Введение к работе
Актуальность работы. Определение аппаратурного оформления (АО) химико-технологических систем (ХТС) - одна in основных задач, возникающих при проектировании многоассортиментных малотоннажных химических производств (ММХП). Примерами ММХП могут служить производства химических красителей и полупродуктов, кинофотоматериалов, фармацевтических препаратов и т.п. Продукты ММХП выпускаются отдельными партиями, стадии их синтеза обычно реализуются в периодическом режиме и оснащаются стандартным оборудованием (реакторами или емкостями с перемешивающими устройствами и без них, фильтрами и сушилками непрерывного и периодического действия и т.п.). Ассортішепт продукции ММХП подвержен постоянным изменениям.
В существующей экономической ситуации плановые задания отсутствуют. Предприятия самостоятельно прогнозируют спрос на продукцию, а также выбирают технологические регламенты ее производства. Как ассортимент продукции, так и технологические регламенты оказывают существенное влияние на АО.
Выпуск новой продукции в настоящее время чаще всего реализуется на оборудовании действующих производств. В отличие от проектирования нового производства, в этих случаях множество доступного оборудования ограничено. При этом возможность изменения размеров партий выпускаемых продуктов от стадии к стадии многоассортиментных химико-технологических систем (МХТС) увеличивает шансы на то, что удастся осуществить выпуск продукции без приобретения нового оборудования.
Таким образом, в настоящее время актуальна задача синтеза аппаратурного оформления МХТС. на стадиях которой допускается изменение размеров партий выпускаемых продуктов, с учетом прогнозирования ассортимента продуктов и объемов их выпуска, а также выбора технологических регламентов их производства.
Работа выполнена в соответствии с единым заказ-нарядом Министерства образования РФ, ТГТУ.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка методики синтеза аппаратурного оформления многоассортиментной химико-технологической системы, т.е. определение количества аппаратурных стадий, числа аппаратов на стадиях, рабочих объемов или площадей рабочей поверхности основных аппаратов. Методика должна учитывать возможность изменения размеров партий выпускаемых продуктов от стадии к стадии системы, необходимость прогнозирования ассортимента продуктов и выбора технологических регламентов их производства.
Для этого необходимо: осуществить постановку общей задачи синтез; МХТС с учетом прогнозирования выпуска продукции и выбора технологического регламента; обосновать общую схему ее решения; построить модель прогнозирования ассортимента продукции; разработать математическую модель функционирования МХТС, учитывающую возможность изменения размеров партий выпускаемых продуктов на стадиях; разработан методы определения минимальной длительности цикла работы системы определения размеров партий выпускаемых продуктов и выбора основны> размеров оборудования ее стадий; разработать комплекс программ, реализующих предложенную методику синтеза АО МХТС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были использованы методы математического моделирования, спстемногс анализа, численные методы решения задач нелинейного н дискретногс программирования. Достоверность математической модели подтверждается численными экспериментами.
Научная новизна.
В общем виде поставлена задача синтеза аппаратурного оформленії* МХТС, на стадиях которой допускается изменение размеров партий выпускаемых продуктов с учетом прогнозирования выпуска продукции и выбора технологических регламентов ее производства.
Предложена методика решения поставленной задачи, позволяющая определить ассортимент продукции, объем выпуска каждого продукта, технологические регламенты производства продуктов, а также аппаратурное оформление стадий системы.
Разработана математическая модель функционирования МХТС, оснащенной оборудованием периодического п непрерывного действия (реакторами, емкостями с перемешивающими устройствами и без них, фильтрами, сушилками), с учетом возможности изменения размеров партий выпускаемых продуктов от стадии к стадии.
Разработан метод определения минимальной длительности цикла работы системы, обеспечивающий наиболее эффективное использование оборудования за счет уменьшения дпительностей заполненных простоев.
Разработан метод определения размеров партий выпускаемых продуктов и выбора основных размеров оборудования.
Практическая ценность и реализация результатов исследования. Разработан комплекс программ, реализующий предложенную методику. С его помощью выполнены расчеты аппаратурного оформления как проектируемых МХТС (АО "Химпром" г. Чебоксары. Сивашскпй анилинокра-сочный завод), так н нерепрофшир\ емых МХ'ІС (ОАО "Пигмент" г. Тамбов), на стадиях которых допускается изменение размеров партий выпускаемых продуктов. Эксплуатация комплекса программ в условиях реалыю-
го производства (в технолого-монтажном отделе АО "Экопроект", проект-но-копструкторском отделе н производстве дисперсных красителей ОАО "Пигмент", г. Тамбов) показала, что его применение позволяет сократить продолжительность проектных расчетов аппаратурного оформления МХТС в 2 - 4 раза. Программа расчета аппаратурного оформления МХТС используется в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению 655400 - "Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии".
Апробация работы. Материалы работы доложены на XI Международной научной конференции "Математические методы в химии и технологиях" (MMXT-XI) - Владимир, 1998; на II Тамбовской межвузовской научной конференции "Актуальные проблемы информатики и информационных технологий", Тамбов, 1998; на II международной конференции по мягким вычислениям и измерениям SCM-99 - Санкт-Петербург, 1999; на III Международной научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами", Саранск, 1999; на IV научной конференции ТГТУ, Тамбов, 1999; на международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-2000", Санкт-Петербург, 2000.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений.