автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Моделирование и управление гибким производством соды и поташа при комплексной переработке нефелинов

О'

п ^

ХАРЬКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И.ЛЕНИНА

На правах рукописи

ГогунскиИ Виктор Дмитриевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ГИБКИМ ПРОИЗВОДСТВОМ сода И ПОТАША ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФЕЛИНОВ

05.13.07 - автоматизация технологических процессов и производств в промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

/Ь^г

Харьков - 1991

. У с7 ' / /

4 к ¿Ауъ *

Работа Ешолнена на ка технологии неорганических веществ Одесского ррдвыг Трудового Красного- Знамени политехнического института

Научные консультанты - доктор технических наук,

профессор Зайцев И.Д. - доктор технических наук, профессор Костенко Ю.Т.

Официальные оппоненты - академик Эстонской академии наук,

доктор технических наук, профессор Аарна O.A.

- доктор технических наук, профессор Статюха Г.А.

- доктор технических наук, профессор Ястребенецкий М.А.

Ведущая организация - Научно-исследовательский

физико-химический институт им.Л.Я.Карпова, г.Москва

Защита состоится "^" <$ 1991 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 068,39.02 в • Харьковском политехническом институте ( 310002 г.Харьков, ГСП, ул.Фрунзе, 21)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского политехнического института имени В.И.Ленина.

Автореферат разослан пЗО " jggj г>

Ученый секретарь специализированного совета

Кизилов В.У.

! ОБЩАЯ ХАРЛКТЕРШТаКА РАБОТЫ

' ОТГ.Ц!-,.'; ;

Актуальность проблемы. Комплексная переработка нефелинового онрья является главным направлением ¡технического и экологического прогресса в производстве кальцинированной соды и поташа. Больная мощность содовьпс цехов глиноземных комбинатов, возмок-пооть оозотходной переработки исходного сырья на готовуп продук-¿гг. розлкчпих гидов п сортов с использованием технологических :хеа, гаещах переконвуп структуру, обуславливают высокую оффек-•гвкссть автоматизации производства.

Г» пзсмнцео Epetín известно свцие двадцати различных технологических Qxeií по переработке карбонатных иелоков глиноземного производства. ориентированных на работу при неизменной структуре ¿::он. Соэдаяпе гсбккх автоматизированных производственных систем ГГЛПС) по-голит интенсифицировать процесс л гесгк поре работку .■•сходного сь'рья с использованием технологических охег. переменной структуры. При этой управление пводзссоп осуществляется по только нуте» варьирования .параметров технологачеоавх pasmara производства,. по к изменением структура хшшга-технологйчоплой охтт ;.ХТС), которая будет являться оптимальной для заданных, условий.

Реализация автоматизированных систем управления для процессов политерияческото-ргадбления многокомпонентных содопотапшнх растворов затруднена кз-за недостаточной изученности процесса, отсутствия матекатичесних описаний, отракающих специфику процесса, из-за сложностей определения оптимальных управлений и, наконец, отсутствия соответствующего программного обеспечения, йоято-цу для построения ГАПС важное теоретическое и практическое значение приобретает исследования содопоташного производства о позиций системного подхода, позволяющие существенно повысить эффективность схекных решений для иногостадвйных процессов.

Работа выполнена в соответствии с постановлением ГКНТ, Госплана СССР и Президиума АН СССР й 374 250/132 от 12.12.1980 г. (проблема иц.С27, задание 04) в координационные планом научно-исследовательских работ ГКНТ по направлеаив "Теоретические основы химической технологии" на 1986-1990 г.г. по тэке 2.27.7 -"Матеиатическоз коделврование, оптекизация и автоматизация сдох-ных хицико-техяоаогаческих систем".

Цедьр работы явилась разработка принципов создания е~тока-твзированной системы управления многостадийным произв детвой оо-

ды и потава из недядиновото сырья с реализацией оптимальных схемных решений и оптимальных режимов на основе обобщения свойств ХТС содопоташного производства, как объекта управления.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

- разработка методики определения числа управляющих воздействий и расчета материальных балансов для гибких технологических схем производства;

- разработка научных основ и методов математического моделирования аппаратурно-технологических блоков для класса процессов политермического разделения многокомпонентных солевых систем;

- исследование влияния управляющих воздействий на выходные параметры объекта управления и целевую функцию;

- создание базы данных солевых систем для информационного обеспечения гибкой автоматизированной производственной системы;

- разработка методического и программного обеспечения для моделирования технологических схем переменной структуры;

- разработка эффективных способов оптимизации и сопоставления технологических схем при оптимальном управлении процессом.

Научная новизна. Разработаны принципы и предложены технические и технологические решения для управления гибким производством соды и поташа из нефелинов на базе теоретических представлений о сущности многостадийных процессов политерыического разделения сложных многокомпонентных солевых систем. Предложены новые методы автоматизированного управления гибкой технологией производства, позволяющие обеспечить высокую эффективность ХТС при изменении составов исходных растворов содового цеха.

Выявлены ранее неизвестные особенности производства содопро-дукгов из нефелинов, характерные для любых технологических схем: мвогоэксгремалыюсть целевой функции управления, обусловленная изменением совокупности сортов выпускаемых продуктов. Разработана методика оптимизации ХТС с целевой функцией управления, имеющей разрывы первого рода в областях изменения сортов получаемой продукции, что позволило решить задачу поиска параметров оптимального управления ХТС с определением глобального экстремума.

предложена методика преобразования дискретной задачи сопоставления различных технологических схем при оптимальном управлении в непрерывную путем свертки моделей ХТС.

Разработаны научные основы синтеза теоретических моделей статики процессов политермнческого разделения солевых систем для разных стадий содопотавного производства. Создана база данных солевых систем, включавшая фязнко-хиыическла данные о фазовых равновесиях, что позволило перейти от "ручных" графо-аналитнчес-ких к аналитическим мяоговариантньш расчетам на ЗиЛ.

На научной основе определены для каждого АТБ и взой ХТС з целом каналы управления, обцее количество которых зависит от числа входов ХТС и ее топологии.

Разработана диалоговая автоматизированная адаптируемая система описания потоковых структур (АС011С), которая нонет быть использована для имитационного моделирования различных процессов.

ИрсЕеденныа исследования позволила на основе теоретического и экспериментального обобщения решить крупную научную проблему интенсификации процесса политермического разделения солевых систем путей построения гибкой автоматизированной производственной системы для получения соды и поташа из нефелинов, имеющих важное народнохозяйственное значение.

На зашит.у выносятся следующие научные положения и результаты:

- концепция управления гибким производством соды и поташа из нефелинового сырья как основа оптимального управления процессом при варьировании характеристик исходного сырья с изменением структуры ХТС;

- развитие теоретических представлений о физико-химических процессах, протекающих в разветвленных ХТС, и способах эффективного управления многостадийными производствами;

- результаты математического иоделирования процессов получения содолродуктов из нефелинового сырья при варьировании составов исходных растворов производства;

- научные основы проектирования структур баз данных для солевых систем и практическая реализация баз данных с включением математического описания диаграмм растворимости взаш' чх четырех-йокпоненгных систем К+, N а+//С02~, 5 - Н20 и К+, N а+//С02~,

С! - Н20, являющихся основой для расчетов процессов политермического разделения карбонатных растворов производства;

- теоретические основы математического описания статики процессов разделения сложных многокомпонентных солевкх систем;

- методика, алгоритмы и программы aiтешагазированного расчета на ЭВМ сложных технологических схем с рециклическими логосами ;

- диалоговая адаптируемая система описания потоковых структур (АСОИС);

- результаты расчетно-теоретического и экспериментального исследования по глобальной оптимизации процессов, имеющих много-экстремалхную целевую функцию управления с разрывами первого рода;

- методика перевода дискретной задачи сопоставления различит: структур технологических схем в непрерывную на основе свертки моделей ХТС при оптимальном управлении процессов.;

- ыетодические положения и практические рекомендации по организации систем автоматизированного проектирования химических производств с использованчем сетей ЭВМ, разделением исполнительных функций между параллельно работающими Э.ВН и эффективной организацией межмашинного обмена информацией.

Практическая цеаноегь и реализация результатов научнях исследований. На основе теоретических исследований солевой системы и разработанных моделей технологических схем производства соды и потача из нефелинов проведено сопоставление альтернативных структурных схем для Ачинского ч Дикалзвского глиноземных комбинатов, что позволило выбрать оптимальные схемы на стадии проектирования производства. Методика сопоставления технологических схем может оыть использована для других производств, имеющих разветвленную структуру с рецикличесхими и байпасшт технологическими потоками. Реализация оптимальных ХТС позволила получит* реальны;, экономический эффект в сумме более 3 млн.рублей при долевой участии Одесского политехнического института 853,1 тыс.рублен.

Программное обеспечение диалоговой адаптируемой системы описания потоковых структур АСОПС для моделирования технологических схем переменной структуры используется в Харьковском iiiiü "Карбонат", ГОСШШзтанолпроекте, НЙФХИ им. Л. Я. Карпов а. Адаптируя АСОПС под конкретную предметную область процессов химической технологии мозшо осушестзлягь имитационное моделирование различных процессов на основе моделей АТБ, реализованных на алгоритмических языках ПЛ/1, фортран, ассемблер. Программирующий ком1 .леке АСОПС является ваанейией подсистемой САПР химических щ^ааво^ т:<,

позволяющей осуществить переход к "безбумажной" технологии проектирования с передачей информационных штоков на машинных носителях от одного этапа проектирования к следующему. Разработанная концепция машинной технологии проектирования химических производств на основе организации разветвленной сети ЭВМ может быть тиражирована для других процессов.

йаучные разработки автора по математическому моделированию процессов химической технологии использованы в учебно-воспитательном процессе при обучении студентов в Одесском политехническом институте в курсовом и дипломном проектировании,

Апробация работы. Основные результаты исследований и отдельные разделы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Опыт создания АСУТП в глиноземном производстве" (1976); 1,1У,У Всесоюзных конференциях "Математическое моделирование сложных химико-технологичес-них систем" (1975,1985,1988); ЛВ,1Х,]Ш,ХШ,Х1У Всесоюзных конференциях "Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (1972-1988); Всесоюзной конференции пФосфаты-87п (1987); УП Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (1988); У1 Всесоюзной конференции "Математические методы в химии"(1989).

Результаты выполненных исследований отражены в 53 публикациях, в том числе 31 статья, 18 тезисов докладов и 4 учебно-методических издания.

Структура диссертации. Работа содержит введение, шесть глав, выводы и приложения. Основное содержание, изложено на 235 страницах машинописного тексте с 92 рисунками и 13 таблицами. Библиография включает 352 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена теоретическим основам моделирования сложных химино-техяологкческих систем. На основе системного подхода сформулирована задача синтеза и управления гибкими ХТС с переменной структурой технологических связей. В общей случае,критерий эффективности управления ХТС _является интегральной характеристикой системы В = где У = вектор выходных параметров системы. В свою очередь последние являются функцией структуры 5 , вектора управления г>„.) и вектора входных параметров X = \х<>хг,...,хк^ . Решение задачи

синтеза оптимальной ХТС сводится к определению параметров и Us, при которых достигается максимум целевой функции:

E:(x,Si,Ü )± maxf(x'tS, üs) (i)

' seS, üs€U

Ограничения, накладываемые на объект, определяют безотходнув переработку сырья с получением продуктов, имаадих качественный характеристики не ниже, чем это определено ГОСТогл для низших сор*"' . HIB*-С)**, izh!;'-efp)>0

где В-0, ßip- массовая .доля основного, вещества и примесей;

/|/ - индекс требований ГОСТ для низших сортов; i - продуют. Если содержите компонентов в продуктах оговорено потребителем ограничения включают верхнюю и нианш границы качества.

Структура ХТС, как физической-системы, описывается ориентированным потоковым графом 1= (A,G) , отображаемым матрицей инцидое-' тности, множеству вершин которого А сопоставлен технологические блоки производства, а множеству дуг G - технологические потоки. Структура $¿-1 является дискретной величиной, от которой зависит набор управляющих воздействий схемы и их оптимальные значения. При возмущениях X , зависящих от состава нефелинового сырья, качества применяемого топлива, режимов работы глиноземного производства и т.п., возможно изменение глобального экстремума целевой функции (I) из-за появления новой структуры Sj , которая будет оптимальной для данных внешних условий функционирования объекта управления. Указанные особенности процесса является основой для создания ГАЛС, включавдих управление структурой техноло -гических связей многостадийных производств с переключением 'структуры ITC из одного состояния в другое.

Проведен анализ- методов построения моделей ITC. Наиболее аффективным является .модульный подход, состоящий в формировании двухуровневой модели. При синтезе моделей схем произвольной структуры первый уровень составляют модели аппаратурно-технолргическнх блоков АТБ , которые являются вершинами орграфа $¿=1 :

где <<t У, Д - индексы входных и выходных потоков блока;

р - множество номеров потоков, Р = {р1гР2>--,pej•

Второй уровень отображает структуру ГГС - технологические связи медцу АТБ. Сочетание АТБ в общую схему осуществляется в соответствии с принятой топологией технологических связей:

LVÄ ** * w = ö > ■■•>"} сз)

где элементы матрицы инцидентности ориентированного гра-

фа: Ipj = I (йход), ¿^д =-1 (выход) и - 0 (нет связц);

V~t U) - номера блоков, связанных потоком Я Число степешзй свобода, равное количеству управляющих: воздействий для любой технологической схеш, равно сумма степеней свободы АТБ, составляпцнг ХТС, и представленных моделями вида (2), за игчетоц числа связей (3), возникающих при сочетании блоков:

F = EU -(к+ЫЕ Е ¿гтх - т со

где jv - степени свободы АТБ;- т - общее число входов ХТС;

-2 - количество независимых переменных в потоках; 2. 2. iy-f - сумма входов ва все АТБ схемы. Показано, что число упрашшпцих воздействий схеш определяется числом внешних входов и количеством d простых делителей потоков: F = ГП(к+2) + CL. При стабилизированных или нерегулируемых вход-ныг потоках для ХТС любой структуры только характеристики прос -тых делителей потоков составляют ресурсы управления процессом.

Во второй главе рассмотрена разработка программного модели-рущего комплекса для расчетов технологических: схем переменной структуры. На основе анализа свойств организующих программ для расчета ХТС предложена архитектура САПР' химических производств, ориентированная на работу в операционной среде виртуальных машин СВМ. Реализация достоинств СЕМ и сетей ЭВМ позволяет интенсифицировать исследования процессов за счет распараллеливания стадий проектирования и сокращения непроизводительных потоков информации с передачей ее на машинных носителях.

Для алгоритмического обеспечения ГАЛС разработана специализированная организующая программа моделирования гибкой техноло -логии производства соды и поташа из нефелинового сырья. В технологической схеме (рис.1) указаны АТБ и простые блоки смешения и разделения потоков. Всем блокам присваиваются порядковые

номера и кодируются имена блоков, определяющие характер протекающих х них процессов. В третьем столбце матрицы процесса кодируется информация о разветвлениях- схемы: указываются номера блоков, из которых направляется рецикляческий поток в блоки смешения, либо номера блоков, в которые рецикдический поток поступает иг блоков разделения либо АТБ.

Карбонатные щелоки глиноземного производства

Сода I

Сульфат калия

Сода П

I-

Двойная соль *

Хлорид калия

1 ,

Иоташ

Рис.1. Структурная технологическая схема и ее представление

матрицей процесса: 01 - сода гидратная; 02 - сода безводная; 03 - сульфат калия; 04 - двойная соль; 05 - хлорид калия; Об - поташ; 10 - блок смешения; II - блок разделения.

При кодировке технологических схем принимается, что выходной поток о блока является входным 1+1 блока. После кодировки схемы определяются места разрывов потоков и порядок итерационного расчета. Для схемы, приведенной на рис.1, рационально произвести разрыв потока меаду блоками 5 и 6. Последовательность расчета при этом будет следующей: 6-7-1-2-3-4-5-ИТП(6)-8-9. В расчет включена итерационная процедура (ИТЛ), назначение которой - сформировать новое значение для итерируемого потока и превратить итерационный расчет охваченных рециклами блоков при дооти*ения заданной точности. ' „

Номер блока Имя блока Рецикл

I 10 7

2 01 0

3 10 6

4 03 0

5 02 0

б II -3

7 04 -I

8 05 0

9 Об 0 . **

На рио.2 показано взаимодействие и передача информации между основнши подпрограммами моделирующего комплекса для расчета технологических схем содового производства переменной структуры. Эффективность алгоритма обеспечивается применением библиотеки унифицированных блоков, в которой осуществляется передача управления соответствующей модели АТБ.

Исходными данными для расчета схемы являются: матрица процесса "Схема", пассив "Ряд" последовательности расчета и вектор управляющих воздействий. Кроме указанной информации вводится состав исходного раствора цеха, а также начальные приближения для разрываемых потоков.

Расчет схемы сводится к перебору заданной массивом "Ряд" последовательности расчета блоков схены о учетом логики ИТП. Б соответствии со значением I .номером злеивпга в массиве "Ряд",выбирается номер рассчитываемого блока N , который позволяет получить из матрицы процессы "Схема" параметры XII и Я ,где 1М-цифро-вой код (имя) блока, а характеризует свпзв данного блока с другими блоками схемы. Далее организующая программа извлекает значения управляющих воздействий и обращается к библиотеке моделей АТБ. При раочете АТБ используется информация о свойствах солевых систем, извлекаемая из банка данных с помощью блока сервисных программ. В блок сервисных программ вводится состав исходного раствора АТБ и температура окончания процесса кристаллизации. Эти дан-цае позволяют идентифицировать поле и греницы кристаллизации и рассчитать соотав теоретического осадка. Затем определяется загрязнение осадка удераанным наточникон с учетом центрифугирования, промывки и суики осадка. После завершения счета АТБ вектор технологических потоков заносится в соответствующее поле переменных, отведенное для задачи при динамическом распределении памяти ЭВМ.

Последовательность расчета блоков охемы может быть изменена в результате работы ИТИ. При отсутствии сходимости расчет повторяется с повыли приближениями. 11осле расчета всех блоков проверяется баланс по входным и выходным потокам схемы. Информация о входах и выходах ХТС содержится в матрице процесса.

Особенностью разработанного программного моделирующего кошг-аекса является простота подготовки а кодирования информации в зтсутствие каких-либо изменений в-.програвмах комплекса при перегоде в другим структурным схемаа содового производства.

Рис.2.

Взашаэдействно основшх програта гзделпрувдаго номшгсаса при расчете технологически схем проззводстш сода а xjwaisa КЗ нефалнноз

Рясяррзапе зозкоааоствй органгзупзгк програкк, преднаэнвчен-1-мх для синтеза ПС аз типозах: кодузмй п зала иной структуры гех-г.ялоптзкях связей, нзег ко пугз упрогаеикя я унификации наиболее трудоемкогп подгойовигольиого згопа - ввода кнфоргящив. Наиболее .ьхТкгкттачсй формой при ого^ язлястся длалог мепду пользователей опгшпкзук'-'.оЯ программой.

Торкозо:: з пршшенлз :!:гаг;п; оргалнзуЕдих програиц являемя ••-сугогапэ лозчогасотл гл пользовать рапвопзнкот!!'?. иоду ли АТБ, а н^о&од!:носзь зкличекйя зсох модулей £ оргеппзую-дуо прог-даго осли иепогориз кодуаз не лспояьпуа?оя з данной ХТС. ;>'Ш:о, лапСольгка труднос*п при саеци&лззацгш органлзувзмх прог1-р2!'.п зизкэае? стиховна програмканх шдааой, разработанных а различию: организациях. В эго»; случае ярлходптся лноегггъ значьтель-акз коррекгиги в организугщуп лрограгау либо создавать новыэ ярог-рат:нгс модули АТБ с учетов соглашений по не::прогрзш:ному янйер-

Предложено п реализовала концепция построения диалоговой адаптируемой аиЕоаагазарованной систен.ч описания потоковых структур (АСОПС). позволяющая синтезировать модели любых технологических структур. Адаптация АСОПС конкретной предметной области осуществляется на начальном згапз синтеза ХТС, который ведется в диалоговой резине ла основе йена с зовцогностьп гвода директивно- . •¿анд). При ото и опиенвавтея пакеты векторов потоков к иассивов управлявцих и конструктивных параметров о помощью словарей, в которых пользователь определяет текстовые идентификаторы переменных. Последние слузат в дальнейшем для общения с пользователем, а так-для сопряжения отдельных программных нодулей. Наличие словарей сяяиаег проблему единообразия з размещении элементов во всех модулях АТБ.

Согласованно и идентификация элементов информационных векторов потоков осуществляется в соответствии с паспортом (макетом ззнепшпх связей) программного модуля. Паспорт модуля формирует в диалоговом релиза сам пользователь с использованием указанных выше словарей. При этой модуль коЕег вклвчить один АТБ, а таке некоторую совокупность блоков (структуру), представляющих часть технологической схемы. Принцип влогеяносгл позволяет сократить время синтеза новых технологических схем за сче* использования описаний готовых фрагментов схем.

АСОПС включает в себя следующие подсистемы, обеспечивающие интерактивный родин работы комплекса: информационное обеспечение, описание проектных иодулей, анализ структуры сложных иодулей,расчет параметров потоков, базу данных физико-химических свойств»управление расчетом ХТС.

Работа в АСОИС построена на основе меню. Выбор оценария работы производятся пользователей. На каждом шаге диалога все возможные действия предлагается в виде списка, из которого можно вы5-рать нужный путем нажатия функциональной клавиши, указанием номера операции либо перемещением курсора в поле ввода. В целом, АСОЛС использует более. 100 экранных кадров. 8а счет их унификации и применения•специальных таблиц для занесения необходимой информации на экраны число последних было уменьшено до 20. Ори этой образ экрана - поля ввода, структура сообщений и размещение информации - остаются практически одинаковыми для всех подсистем комплекса. Такой подход создает удобство пользователю при эксплуатации системы.

Третья глава включает разработку теоретическшгоснов проектирования баз данных для информационного обеспечения расчетов производства содопродунтов из нефелинового сырья.

Основой для построения теоретических моделей АТБ процессов политермического разделения многокомпонентных содопоташных растворов являются диаграммы фазовых равновесий, представление которых в базах данных необходимо максимально приблизить к задачам технологических расчетов путем формирования укрупненных агрегатов (фреймов) информации для отдельных областей фазовой диаграммы. Выявление и использование естественных информационных отношений между отдельными элементами фазовых диаграмм в фреймовых структурах позволяет разработать эффективный алгоритм управления базой данных с высокой достоверностью, доступностью и существенностью информационных массивов.

Анализ особенностей технологических расчетов показывает,что для выполнения расчетов достаточно иметь данные о положении участков фазового равновесия в зависимости от температуры, а также координаты фигуративных точек твердых фаз. На рис.3 приведено схематичное отображение четырехкомпонентвой фазовой диаграммы. Информационные связи между отдельными элементами системы отображены с помощью графа. При этом вершины графа являются некоторым

Сгелагичиое представление азоаерыы чегырехкомпонентной -•зоной диаграшш 1! отобракеакз информационна* связей . -леыенгоп а помощьс графа ?,■ - ,-;оо::ави ггердш: гаа, I а 1,2,3,^; . 5 - граикцн кристаллизации;

,х - ковцзвгрвцня яатиона и овкона;

I ~ юорлиаста т,одной проекции{ оодэрхапав эоды з системе.

¡10.18 Граница

I 2 3 /г. 5

Т I 2 0 0

а ■С I I I 2

0 0 2 I I

- I 2 .... I I

?по.4« Ярвдсишдэпно вопология йззовой диаграммы с помогу» "одцфицаровштои нагрица инцидекцай

1 - соогссгствуог ондьаой связи;

2 - соогзсбаБзуез слабой связи

данным, а ребра соответствуют связям мезду этими -информационными объектами. Данные в общем случае могут быть представлены в виде числового значения либо некоторой математической зависимости.

Модель топологических структур фазовых диаграмм, отображаемых в виде графа, может быть реализована для машинного представления с помощью матрицы" инциденций. При этом модель данных будет состоять из двух уровней: таблицы связей элементов диаграммы и их описаний.

Модификация матрицы инциденций с введением уровня существенности (мощности) информационных связей для разделения их по признаку основных и второстепенных, играющих, главным образом,роль ограничений, приведет к матрице показанной на рис Л. Подобные матрицы связей можно построить для фазовых диаграмм с иным числом компонентов. Такая организация данных позволяет достаточно просто транслировать машинное представление фазовых диаграмм в общепринятую форму, при формировании моделей данных пользователь заполняет словарь базы данных и вводит'в общепринятой форме эксперимен-..ральные данные о фазовых равновесиях с указанием литерных идентификаторов твердых фаз.

Система управления базой данных формирует внутреннее представление данных. При передаче данных пользователю во внешнюю среду осуществляется обратное преобразование внутренних кодированных переменных: номеров полюсов и границ кристаллизации в общепринятую литерную форму.

Координаты узловых точек могут быть получены из имеющихся описаний границ кристаллизации. Пусть -элементы модифици-

рованной матрицы инциденций, где / =1,2,"...р и «7=1,2,...,^ . Тогда определение узловых точек ыокет выполняться путем совместного решения двух уравнений для границ кристаллизации 3 и Л при условии:

= 1 2 М(/,Ь) = 2) V ( М(',3) =2 2 МЫ = 0 (5)

Для описания диаграмм с изменяемой топологией в зависимости от температуры матрицы инциденций дополняются указанием температурного интервала, в котором существует некоторая структура связей между элементами.

В работе приведена методика идентификации полей и границ кристаллизации с использованием матрицы инциденций, а также спо-. собы математического описания элементов фазовых диаграмм. Наибо-

лее приемлемой формой является описание границ кристаллизации в виде уравнений связи между нормированными концентрациями солей Р и Е: п

где

£ = у*); р (б)

-узловые точки, ограничивающие линии насыщения; Р1 - коэффициенты, зависящие от температуры:

рь = г <ых (?)

Условия нормировки позволяет разместить линии насыщения внутри единичного квадрата. Вместе с тем экспериментально составы растворов в узловых точках изучены более полно, с большей достоверностью, чем в промежуточных точках линий насыщения. Поэтому данные об узловых точках являются'предпочтительными. Для того чтобы при описании линия насыщения проходила через узловые точки необходимо вести аппроксимацию с закреплением этих точек. Ш уравнения (6) следует, что для закрепления узловых точек необходимо выполнение условий: п

А = о ^ (8)

0 1=1 1

При этом для линейных участков границ кристаллизации Р= Е .А при

описании линий насыщения полиномами второго порядка требуется найти только значение одного коэффициента :

Р = ■Р1Е + (1 ~ Р<)Е2 (9)

Необходимо отметить, что применение нормированных концентраций позволяет нивелировать влияние температуры.

Для информационного обеспечения расчетов систематизированы экспериментальные данные о растворимости взаимных четверных систем, применяемых в производстве содопродуктов при комплексной переработке нефелинового сырья, проведено описание этих систем с включением полученных результатов в базу данных.

Четвертая глава посвящена разработке математических описаний анпаратурно-технологических блоков «ля процессов политермического разделения карбонатных растворов.

При математическом моделировании- использованы приемы системного подхода, позволяющие построить существенную иерархическую мо-

Ic

дель процесса. Производство кавдого продукта в содовое цеха (рис.1) включает в себя однотипные операции: выделение ъ осадсг одного из основных кошонецтов в результате упаривания либо иь куум-кристаллизации, отстаивание, разделение суспензии не центрифуге, промывку и супку осадков. Общность технологических процессов и характера движения материальных потоков при выделении какдс го из основных компонентов позволяет рассматривать совокупное?: этих процессов, как самостоятельный аппаратурно-технологическк;. блок.

Отличие АТБ, как объектов моделирования, состоит в той, чю в каадоц из них необходиыо моделировать выделение ш растворох разных основных компонентов. Все АТБ шеют одинаковую структуру, при различиях в применяемой аппаратуре (выларные аппараты либо вакуум-кристаллизаторы, различные типы, центрифуг, сушилок а т.п.)

При составлении математического описания АТБ приняты-следующие допущения: технологический режим является стационарным; npi> кристаллизации достигается состояние равновесия ыевду pacsjsopou и твердой фазой; равновесные составы определяются при температуре, при которой происходит разделение суспензии; основной причиной загрязнения осадков примесями является удеркание части маточного раствора, который не полностью удаляется при промывке; содернанае влаги в осадке до и после промывки практически не изменяются.

Математическое описание АТБ включает две подсистемы уравнений. В первую входят уравнения, которые одинаковы для всех технологических блоков:

а) материальных балансов по компонентам для всех операций блока;

б) процессов отстаивания,центрифугирования и промывки осадков ;

в) процессов сушки.

Вторая подсистема включает уравнения, различные для конкретных АТБ:

г) уравнения границ полей кристаллизации;

д) водосодержания насыщенных растворов;

• е) составов твердых фаз (осадков) и стехиоме'трических соотношений. С учетом особенностей математического описания расчет АТБ должен проводиться в два этапа:

I. Определение состава теоретического осадка без удержанного

маточного растворя и индекса по калии иаточного растворе на зш-ходе АТБ, исходя из формализованных .уравнений равновесия (г)-(е), состава походного раствора, теыперагурк кристаллизации и одного ¡из выходных параметров, характеризующих глубину процессе кристаллизации. Для идентификации уравнений (г)-(о) непользузтея сервисные программы оанка данных,

2- Расчет всех материальных' поа'оког АТЬ по уииашипраилнно^ аодиуограыме, одинаковой. для леву блоко*. К обоек «луч?? вччи»--лани« ягого ятапа можно првдетааитз. 7- в«» \ - 4- I > . /', ■'.! . Л . 5. С:,

¡.о;

где

>Ь1 и

- зекгоры иходних а аьосодньЕ. потопов АТЬ.

- темперакура кристаллизации осадке;

- зекгор управляющих а коиструмивиых наралзгрог;

- сосгаз иеорегичеслого осадка АТБ но 30^,2.С£~. Для вырагеяия солевого составе теоретического осадка лоегга-

гочао определить .чадекпн К , СИ ,которые для любого АТБ затаят от состава раотзора на входе в АТБ, температуры я глубины процесса крясгаялазация, ялляяцвйся управляющим воздействием, 31? задача реиаегся на первом подготовительном этапе расчета АТБ.13сл"л зцделешзе осадка заканчиваемся внутра поля кристаллизации соответствующей соли, го индексы георегячесного осадка соответствуй? коо^рдяаатаа данной соли я определимся из следувцзй таблицы;

Индекс Сода Потаи Сульфат калия Хлорид калия Двойная сазь Уравнение

К 0 1С0 100 100 50 II

5 0 0 100 0 0 12

а 0 0 0 100 0 13

прп окончании процесса на границах полей кристаллизации а выделением в осадок двух компонентов эйэото уравнений (П)-(13) используйся эквивалентные ¡и уравнения границы кристаллизации и дняци, соедипяацей полиса краоталдшзацня выделяемых компонентов. Например, з АТБ оодп при оозкестпоа звделаапа з осадов Ыа^СОз

Кг504

уравнений

(рпо.5) состав теоретического осадза определится из <?, « Г 4-Л-/ *

<*е -

¿'О

О

(IIй) (12й)

" "в

Sj. - S6

(13х)

Рис.5

Расчет индексов теоретического осадка в других АТБ производится по такому же принципу. Ксли в осадке присутствуют.три соли (АТБ двойной соли) уравнения XI—13 заменяются двумя уравнениями границ кристаллизации и уравнением плоскости, проходящей через полюса кристаллизации грех компонентов.

При проведении подготовительных этапов расчета различных АТБ предлагается ввести в качестве управляющего параметра, характеризующего глубину процесса кристаллизации, степень достижения границы поля кристаллизации (рис.5):

у = еъ/ер = ( *т-ке)/( ккв) (14)

где в - полюс кристаллизации; т,р - точки состава раствора;

Рассмотрим применение управляющего воздействия на примере расчета АТБ соды. При окончании процесса внутри поля кристаллизации < I. В этом случае в осадок переходит одна соль -ИагС03-Точка р ( ^ =1) соответствует пределу выделения Шз_С03 в чистом виде. Дальнейшее выпаривание (£> / ) приводит к выделению в осадок двух солей - NazC03 и K?SO^, при этом условная точка т' (рис.5) выходит за пределы поля кристаллизации. Для определения истинного состава маточного раствора ее необходимо спроецировать из точки на границу кристаллизации. В итоге условный процесс^?/"'/ становится эквивалентным реальному ^/. Состав теоретического осадка определяется на пересечении отрезков ef и 01. Аналогично проводятся подготовительные этапы расчетов других АТБ.

В работе детально рассмотрены математическое описание и методика проведения расчетов для всех АТБ содового производства, целью которых является сведение расчета любого АТБ при разных вариантах задания исходных данных, к расчету унифицированного АТБ. Программный моделирующий комплекс включает следующие модели АТБ: сода I (кристаллогидратной), соды П (безводной), сульфата калия,

двойной соли, хлорида калия, поташа, концентрирующей выпарки, блока упаривания, блока растворения осадка, а также простых блоков смешения и разделения растворов. Указанные модели АТБ позволяют отказаться от применяемых ранее графо-аналитических методов расчета технологических схем и осуществить моделирование и управление гибким производством с помощью ЭВМ.

В пятой главе приведены результаты расчетов и исследовано влияние управляющих воздействий на эффективность технологических схем с применением программного моделирующего комплекса.

Управляющими воздействиями для каждого АТБ выбраны параметры, характеризующие глубину процесса кристаллизации, величина которых зависит от количества греющего пара подаваемого на выпарные установки. Контроль глубины упаривания ведется по плотности растворов. Для делителей схем управляющими параметрами служат соотношения расходов выходного и входного потоков блока.

Особенностью содового цеха, включенного в комплекс по переработке нефелинового сырья, является полная и безотходная переработка полученных в глиноземном производстве карбонатных щелоков. Составы исходных растворов и их количество зависят от применяемого зырья, топлива, а также от режимов работы глиноземного Цеха. Степень разделения отдельных компонентов может варьировать в зависимости от выбранной технологической схемы и принятого режима, который характеризуется набором управляющих воздействий схемы. Соответственно будет переменным распределение компонентов менду различными видами продуктов и их сортами.

В качестве целевой функции управления в работе был ирпользо-ган обобщенный критерий:

Е (X, S,Us) - Z (15)

6 <2> о

где с^, - масса выпускаемого продукта;

Ц^ - номер продукта, I =1,2,..., п ; Ъ -номер сорта;

С0 - цена продукции при точном соответствии показателей t качества требованиям Z -го сорта;

- надбавка за избыток основного ЕещестЕа в продукте;

- текущее значение показателя качества;

В0 - минимальное содержание основного вещества в продукте для 1 -го сорта; определяется из требований ГОСТов;

Л- - масса и затраты на удаление воды из системы на J-А ) А

стадии;

К - капитальные затрат? jf -нормативный коэффициент оичио-леияй.

Для оценки эффективности управлении зодопоташншг производством 35 условиях изменения структуры ITC на основе критерия (15) разработан унифицированный алгоритм расчета целевой функции. Подпрограмма идентифицирует продукцию, выдирает соответствующие нормативно-справочные материалы (ГОСТы либо ТУ), определяет сорт 13 цену продукта. После этого производится вычисление целевой функции. Для идентификации продуктов используется информация о структуре ХТС, а таете результаты расчета материального баланоа.

Для выбора достаточной степени приблрненвя итерационных расчетов ITC определено влияние допустимой погрешности па величину целевой функции к параметры технологического резина. Показано, что относительная погрешность 10"^ ъ определении резрываеинх итерируемых потоков является достаточной. Дальнейшее уточнение рас-чатов изиенйЭЕ величину целевой функции иенее, чей на 0,001

Выбор метода поиске экстремума upii опсакшацни хкнаио-техно-югичевких ouoseu, как правила, базируется ев априорной информации о характера целевой &вкщш• увравлоиия опЕваизвруосого объекта. Для опредсленая нераивгричеокой чувогЕвгельносги целевой функции (15) к кгиеиовв» управляющих воздействий проЕвденк раоче-eu технологических рэЕнгдов» г кгэдек из которых изменялся только один параметр. Резулмавц расчетов для схеин, приведенной на рис.1, показаны на рио.б, гдо изменения параметров указаны в нор»* калазовакнон вцдо: 0 xi ц^. ¿с. 1, для интервалов варьирования упрагляащнх воздействий, соответственно - 58 К л 4, 63,5; 48 4 4 52; 0,7 4 1,2? 0,8 * Чн 4 1,15: 0 5:

Ißi ~ Чтвес ■

Проведенные исследования показали, что целевая функция чувствительна к изиенеиикк всех независимых параметров, являемая

пуоочно-непрерывной, ыногоэкатремадьной и имеет разрывы первого рода, связанные с изменениев оорюв получаемых продуктов. Кандый локальный зкстрсцуи сооЕветствуеа определенной совокупности сортов. Координаты локальных зкотрекуыов, как правило .соответствуют точней перехода продуктов из одного сорта в другой,либо находятся на границах допустимой области. Такое полоаение экстремумов услоЕНяе* процедуру поиска оптимального технологичес-

руб" / 100 молей

кого ренина, так как в этом случае движение к экстремуму будет осуществляться вдоль границы срыва либо вдоль ограничений, накладываемых на управляющие параметры процесса.

Шестая глава посвящена разработке методики оптимизации и управления гибкой технологией содового производства.

На основе положений, изложенных в главе I, определено выражение?(I) целевой функции управления для оптимизации ^гибких технологических схем. В такой 0,2 0„6 1,0 постановке целевая функция включает Рис.6 дискретную составляющую б -множество

структур ХТС, что весьма затрудняет применение оптимизационных методов. Для преобразования задачи с дискретными параметрами к непрерывным предлагается на основе декомпозиции выделить области, соответствующие дискретным параметрам. При этом для ХТС заданной структуры необходимо найти:

О

£■ = tnaoc f(x, Üs) , Sj

= J

(16)

где / - признак структуры ХТС.

Рещение задачи (I) может быть найдено путем многоуровневой оптимизации. На первом этапе необходимо найти экстремум для фиксированных составов исходных растворов:

■

üs

= 7, X - Xn

V - -■«'/-•Í- (17) Далее описывается дрейф лональных экстремумов схемы при оптимальном управлении процессом в зависимости от возмуценнй на основе extzE- = {(Я)

xeVC , U$-. Üextb » J (18) Следующий этап - сопоставление и выбор оптимальной структуры схемы на основе зависимостей дрейфа экстремума (18) в пространстве переменных состава исходного раствора.

Наиболее трудоемким этапом является отыскание экстремума (17) значение которого вычисляются из зависимости (15). Из-за того, что цены продуктов при переходе от одного сорта в другой из-

ыекявтся скачкообразно сочетания сор tos продуктов соой~

зитсгвует гокавьннй гкотраа/к, Тоорагаческ;: Еозлогасе число локальных экотремуарв дм cxoüh, правеясакоЛ ас рас Л, пра у словак снятия всех ограакчеаай по качсопу продуяцаа рааао 320. Исключая заведомо неудачные сочетания сортов вкнусказаах продуктов поено ук8НМЕ5ь число локальных зкотроауиох cxeau. подозреваемых аа на глобальность. Так, явно являй set: техаологкчоокиз

реяимк с выпуском соды I, сода П к поrace as соответствующих ГОСТу. В sso^ случае число экстремумов сократится до 36. Upaau-иая во внимание, что доля вклада в значение целевой шункцаи (15) продуктов хлориде калан к сульфата палил незначительна - эта компоненты являются пряазсааа, могло ке учитывать маогоэкстре-мальность, обусловленную кзаененвеы сорюв этах продуктов.Тогда число предполагаемых глобальных застреиуиов уазаъпг.тся до 9.

¿нализ оааоанпых а латературе ко годов аоаска глобального экстремума по:сазал4 что для оптааазацаа содових цехов аошо ас-пользоЕать сканирование а независимы!; случайный поиск ъ сочетании с процедурами локального поиска. Однако, применение этих способов сопряаено с большими затрегааа аашинного зрэизвв а ао всегда гарантирует определенна пологеная глобального акстреауаг,.

Е работе предложен способ глобальпоЕ оптимизации, отлачао-цеНсн oi указанных ваше к состоящие, в целенаправленной повеко а сопоставлении локальных зкетрекуыов, соответствующих определенны!! совокупностям сортов выпускаемых продуктов,

поиск облаете првтягонкя локального экстремума производился двумя способааа. Первый аз них состоит б определёнен значений независимых переменных, обсспочивакщих выпуск продукции с сароделен ааа набором сортов по Hpiisepaa - шшаауцу рассогласования аеэду требоваааяаа ГОСТов B(|(2jt Ii;(2) а качеством получаемых продуктов Bf; :

mft « I I i(Bfj-ЩыЩ®-B;j)l (I9)

где I -aoacp продукта; j -аадеас показателя качества?

1 - cops продукта; „+"»-" - верхняя а аигчяя границы качества. После выхода в область заданной совокупаостк сортов ас основа функции (19) производится уточнеааз аолозгелая локального экстремума по максимуму целевой функции (15), виевцей разрыва. Прв этой исаользоЕалась методы градиентный а пассЕорвИвсго спус-

зо, згяэчэецй') з oso'я спедиалвау» огрзтегеп. подогдоЗЕЯ иаогкабнис 3O3f6u0£«?25Cii-, г.э'звоасопуз ззогя 30ÍS32 эзсгреиуаэ яря. нэгапяя ргз-рпзоз.- Логсякзалая гагь'о аг.;упэйняЛ пагоэк!! покоя.

• Згорой anooorí згюяз з сбзасгь прягязэазя лопальаах эясгрз?:?-" ;я>з cososап па npg&ézsass sspaSair: фуаадаЛ, яриняиавдйх нул»я:»з зяачэаая знугрз вз^эзной зйлаозз и рвззо зозрастеюэях ара зыходэ за so пределу:

¡tm-ffi/ffij (20)

.где ^,¡3- зесозкз жозйВДаозаНз усганаэляваюдаз крутазну "оклопз*. 'ярззпазз аоогзгзазэпя napaacspoa качества заданно! облает» и з«полз 23 neo sana7 У,у ri' оззп—/ !/у формзрувгся путем зояосгаэйо-,аяя погсазатзлей да^есгза' я гребоагаялмя ГОСТов s

:2i)

U,. - ¡ 'Ъу, «san ' ,{J " | о, со л:' a~¡j(2{)< a¿j

!Р Г % - Ü¡J Ъ afyK)

>У Z "[ вела Ü¿j <

гдо для основных коклояаатоз для пржлесей - [ B;j]

Выход з облаогх вокального эясгрезуиа я отекание управл:;вщ:1х воздействай ого оптзмальяого режоа з этой случае осуществляется з один этап о яршвясниэи змдоазкенениой целевой функции (15), которая дополяяэзся ягрзфыьия фуяхцяпяи (20):

£*« E(X,S,ÍÍs)- ^(R)-V2(R) ; l/¿)-¿7. (23)

Прннопэазэ итрафанг функций, образующих крутой "силон" при эшеодз кз заданной сбластз требует применения для поиска экстрему-па квадратичных азтодоэ, эффективных з условиях овранной обусловленности целбзой функция управления процессом. Квадратичные методы пояска знстреиума основаны на замене целевой функции двуия членами ее разлоззаия з ряд Тейлора о последующий поиском экстремума для полученной явадратачяоЯ борам. Нспнтнзалось применение метода Ньютона я его кодЕ^звадаП, яспользуодах матрицу вгорых частных производят. Бсззэ удобнкуп оказались квадратичные методы первого порядка, которые зсяозьзузоз: з процессе поиска лишь градиент целевой

функции, а не матрицу этсгы. частных производных (методы Вольфа} сопряженных градиентов, переменной метрики). Наилучшие результаты показал метод переменной метрики, называемый такав методой Девидо-на-Флетчера-Лаузлла, применение которого сокращает болев чем вдвое затраты иааинного времени на поиск экстремума по сравнению с методом наискорейшего спуска.

Новое глобального экстремума на основе математических моделей ХТС позволяет решать вопросы оптимизации процесса не только путем варьирования управляющих воздействий, но и изменением структуры технологических связей ХТС. При этой сопоставление различных технологических схем должно производиться при условии работы каждой из них в оптимальном рениме.

Рассмотрим методику сопоставления технологических схем. По сравнению о основной схемой (рио.1) в модифицированной изменим место ввода и выгода рециклпческого потока в содовой ветви процесса: оборотный маточник после производства сульфата калия направим в начало процесса перед стадией выделения соды I.

Затраты связанные с преобразованием одной схемы в другую,незначительны, все технологическое оборудование остаетоя неизменным, что позволяет для данных схем не учитывать капитальные вложения в выражении целевой функции (15). Для указанных схем локальные экстремумы Е^ и Е^ могут соответствовать следующим сочетаниям'сортов основных выпускаемых продуктов: - сода I - первый сорт, сода 11 и поташ - второй сорт; ~ °°Да I и П - первый сорт, поташ - второй сорт.

При описании дрейфа экстремума от составов исходных растворов воспользуемся аппаратом планирования эксперимента с получением зависимости (18) в виде полинома первой степени. Сопоставление схем основанное на построении линий равнозначности локальных экстремумов в пространстве индексов [2К+] и [502£1 при постоянных значениях [ 2С1~] приведено на рис.7. При малом содержании сульфатов и возрастании хлоридов в ясходжом растворе для основной схемы увеличивается область экстремума с выпуском соды 11 второго сорта.При удалении от сплошной линии вверх лучшей оказывается модифицированная схема.

На стадии управления определение оптимальной структуры схемы и технологического режима дол .ны производиться при изменении составов исходных раотворов, топлива и характеристик работы оборудо-

М

22

Рис.7. Сопоставление технологических схем

20

линии равнозначности глобальных экстремумов

18

линии равнозначности локальных экстремумов основной схемы

Е1 \\\

1. 2С1" = 0,2

2. 2С1" = 0,3

3. 2С1" = 0,4

16

0 1 2 3 4 5 [5ф

дования. Полученные в результате расчета основные рекомендации по рациональной организации технологических связей (структуры ХТС) и значения управляющих воздействий передаются на более низкие ступени управления в качестве заданий. Предусмотренная в ГАПС обратная связь между высшими и низпиии уровнями позволяет осуществлять корректировку некоторых коэффициентов модели в процессе функционирования системы. Рассмотренная структура ГАПС обеспечивает единство иерархической системы управления и согласованность глобального и локальных критериев оптимизации.

В выводах сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы.

В приложениях приведены математическое описание фазовых диаграмм, применяемых в содопогаииои производстве, а такие документы

1. Цредлояена концепция построения я управления гибким производством, включающая реализацию оптимальных схемных реыений при изменении внешних условий. Сформулировано и развито новое перспективное направление в управлении сложными многостадийными процессами политерыичеокого разделения многокомпонентных солевых систем.

2. Предложено и разработано методическое и программное обеспечение для имитационного моделирования технологических схем прояз-

о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Я8

б оде13 £ соды и потаиа прв аоыплеконой переработке нефелинов для проведения научно-ЕСслодовательских к проектно-конструнторских разработок. Создан программный моделирующий комплекс для описания к исследования гкбиой технологии производства соды и поташа.

3. На основе методологии системного подхода синтезированы знаковые модели АТБ - статики ,процессов политериаческого разделения щелоков гляЕОземного производства, позволяющие проводить расчеты технологически: схем при изменении их структуры в управляющих воздействий. Математическое описание АТБ включазс уравнения покомпонентных балансов и ограничения, накладываете на процесо условиями равновесия в шюгокомяолентаой солевой системе. Раарс-боганы алгоритмы расчета АТБ с выделением подготовительных этапов, целью которых является сведение расчета любого АТБ к унифицированному варианту.

4. Предлоаено теоретическое обоснование концепции проектирования баз данных для диаграмм растворимости солевых систем о фреймовой структурой размещения данных, формирование укрупненных агрегатов информации - фреймов, включающих совокупность свойств одного поля кристаллизации упрощает описание.фазоных диаграмм и значительно сокращает затраты на поиск и идентификацию данных.Получено математическое описание взаимных четверных солевых сиотем, применяемых для расчетов производства содопродуктоя не овновs нефелинов. ' . .

5. Разработана методике определения степеней свободн ХТС произвольной структуры. Показано* что число сеспопой свободы технологических схем определяется числом входов и количеством простых делителей. Прв eseostehx входных потоках- ПС любой структуре параметрами управления uoiyr слувать только характеристики простых делителей потоков. ч

6. Reeледовсим сссоЕЁые закономерности влияния управляющих' параметров ирбцгооа на технико-экономические характеристики тех-* нологечооенх схем. В качестве целевой функции управления содовым цехом принята разнооть вежду валовой стоимостью произведенной продукции и технологическими затратами, которые зависят от структуры схемы, режимов производства, состояния оборудования и составов исходных растворов. Исследована параметрическая чувствительность целевой функции, перемзеной части технологических затрат ~ параметров качества продуктов к изменениям управляющих воздействий.

Показано, что целезая функция является иногоэястрепальной и имеет разрывы первого рода, обусловленные изменением сортов получаемых продуктов пра варьирования управляющих воздействий.

Разработана методика определения сортов выпускаемой продукции и расчета значений целевой функции управления содовым цехом для технологических схем произвольной структуры.

7. Проверена целесообразность определения глобального экстремума методами сканирования и случайного поиска в сочетании последнего с процедурами локального поиска. Применение этих методов сопряжено с большими затратами и не всегда гарантирует отыскание глобального экстремума. Каждый локальный экстремум соответствует некоторой совокупности сортов выпускаемых продуктов.

Предложен более эффективный способ глобальной оптимизации, основанный на целенаправленном поиске локальных экстремумов с последующим юс сопоставлением. Выход в области притяжения этих экстремумов осуществляется с применением функций рассогласования мсзду текущими показателями качества продуктов и требованиями ГОСТов либо штрафных функций, ограничивающих задаваемые области по качеству продуктов.

8. Разработано два варианта стратегии поиска локальных экстремумов внутри заданной области при наличии разрывов целевой функции. Первый состоит в уменьшении влияния некоторых управляющих воздействий на целевую функцию за счет введения масштабных коэффициентов на основе анализа характера поверхности в окрестности срыва. Вторая стратегия основана на сглазявааии целевой функции путем введения штрафных функций, принимающих нулевые значения в области определения заданной совокупности сортов и резко возрастающих

при 'выходе за ее пределы. Исходя из этих условий предлояены штрафные функции, имеющие разную структуру для введения ограничений по качеству продуктов снизу и сверху в соответствии с требованиями ГОСТов. Эта стратегия лрямешша в общем случае и является более эффективной. Однако наличие крутого склона значительно снижает эффективность линейных методов, поэтому необходимо применять квадратичные методы поиска экстремума.

9. Разработанные методы и алгоритмы поиска оптимального технологического режима на основе математической модели процесса рекомендуется для оптимизации действующих цехов и могут быть использованы при проектировании новых цехов и разработке их систем

управления.

10. Предложена методика преобразования дискретной задачи сопоставления технологических схем в непрерывную на основе свертки моделей схем, работающих в оптимальных режимах, и построении

с помощью этих моделей линий равнозначности экстремумов и определении в пространстве переменных исходного раствора областей предпочтительного применения каждой из схем.

11. На основе разработанных моделей, методов и алгоритмов оптимизации, результатов экспериментальных исследований развиты теоретические представления о физико-химических особенностях процессов политермического разделения многокомпонентных солевых систем и свойствах ХТС, как объектов управления; сформулированы принципы и заложены научно-технические основы разработки алгоритмического обеспечения систем автоматизированного управления гибкими многостадийными производствами с перестраиваемой структурой технологических связей. Предложен алгоритм практической реализации концепции управления гибким производством содопродуктов на примере альтернативного применения основной и модифицированной схем, отличающихся местом ввода и вывода рециклического потока в содовой ветви процесса. Показано, что при высоких значениях индекса

по калию в исходных растворах лучшей является модифицированная схема.

12. Использование результатов теоретических и экспериментальных исследований способствовало внедрению в промышленность эффе!?-тивных технологических схем. При внедрении работы и отдельных ее фрагментов получен реальный экономический эффект в сумме 853,1 тыс.рублей. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе, приняты в практику проектирования содового производства и служат основой для оптимизации технологических схем.

Основное содержание диссертации опубликовано в оледующих работах:

1. Обобщение данных о растворимости в четырехкомпонентных системах K+,Na+//C02", 502£ - Н£0 и К+, Ыа+//С0^, CI" - Н20/ г.А.Манакин,к.л.Кричевская,МЛ.Варламов,А.С.Романец,В.Д.Гогунский, Г.Ф.Ковылкина-Науч.-гехн.сб.: физика и химия,Одес.политехн.ин-т, 1970.-С.48-51.

2. Гогунский В.Д.,Кричевская Е.Л..Кордон й.В. и др.

Расчет критерия оптимизации при разделении многокомпонентных солевых систем.-Тезисы докл.8-й Всесоюзн.науч.конф.по технологии не-

орган.веществ. Одесса,1972.-С.193-Ш.

3. Гогунский В.Д. .Друкинин В.К. Влияние промывок на экономическую эффективность процесса получения соды и поташа из нефелинового сырья.-В кн.: Обмен опыто?' рг-Öotk молсдкх специалистов по разработке и внедрению прогрессивных технологических схем производства в содовой проышленнсстн,-Черкассы: НИЧТЭХИМ, 1972.-С.8-^.

k. Кричевская Е.Л.,1'огунский В.Д..Манакин Г.А. и др. Математическое описание статики процесса получения содн и лотаиг. из нефелинового сырья/./ Цветные металлы, 1974,№2.-С.^6-50.

5. Гогунский В.Д.,Кричевская Е.Л.,Труноз М.11. Оптимизация процесса получения кальцинированной соды я поташа гп, нефелинового сырья.-Тезисы докл.9-й Всесоюзн.конф.по технолог;:. неорган.веществ.Пермь, I974.-C.169,

6. Гогунский В.Д.,Романец A.C.,Кричевская Е.Л.,Иозеф А.Т, Методы поиска оптимального технологического резина при политару».--чоояом разделении многокомпонентных солевых систем.-3 ;«..: Автоматизация процесса содового производства.Л.: Химия,1975.-С.51-55 -

7. Гох'унскяй В.Д. ,Ро:«апзц A.CL »Кричевская E.JI. ,Друлшнип Алгоритмизация расчета материального баланса и критерии опт:гг,13<>-цаа содового цеха глиноземного производства при выделения содн г одну стадии.-В кн.: Автоматизация процесса содового производства, Л.: Химия, 1975.-С.55-59»

8. Гогунский В.Д.,Кричевская Е.Л.,Трунов !.1.П. и др. Моделирование и оптимизация производства кальцинированной содн поташа при комплексной переработке нефзл..ноз .-В кн.: Дохл»!-;: Всесоюз.конф.СХТС-I.Ереван, 1975.-С.325-330.

9. Кричевская К.Л. .Гогунский В.Д. ,Варламов .'i. Л. и др,

Поиск оптимального технологического режима производства кальцинированной соды и поташа из нефелинов//7.им.промышленность,1976,,Л.-С.35-39.

10. Кричевская Е.л.,Гогунский В.Д.,£инкзльатейн Л.И. и др. Расчеты материального баланса и критерия оптимизации содозого цеха глиноземного комбината с применение:* УВЧ.-З кн.: Опыт создания АСУТИ в глиноземном производстве.-ü. ¡Цветметии^оруапил, I976.-C.ifO-/tI.

11. [огунскяй В.Д. »Кричевская Е.л. ,1рунов .Ч.П.,аац ;J.I1. Сопосгавлание вариантов технологических схем разделения маогоксм-понентных полевых eneren hj стадии предварительного проектирова-

ния сложных химико-технологических систем.-Б кн.: Математические методы в проектировании производств основной химии: Труды/НИОХИМ. Харьков, 1976.-С.27-32.

12. Кричевская Е.Л..Тимошенко В.В., Гогунский В.Д..Радаев В.А. Методика раочета соотношений объемов циркулирующих растворов в производстве кальцинированной соды и поташа из нефелинового сырья. //Хим.промышленность,1977,te2.-С.284-286.

13. Трунов ¡11 „П.,Гогунекий В.Д..Кричевская ЕЛ. Алгоритмизация расчетов процессов политермического разделения многокомпонентных солевых систем с использованием банка фнзикс-хикических данных.-В кн.: Автоматизация управления технологическими процессами. Киев: АНдУССР, нн-r кибернетики, 1978.-С.17-23.

14. Трунов М.П..Кричевокая Е.Л..Варламов Ы.Л..Гогунский В.Д. Математическое описание диаграмм растворимости многокомпонеьгных солевых систем// Изв.ВУЗов: Химия и химическая технология,1980, й4.-С.500-504.

15. Кричевская ЕЛ., Гогунский В.Д.

Многовариантные расчеты материального баланса аппаратурнс-^елии-логического блока производства кальцинированной соды из нефелинов: Методические указания к лабораторным работам.-Одесса,Одес.политехи, ин-т, 1980.-С .17-31.

16. Гогунский В.Д.,Трунов 11.11.«Кричевская Е.Л.,Зайцев И.Д. Поиск глобального экстремума для производства с выпуском продукции различной номенклатуры и качесгва.-Харьков,Ш0ХИМ,19Ь0.-10 с. Деп. ОНИТЭХИЫ, № 1048хп-Д80.

IV. Трунов М. 11. .Варламов МЛ. .Гогунский В.Д. .Кричьвская Z.''.. Представление диаграмм растворимости в банке физико-химических свойств автоматизированной системы проектирования.-Докл.12-и Всесоюз.конф.по технологии неорган.веществ.Чимкент,1981,т.2.-С.525-527.

18. Грицай 0.Г..Александров В.В..Шаповалов В.А..Гогунский В.Д. Математическое описание процесса выделения двойной соли в производстве содопродуктов из нефелинового сырья.-ХарььоЕ.НМШИ, 1УЫ.-13 с. Деп. 0Ш1ИТЭХИМ, № 44хп-Д81.

19. Трунов ¡1.П. .Гогунский В.Д. .Варламов П.Л. Математическое моделирование диаграмм растворимости дль расчетов СПС.-Докл.4-й Всесоюз.конф.СХТС-4.Одесса.1985,т.1.-С.88.

20. Трунов М.п.,Варламов'Н.Л..Гогунский В.Д..Кричевская ЕЛ. Алгоритмическое и программное обеспечение для исследования и авто-

матизировазного проектирования технологических схем солевых производств.-Докл.4-й Всесоюэн.конф.СХТС-4. Одесса,1985,т.2,-С. 21-22.

21. Кричевсяая Е.Л..Гогунский В.Д.,Зайцев И.Д.

Изучение моделирования и оптимизации СХТС при подготовке инженеров химиков-технологов .-Докл.4-й Всесоюз.конф.СХТС-4.Одесса,1985, T.I.-C.65.

22. Хукова 11.И.,Гогунский В.Д.

Применение теории матриц к. структурному анализу химико-технологических схем: Методические указания к решению прикладных задач по высшей математике,-Одесса,Одес.политехи.ин-т,1984.-34 с.

23. Кричеаская ЕЛ.,Гогунский В.Д..Маковеев П.С.,Ыкдяр Б.В. Ситуационная игра "Согласование" по управлению технологическими процессами химических производств//Вестник высшей сколы,1986,

« II .-С.42-43.

24. Эрайзер Л.Н..Гогунский В.Д..Каганский И.М.,£фимцева Т.С. Методика и алгоритмы расчета парциальных давлений аммиака и диоксида углерода над растворами системы NH -COg-HgO.-Одесса,Одес. политеха.ин-т,1987.-17 с.Деп.УкрНИИНТЙ, № 2574-Ук87.

25. Гогунский В.Д.,Трунов М.П.,Зайцев И.Д. Алгоритмическое обеспечение гибких производств разделения карбонатных растворов при комплексной переработке нефелинов,-Одесса, Одео.политех.ин-т,1987.-18 с.Деп.УкрНИИНТИ,Л3338-Ук87.

26. Гогунский В.Д.,Синявский К.С..Кричевская Е.Л. Технологические основы математического описания производства угле-аммонийных солей.-Докл.Всесоюз.конф.по технологии неорган.веществ. Львов,1988,кн.3.-C.II2.

27. Синявский К.С.,Гогунский В.Д..Луговской В.И. и др.

О реализации САПР химических производств в среде виртуальных машин.-Одесса,Одес.политехи.ин-т,1988.-7 с. Деп. УкрНИИИТИ 1312-Ук88.

28. Гогунский В.Д.,Синявский К.С..Луговской В.И..Шмелев A.C. Определение числа управляющих параметров для гибких технологических схем.-Одесса,Одес.политехи.ин-т,1988.-10 с.Деп.УкрНИИНТЙ,

й 1442-Ук£8.

29. Гогунский В.Д.,Трунов М.П..Зайцев Я.Д. и др. Математическое описание процесса репульпации в содовом производст-?е на основе нефелинов.-Одесса,Одес.полмехн.ин-т ,1988.-14 с.

Деп.УкрНЦШТП, Ьз J942-?i:"ie,

50. Гсг-упоккМ В.Д.,1Сричевок8Я Е. Л., Тру нов U.U. Расчет технологические схем производства содовых продут об из кафзлшхог: ^еюдическкс указания по применению 3BÜ в проектировании. -Киев, Укрвузполкграф: 1988.-32 с.

31. Гогупоккй Б.Д.,Зайцев И.Д.,Варламов М.Л.,Трунов M.U. Управление гио'кой структурой технологических схем.-В кн.¡Математическое моделирование СХТС: Докл.5-й Бсосоюз.коЕф.СХГС-5.Казань, 1988.-С.94-95.

32» Гогунский В.Д. моделирований технологических схем переработки карбонатных щелоков глиноземного провзводства//Цвет.металлы,1988,W 9.-57-60.

33. Гогунский В,Д.,Кричевская В.л.,Трунов U.U.

Методика расчета критерия оптимизации для гиоких технологических схем производства нефелиновой соды.-Одесса,Одес.политехи.ин-т, 1988.-14 с.деп.УкрНИИНТП, к 2316-Уи88.

34. Гогунский В.Л..Синявский К.С.,Вятнин а).М. йредставление диаграмм растворимости трехкокпоненткых систем в Oase данных.-Одесса,Одес.политехи.иы-т,I988.-iI с.Деп.УкрНИИНТИ,

2974-Ук88.

35. Эрайзср Л.К.,Каганский Ü.M.,Гогунский В.Д. и др. Физико-химические свойства растворов углеаммокийных солей.-В кн.: Консервирование и обогащение азотоы продуктов растениеводства акмолийно-кар^онагными пиепарагами/'/Киев: Наук.думка,198Б.-С.187-191.

36. Гонекий В.Д.,Синявский К.С. ,Няткин U.U.

Представление диаграмм растворимости четырехкомпонентнах систем в сазе данных.-Одесса,Одес.политехи.ин-т,1989.-9 с.Деп.УкрНИИНТИ, 370-Ук89.

37. Гогунский В.Д.,Синявский К.С..Луговской В.И.,Имелев A.C. Адаптируемая система расчетов многосвязных технологических структур.-В кн.Математические методы в химии:Докл.6-й Бсесоюзн.конф. Новочеркасск,1989,ч.1.-0.188-190.

38. Синявский К.С. ,Ьяткин ¡0..".,Гогунский Б.Д.

Банк данных свойств вецесгЕ с диалоговым и пакетнш интерфейсом для сетей SBLi.-b кн..-Математические методы в химии:Докл.6-й Все-союз.конф.Новочеркасск,1989,4.2.-С.21.

39. Гогунский Ь.Д..Синявский К.С..Луговской В.И. и др. Определение числа управляющих воздействий для гибких технологичен-

них схем.-В кн.:Технология синтетического метанола.11. :НИИТЭХШ1,

1989.-С.117-122.

40. Трунов 11.11.,Гогунский В.Д.Дричевокая Е.Л. Математические модели диаграмм растворимости трехкомпонентных водно-солевых систем.-Одесса,Одвс.политехи.ин-т,1989.-25 с.Дел. УкрНШЫТИ, № 818-Ук89.

41. Трунов 11.11..Варламов И.1.,Гогунский В.Д..Еричеюкая £.1. Автоматизированное формирование моделей технологических схем содового производства из унифицированных блоков/Димическая технология,1989, » 2.-С.54-59.

42. Сннявокий К.С..Гогунскай В.Д..Луговской В.И. н др. Методология разработки и реализации иирокоориентированной системы автоматизированного проектирования химических производств в среде виртуальных ЭВ!1//Хим.промышленность,1990,№9.-С.562-56-4.

43. Гогунский В.Д..Синявский К.С.,Ауговокой В.И. и др. Определение числа технологических оптимизируемых параметров сложных химико-технологических систем СГГС//Химическая технология,

1990, № 6.-С.79-81.

Подписано к печати 25.04.1991г. Объем 2 п.л. Формат 60x84 1/16 Заказ 89 Тираж 120

Отпечатано на ротапринте ХНПО "Катэбонат" 310002 Хэрысов-2 >л.Дзержинского,25