Средства для расчета, анализа чувствительности и оптимизации стационарного режима технологических схем

Как правило, для расчета технологических схем используется последовательный модульный подход. Последовательность расчета аппаратов определяется автоматически в результате проведения структурного анализа схемы (или может быть задана пользователем). В случае замкнутых схем (схемы с рециклами) или при проектной постановке задачи расчета (когда на некоторые выходные переменные схемы наложены ограничения-равенства) схема приводится к условно-разомкнутому виду. Для решения полученной системы нелинейных уравнений используются метод простой итерации, Вегстейна, доминирующего собственного значения, Бройдена.

Все моделирующие программы использую потоки одинаковой параметричности. Параметры потоков включают температуру, энтальпию потока, давление, соотношение фаз, суммарный расход потока, количества или концентрации компонентов. Количества компонентов могут задаваться в виде объемных или массовых расходов, либо массовых или мольных долей от общего расхода потока.

Моделирующие программы имеют возможности анализа параметрической чувствительности по одному или двум параметрам. Результаты вычислений могут быть представлены как в текстовом, так и в графическом виде.

В настоящее время во все перечисленные моделирующие программы включена возможность поиска оптимальных стационарных режимов технологических систем.

В УМП ASPEN PLUS и HYSYS условная оптимизация решается методом последовательного квадратичного программирования. Для безусловной оптимизации используются кваиньютоновские методы. Реализованы разные подходы при расчете производных в процессе вычисления направления поиска. Для целевой функции представлены средства формирования сложной функциональной зависимости. С целью расширения набора математических методов, используемых для анализа стационарного состояния технологической системы, в УМП ASPEN PLUS и HYSYS реализован интерфейс с пакетом HSL (HARWELL SUBROUTINE LIBRARY) разработанный NUMERICAL ANALYSIS GROUP, RUTHERFORD APPLETON LABORATORY.

Для автоматизации процесса проектирования технологических систем в УМП ASPEN PLUS и HYSYS встроен модуль DISTIL синтеза систем ректификации многокомпонентных систем, в том числе азеотропов.

УМП CHEMCAD при формировании задачи оптимизации в качестве функции цели может использовать параметр либо потока, либо аппарата. При формировании ограничений имеется возможность накладывать ограничения типа равенства константе и простых «ящичных» неравенств на зависимые и независимые переменные. Возможно решение задач размерностью до 10 поисковых переменных.

Для УМП PRO II разработан интерфейс PROVISION с пакетом оптимизации ROMEO, SIMULATION SCIENCES, Inc., в котором заложен метод последовательного квадратичного программирования.

Моделирующая программа WINSIM, предлагая для формирования информации о процессе графический интерфейс, на этапе формирования задач расчета, анализа чувствительности, оптимизации требует описания задачи на встроенном языке команд, либо языках программирования C, FORTRAN. В WINSIM встроена оптимизационная процедура, в которой для расчета стационарного состояния схемы используется метод Вегстейна. При формировании задачи оптимизации на зависимые и независимые переменные технологической системы могут быть наложены ограничения равенства и неравенства, которые могут включать сложные функциональные зависимости.

УМП PROSIM формирование задачи оптимизации проводит внутри своего интерфейса, а для выполнения условной оптимизации использует процедуру оптимизации Microsoft EXCEL, в которой заложены квазиньютоновский метод оптимизации и метод сопряженных градиентов.