Литература




ИмеЛитература
страница1/3
Дата на преобразуване09.10.2012
Размер243.97 Kb.
ТипЛитература
източникhttp://www.pse.ice.bas.bg/www_systems_engineerig_laboratory/projects_systmeng/Project_TH_1201/Ot
  1   2   3


Изследователски проект




МЕТОДИ ЗА СИНТЕЗ НА ЕНЕРГОСПЕСТЯВАЩИ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ РЕНОВАЦИЯТА НА МНОГОЦЕЛЕВИ И МНОГОПРОДУКТОВИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧНИ СИСТЕМИ С ПЕРИОДИЧНИ ПРОЦЕСИ


Ръководител на проекта:



Ст.н.с. Боян Бонев Иванов

Институт по инженерна химия, БАН




2002 - 2005 г.

София




С Ъ Д Ъ Р Ж А Н И Е


1. Описание на проекта.............................................................................................……….. 3.

1.1. Въведение .................................................................................................…… 3.

1.2. Анализ на състоянието на изследванията по проблема.......................……….. 3.

1.3. Предхождащи изследвания на колектива по проблема..............…………..….. 5.

1.4. Мотивирани цели на проекта и работна хипотеза..................................……... 6.
1.5. Методи, апаратура, изследователска техника, обработка на данните ………... 6.

1.6. План на изследванията...............................................................................…… 7.

1.7. Очаквани резултати....................................................................................……. 7.

1.8. Научно сътрудничество ………………………………………………………….; 8.

1.9. Обосновка на материалните разходи …………………………………………… 8.

Литература.........................................................................................................…… 9.

Приложение 1 ............................................................................................................ 12.

Приложение 2 ..............................…….............................................................…...... 17.

Приложение 3 ………………………………………………………………………….. 18

1. Описание на проекта


1.1. Въведение

Проблемът за снижаване на материалните и енергийните разходи в технологичните системи на химическата, металургическата, енергетическата, фармацевтическата и хранително-вкусовата промишлености е от особена важност през последните години. Решаването на този проблем посредством оптимизацията на съществуващите технологии при зададена технологична схема изчерпва все повече и повече своите възможности със задълбочаване на енергийната и екологичната кризи. Изход от това положение е създаването на нови технологии и съответствуващи (или оптималната реконструкция на действуващи) технологични схеми със снижени материални и енергийни разходи посредством методите за оптимален синтез и реконструкция на технологични системи [15,16,36,47]. При тези условия това може да доведе до снижаване на енергопотреблението в многопродуктови и многоцелеви химико-технологични системи с периодични процеси.

В този смисъл ще бъде направен обзор на литературните източници и на публикуваните резултати на членовете на работния колектив по предлагания проект. Ще бъдат представени целите на изследването, неговият работен план, използуваните методи и възможните и очаквани резултати.

1.2. Анализ на състояние на изследванията по проблема

Многопродуктовите и многоцелеви ХТС с периодични процеси са широко застъпени в хранително вкусовата , фармацевтичната промишлености, произвоството на бои и лакове и др., което е причина за нарастващия интерес на много изследователи към тези процеси. В предишните години са разработени методи за проектиране и оптимално функциониране на многоцелеви и многопродуктови ХТС с периодични процеси, като крайната цел е била минимизиране на капиталните и производствени разходи [45,46].

Нарастващата енергийна криза стана причина в последните години изследователите да проявяват интерес и към въпросите, свързани с намаляване на консумацията на енергия и оптималното натоварване на енергосистемите при периодичните процеси. Knopf at al. [25]. Lazaro и Puigjaner [29] при симулирането и оптимизацията на многопродуктови заводи включват консумацията на енергия като ограничение. Badea [1] предлага метод за оптимизиране на материалния и/или топлинния баланси при многоцелеви системи.

Особен интерес представлява работата на Vaselenak, Grossmann и Westerberg [53], в която се разглежда въпроса за максимална топлинна интеграция при периодично-работещи апарати, с цел намаляване консумацията на енергия. Разгледани са три основни случая на топлообмен между реактори, като температурите на флуидите се променят във времето. Авторите разглеждат топлинна интеграция между периодично работещи реактори, но приемат че топлината е достъпна във всеки момент от разглеждания временен период. В действителност, при периодичните процеси топлинните потоци са прекъснати. Ето защо е много важно правилно да бъдат определени във всеки момент от време количествата топлина, подлежащи на обмен. Само при такъв подход може да бъде получена реална представа за възможностите за топлинна интеграция при периодични технологични системи.

Най-елементарния подход при анализа на периодичните процеси е т.н. "псевдо - непрекъснат анализ" [23,24,37,52]. Приема се, че източниците и консуматорите на топлина са налице през целия изследван временен период, като стойностите на енергиите се усредняват за този период. Пинч-методът се прилага като при непрекъснатите производства. Поради пренебрегването на времето (като ограничение за топлинна интеграция) получените по този метод резултати в повечето случаи са силно завишени и прекалено оптимистични (изключение правят, например, случаите на акумулиране на енергия при производство на серия от партиди от даден продукт). При този подход, обаче, за случаите на акумулиране на енергия, количествата топлина, които могат да бъдат директно обменени и тези, които трябва да бъдат акумулирани за използуване по-късно, не могат да бъдат диференцирани.

Kemp и Мacdonald [24] предлагат нов подход за анализ на възможностите за топлинна интеграция при периодични процеси, в който се отчита и фактора време. В основата на метода са заложени принципите на пинч-техниката. Авторите предлагат построяването на два вида зависимости:

  1. Зависимостта температура-енталпия за всеки момент от изследвания временен период.

  2. Зависимостта енталпия-време, показваща наличната топлина в системата за определено време.

Разгледани са случаите, когато се анализира един цикъл от работата на самостоятелно работеща технологична линия, на паралелно работещи линии и на повтарящи се многократно линии. Използвайки принципното сходство между термодинамичния пинч-анализ и време отчитащия анализ е дефинирана временна пинч-точка определяща кога могат да бъдат използувани наличните в даден момент топлини. Освен това, може да бъде съставена "временна каскада", която е аналогична на топлинната каскада, използвана в традиционния анализ за топлинна интеграция на непрекъснати производства. Прилагането на този метод позволява да бъдат получени коректни данни за проектиране и реконструкция на рекуперативни топлообменни системи.

Проетирането на топлообменни системи за периодични процеси е значително по-трудно отколкото за непрекъснати. Причина за това е не само временното ограничение за осъществяване на топлообмен, но и факта, че пинч-точката се намира на различни температурни нива за различните временни интервали.

В [21] е предложена процедура за проектиране на топлообменна система за периодични процеси. По този начин могат да бъдат определени както количеството директно обменена топлина за всяка двойка потоци, така и акумулираната топлина. Възможно е да бъдат синтезирани няколко различни варианта схеми на топлообменната система. В [21] са предложени някои основни принципи, улесняващи синтезирането на периодични топлообменни системи:

  1. В повечето случаи за предпочитане е да бъдат синтезирани топлообменни системи, които осигуряват масимален директен топлообмен, а не максимална рекуперация на топлина (включваща директен топлообмен и акумулиране на топлина за топлообмен в последващ временен интервал). Като причина за това предпочитание са посочени допълнителните разходите, които предполага една система за акумулиране на енергия, а също така и промените, които трябва да настъпят в разписанията.

  2. Топлообменни системи, обезпечаващи максимален директен топлообмен могат да бъдат синтезирани на базата на системи, разработени за всеки временен интервал.

  3. Опитът показва, че топлообменната система, съответстваща на псевдо-непрекъснат процес може силно да се отличава от системата, осигуряваща максимален директен топлообмен (определена съгласно т.1).

  4. Акумулирането на енергия успешно може да бъде включвано в синтезираната система.

Както беше споменато по-горе, за увеличаване на възможностите за топлинна интеграция, в повечето случаи се налагат изменения в първоначалните разписания на работа. В [22] е предложен системен подход за осъществяване на тези изменения. Отбелязва се, че промяната в разписанието не променя общото количество рекуперирана топлина. В резултат на тези изменения се променя само съотношението между количеството директно обменена топлина и тази, която се акумулира.

5. Детайлно проектиране на рекуперативните топлообменници и общата технологична схема на базата на синтезираната схема по т.4. гореописаният подход успешно се прилага от групата по интеграция на процесите към Изследователския център при Harwell Laboratory [22] и се оформя като един от най-пълно разработените методи за проектиране и реконструкция на периодични процеси до сега.

Върху топлинна интеграция при периодични процеси усилено работят и сътрудниците от UMIST [30,37,42]. Техният подход също се основава на адаптирането на основните принципи на пинч-техниката към периодичните процеси. Основното отличие се състои в това, че докато Каскадния метод е насочен основно към редуциране на енергийните разходи, изследователите от групата на B.Linnhoff използват резултатите от енергийния анализ за определяне на слабите места в цялата технологична схема. Техния метод е известен като "Цялостен анализ на слабите места в схемата на завода".

Локализирането на всички причини, които пречат за провеждане на оптимален технологичен процес, отчитайки взаимодействието на отделните подсистеми, се нарича определяне на тесните места в технологичната схема на процеса. За да бъде резултатен анализът е необходимо да се отчетат не само промените във всяка една отделна линия, но и взаимодействието между линиите, както и планирането. Това предполага цялостен анализ на материалните и енергийни потоци. Определянето на слабите места в дадена схема води до увеличаване на производителността, намаляване на капиталните и/или производствени разходи. При проектиране на нови производства, това води най-често до намалени инвестиционни разходи. При реконструкция на действуващи заводи, обикновено се постига увеличена производителност, подобрена гъвкавост на системата и намаляване на производствените разходи.

Предлаганата методика за интегриране на периодични процеси се състои в провеждане на Цялостния анализ на завода, като същевременно за анализ на енергийни потоци се прилагат двата модела - с разпределение на потоците по времето и усредняване на значенията за целия интервал [30.37].

В [42] се предлага използването на временни схеми, с помощта на които да се определят лимитиращите операции. След определяне на лимитиращия стадий се прави анализ на възможностите за намаляване продължителността му. За определяне на най-добрата схема от гледна точка на минимална консумация на енергия се използват композиционните криви. Те са построени чрез усредняване на стойностите за времето на цикъла. Използват се за определяне на местата, където е подходящо да се рекуперира топлина. С помощта на временните схеми се определят критичните места в схемата. Установено е, че отстраняването на някои операции ще намали времето за партида и следователно ще се увеличи производителността за единица време. Композиционните криви могат да бъдат използвани както за оптимизация на рекуперируемата топлина, така и с цел увеличаване на производителността.

В другия модел се отчита влиянието на времето. Операционния цикъл се представя чрез серия от временни интервали, характеризиращи промените в топлинните потоци. Прилагането на този модел позволява промяна в разписанието.

В [37] е разгледан пример, показващ, че целевите стойности на енергията, получени с помощта на "псевдо-непрекъснатия" анализ, могат да бъдат достигнати след подходящи минимални промени в разписанието .

Corominas et. al. [65] разглеждат проблема за топлинната интеграция в многоцелева ХТС. По късно прдлагания в [65] подход е приложен и за топлинна интеграция в многопродуктови ХТС с периодични процеси [70]. В тези работи се предлага начин за определяне на оптимални разписания представляващи последователно изпьлнявани продуктови кампании многоцелевите ХТС и оптимален ред за изпълнение на различните продукти при многопродуктовите ХТС, които осигуряват директна интеграция на максимално количество топлина. Въпроса за индеректната топлинна интеграция не се обсъжда. Капиталните разходи, необходими за построяване на необходимата обобщена топлообменна верига не се вземат под внимание.

Papageorgios et al. [66,67], Lazaros et al. [68] разглеждат проблема за топлинната интеграция в система от периодичен реактор и дестилационна колона. Въпросьт за топлинната интеграция се решава комплесно с оптимално разписание. В [66] се предлагат два възможни начина за топлинна интеграция, включващи директна и нидиректна топлинна интеграция. За решаване на задачата за създаване на условия за топлинна интеграция на максимално количество топлина е предложено използуването на "short-term production scheduling problem" предложен от Kondili et al (1993) [69]. И в тези работи не се отчита влиянието на капиталните разходи вьрху крайният ефект.

От направения литературен обзор става ясно, че топлинната интеграция в ХТС с периодични процеси може ефикасно да се осьществи като пьрво се сьздадат оптимални разписания даващи вьзможност за интегриране на максимално количество топлина и сьответни гьвкави топлообменни вериги, реализиращи тази възможност. Във всички случаи обаче, главен критерий трябва да бъде минимизиране на приведените разходи за осьществяване на процесите нагряване и охлаждане.

В повечето известни работи, обаче, основно се дискутира проблема с оптималните разписания и намиране на оптимален ред на куплиране в многоцелеви химико-технологични системи с периодични процеси.

На практика остава открит въпросът за решаване на проблемите по отношение на енергийната ефективност при многопродуктовите и многоцелевите ХТС. Това ни дава основание да предложим многопродуктовите и многоцелевите ХТС като обект на изследване в настоящия проект.


1.3. Предхождащи изследвания на колектива по проблема

По проблемите свързани с оптималното управление, синтеза, оптималната реконструкция и топлинната интеграция на ХТС с периодични процеси, колектива предлагащ разработването на изследователския проект работи (виж Приложение 1) от 1978 г. и има публикувани 40 работи, като от тях 26 в чужбина. Първите работи [1-7] са свързани с разработването на методи за съставянето на оптимални разписания за работа на апаратите в многоцелеви ХТС. Тези резултати са използувани за разработването на програмни системи за оперативно управление, чрез съставяне на оптимални разписания при работа на универсални многоцелеви заводи с периодични процеси [6,7]. В следващите години темата е разширена, като се разработват методи за оптимален синтез на многоцелеви [8,9,10] и многопродуктови [10,11,12] ХТС с периодични процеси.

В [11] се разглеждат проблемите свързани с оптималното натоварване на енергосистемите в многоцелеви ХТС с периодични процеси. В последните години с особен интерес (както и в световен мащаб) се разработват фундаментални проблеми свързани със снижаване на енергийните разходи при многоцелеви ХТС с периодични процеси . Предложени са методи за снижаване на енергийните разходи чрез топлинна интеграция в система периодични реактори, работещи в зададен общ и различен временен интервал [18-20,22,23,26-29].

В [27] се предлага стратегия за оптимална топлинна интеграция в многоцелеви ХТС. Тук се предлага използуване на декомпозиционния подход, при който отначало се определя оптимално разписание, осигуряващо максимална сумарна мощност на топлинната интеграция, а след това се определя суперструктурата на топлообменната верига, която може да осигури интеграция на максимално количество топлина. Оптималната структура и параметри на необходимата топлообменна верига се определя чрез използуване на определената суперструктура. При параметричния синтез се предполага, че са известни капиталните разходи, необходими за построяване на топлинна верига, осигуряваща интеграция в двойка "горещ/студен" реактори.

Общо в областта на анлиза, синтеза, реконструкцията и енергийната ефективност на химико-технологични системи с периодични процеси от колектива са публикувани 40 научни работи от които 26 в чужбина в списания с импакт фактор. През последните 5 години са публикувани в тази област 11 научни публикации от които 9 в чужбина в списания с импакт фактор. По публикуваните работи са намерени 26 цитата от чуждестрани и наши учени.


1.4. Мотивирани цели на проекта и работна хипотеза

От литературния обзор се вижда, че само малка част от проблемите за реновацията на многопродуктови и многоцелеви ХТС с периодични процеси чрез въвеждане на енергоспестяващи технологии до този момент е изучена. В бъдещите изследвания трябват да намерят място въпросите свързани, както със създаване на нови методи и алгоритми, така и с развитието на съществуващите за:

  1. синтез на енергоспестяващи технологии даващи възможност до ефективното им реализиране в многоцелеви и многопродуктови химико-технологични системи, водещи до оптимално натоварване на енергосистемите и възможности за редукция на енергопотреблението чрез създаване на условия за максимална топлинна интеграция;

  2. синтез на гъвкави системи за рекуперативен топлообмен при реновацията на многопродуктови ХТС с периодични процеси;

  3. синтез на разписания при работата на многоцелеви ХТС с периодични процеси при реализирането на енергоспестяващи технологии.

Целта на изследователския проект е едно самостоятелно изследване, позволяващо създаване на системно-ориентирани методи за оптимален избор на енергоспестяващи технологии за производство на група продукти сред множество вазможни варианти за всеки един с цел оптималното им реализиране при реновацията на многоцелеви и многопродуктови химико-технологични системи с периодични процеси с цел максимална енергийна ефективност.

Основната хипотеза в предлагания проект се гради на предположението, че минмизиране на енергопотреблението при производство на група малотонажни производства зависи от множество променливи, започвайки от избора на рецептурен вариант сред множество допустими такива, минавайки през структуриране и разпределение на отделните процеси по апарати до съставяне на оптимални разписания за работа при производството на множество продукти. Енергийната ефективност при производството на множество малотонажни производства зависи от сложни взаимни връзки и комплексни взаимодействия между различните йерархични нива харакреризиращи този клас обекти:

  1. Ниво рецептури за синтез на даден продукт с оценка на енергийната ефективност;

  2. Ниво процесни/апаратурно – отразяващо различните варианти на разполагане в дадена многоцелева или многопродуктова ХТС;

  3. Ниво производствени разписания, отразяващо конкретни производствени реализации на множество продукти в многоцелева или многопродуктова ХТС.

Подходът за решаване на поставената задача е системния анализ. Задачата е да се създадат ефективни методи за избор на рецептури и технологии с цел тяхното им реализиране при реновацията на многоцелева или многопродуктова ХТС осигуряващи оптимално енергопртребление чрез осигуряване на условия за оптимално натоварване на енергосистемите и максимално използуване на вътрешната енергия в системата чрез топлинна интеграция на процесите.
  1   2   3

Свързани:

Литература iconЛитература. Въпроси и задачи
Публицистика и литература. Критериите “актуалност” и “непреходност” в дефинирането на понятията журналистика, публицистика и литература....
Литература iconПоиск книг в электронных библиотеках рунета.      
Альдебаран крупнейшая электронная библиотека on-line. Здесь собрана художественная, учебная и техническая литература и книги различных...
Литература iconСписък №18 на книги, депозирани от 22 до 28 април 2009 г
Анализи по литература за X клас на средните общообразователни училища. Ч. Българска възрожденска литература; Руска класическа литература...
Литература iconКатедра "Славянски литератури" програма за кандидатдокторантски изпит по История на чешката литература
Функционални аспекти на Великоморавската мисия с оглед на чешката средновековна литература; континуитет на Кирило-Методиевата традиция...
Литература iconХристоматия по публицистика и обществено мнение
Журналистика, публицистика и литература. Текстове с двойно и множествено поданство. Документална литература като литература на факта....
Литература icon1. Античная литература Апулей
Скандинавская литература 9 авторов, 52 текста; 10. Польская литература 6 авторов, 20 текстов
Литература iconЛитература Основни понятия
Преговор: Българската литература от Освобождението до Първата световна война. Направления, течения, особености. Теми идеи и мотиви...
Литература iconСофийски университет „СВ. Кл. Охридски катедра класическа филология учебна програма по римска литература
Латински език и автори. Същевременно курсът представя късноантичната римска литература в нейния по-голям рецепционен контекст – цялостната...
Литература iconЛитература за седми клас българска литература
Стоянова, Кристиана. Помагало по български език и литература за седми клас : Тестове
Литература iconПървата дистанционна научно-практическа конференция по български език и литература е опит чрез средствата на информационните и комуникационните технологии да се намери път към изначалната функция на художествената литература,
Нали никой от нас не се заблуждава, че голямата литература се създава само за да се изучава и анализира в училище!?
Поставете бутон на вашия сайт:
Документация


Базата данни е защитена от авторски права ©bgconv.com 2012
прилага по отношение на администрацията
Документация
Дом