Дипломная работа на тему "Разработка приложения для повышения экономической эффективности разделения многокомпонентных смесей для предприятий химической промышленности | Синергия [ID 40923]"

Работа на тему: Разработка приложения для повышения экономической эффективности разделения многокомпонентных смесей для предприятий химической промышленности
Оценка: хорошо.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ФИНАНСОВО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «СИНЕРГИЯ»
Факультет онлайн обучения

Направление подготовки: Прикладная информатика

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Москва 2018

ЗАДАНИЕ
на ВКР обучающегося
1. Тема ВКР: Разработка приложения для повышения экономической эффективности разделения многокомпонентных смесей для предприятий химической промышленности
2. Структура ВКР:

Введение
Глава 1. Разделение многокомпонентных смесей для предприятий химической промышленности
1.1. Актуальность работы, цель и задачи
1.2. Процессы разделения смесей
1.3. Задачи оптимизации в технике и экономике
Глава 2. Математическое моделирование разделения смесей
2.1. Математические модели процессов разделения смесей
2.2. Алгоритмы поиска оптимального порядка разделения Глава 3. Приложение для решения задачи повышения экономической эффективности разделения
3.1. Архитектура
3.2. Реализация
Глава 4. Оценка экономической эффективности разработанного приложения
Заключение
Список использованной литературы

3. Основные вопросы, подлежащие разработке.
Во введении рекомендуется обосновать актуальность выбранной темы, сформулировать цели и задачи работы, описать объект, предмет и информационную базу исследования.
Для написания главы 1 рекомендуется изучить основную и дополнительную литературу по выбранной теме. В пункте 1.1 необходимо понять, что из себя представляет разделение твердых, жидких и газообразных смесей, изучить принцип простой и многократной дистилляции. Описать принцип ректификации бинарных смесей, азеотропные смеси, ректификацию многокомпонентных смесей, а так же эффективность этих процессов. Кроме этого необходимо описать механическое разделение, гравитационное осаждение, осаждение в поле центробежной силы, в электрическом поле, фильтрование. В пункте 1.2 необходимо дать общее представление о задачах оптимизации, возникающих в технике, экономике и приложениях, а также об основных методах решения этих задач.
Глава 2 должна носить аналитический характер. В ней должны быть представлены основные математические соотношения, являющиеся определяющими для процессов разделения многокомпонентных смесей, поставлены основные оптимизационные задачи. Решая эти задачи, необходимо вывести важнейшие зависимости, позволяющие делать выбор конкретного оптимального порядка разделения.
В этой и последующих главах будет предполагаться, что объектом разделения является азеотропная смесь близкая к идеальному раствору. В случае бинарной ректификации смесь состоит из двух компонентов с условными номерами 0 и 1, называемыми, соответственно, низкокипящим и высококипящим.
В пункте 2.1 необходимо описать процессы теплового и механического разделения и построить области их реализуемости. Колонна бинарной ректификации, являющаяся элементарным аппаратом в системе разделения смесей, во всех рассматриваемых случаях представляется моделью с тремя основными параметрами, характеризующими кинетику процессов тепло и массопереноса.
Процесс ректификации является очень энергоемким, поэтому естественно выбирать последовательность разделения по условию минимума затрат теплоты при заданной производительности и составах потоков. Далее для упрощения записи мы будем предполагать четкое разделение в каждой колонне.
Также необходимо описать процессы мембранного разделения смесей и произвести выбор границ мембранного разделения смесей, состоящих из трех компонентов. Далее необходимо рассмотреть мембранное разделение многокомпонентных смесей.
В пункте 2.2 нужно построить и представить основные алгоритмы для поиска оптимального порядка теплового и механического разделения многокомпонентных смесей.
В главе 3 необходимо спроектировать приложение, реализующие алгоритмы, построенные в пункте 2.2. Требуется обосновать выбор конкретных технологий для реализации приложения и рассказать о его основных компонентах.
Глава 4 должна быть посвящена краткому обзору имеющихся технологий повышения экономической эффективности разделения многокомпонентных смесей и сравнению их успешности с результатом, полученным в данной работе.
В заключении необходимо отразить основные положения дипломной работы и сформулировать общие выводы.

4. Исходные данные по ВКР: Основная литература:
1. Григоревский, И.Н. Алгоритмическое и программное обеспечение построения области реализуемости термодинамических систем: дис канд.
техн. наук / ИПС имени А.К. Айламазяна РАН. — Переславль-Залесский, 2011.
2. Гельперин, Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии / Н.И. Гельперин. — М.: Химия, 1981. — С. 812.
3. Серафимов, Л.А. Выбор оптимальных технологических схем ректификации многокомпонентных смесей / Л.А. Серафимов, Т.В. Челюскина, П.О. Мавлеткулова // Теорет. основы хим. технологии. — 2015. —Vol. 49, no. 1. — Pp. 44–53.
4. Кафаров, В.В. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств / В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин,В.Л. Перов. — М.: Химия, 1979. — С. 320.
5. Раева, В.М. Концентрационные области существования тройных азеотропов в системах с разноименными отклонениями от идеального поведения / В.М. Раева, Л.А. Серафимов, А.В. Фролкова // Теорет. основы хим. технологии. — 2006. — Т. 40, № 1. — С. 42–50.
6. Синтез фазовых портретов диаграмм четырехкомпонентных смесей. Определение типа четырехкомпонентного азеотропа и цепи возможных структур. / Л.А. Серафимов, А.В. Фролкова, Д.А. Медведев, Г.А. Семин // Вестник МИТХТ. — 2011. — Т. 6, № 3. — С. 55–60.
7. Миронова, В.А. Математические методы термодинамики при конечном времени / В.А. Миронова, С.А. Амелькин, А.М. Цирлин. — М.: Химия,2000. — С. 379.
8. Tsirlin, A.M. Maximal work problem in finite-time thermodynamics /55 A.M. Tsirlin, V.A. Kazakov // Physical Review E. — Vol. 62, no. 1. —Pp. 307–316.
9. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Учебник для вузов / А.Н. Плановский, П.И. Николаев. — М.: Химия, 1987. — С. 496.
10. Александров, И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты /И.А. Александров. — М.: Химия, 1978. — С. 296
11. Петлюк, Ф.Б. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет /Ф.Б. Петлюк, Л.А. Серафимов. — М.: Химия, 1983. — С. 304.
12. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. —Ленинград: Химия, 1987. — С. 576.
13. Thermodynamic Optimization of Finite Time Processes / R.S. Berry, V.A. Kazakov, S. Sieniutycz et al. — Chichester: Wiley, 1999. — P. 490.
14. Tsirlin, A.M. Thermodynamical estimation of the limit capacity of irreversible binary distillation / A.M. Tsirlin, I.N. Grigorevsky // J.Non-Equilib, Thermodyn. — 2010. — Vol. 35, no. 3. — Pp. 213–233.
15. Salamon, P. Optimal Distillation Calculated by Thermodynamic Geometry / P. Salamon, B. Adnresen // Entropie. — Vol. 36, no. 224–225. — Pp. 6–10.
16. Comparison of Entropy Production Rate Minimization Methods for Binary Diabatic Tray Distillation / P. Salamon, G. Siragusa, K.H. Hoffman et al. //Computers & Chemical Engineering. — 2001. — Vol. 25. — Pp. 1537–1548.
17. Tsirlin, A.M. Finite-time thermodynamics: The maximal productivity of binary distillation and selection of optimal separation sequence for an ideal ternary mixture / A.M. Tsirlin, I.A. Sukin // J. Non-Equilib. Thermodyn.— 2014. — Vol. 39, no. 1. — Pp. 13–25.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
ГЛАВА 1 Разделение многокомпонентных смесей для предприятий химической промышленности 10
1.1 Актуальность работы, цель и задачи 10
1.2 Процессы разделения смесей 11
1.3 Задачи оптимизации в технике и экономике 21
ГЛАВА 2 Математическое моделирование разделения смесей 23
2.1 Математические модели процессов разделения смесей 23
2.2 Алгоритмы поиска оптимального порядка разделения 48
ГЛАВА 3 Приложение для решения задачи повышения экономической эффективности разделения 64
3.1 Архитектура 64
3.2 Реализация 66
ГЛАВА 4 Оценка экономической эффективности разработанного приложения 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 72

ВВЕДЕНИЕ
Процессы разделения смесей — важный класс процессов, рассматриваемых в термодинамике. Существует два основных вида систем разделения: механические и термические. К первому виду относится разделение при помощи центрифуг и мембран, когда поток затрат является потоком механической энергии, а ко второму — перегонка и ректификация, абсорбционно-десорбционные циклы, в которых потоком затрат является поток теплоты. В работе [1] показано, что граница области реализуемости систем термического разделения с учетом необратимости теплопереноса имеет форму выпуклой вверх и ограниченной параболы (граница первого типа),а для систем механического (в частности, мембранного) разделения граница области реализуемости имеет форму выпуклой вверх, но неограниченной параболы.
Задачи разделения смесей — одни из наиболее распространенных и, в то
же время, наиболее энергозатратных задач в химической, нефтехимической и пищевой промышленности, энергетике. Многим известны процессы разделе- ния нефти на фракции: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут; разделение смеси спирта, воды и непригодных к употреблению примесей при изготовлении алкогольных напитков; разделение изотопов урана центрифугированием, очи- щение воздуха, циклонирование, используемое сейчас повсеместно: от пыле- сосов до крупнотоннажных химических предприятий, грохотание. Мембранное разделение смесей используется не только в искусственно созданных человеком аппаратах, но и в биологических клетках при отделении веществ, которые долж- ны проникать через клеточную стенку от тех, для которых это нежелательно. Во многих сферах, например в пищевой промышленности при получении концентрированного молока, применяется разделение с помощью электрической энергии. Процессы кристаллизации позволяют выделить особо чистые компоненты смесей и сплавов. Энергоэффективность процессов разделения смесей остается крайне важной проблемой. Так, для разделения нефти на фракции ис- пользуется приблизительно 6 процентов той энергии, которую можно получить при переработке продуктов этого процесса; при разделении изотопов урана ва- жен тот факт, что стоимость топлива очень высока в сравнении со стоимостью оборудования, необходимого для разделения, стоимостью постройки электро- станции, поэтому важно, чтобы процесс разделения был выполнен эффективно и качественно. Во многих отраслях пищевой и косметической промышленно- сти, в условиях жесткой конкуренции, исчерпаны уже все возможные ресурсы, позволяющие повысить прибыль и снизить себестоимость готового продукта, кроме одного — эффективности протекающих процессов, значительной ча- стью которых являются процессы разделения смесей. Из вышесказанного ясно, что повышение эффективности процессов разделения смесей — чрезвычайно актуальная задача. Разумеется, этой задаче посвящена обширная литература и различные специалисты, ученые и инженеры проводят множество исследований в этом направлении. Получены оценки энергозатрат для процессов самой разной природы и организации, даны рекомендации по повышению эффективности этих процессов. Тем не менее, остается еще множество нерешенных, открытых задач. Зародившийся в 50-е годы XX века и активно развивавшийся в последние десятилетия аппарат оптимизационной термодинамики позволил по-новому взглянуть на эти задачи. Появилась возможность более качествен- ной, более точной оценки затрат энергии, возможность использовать различные критерии оптимальности при проектировании аппаратов и систем аппаратов, возможность математически строго обоснованного выбора структуры сложных систем. В данной работе рассматривается задача построения алгоритма для нахождения оптимального порядка разделения многокомпонентных смесей в системах (каскадах) колонн ректификации (эти системы тратят тепловую энергию) и мембранных системах (эти системы тратят механическую энергию). В работах Анатолия Михайловича Цирлина и Ивана Николаевича Григорьевского доказано, что существует принципиальная разница между такими системами, а в последующих работах А.М. Цирлина и Ивана Андреевича Сукина пока- зано, что эта разница имеет важное значение при разработке эффективных алгоритмов поиска оптимального порядка разделения. Разработанные в работе алгоритмы могут быть применены для практического нахождения оптимальных порядков разделения в двух указанных видах систем. В качестве дальнейших улучшений можно рассмотреть параллельную реализацию этих алгоритмов, а также улучшения связанные с переходом, если это возможно, от численного решения некоторых уравнений к аналитическому.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Григоревский, И.Н. Алгоритмическое и программное обеспечение построения области реализуемости термодинамических систем: дис. канд. техн.
наук / ИПС имени А.К. Айламазяна РАН. — Переславль-Залесский, 2011.
2. Кафаров, В.В. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств / В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин, В.Л. Перов.
— М.: Химия, 1979. — С. 320.
3. Гельперин, Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии / Н.И. Гельперин. — М.: Химия, 1981. — С. 812.
4. Серафимов, Л.А. Выбор оптимальных технологических схем ректификации многокомпонентных смесей / Л.А. Серафимов, Т.В. Челюскина, П.О. Мавлеткулова // Теорет. основы хим. технологии. — 2015. — Vol. 49, no. 1. — Pp. 44–53.
5. Раева, В.М. Концентрационные области существования тройных азеотропов в системах с разноименными отклонениями от идеального поведения / В.М. Раева, Л.А. Серафимов, А.В. Фролкова // Теорет. основы хим. технологии. — 2006. — Т. 40, № 1. — С. 42–50.
6. Синтез фазовых портретов диаграмм четырехкомпонентных смесей. Определение типа четырехкомпонентного азеотропа и цепи возможных струк- тур. / Л.А. Серафимов, А.В. Фролкова, Д.А. Медведев, Г.А. Семин // Вестник МИТХТ. — 2011. — Т. 6, № 3. — С. 55–60.
7. Миронова, В.А. Математические методы термодинамики при конечном времени / В.А. Миронова, С.А. Амелькин, А.М. Цирлин. — М.: Химия, 2000.
— С. 379.
8. Tsirlin, A.M. Maximal work problem in finite-time thermodynamics / A.M. Tsirlin, V.A. Kazakov // Physical Review E. — Vol. 62, no. 1. — Pp. 307– 316.
9. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Учебник для вузов / А.Н. Плановский, П.И. Николаев. — М.: Химия, 1987. — С. 496.
10. Александров, И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты / И.А. Александров. — М.: Химия, 1978. — С. 296.
11. Петлюк, Ф.Б. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет / Ф.Б. Петлюк, Л.А. Серафимов. — М.: Химия, 1983. — С. 304.
12. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. — Ленинград: Химия, 1987. — С. 576.
13. Thermodynamic Optimization of Finite Time Processes / R.S. Berry, V.A. Kazakov, S. Sieniutycz et al. — Chichester: Wiley, 1999. — P. 490.
14. Tsirlin, A.M. Thermodynamical estimation of the limit capacity of irreversible binary distillation / A.M. Tsirlin, I.N. Grigorevsky // J. Non-Equilib, Thermodyn.
— 2010. — Vol. 35, no. 3. — Pp. 213–233.
15. Salamon, P. Optimal Distillation Calculated by Thermodynamic Geometry / P. Salamon, B. Adnresen // Entropie. — Vol. 36, no. 224–225. — Pp. 6–10.
16. Comparison of Entropy Production Rate Minimization Methods for Binary Diabatic Tray Distillation / P. Salamon, G. Siragusa, K.H. Hoffman et al. // Computers & Chemical Engineering. — 2001. — Vol. 25. — Pp. 1537–1548.
17. Tsirlin, A.M. Finite-time thermodynamics: The maximal productivity of binary distillation and selection of optimal separation sequence for an ideal ternary mixture / A.M. Tsirlin, I.A. Sukin // J. Non-Equilib. Thermodyn. — 2014. — Vol. 39, no. 1. — Pp. 13–25.