CC BY
21
нед, зная и° и и1/2, вычисляем значения и'. Каждая из описанных, трёх прогонок выполняется со своим шагом по времени, который при переходе от прогонки к прогонке увеличивается вдвое и после вычисления значения и'
становится равным первоначально заданному шагу. Шаг первой прогонки можно вычислить по формуле
Л/„ = Д/-2"",
где К - количество разбиений (для схемы на рис. 1 Я = 3), Дг - первоначально заданный шаг.
Отметим, что при Я = 5 и А? = 0.1 норма ошибки вычислений составляет 0.0044, что на порядок меньше, чем при расчёте по классическому алгоритму с шагом А/ = 0.01. Отсюда можно сделать вывод, что метод многократного деления первого шага пополам даёт меньшую ошибку при меньшем количестве прогонок: при Я = 5 их число равно 14, а при постоянном шаге А/ = 0.01 необходимо выполнить 99 прогонок.
Универсальность приведённого алгоритма была проверена путём решения с его помощью серии гиперболических уравнений со вторым начальным условием вида Зк/З/ (I = 0, х) = 0. Во всех случаях алгоритм давал существенный выигрыш в точности результатов. Следует заметить, при решении гиперболических уравнений со вторым начальным: условием вида ди/д! и = 0, х) = (р(л') ^ 0 применение данного алгоритма не дало увеличения точности результатов по сравнению с результатами решения обычным методом, поэтому поиск путей повышения точности численного решения для задач такого типа является самостоятельной проблемой.
Список обозначений: и(1, х) - функция, зависящая от двух переменных, /, х - независимые переменные: время и координата, соответственно, Д/, Ь - шаг по времени и по координате, соответственно, п,] - номер шага по времени и по координате, соответственно, д - норма ошибки расчёта, Я -количество разбиений первоначального шага по времени пополам.
Работа выполнена в рамках государственного контракта с Роснау-кой № 02.524.11.4006/7934-П и при поддержке гранта Федерального агентства по образованию по программе «Развитие научного потенциала высшей школы», регистрационный номер 2.1.1/2104.
УДК 004.942
Э. М. Кольцова, А. С. Егоркин, Э. В. Федин, Е. А. Абубакарова Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА В ОБЛАСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ
The article is about the problem of creation of the software in the branch of chemical technology that deals with synthesis and processing of phosphorus-contained substances from the
point of information support and facilitation of calculation of processes. In the article there is also a description of information and research system that was made to solve the described problem and explanation of main system's parts and it's possibilities.
Рассматривается проблема создания программного обеспечения в таком направлении химической технологии, как получение и переработка фосфорсодержащих соединений с точки зрения информационной поддержки и облегчения расчета процессов. Приводится описание информационно-расчетной системы, направленной на решение описанной проблемы и описание eg составных частей и их возможностей.
Получение соединений фосфора является одним из наиболее широко распространённых и важных направлений химической технологии. В настоящее время актуальны проблемы экологии, связанные со взаимодействием фосфорного предприятия с окружающей средой, с образованием значительного количества отходов, в том числе фосфорсодержащего шлама.
На данный момент существует ряд способов переработки фосфорного шлама, каждый из которых приводит к получению определенного ценного соединения. Однако выбор наиболее подходящего способа переработки затруднен в связи с трудоемкостью получения всей доступной информации о каждом из способов, а также с отсутст вием возможности быстрого сопоставления способов по основным технологическим параметрам.
Для решения данной проблемы была создана информационная система в области получения фосфорсодержащих веществ и переработки отходов их производств Ecophos, которая решает следующие задачи: 1) систематизация информации о способах переработки фосфорного шлама, 2) выбор способа переработки фосфорного шлама и получаемого из него соединения, 3) расчёт технологических параметров для каждого способа, 4) представление результатов расчета в наглядной графической форме, 5) представление сведений о технологических схемах и аппаратурном оформлении процесса переработки.
Структурными блоками информационной системы являются: База данных математических моделей синтеза
- База данных технологических схем
- База данных физико-химических свойств соединений.
База данных математических моделей включает в себя математические модели синтеза гипофосфита натрия, фосфита натрия, двухосновного фосфита свинца, а также получения фосфорной кислоты. В системе они разделены на две части: сухой и мокрый способ, что связано с технологическими особенностями процессов.
Математические модели синтеза были созданы в РХТУ им. Д.И.Менделеева [1-3] и реализованы на языке программирования FORTRAN. Информационная система написана на Delphi, поэтому авторами данной работы были созданы процедуры обмена входными и выходными параметрами между информационной системой и исполнительными файлами расчета математических моделей синтеза с использованием текстовых файлов. В информационной системе Ecofos в качестве справки даны описания всех используемых математических моделей синтеза.
База данных технологических Схем включает в себя схемы: 1) синтеза гипофосфита натрия, 2) синтеза фосфита натрия, 3) синтеза двухоснов-
ного фосфита свинца, 4) получения фосфорной кислоты при подаче исходного раствора в одну либо в две ячейки реактора, 5) получения фосфорной кислоты при нестационарных параметрах исходного раствора, 6) технологические схемы сульфатного и нитратного способов переработки фосфогипса, являющегося побочным продуктом получения фосфорной кислоты. Схемы в информационной системе представлены таким образом, что по ним возможно осуществление навигации, то есть система представления технологических схем является интерактивной. Для ряда аппаратов даны материальные балансы, рассчитанные для тестовых исходных данных.
База данных физико-химических свойств для каждого соединения, представленного в ней, содержит набор параметров, используемых при расчете. Возможно как добавление новых соединений, так и корректировка ранее введенных значений физико-химических величин (рис. 1).
наши Уо( о! <«трс!ЫГ1<$с Свттопйс: Мй пе« »«ЬвНтее
>Сп тропой «.'itur.nl «нНМпног I I <" 1
самроимп _1_:_1—я_1_ь___1 *_1 -- -Д. А
< ГМН4]?Сг04 ТаМк рЬу5!со>сЬст«ы>1 »ог^с аиЬмэпсс мвнтэг*н2о
« УЙЬС |ОпИк (
- «1 сгуаМэ ;Н2 СовШа'ст <о» оуоЫз Ьеаг сврас!?у. Г.1 С«(;К!п(с(|1 Ье1й 1иг ау«Ыа Ьеа1 са^ссИу Г 4 Лини ¡г; уа|«<т* «) <!1Я'И1!\'п1 ЛОЬкитсс 0.1381 0.0801 129,631 И 0
Адгсо:* 1гЬ ЬдесМ {«са( о< «уо<з1Нг»»>оп '7о(иЫШу ь.ог ат ос> ¡М/то1с) |у('1й0|)!1?0
¿>¡€¡04 ¡Г7 та*» а( с|ув(п!я ид пасп (*д*пб1«|
ЛцГ-"
ЛуЖ>3 ;
Д|{ЫО Щ
I
А1С13
АН 1!
.... 5«кг
гщсшлуг
ркмми ••«:•■» :*т<>»»:«ояг.ай*. уом '■>. стр. 3<".Я.
Рис. 1. Окно изменения физикЬ-химнческих свойств соединений
Перейдём к описанию функциональных блоков информационной системы Есойз, содержащей: 1) блок выбора синтезируемого соединения, 2) блок задания исходных данных, 3) блок расчёта, 4) блок вывода результатов расчета, 5) графический блок, 6) блок технологических схем, 7) справочный блок. На рисунке 2 можно видеть часть окна программы, на котором изображены объекты, реализующие в программе каждый из функциональных блоков. Синтезируемое вещество предлагается выбрать из выпадающего списка, а реализация остальных функций осуществляется нажатием на соответствующую кнопку.
Первым шагом является выбор нужного соединения. После чего в появившейся области возможно провести изменение тестовых значений исходных данных (см. рис. 3). Каждый параметр приведен вместе с его размерностью, а его полное название дается в подсказках, возникающих при
наведении курсора на краткое название параметра. Предусмотрена также защита от введения некорректных данных.
После записи исходный данных в файл, проведения расчета и вывода его результатов на экран, возможно построение графических зависимостей полученных при расчете величин. Для этого из выпадающего списка производится выбор нужного параметра и нажатием на кнопку строится его зависимость, как правило, от времени (рис. 4,5). Для получения сведений о технологических схемах, справках, выхода из системы необходимо нажать соответствующую кнопку в окне программы.
Sodium Phosphite (фосфит натрия) Sodium Hypophosphite (гипофосфит натрия) Lead phosphite (фосфит свинца)
Phosphoric Acid (фосфорная кислота)
Data input (ввод данных) ^ Calculate (расчет)
Show results (вывод результатов)/
Help ; Graphs (справка) | (графики) \
! Exit
Mathematical model description Flowsheets (выход) (описание математической (технологические модели) схемы)
С»'/ г«е<3ч
Рис. 2. Реализация функциональных блоков системы
3 Wwïp+wrte eud
input d«ta Sïùd t.nf aj»ai!<'s irtjobranß (l>y <tui
; i Jo? ! ? J58~ ' э (од ; s |ij.u : б ¡одГ з jao ' 1
Рис. 3. Вид окна программы после задания исходных данных и проведения расчета
Рнс. 5. Примеры построения графических зависимостей рассчитанных параметров
Дальнейшее развитие системы может идти по направлению усовершенствования существующего наполнения системы - дополнение новыми методами переработки фосфорного шлама, создание экспертной системы выбора метода переработки, внедрение возможности удаленного доступа.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 07-08-00357-а) и грантом 6-ой рамочной программы ШСО (контракт № 013359).
Библиографические ссылки
1. Стругацкая А.Ю. Исследование, математическое моделирование и оптимизация процесса синтеза фосфита натрия из фосфорного шлама: Дис. ... канд.тех.наук. /Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ, 1995. 137 с.
2. Аганина А.В. Моделирование и оптимизация процессов кристаллизации малорастворимых веществ на основе методов синергетики (на примере кристаллизации двухосновного фосфита свинца и кристаллизации гидроксидов
металлов): Дис. ... канд. тех. наук. / Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. - М.: Изд-во РХТУ, 1998."190 с.
3. Лисицина В.В. Моделирование и оптимизация процесса получения гипо-фосфита натрия: Дис. ... канд. тех. наук. / Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева.-М.: Изд-во РХТУ. 1994. 151 с.
УДК 66.011.001.57075
Г. А. Денисов, В. В. Макаров
Российский химико-технологический университет им. Д. й. Менделеева, Москва, Россия
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХИМИКО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ДИСКРЕТНЫМ РЕЖИМОМ РАБОТЫ
Methods of optimal operation mode of multipurpose plants have been described. Algorithms of its solution: taboo-algorithms, simulated annealing and genetic algorithms have been considered.
Описаны методы и приемы организации работы химико-технологических систем в производствах продуктов тонкого химического синтеза, имеющие целью экономию материальных и энергетических затрат и времени. Изложены методы для решения таких задач: табу-поиск, моделируемый отжиг, генетические алгоритмы.
Производства продуктов тонкого химического синтеза функционируют в условиях частых структурных модификаций их ассортимента, что при незначительных объемах выпуска, широкой номенклатуре и повышенным требованиям к качеству обусловили периодический способ организации технологических процессов, доминирующий в упомянутых производствах. Наряду с известными преимуществами (одинаковое время пребывания всех компонентов в аппарате, возможность постадийного корректирования качества промежуточных продуктов, ориентация на продукцию мобильного ассортимента) периодическим процессам присущи и некоторые недостатки: наличие вспомогательных операций, неактивные состояния: технологических аппаратов, работающих в составе химико-технологических систем и т. п., снижающие технико-экономическую эффективность производства.
Повысить эффективность производства можно путем оптимальной организации работы химико-технологических систем и технологических аппаратов в их составе, не изменяя разработанной технологии. Комплекс мероприятий по рациональной организации работы химико-технологических систем может включать: 1) сокращение длительности вспомогательных операций в аппаратах периодического действия; 2) ликвидацию неактивных состояний технологических аппаратов или существенное сокращение их длительности; 3) совмещение аппаратурно-подобных технологических процессов в одной схеме; 4) применение модульного и многофункционального оборудования; 5) организацию производства в виде мобильных технологических систем и т.п.
