Реферат по предмету "Математика"


Математическое моделирование и оптимизация в химической технологии

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОрёлГТУ Кафедра “Высшей математики”
Математическое моделирование и оптимизация в химической технологии. Выполнил: Мартынов Е. Н. Группа 21-ТМ Проверил: Шмаркова Л. И. Орёл 2000 ОрелГТУ 2000г.
На химических заводах и комбинатах из сырья минерального, растительного или животного происхождения и различных промежуточных продуктов их переработки производят свыше миллиарда тонн в год химической продукции сотен тысяч наименований. При огромных различиях в масштабах производства (от десятков тонн до десятков миллионов тонн в год) и номенклатуре продукции все химические предприятия имеют общие принципы построения и общие направления развития и совершенствования. Любое химическое производство включает технологические стадии приема и подготовки сырья, химического превращения разделения реакционной массы, выделения целевого продукта, его очистки, отгрузки и отправки потребителю, а также очистки и переработки отходов и выбросов. Кроме сырья химические производства в значительных количествах потребляют пар воду, электроэнергию.
Эффективность химического производснва определяется экономическими показателями, и ее повышение достигается различными методами, одним из которых является метод математического моделирования.
Важнейшими характеристиками работы промышленного химического реактора являются удельная производимость (количество целевого продукта, образующегося в единицу времени в единице объема реактора) и селективность (доля превращенного сырья, использованного на образование целевого продукта). Для достижения наилучших экономических результатов необходимо добиваться возможно более высоких значений этих показателей. Для этого необходимо выбрать соответствующие условия протекания процесса с использованием его математической модели, который основан на использовании законов природы, лежащих в основе химических и физических процессов, протекающих в реакторе и других аппаратах различных технологических стадий. К ним относятся уравнения химической кинетики и термодинамики, описывающие скорости образования основных и побочных продуктов реакции и состав реакционной массы как функцию температуры, давления, начальных концентраций реагентов и степени их конверсии, уравнения гидродинамических, тепловых и массообменных процессов, сопровождающих реакцию или протекающую в отдельных аппаратах. Эти уравнения используют затем для построения функции себестоимости или дохода связывающие эти критерии с параметрами процесса. Рассмотрим на конкретном примере решение проблемы оптимизации химико технологического процесса с использованием простейших моделей. В качестве примера решим задачу подбора параметров процесса для обеспечения максимальной производительности.
Предположим что производство продукта Bобразующегося по реакции АВ. функционирует с 40-х годов по старой технологии. Согласно производственному регламенту, реакция проводится в периодическом реакторе, в который загружается раствор исходного реагента А с начальной концентрацией СА, 0 =1моль/л. В количестве V=100л. реакционная масса термостатируется с помощью теплообменных устройств реактора (рубашка змеевик) в течение времени t= 3ч. За это время часть исходного реагента А превращается в продукт реакции В. При этом степень конверсии Х исходного реагента А в В: (1)
где СА и СВ – концентрации А и В (моль/л) в реакторе в момент времени t=3ч. При достижение заданной конверсии реакционная масса охлаждается, продукт реакции В отделяется, а не превращенный исходный реагент А попадает в отходы производства. Суммарное время загрузки и выгрузки реакционной массы составляет t0=1 ч.
Для таких регламентных показателей загрузки реагента А для проведения одной операции составляет nА, 0 =V . СА, 0=100 моль, а количество образовавшегося за время реакции продукта nB= nA, 0. X=100 . 0, 75=75 моль. Отсюда часовая производительность П установки, выраженная в молях продукта В, полученного в единицу времени : моль/ч, или 18, 75 . 24 = 450 моль/л . ч
Для решения поставленной задачи максимальной производительности проведем исследования кинетики реакции АВ. Находим, что ее скорость описывается кинетическим уравнением второго порядка:  моль/л . ч (2)
с константой скорости k = 1 л/моль. ч. Уравнение (2) представляет собой в данном случае математическую модель описанного выше периодического реактора. Воспользуемся этой моделью для определения степени конверсии Х и времени t, обеспечивающих максимальную производительность установки. Очевидно, что такое время существует, поскольку при малом времени реакции t, несмотря на высокую скорость реакции (СА близко к СА, 0), общая производительность установки мала из – за большой доли непроизводительных затрат времени t0. К тому же при большом времени реакции t доля непроизводительных затрат снизится и скорость реакции из– за малой концентрации СА к концу реакции (см. ур. 2). Для определения оптимальных значений Х и t выразим через СА через Х (СА=СА, 0( 1 - Х )), подставим в уравнение (2) и проинтегрируем или
Подставив приведенные выше значения k и CA, 0 в последнее уравнение, получим (3)
Запишем теперь уравнение для расчета производительности установки. Для этого количество молей продукта В, производимых за одну операцию, nB=VCB=VCA, 0=100X разделим на время операции t+t0 : моль/ч. Используя соотношение (3) получим П=100Х( 1 – Х)
Теперь легко найти оптимальное значение Х для обеспечения максимального значения П. Для этого продиференцируем П по Х и приравняем производную нулю:
Отсюда оптимальное значение Х=0. 5, а максимальное значение производительности, согласно (5), П = 25 моль/ч. или 25*24 = 600 моль/сут, что на 33, 3 % выше регламентного показателя.
В целом на производстве основная доля затрат приходится на сырье (70%) и энергию ( до 40%). Снижение их расхода на еденицу продукции дает наибольший экономический эффект. Кардинальный путь снижения этих затрат состоит в использовании новых технологий, нодополнительного снижения затрат на производстве достигают оптимизацией процессов на всех технологическх стадиях.
1. Темкин О. Н. Промышленный катализ и экологические безопасные технологии // Cоросовский Образовательный Журнал. 1997. №3. С. 42-50.
2. Швец В. Ф. Совершенствование химических производств // Cоросовский Образовательный Журнал. 1997. №6. С. 49-55.
3. Неймарк Ю. И. Простые математические модели и их роль в постижении мира // Cоросовский Образовательный Журнал. 1997. №3. С. 139-143.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат 1 Чем отличается предприниматель от бизнесмена?
Реферат A Critique Of Two Concerts Essay Research
Реферат Бадалбейли, Бадал-бек Башир оглы
Реферат Формирование личности, психологические особенности возрастных периодов
Реферат Физкультурное движение в Белоруссии в послевоенный период 1941-1990 гг
Реферат Министерства и центральные (федеральные) ведомства в системе государственного управления
Реферат Диагностика и развитие творческих способностей подростков
Реферат Национальная освободительная война 1648-1654 гг
Реферат Первоначальные сведения о программировании на языке Pascal
Реферат Digestive Disorders Liver Essay Research Paper Digestive
Реферат Рахман, Муджибур
Реферат Збагачення словникового запасу молодших школярів під час засвоєння граматико орфографічних знань
Реферат Модель специальной силовой подготовленности пауэрлифтеров
Реферат Военное искусство в России 2-й половины XVIII века
Реферат Лев Толстой - мастер изображения внутреннего состояния героев