ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 2014, том 48, № 5, с. 483-485
УДК 66.011
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ © 2014 г. Н. Н. Зиятдинов
Казанский национальный исследовательский технологический университет
nnziat@yandex.ru Поступила в редакцию 01.04.2014 г.
Современное состояние и основные тенденции развития химической технологии характеризуются возрастающей сложностью и многообразием технологических систем для получения современных продуктов, необходимостью эффективного рационального использования энергетических и сырьевых ресурсов, обеспечения безопасности и охраны окружающей среды и устойчивого развития. Все это требует разработки новых инновационных подходов к решению задач исследования, оптимального проектирования и управления создаваемыми производствами и реконструкции существующих производств.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, оптимизация, математическое моделирование, оптимальное проектирование, управление, системный анализ, системотехника, химическая технология.
Б01: 10.7868/80040357114050133
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим инструментом решения задач исследования, оптимального проектирования и управления является компьютерное моделирование, основанное на современных методах системного анализа, математического моделирования и оптимизации [1, 2]. Предпосылками успешного внедрения результатов математического моделирования и оптимизации в проектную деятельность и управление действующими промышленными установками являются коренные изменения, происходящие на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. В первую очередь это касается их переоснащения современными средствами контроля и автоматизированного управления технологическими процессами, что позволяет существенно повысить точность и достоверность как получаемой информации о состоянии объектов управления, так и выдачи управляющих воздействий. Кроме того, следует отметить широкое использование на всех этапах жизненного цикла промышленного предприятия (предпроектные, научно-исследовательские работы, проектирование, функционирование, реконструкция) универсальных моделирующих программ [3—5], позволяющих быстро и с удовлетворительной точностью решать задачи исследования, оптимального проектирования и управления.
Однако на пути решения этих задач встречается ряд математических проблем, существенно осложняющих их решение. К ним следует отнести проблемы, связанные с многовариантностью аппаратурного и топологического оформления как при проектировании химико-технологических систем, так и управлении ими, неопределенностями в исходных данных при проектировании, много-экстремальностью, многокритериальностью, наличием дискретных поисковых переменных в оптимизационных задачах и т.д.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Этим и другим вопросам современного состояния компьютерного моделирования и оптимизации в химической технологии, направлениям исследований ученых в области инженерной химии и системотехники в химической технологии, их месту и роли в инженерном образовании и перспективам развития была посвящена Международная научная школа "Компьютерное моделирование и оптимизация в химической технологии — Computer Aided Process System Engineering", проходившая в Казанском национальном исследовательском технологическом университете (КНИТУ) с 17 по 21 июня 2013 года. Школа была организована по инициативе председателя программного комитета школы, ведущего научного сотрудника НИФХИ им. Л.Я. Карпова, профессо-
484
ЗИЯТДИНОВ
ра кафедры системотехники КНИТУ Г.М. Островского, при поддержке председателя оргкомитета школы, ректора КНИТУ профессора Г.С. Дьяконова. К работе школы в качестве лекторов были приглашены зарубежные ученые с мировыми именами, известные российские ученые.
В докладе декана-профессора кафедры инженерной химии Университета Карнеги—Меллон (Питсбург, Пенсильвания, США) И. Гроссманна (http:// www.cheme.cmu.edu/people/faculty/grossmann.htm) был дан широкий обзор задач математического программирования, современные методы их решения, в том числе предложенные автором, в приложении к планированию, диспетчеризации, управлению промышленными предприятиями химической отрасли с целью минимизации издержек и максимизации прибыли на всех стадиях производства [6].
Профессор той же кафедры Л. Биглер (http:// www.cheme.cmu.edu/people/faculty/lb01.htm) в своем докладе дал описание нового, предложенного автором, быстродействующего подхода к решению задачи оптимизации динамических режимов объектов химической технологии, математические модели которых описываются смешанными системами дифференциальных и алгебраических уравнений, имеющего, в частности, важное прикладное значение при построении упреждающих алгоритмов усовершенствованного управления технологическими процессами [7].
На практических занятиях И. Гроссманн и Л. Биглер более подробно ознакомили слушателей школы с применением предлагаемых ими подходов к решению различных задач химической технологии.
Профессор кафедры химической технологии и биотехнологии Технического университета Дании Р. Гани (http://www.capec.kt.dtu.dk/People/ Rafiqul-Gani-Director/) рассказал о компьютерных технологиях проектирования молекул и смесей с заданными свойствами.
В своем докладе профессор Университета Сент-Луиса (Миссури, США) Г. Яблонский (http://parks. slu.edu/faculty-staff/parks-faculty/grigoriy-yablonsky/) представил систематизацию основных направлений исследования кинетики и механизмов каталитических реакций и дал описание новых подходов для их изучения [8].
Профессором Института сложных технических систем им. Макса Планка (Магдебург, Германия) М. Манголдом (http://www.mpi-magdeburg. mpg.de/people/mangold/) был изложен новый эффективный метод определения параметров обыкновенных дифференциальных уравнений по экспериментальным данным, основанный на используемом в теории управления понятии плоской
системы, и его обобщение на дифференциальные уравнения с запаздыванием [9].
В работе школы также приняли участие отечественные ученые: Г.М. Островский [10], Ф.Г. Ах-мадиев [11], В.А. Холоднов, Д.С. Дворецкий [12], Н.Н. Зиятдинов [10], ТВ. Лаптева [10], Д.А. Рыжов.
В рамках научной школы было проведено заседание постоянно действующего методологического семинара университета "Инженерное образование для новой индустриализации: вызовы и решения" (руководитель: С.Г. Дьяконов). Главными обсуждаемыми проблемами семинара стали мировые перспективы развития системотехники для химической технологии, а также обзор инженерного химико-технологического образования в США. Докладчиками семинара выступили Р. Гани и Г. Яблонский.
В работе научной школы приняли участие более 150 слушателей из числа аспирантов, научных сотрудников, преподовательского состава КНИТУ и других вузов Российской Федерации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. KulovN.N, Slin'koM.G. The State of the Art in Chemical Engineering Science and Education // Theor. Found. Chem. Eng. 2004. V 38. № 2. P. 105. [КуловН.Н., Слинь-ко М.Г. Современное состояние науки и образования в области теоретических основ химической технологии // Теорет. основы хим. технологии. 2004. Т. 38. № 2. С. 115.]
2. Зиятдинов Н.Н., Лаптева Т.В., Островский Г.М. Современные методы оптимизации в подготовке системных инженеров в области химической технологии // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 16. С. 131.
3. Гартман Т.Н., Клушнин Д.В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учебное пособие для вузов. М.: ИКЦ "Академкнига", 2006.
4. Зиятдинов Н.Н., Лаптева Т.В., Рыжов Д.А., Богу-ла Н.Ю. Системный анализ химико-технологических процессов с использованием программы ChemCad: Учебно-методическое пособие. Казань, КГТУ, 2009.
5. Seider Warren D., Seader J.D., Lewin Daniel R. Process Design Principles: synthesis, analysis, evaluation. New York: John Wiley&Sons, Inc. 2004.
6. Grossmann I.E. Challenges in the Application of Mathematical Programming in the Enterprise-wide Optimization of Process Industries // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 5 [in press]. [Grossmann I.E. Challenges in the Application of Mathematical Programming in the Enterprise-wide Optimization of Process Industries // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 5. С. 500.]
7. Biegler L.T. Nonlinear Programming Strategies for Dynamic Chemical Process Optimization // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 5 [in press]. [Biegler L.T.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ
485
Nonlinear Programming Strategies for Dynamic Chemical Process Optimization // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 5. С. 486.]
8. Yablonsky G.S. Decoding Complexity of Chemical Reactions // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 5 [in press]. [Yablonsky G.S. Decoding Complexity of Chemical Reactions // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 5. С. 551.]
9. Schenkendorf R., Mangold M. Parameter Identification for Ordinary and Delay Differential Equations by Using Flat Inputs // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 5 [in press]. [Schenkendorf R., MangoldM. Parameter Identification for Ordinary and Delay Differential Equations by Using Flat Inputs // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 5. С. 538.]
10. Ostrovsky G.M., Lapteva T.V., ZiyatdinovN.N. Optimal Design of Chemical Processes under Uncertainty // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 5. P. 000.
[Островский Г.М., Лаптева Т.В., Зиятдинов Н.Н. Проектирование оптимальных химико-технологических систем в условиях неопределенности // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 5. С. 527.]
11. Akhmadiev F.G. Some Problems of Multicriterial Process Optimization // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 5 [in press]. [Ахмадиев Ф.Г. Некоторые задачи многокритериальной оптимизации технологических процессов // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 5. С. 518.]
12. Dvoretsky D.S., Dvoretsky S.I. Integrated Design of Flexible Chemical Processes, Devices, and Control Systems // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V 48. № 5 [in press]. [Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И. Интегри
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.