 1978, — 86с.
  56. М.А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. М.: Энергия, 1973.-319с.
  57. О.Н. Теплообменная аппаратура химических производств / О. Н. Маньковский, А. Р. Толчинский, М. В. Александров. Л.: Химия, 1976.-376с.
  58. В.П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, A.C. Суко-мел. -М.: Энергия, 1975. -488с.
  59. Ю.П. Введение в планирование эксперимента. Металлургия, 1969. — 196с.
  60. В.В. Статистические методы планирования экстремального эксперимента / В. В. Налимов, H.A. Чернова. М.: Наука, 1966. — 212с.
  61. И.И. Общая теория статистики / И. И. Елисеева, М.М. Юзба-шев М.: Финансы и статистика, 2003. — 480с.
  62. М.Т. Планирование эксперимента и статистическая обработка данных. Томск: Томский Государственный Университет систем управления и радиоэлектроники, 2000. — 231с.
  63. B.C. Оптимальное управление процессами в химических технологиях (экстремальные задачи в АСУ) / B.C. Балакирев, В. М. Володин, A.M. Цирлин.- М.: Химия, 1978. 384с.
  64. И.М. Автоматизация управления сернокислотным производством / И. М. Бернштейн, Б. Т. Васильев, А. И. Голант и др.- Под ред. И, М. Бернпггейна. -М.: Химия, 1975. 248с.
  65. Л.М. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов в химической промышленности / Л. М. Полоцкий, Г. И. Лап-шенков. М.: Химия, 1973. — 320с.
  66. Фаронов В.В. Delphi 4. Учебный курс. М.: Нолидж, 1999. — 464с.
  67. М.С. Автоматизация в промышленности : Справочная книга / М. С. Лебедовский, А. И. Федотов. Л.: Лениздат, 1976. — 256с.
  68. К. Системы управления с ЭВМ / К. Острём, Б. Виттенмарк. пер. с англ. М.: Мир, 1987. — 480с.
  69. Автоматизация химических производств на базе математического моделирования: Сб. ст./ Отв. ред. Н. В. Азбелев. -М.:Химия, 1974. 159с.
  70. Г. В. Гетерогенные металлокомплексные катализаторы: Учебник/ Г. В. Лисичкин, А. Я. Юффа. -М.: Химия, 1981. 286с.
  71. А.И. Методы оптимизации в химической технологии / А. И. Бояринов, В. В. Кафаров. М.: Химия, 1973. — 575с.
  72. И.П., Ефитов Г. Л., Людмирский М. И., Партугинов Э. В., Савинов Н. П. Способ автоматического управления контактным производством серной кислоты. Патент СССР № 892 845, кл. С 01 В 17/76,1980.
  73. А.И. Способ автоматического контроля состояния теплообмен-ной аппаратуры. Патент СССР № 1 281 509, кл. С 01 В 17/74,1985.
  74. В.А. СОМ и ActiveX в Delphi. СПб.: БХВ-Петербург, 2001.-320с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!