Уравнения физико-химических связей - это обобщенное упрощенное описание сущности физико-химических явлений, происходящих внутри элементов ХТЭС и влияющих на величину материально-тепловых нагрузок элементов. Они отображают взаимосвязь между физическими потоками, зависимости параметров физических потоков от параметров технологических режимов и т.д. Эти уравнения при расчете материальных и тепловых нагрузок элементов ХТЭС дополняют системы уравнений балансов.
1.6. Опыт моделирования производств аммиака и метанола.
Математическое моделирование тепловых и материальных схем и балансов возможно с помощью компьютерных программ типа ChemCAD, но использование таких программ усложняется тем, что создатели стремятся сохранить конфиденциальность информации, чтобы избежать пиратского использования. Кроме того, существует еще ряд проблем:
- в подобных программах нельзя явно представить физико-химическую сущность моделируемых процессов;
- комплексная схема производства аммиака и метанола, как и другие схемы совместных производств, достаточно сложны для расчета и моделирования даже при использовании подобных специализированных программных комплексов из-за присутствия большого количества обратных связей и разброса исходных данных для моделирования по разным узлам общей ХТЭС;
- нет опыта применения специализированных программных комплексов типа ChemCAD для проектирования и оптимизации тепловых и материальных балансов совместных производств.
Зарубежные фирмы также интенсивно занимаются разработкой и продажей программ для расчетов материальных потоков производства аммиака, например, компания ''ICI Synetix'' ( программа ''CATPER'') и ''Haldor Topsoe'' (программа ''FRONTEND'') [23]. Но эти программы работают только в режиме ввода исходных данных и вывода результатов расчета, поэтому встраивание в них блока расчета контура метанола невозможно.
Математическому моделированию процесса синтеза метанола посвящен целый ряд работ [27,35,65], в том числе направленных и на энергосбережение [36,39,50,83]. В некоторых работах особое внимание уделено схемам с рециркулирующими потоками [85], а также оптимальным энерготехнологическим циклам в совместных схемах производства метанола и высших спиртов [68]. Однако во всех этих работах рассматривается независимое производство метанола.
Математическая модель, описывающая производство метанола как химико-технологическую систему, представлена в [65]. Но эта модель имеет следующие недостатки: она ориентирована на независимое производство метанола, в ней смоделирована полочная колонна синтеза, реализована модель на ЭВМ на языке АЛГОЛ и в ней не моделируются тепловые потоки.
По-видимому, гораздо более совершенная программа разработана в Институте катализа им. Г.К. Борескова. Как указывается в [27], она рассчитывает материальные, тепловые и энергетические потоки с адаптацией расчетных данных к экспериментальным. Кроме того, учитывается неидеальность газовой и жидкой фаз. Примерно такая же программа представлена и в [35]. Но и эти программы ориентированы на независимое производство и полочную колонну синтеза. В связи с этим адаптация таких программ к совместному производству и трубчатому реактору синтеза метанола с помощью ее разработчиков потребует очень существенных их программных доработок.
Исходя из вышеизложенного, были поставили следующие задачи исследования:
1) создание концептуальной модели объекта исследования;
2) формализация концептуальной модели;
3) алгоритмизация расчетов по формализованной математической модели;
4) реализация алгоритмов на ЭВМ с использованием стандартных программных средств;
5) проведение на основе разработанной модели численных экспериментов с набором некоторого массива данных, являющихся основой для определения эффективности проекта совместного производства аммиака и метанола;
6) подтверждение с помощью расчетов по модели предложенных технических решений, обеспечивающих оптимальный с точки зрения экономии энергоресурсов вариант реализации комплексного проекта.
Объектом исследования является химико-теплоэнергетическая система комплексного производства аммиака и метанола на базе агрегата АМ-76 (ОАО ''Череповецкий ''Азот'')
Выводы по главе:
1. Рассмотрено состояние производства аммиака и метанола в России. Показано, что метанол является более перспективным и более дорогим продуктом. За счет более высокой цены на метанол возможен возврат инвестиционных вложений.
2. Приведена характеристика энергопотребления производств аммиака и указаны причины их повышенной энергоемкости, рассмотрены пути ее снижения. Одним из них является создание комплексного производства аммиака и метанола. Взаимное использование низкопотенциальных тепловых потоков позволяет снизить энергопотребление совместного производства.
3. Проанализированы способы совместного производства и организации теплообмена при получении метанола. Указаны недостатки существующих схем их реализации. Исходя из принципа построения энергосберегающих технологий совместное производство аммиака и метанола должно удовлетворять ряду требований. Выполнение этих требований необходимо решать на уровне проектирования, а это возможно сделать только методами математического моделирования с применением ЭВМ и современных вычислительных программных пакетов.
4. Изложены основные концептуальные положения математического моделирования химико-теплоэнергетических систем. Критически оценен имеющийся опыт моделирования производств аммиака и метанола: созданные модели не могут быть переориентированы на совместное производство.
Для решения указанных проблем поставлены задачи исследования.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.