2.1. Определение цели моделирования. Разработка
концептуальной модели.
Конкретной целью моделирования исследуемого объекта является определение (расчет) значений выбранных показателей энергетической и экономической эффективности для различных технологических и теплотехнических вариантов реализации рассматриваемого совместного производства. Для реализации этой цели достаточно разработать балансовую модель [19], отображающую сходимость балансов по материальным и тепловым потокам на каждой стадии исследуемого объекта.
Концептуальная модель - это абстрактная модель, определяющая структуру моделируемой системы, свойства ее элементов и причинно-следственные связи [34]. Структура модели зависит от декомпозиции объекта исследования и выделения существенных связей между его частями.
Разрабатываемая модель должна удовлетворять принципу информационной достаточности [22]. Для этого был проведен сбор данных с физического объекта (агрегат аммиака на ОАО ''Череповецкий ''Азот''), из литературных источников (техническая документация, патентная, экспертная и нормативная информация), а также выдвижение гипотез относительно значений параметров и переменных, для которых отсутствует возможность получения фактических либо литературных данных. Полученные результаты соответствуют принципам информационной достаточности и осуществимости, т.е. они могут служить основой для построения модели.
По условиям перехода из одного состояния в другое различают детерминированные модели и стохастические [22]. Если имеются условия, определяющие переход системы в новое состояние, то для детерминированной системы можно однозначно указать, в какое именно состояние она перейдет. Для стохастической системы можно указать лишь множество возможных состояний перехода.
Любая реальная система может быть подвержена воздействию случайных факторов и, соответственно, модель этой системы будет относиться к классу стохастических. Однако для рассматриваемой системы автор посчитал возможным пренебречь влиянием этих факторов и создаваемую модель представить как детерминированную.
По учету фактора времени разрабатываемая модель является статической, т.к. в ней все зависимости отнесены к одному моменту времени.
Таким образом, разрабатываемая модель исследуемого объекта является балансовой, детерминированной, статической и удовлетворяет принципу информационной достаточности. Модель должна обеспечивать:
1) ввод исходных данных;
2) расчет материальных и тепловых балансов выбранных стадий производства с учетом из взаимосвязи;
3) поверочный расчет нового оборудования;
4) вывод выбранных показателей процесса;
5) расчет экономических показателей.
Автор полагает, что в дальнейшем балансовая модель может быть доработана до оптимизационной. При этом необходимо выбрать критерии оптимизации (показатели эффективности) и управляющие параметры, изменение которых дает экстремальные значения критериев оптимизации. Однако для достижения поставленной цели моделирования балансовая модель является достаточной.
2.2. Декомпозиция объекта исследования.
Структуру исследуемого объекта лучше всего представить в виде системы функционально относительно независимых подсистем. Такая структура соответствует схеме, приведенной на рис. 8, где показаны основные стадии производства. В работе не рассматриваются блок выработки и распределения пара давлением 40, 8 и 4,5 ата (см. рис. 7), т.к. они очень сложны ввиду наличия большого количества тепловых потоков и аппаратов. Количество избыточного низкопотенциального пара известно из практической работы агрегата.
Также автор диссертации считает возможным не рассматривать блок ректификации метанола-сырца, т.к. этот процесс достаточно хорошо разработан и описан в литературе [82]. Важнейшим показателем энергоемкости процесса ректификации является расход пара. Эта величина известна из практических данных [8,18].
Каждую стадию удобно рассматривать как отдельную подсистему, которой физически соответствует реальный аппарат (или несколько аппаратов), а математически – отдельный расчетный блок. Теперь необходимо определить, на каком уровне детализации рассматривать каждую подсистему.
Уровень детализации модели определяется тремя факторами:
1. целями моделирования;
2. объемом априорной информации о системе;
3. требованиями к точности и достоверности результатов моделирования.
В нашем случае детализация системы должна производиться до такого уровня, чтобы для каждого элемента были известны или могли быть получены зависимости его выходных характеристик от входных воздействий, существенные с точки зрения выбранного показателя эффективности.
Поэтому при выборе уровня описания системы руководствовались следующим правилом: в модель должны войти все параметры, которые обеспечивают определение интересующих исследователя характеристик системы; остальные параметры по возможности следует исключить из модели.
Объективно уровень детализации определяется следующим. Одна часть модели описывает реально существующий объект – агрегат аммиака (см. рис. 7), для подсистем которого достаточным является детализация на уровне аппаратов, т.к. результаты расчетов по модели легко сравнить с фактическими данными и при необходимости скорректировать модель.
Вторая часть описывает контур метанола (см. рис. 8), который не существует физически. Важнейшей его частью является реактор синтеза метанола, в котором протекают сложные физико-химические процессы. Как указывалось в разделе 1.4, от способа утилизации тепла, выделяющегося при этих процессах, в значительной степени зависит энергетическая эффективность производства. Поэтому стадия синтеза метанола надо рассматривать на уровне отдельной области аппарата.
Стадии конденсации воды и метанола-сырца (см. рис. 8), в свою очередь, также разбиты на подсистемы, каждая из которых включает в себя балансовый и поверочный расчет отдельного теплообменного аппарата. Это необходимо потому, что в контуре метанола применяется новое оборудование. На данных стадиях аппаратный уровень детализации также является достаточным.
В разрабатываемой модели каждой подсистеме объекта соответствует формализованный математический расчетный блок со своими исходными данными и результатами расчета. Такая формализация предполагает определенную иерархическую декомпозицию. Основываясь на рекомендациях из литературы [32,34,69,70], мы определили следующие иерархические уровни математической модели ХТЭС:
1) описание зависимости свойств веществ и их смесей (газов, жидкостей, твердых тел), входящих в ХТЭС, от различных параметров:
y = f(x1, x2, x3, …)
где y - какое-либо свойство (вязкость, теплопроводность и т.д.), xi - параметры состояния ХТЭС (давление, температура и т.д.). Такие уравнения представляют собой полиномы, степенные функции и др. [59,74,87].
Далее следует описание свойств смесей веществ на основании уравнений для свойств веществ. Если свойство аддитивно, то оно определяется как арифметическая сумма свойств веществ, образующих поток;
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
