ФЭА / АИТ / Пособие "Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов с применением моделирующей программы CHEMCAD " 10
(автор - student, добавлено - 29-04-2014, 16:36)
Приложение 3 Реализация оптимизации в ChemCad
Решение задачи оптимизации в CHEMCADe начинается с вызова главного окна оптимизации с помощью выбора из главного меню пункта Run (Пуск) подпункта Optimization (Оптимизация), см. Рис.107.
В результате появится окно "-Process Optimization-"(Процесс оптимизации), приведенное на Рис. 108.
Выбирая последовательно пункты меню –Process Optimization– необходимо определить целевую функцию (Define Objective Function), независимые переменные (Independent Variables), а также накладываемые ограничения (Constraints). После этого можно запустить задачу оптимизации на выполнение (Perform Optimization) с заданными настройками (Settings). Результатом оптимизации является сгенерированный отчет.
При выборе в окне "Process Optimization" пункта меню "Define Objective Function" (Определить целевую функцию) появляется окно, представленное на Рис. 109:
В поле Title (Заголовок) вводится произвольный текст. Поля и списки: – Type (Equipment/Stream) : Тип (Оборудование/Поток); – Equip/Stream ID : ID оборудования/Потока; – Variable : Переменная; – Component : Компонент; – Variable Unit : Размерность переменной; – Object Name : Имя объекта; реализуют собой механизм определения в технологической схеме переменной, которую следует оптимизировать (т.е. – целевая функция). Порядок определения переменных в технологической схеме рассматривается в отдельном Приложении: «Определение переменных в технологической схеме CHEMCAD». В списке "Min/Max" определяется, на какой экстремум анализируется целевая фунция: – Minimize (Минимизация целевой функции); – Maximize (Максимизация целевой функции). В поле Scale (Масштаб) вводится число, на которое умножается значение целевой функции. Задание значения в данном поле не является обязательным.
При выборе в окне "Process Optimization" пункта меню "Independent Variables" (Независимые переменные) появляется соответствующее окно, представленное на Рис. 110. Поля и списки: – Type (Equipment/Stream) : Тип (Оборудование/Поток); – ID number : ID оборудования/Потока; – Variable : Переменная; – Component : Компонент; – Variable Unit : Размерность переменной; – Variable Name : Имя переменной. реализуют собой механизм определения в технологической схеме переменной, которую следует оптимизировать (т.е. – целевая функция). Порядок определения переменных в технологической схеме рассматривается в отдельном Приложении: «Определение переменных в технологической схеме CHEMCAD».
Из списка "Variable range" (Границы переменной) выбирается допустимый диапазон варьирования независимой переменной: – Unconstrained (Без ограничений); – Min/Max Bounded ( Интервал между минимальным и максимальным значениями); – Max Bounded (Ограничение сверху); – Min Bounded (Ограничение снизу); – Fixed (Фиксированное значение); В полях Minimum, Maximum, Initial Value вводятся соответственно минимальное, максимальное и начальное значения независимой переменной. В поле Slope Locus вводится значение изменения независимой переменной, которое используется при расчете следующего значения целевой функции. Поле не является обязательным для заполнения.
При выборе в окне "Process Optimization" пункта меню "Constraints" (Ограничения) появляется соответствующее окно, представленное на Рис. 111: Поля и списки: – Type (Equipment/Stream); – ID Number; – Variable; – Variable Unit; – Component; – Variable Name; реализуют собой механизм определения в технологической схеме переменной, которая в данном случае будет зависимой. Порядок определения переменных в технологической схеме был рассмотрен ранее по тексту. Из списка "Variable range" (Границы переменной) выбирается допустимый диапазон варьирования зависимой переменной: – Unconstrained (Без ограничений); – Min/Max Bounded ( Интервал между минимальным и максимальным значениями); – Max Bounded (Ограничение сверху); – Min Bounded (Ограничение снизу); – Fixed (Фиксированное значение).
В полях Minimum, Maximum вводятся соответственно минимальное и максимальное значения зависимой переменной.
При выборе в окне "Process Optimization" пункта меню "Settings" (Настройки) появляется окно "Control Paramters" (Настроечные параметры), представленное на Рис. 112:
В поле Print level (Уровень печати) указывается уровень детализации сгенерированного отчета. В поле Iterations (Итерации) указывается максимальное число итераций при поиске экстремума целевой функции. В поле Tolerance (Допуск) вводится значение допустимой погрешности значения целевой функции В списке Derivatives (Производные) выбирается метод численного вычисления производных: – Forward differences (Метод прямых разностей); – Central differences (Метод центральных разностей – более медленный, но более точный).
Запуск процесса оптимизации осуществляется выбором в окне "Process Optimization" пункта меню "Perform Optimization" (Выполнить оптимизацию). После завершения решения задачи будет сгенерирован отчет, и на экран будут выведены результаты вычислений: значение критерия оптимизации, поисковых переменных, ограничений в начальной и конечной точках поиска. В сгенерированном отчете размерности переменных будут выражены во внутренних единицах измерения, используемых CHEMCADом при вычислениях: температура в градусах Renkin, давление в psia, расход в lbmol/h. Перевод из внутренних единиц измерения в определенные пользователем можно выполнить с использованием инструмента CHEMCADа Unit's Calculator (Калькулятор размерностей), вызвав его с помощью команды: Tools/UnitsCalculator.
Как и любое другое приложение, моделирующая программа CHEMCAD обладает рядом специфических особенностей, которые следует знать Пользователю. 7.1. Вывод имен переменных при генерации отчета Если были заданы следующие имена переменных (к примеру) в соответствующих полях «Variable Name» (Имя переменной) 1 t р-ра на выходе t5 2 tвых теплообм 10 3 P за дросселем p9 4 Отдувка g16 то при генерации отчета будут выведены следующие строки: 1 t р-ра на выходе t5 (не изменилось) 2 вых теплообм 10 (пропущен первый символ) 3 за дросселем p9 (пропущены первые два символа) 4 увка g16 (пропущены первые три символа) Поэтому при задании имени независимых переменных и ограничений в поле «Variable Name» (Имя переменной) для правильного вывода имен переменных рекомендуется имена переменных начинать с пробелов: один ведущий пробел для второй переменной, два – для третьей и т.д.
7.2. Удаление независимых переменных или ограничений В CHEMCADе не реализована функция удаления уже введенных независимых переменных и ограничений в соответствующих полях оптимизации. При удалении (то есть очистке полей) уже введенной переменной CHEMCAD все равно рассматривает ее как переменную и использует в процессе оптимизации. Поэтому во избежание неверных результатов рекомендуется «закоротить» ненужную переменную следующим образом: в качестве переменной можно указать какую-нибудь неизменяемую переменную технологической схемы (Например, неизменяемая температура входного потока). Для данной переменной необходимо выбрать в списке Variable range (Границы переменной) значение Fixed (фиксированное), а в полях Minimum, Maximum, Initial ввести фиксированное значение переменной технологической схемы.
Initial values: (Первоначальные значения)
Objective Function: (Целевая функция) 8.447911e+001
Constraints: (Ограничения) Function(Функция) Initial(Начальное Lower(Нижняя Upper(Верхняя No. Name (Имя) Value значение) Bound граница) Bound граница) 1 9.786562e-001 9.900000e-001 NONE (Нет)
Variables:(Переменные) Variable(Переменная) Initial(Начальное Lower(Нижняя Upper(Верхняя No. Name (Имя) Value значение) Bound граница) Bound граница) 1 t р-ра на выходе t5 1.301400e+003 1.211400e+003 1.571400e+003 2 tвых теплообм 10 5.274000e+002 5.274000e+002 8.100000e+002 3 P за дросселем p9 2.175600e+003 1.450400e+002 4.351100e+003 4 Отдувка g16 8.000000e-001 1.000000e-005 1.000000e+001
TRY DROPPING A CONSTRAINT (Попытка уменьшения ограничения ) TRY STEEPEST DESCENT STEP (Шаг вычисления методом наискорейшего спуска) TRY DROPPING A CONSTRAINT (Попытка уменьшения ограничения )
Final Results:(Окончательные результаты)
Objective Function: (Целевая функция) 1.061180e+002
Constraints: (Ограничения) Distance Initial Final From No. Name Value Value Nearest Bound 1 9.786562e-001 9.909537e-001 9.537435e-004:L
Variables: (Переменные) Distance Initial Final From No. Name Value Value Nearest Bound 1 t р-ра на выходе t5 1.301400e+003 1.560961e+003 1.043934e+001:U 2 tвых теплообм 10 5.040000e+002 5.274000e+002 LBND 3 P за дросселем p9 2.175600e+003 4.352252e+002 2.901852e+002:L 4 Отдувка g16 8.000000e-001 5.000001e-002 4.999001e-002:L
Initial Value : Начальное значение Final Value: Конечное значение Distance From Nearest Bound: Расстояние до ближайшей границы LBND Конечное значение «легло» на нижнюю границу (Lower Bound – LBND) UBND Конечное значение «легло» на верхнюю границу (Upper Bound – UBND)
Number of iterations (число итераций) = 12 Actual function calls (число вызовов расчета целевой функции)= 118
8.1. Важное замечание В ряде случаев в отчете перед Final Results может появиться сообщение вида: TERMINATION CRITERION MET. KUHN-TUCKER CONDITIONS SATISFIED TO WITHIN 1.00000e-003 AT CURRENT POINT Can not find feasible point. (Выполнился критерий прекращения расчета по методу Куна-Такера в начальной точке с погрешностью 1.000e-003 Нельзя найти соответствующую точку). Оптимизация в этом случае считается невыполненной. Для выхода из данной ситуации необходимо уменьшить погрешность метода расчета. Для этого в главном меню выполнения оптимизации (-Process Optimization) необходимо выбрать пункт Settings (Настройки) и в появившемся окне «-Control Parameters-» (Настроечные параметры) уменьшить значение погрешности расчета «Tolerance».
Приложение 4 Оформление результатов расчета
Отчет можно получить в виде диаграммы технологического процесса (Process Flow Diagrams). ChemCad предоставляет возможность создавать такие диаграммы для каждой технологической схемы. При этом все изменения, выполненные в технологической схеме, автоматически будут отражены во всех диаграммах процесса, связанных с ней. Всего в ChemCad имеется 3 основных режима работы. Один из них – режим построения диаграммы технологического процесса (Edit Process Flow Diagramm или сокращенно: Edit PFD). Рассматриваемый режим представляет собой специализированный графический режим оформления технологической схемы и наглядного представления настроечных данных, конечных и промежуточных результатов моделирования технологического процесса. При редактировании диаграммы процесса используются соответствующие символы палитры графической палитры (PFD Palette). Она обеспечивает базовые возможности для рисования. Практически можно создавать диаграммы процессов с любой желаемой степенью детализации. Для перемещения и изменения масштаба объектов диаграммы процесса используются команды меню View/Zoom Options (Просмотр/Опции масштаба изображений) и соответствующие кнопки панели инструментов. Диаграммы процесса можно сохранять, предварительно просматривать и печатать, используя для этого соответствующие команды меню File.
PFD (Диаграмма технологического процесса) представляет собой вид отчета в табличной форме. Примечание. Еще одним видом отчета в ChemCad является Report (Отчет) – отчет в текстовой форме, выводимый во внешний редактор). PFD состоит из совокупности следующих компонентов:
Таким образом, PFD – это технологическая схема, оформленная совместно со связанными с технологической схемой табличными блоками данных, снабженная дополнительной (вспомогательной) графической и текстовой информацией. Компоненты PFD (диаграммы технологического процесса) Stream DataBox (Блок данных потоков), UnitOp DataBox (Блок данных единиц оборудования), TP Box (Динамический ярлык потока) связаны с PFD динамически. То есть изменения, произошедшие в технологической схеме в результате ее перерасчета, приведут к изменению значений во всех этих компонентах PFD.
Существуют два вида PFD:
Построение диаграмм технологического процесса выполняется с помощью следующих команд пункта «Format» Главного меню:
Данные команды становятся активными только в режиме Edit PFD (Редактирование PFD).
4.1. Вход в режим редактирования диаграммы ТП (Edit PFD) Первоначально необходимо убедиться, что Вы находитесь в режиме работы ChemCad Run Simulation (Нажата кнопка , в Главном меню активирована команда перехода в графический режим: Edit FlowSheet) или перейти в этот режим. Для редактирования основной диаграммы технологического процесса необходимо выбрать команду: Главное меню => Output => Main PFD. Для создания новой вторичной диаграммы технологического процесса необходимо выбрать команду: Главное меню => Output => New PFD. Для открытия имеющейся вторичной диаграммы технологического процесса необходимо выбрать команду: Главное меню => Output => Open PFD. Примечание. Создание вторичных диаграмм технологического процесса рассчитано на опытных пользователей. В результате ChemCad перейдет в режим Edit PFD. Появится панель инструментов PFD Palette (Палитра PFD) (Рис. 113):
Панель представляет собой модифицированную графическую панель инструментов.
4.2. Добавление блока данных потоков (Add Stream Box) Выбор команды Главное меню => Format => Add Stream Box инициирует многостадийный процесс формирования блока данных потоков. Последовательно появляются следующие диалоговые окна, где Пользователь выполняет выбор и настройку блока данных потоков. – Select Streams Выбор потоков – Data Box Property Options Выбор информации о потоке – Data Box Settings Визуальная настройка блока данных
4.2.1. Select Streams (Выбор потоков) В окне Select Streams (Выбор потоков) выполняется выбор потоков, которые должны быть добавлены на технологическую схему в виде блока данных (Рис. 114):
Возможны три варианта выбора потоков. Вариант 1. Если отметить галочкой флажок Print all streams (Печать всех потоков), то в блоке данных потоков будут отображены все потоки технологической схемы. Вариант 2. Если отметить галочкой флажок Select streams from flowsheet (Выбор потоков из технологической схемы), то в блоке данных потоков будут отображены только выбранные потоки технологической схемы. Вариант 3. Если не отмечать флажки галочками, то можно непосредственно ввести номер потока (идентификатор) в какое-либо свободное из полей группы Enter the stream ID’s (Ввод ID потоков). После выбора соответствующего варианта следует нажать на кнопку «ОК». Появится окно «Data Box Property Options» (Выбор информации о потоке).
4.2.2. DataBox Property Options(Выбор информации о потоке) Окно DataBox Property Options (Выбор информации о потоке) представлено двумя вкладками: – General Общая – Crude/Solid Нефть/Твердая фаза
Вкладка General (Общая) (Рис. 115). В поле Max no of streams in a row вводится максимальное количество потоков в одном ряде (столбце). В столбцах Overall (Цельный) приводятся параметры цельного потока. В столбце Vapor (Пар) приводятся параметры паровой (газовой) фазы. В стоблце Liquid (Жидкость) приводятся параметры жидкой фазы. В блоке данных будут отображены только отмеченные галочкой параметры.
Вкладка Crude/Solid (Нефть/Твердая фаза) (Рис. 116).
В столбцах Crude Oil (нефть) приводятся параметры сырой нефти. В столбцах Solid Properties (Свойства твердой фазы) приводятся параметры твердого вещества. В блоке данных будут отображены только отмеченные галочкой параметры.
4.2.3. Data Box Settings(Выбор настроек для блока данных) В окне Data Box Settings (Выбор настроек для блока данных) выполняется простейшая настройка шрифта и линий разметки блока данных (Рис. 117):
Из списка Font style выполняется выбор типа шрифта (Обычный, курсив, жирный, жирный курсив). В поле Font size вводится целочисленное значение размера шрифта. Флажок Horizontal lines (горизонтальные линии) устанавливает режим отрисовки горизонтальных линий. Флажок Section divider (разделитель секций) устанавливает режим отрисовки раздельных секций блока данных. Внимание ! Все сформированные блоки данных появляется в верхнем левом углу технологической схемы. Далее блок данных можно перемесить в требуемое место технологической схемы, а также изменить масштаб.
4.3. Добавление блока данных единиц оборудования (Add UnitOp Box) Выбор команды Главное меню => Format => Add UnitOp Box инициирует многостадийный процесс формирования блока данных оборудования. В окне Select Unit Operations (Выбор оборудования) выполняется выбор оборудования, которое должно быть добавлено в виде блоков данных (Рис. 118):
Логика действий при выборе оборудования аналогична логике действий при выборе потоков, что было рассмотрено ранее.
4.4. Добавление динамических ярлыков потоков (Add TP Box) Выбор команды Главное меню => Format => Add TP Box выводит диалоговое окно TP Box Settings (Настройки динамического ярлыка потока) (Рис. 119):
При выборе динамических ярлыков потоков Пользователь может выбрать следующее: – Generate boxes for all streams: Генерировать блоки данных для всех потоков – Select streams from flowsheet: Выбрать потоки с рабочего листа В колонке Display(Отображение) имеются 4 списка выбора следующих параметров отображения: – Temperature: Температура – Pressure: Давление – Mass flowrate: Массовый расход – Molar flowrate: Мольный расход
В колонке Number format (Формат числа) спискам колонки Display соответствуют списки выбора числового формата отображаемого параметра. В колонке Digits (Знаки) спискам колонки Display соответствуют поля, в которых указывается число знаков после запятой у отображаемого параметра. В поле Preview (Предварительный просмотр) показан вид динамического ярлыка потока при выбранных параметрах в списках Display, Number format и полях Digits. Из списка Font style выполняется выбор типа шрифта (Обычный, курсив, жирный, жирный курсив). В поле Font size вводится целочисленное значение размера шрифта. Примечание. Изменение типа и размера шрифта не изменяет вид динамического ярлыка в поле предварительного просмотра Preview. Флажок Display Units (Показывать единицы измерения), в динамическом ярлыке потока после числового значения параметра выводит его размерность. Флажок Stream IDs (Идентификаторы потоков) – выводит номера (идентификаторы: IDs) потоков в динамическом ярлыке потока.
1. Создать собственно PFD c помощью: – добавления блоков данных потоков, оборудования и динамических ярлыков потоков; – добавления рисунков, символов, текста, углового штампа; – рисования графических примитивов, перемещения объектов, редактирования их графических свойств и т.д. 2. Выйти из режима Edit PFD. Основная диаграмма технологического процесса (Main PFD) останется видна на экране.
1. Выбрать команду: Главное меню => Output => New PFD (Редактирование вторичной PFD). Появится стандартное диалоговое окно с просьбой ввести имя PFD в поле File name. 2. Ввести имя PFD. Закройте диалоговое окно нажатием на кнопку Open. 3. Создать собственно PFD c помощью: – добавления блоков данных потоков, оборудования и динамических ярлыков потоков; – добавления рисунков, символов, текста, углового штампа; – рисования графических примитивов, перемещения объектов, редактирования их графических свойств и т.д. 4. Выйти из режима Edit PFD. Для этого необходимо закрыть окно редактирования вторичной PFD (Стандартная оконная кнопка "закрыть" в правом верхнем углу окна).
7.1. Управление отображением динамических ярлыков потоков В режиме моделирования (Simulation) имеется возможность скрывать/отображать динамические ярлыки потоков. Скрытие/отображение динамических ярлыков происходит с помощью выставления флажка TP Box Visible (Видимость динамических ярлыков потоков) пункта «View» (Вид) Главного меню (Рис. 120):
7.2. Принудительное обновление блоков данных Команда Refresh DataBoxes (Обновить блоки данных) в пункте «View» (Вид) выполняет принудительное обновление всех имеющихся на технологической схеме блоков данных. 7.3. Динамическое обновление блоков данных Динамическое обновление блоков данных выполняется выставлением следующих флажков в окне Convergence Parameters (Параметры сходимости) (Рис. 121):
Флажок Refresh data boxes after each run: Обновление блоков данных после каждого сведенного расчета. Флажок Refresh data boxes after each iteration: Обновление блоков данных после каждой рецикловой итерации. Примечание. Окно Convergence Parameters (Параметры сходимости) открывается с помощью команды: Главное меню => Run => Convergence (Сходимость).
Похожие статьи:
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||