Задачи оптимизации, решаемые на каждой стадии жизненного цикла химического предприятия

План лекции

1. Введение

2. Постановка задачи оптимизации

3. Задачи оптимизации, решаемые на каждой стадии жизненного цикла химического предприятия

4. Понятие АСНИ, САПР, АСУТП

5. Цели преподавания дисциплины и ее основное содержание

6. Литература, интернет ресурсы

7. Постановка задачи оптимального проектирования емкости

Введение

Широкое распространение оптимизационных задач в химической технологии и смежных отраслях экономики делает актуальным освоение магистрантами современных методов оптимизации в целях дальнейшего их применения в научно-исследовательской, проектной и производственной деятельности.

Важнейшими средствами решения задач исследования, проектирования и управления химико-технологическими процессамии системами на всех стадиях жизненного цикла являются

Методы математического моделирования и оптимизации

Математическое моделирование – это процесс исследования свойств объекта на его математической модели.

Мaтемaтическaя модель – это отображение интересующих исследователя свойств объекта, представленное в математической форме.

Оптимизация – получение наилучших результатов в заданных условиях.

Постановка задачи оптимизации

В общем случае, задача оптимизации ставится следующим образом. Для некоторого объекта (процесса) необходимо найти наилучшие решения внутри заданных ограничений.

Эта задача требует наличия следующих элементов:

· Математической модели объекта оптимизации

· Ресурсов оптимизации (степеней свободы)

· Критерия оптимизации

· Ограничений

Наличие объекта оптимизации

В качестве объекта оптимизации рассматривается математическая модель реального объекта.

При формировании модели следует учитывать только важнейшие характеристики системы. Модель должна быть настолько детализирована, насколько это необходимо для целей исследования, для которого её создали. Полезно использовать метод постепенного совершенствования модели и методов оптимизации. Начав с самой простой модели, её последовательно доводят до такого уровня сложности, когда точность полученного значения оптимума соответствует точности используемой в модели информации.

Наличие ресурсов оптимизации

Должна быть возможность изменения значений некоторых параметров объекта оптимизации.

Для этого объект должен обладать определенными степенями свободы – управляющими воздействиями (их называют независимыми, управляющими, варьируемыми, поисковыми, оптимизирующими параметрами или переменными).

3. Наличие цели оптимизации – критерия оптимизации

Критерий оптимизации (эффективности) характеризует степень приспособления объекта к выполнению поставленных перед нею задач. Он должен иметь количественную оценку. Различают экономические и технологические критерии.

Экономические критерии: себестоимость, прибыль, приведённый доход, приведённые затраты и др.

Технологические критерии: конверсия, селективность, качество продукции, отбор от потенциала, термодинамический к.п.д. и др. показатели.

Учет ограничений

Ограничения в задаче оптимизации накладываются из технологических (условия физической реализуемости процесса, условия пожаровзрывоопасности и др.), так и экологических (качество продукции, выброс загрязняющих веществ в атмосферу и водоемы) и экономических (к примеру производительность, себестоимость, прибыль) соображений.

Задачи оптимизации, решаемые на каждой стадии жизненного цикла химического предприятия

Какие задачи решаются с применением методов математического моделирования и оптимизации на каждой стадии жизненного цикла химического предприятия?

Предпроектные НИР.Построение математической модели исследуемого процесса и использование методов оптимизации для решения «обратных» задач, которые заключаются в идентификации параметров математических моделей исследуемых процессов, обеспечивающих адекватность математической модели исследуемого процесса его оригиналу. На адекватной модели процесса с использованием методов оптимизации ищутся условия введения процесса, при которых некоторый критерий эффективности принимает экстремальное значение (максимальная производительность, конверсия, селективность, качество разделения, отбор от потенциала и др.).

Проектирование объекта.При проектировании оптимальных химико-технологических процессов и систем решается задача поиска компромисса между капитальными и энергетическими затратами, который обеспечивает минимальныесуммарные приведенные капитальные и эксплуатационные затраты.

Пример. Оптимальное проектирование ректификационной колонны.

На приведенном рисунке: 1 – энергозатраты, 2 – приведенные капитальные затраты, 3 – суммарные затраты, R – флегмовое число.

Суммарные затраты = Кап. затраты/срок окупаем. + Эксплуат. затраты