1 Лекция 2. Оптимизация и ресурсосбережение реакторных систем нефтеперерабатывающих производств. План 1. Проблемы оптимизации и ресурсосбережения реакторных систем многокомпонентных каталитических процессов нефтепереработки 2. Постановка задачи многокритериальной оптимизации как задачи нелинейного программирования 3. Классификация методов оптимизации реакторных систем Лектор: профессор, д.т.н. Иванчина Эмилия Дмитриевна

2 1. Реакторный узел химико-технологической системы (ХТС) характеризуется следующими основными признаками, позволяющими отнести его к системам, сложным для многокритериальной оптимизации : 1)аппараты химического превращения в ХТС и потоки между ними объединяются для общей цели – выпуска целевой продукции требуемого качества; 2)существует взаимное влияние аппаратов и режимов в них на показатели функционирования отдельных элементов и ХТС в целом; 3)нециклическая связь между реакторами и элементам блока разделения усложняют структуру узда, позволяет через нее воздействовать на эффективность химических превращений в реакторах.

3 Специфика химических многокомпонентных процессов в реакторах затрудняет оптимизацию их систем по сравнению с синтезом аппаратов подготовки сырья для химических реакций, разделение продуктов реакций и теплообменного оборудования, а именно: 1)динамический характер режимов в аппаратах химического превращения; 2)многомерность систем уравнений математического описания рассматриваемого класса процессов, обусловленная учетом взаимодействия индивидуальных компонентов реакций; 3)многокритериальность и много экстремальность целевой функции оптимизации, вызванная необходимостью поиска компромиссных технико-экономических оценок; 4)многовариантность ТС реакторных систем, вытекающая из специфики конкретного производства и состава перерабатываемого сырья.

4 Оптимизация и организация PC с позиции системного анализа ] предполагает следующие пути: 1)при заданной совокупности химических превращений, структуре технологических связей между аппаратами, значениях конструкционных и технологических параметров провести поверочный расчет, то есть определить выходные характеристики PC посредством математического описания и оценить степень адекватности математической модели реальному процессу (для действующих реакторных систем). 2)выбрать интервалы изменения структурных, технологических и конструкционных параметров PC, исходя из регламента на проектирование или технологических характеристик действующих производств. 3)при заданном множестве альтернативных вариантов технологической схемы и значений параметров определить оптимальную топологию, технологический режим работы аппаратов и их конструкционные характеристики.

5 2. Постановка задачи многокритериальной оптимизации как задачи нелинейного программирования

6 Однако решением многокритериальной задачи оптимизации могут быть лишь те значения, которые удовлетворяют ограничениям, то есть получаем другую область. Оценка степени рассогласования дает, что то вся область не может быть решением задачи многокритериальной оптимизации. С учетом изложенного задача многокритериальной оптимизации реакторных систем может быть записана следующим образом:

7

8

9 3. Классификация методов оптимизации реакторных систем В случае применения многомерного поиска для решения формализованных задач оптимизации эффективно может быть использован декомпозиционный принцип синтеза. При этом исходная задача разделается на совокупность более простых задач и рассматриваются лишь наиболее перспективные варианты их решения, образующие ХТС, оптимальную в целом.

10 Интегрально-гипотетический принцип синтеза ХТС реализуется в несколько стадий: 1. Выявление всех возможных альтернативных вариантов синтезируемой схемы на основании эмпирического опыта и интуиции исследователя; 2. Создание некоторой гипотетической обобщенной структуры (ГОТС) технологической схемы; 3. Анализ ГОТС при наличии математических описаний всех процессов, происходящих в системе; 4. Оптимизация ГОТС решением многомерной задачи нелинейного программирования.

11

12 В то же время при применении как детерминированных методов, так и эвристических возникают две основные проблемы: как получить достоверные оценки по отдельным составляющим критерия и как синтезировать обобщенное решение. Различные подходы к проблемам многокритериального анализа отличаются с способом перехода от частной оценка альтернатив к общей. В методах первой группы общая оценка представлена математической зависимостью от частных критериев. В задачах многоцелевой оптимизации локальные критерии имеют различную физическую природу и различную размерность. Один из способов нормирования основан на использовании заданного значения локального критерия оптимальности

13

14 Вне зависимости от достоинств и недостатков методов и схем компромиссов можно выделить общий положительный эффект, возникающий при применении многокритериального подхода и анализу альтернатив технологических схем. Он заключается в усилении объективной оценки по совокупности критериев качества. Но достигнутые успехи в синтезе тепловых систем показали, что алгоритмы являются успешными в том случае, если они основаны на учете физико-химической и технологической специфики конкретной задачи. Для разработки нужной методологии решения задач автоматизированного синтеза оптимальных реакторных подсистем многокомпонентных процессов нефтепереработки требуется умение находить разумный компромисс между эффективностью и допустимостью, то есть функциональную зависимость между B,U и Д.

15

16 При построении гипотетической обобщенной технологической структуры реакторной системы используем следующие элементы: оператор смешения I, оператор разделения II, оператор химического превращения III, оператор нагрева (охлаждения) IV. Исходный поток сырья Фр ° разделяется на две составляющих в колонне II a, одна из которых идёт на смешение с водородсодержащим газом, а другая – в жесткую ступень риформинга для получения высокооктанового катализатора. Поток 4 последовательно проходит два реактора риформинга, ступень разделения, где отделяется углеводородный газ (6) и часть жидкого катализата (П), которую нецелесообразно подвергать жестким условиям последнего по ходу реактора. На выходе из последнего реактора в операторе разделения II В отгоняется водородсодержащий газ и подаётся в узел смешения I. Жидкий продукт также подвергается ректификации в колонне II В и фракция с преимущественным содержанием непрореагировавших алканов направляется в узел смешения I на рецикл.