66
с этим модификатором из экземпляра любого класса и любого пакета. Protected
– уровень предполагает доступ к компоненту с этим модификатором из экзем-
пляров родного класса и классов–потомков, независимо от того в каком пакете
они находятся. Default – уровень предполагает доступ к компоненту с этим мо-
дификатором из экземпляров любых классов, находящихся в одном пакете с
этим классом. Private – уровень предполагает доступ к компоненту с этим мо-
дификатором только из этого класса. Наследование – это процесс, посредством
которого один объект может приобретать свойства другого. Точнее, объект мо-
жет наследовать основные свойства другого объекта и добавлять к ним черты,
характерные только для него. Наследование является важным, поскольку оно
позволяет поддерживать концепцию иерархии классов. Применение иерархии
классов делает управляемыми большие потоки информации.
3.2 Реализация
Реализация данного приложения производилась на языке программирова-
ния C# с применением объектно-ориентированного программирования. Итогом
всей работы является приложение для персонального компьютера, работающее
на базе операционной системы windows. В этом приложении имеются несколько
вкладок, таких как:
- Смесь
- Каскад колонн
- Расчеты
- Комментарий
- Отчет
На вкладках «Смесь» и «Каскад колонн» оператор вручную вносит параметры
смесей, к которым относятся компоненты, концентрация, температура кипения
и другие. На вкладке расчеты оператор может наблюдать результаты расче-
та программы. Вкладка «Комментарий» может заполнятся по необходимости
67
(если потребуется). Вкладка «Отчет» формирует полный отчет о проведенных
расчетах с использованием всех данных на предшествующих вкладках. Рабочий
вид программы представлен на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 — Пример работающей программы
68
ГЛАВА 4
Оценка экономической эффективности разработанного
приложения
Химическое производство принадлежит к числу наиболее энергоемких. Так,
если в продукции всей промышленности доля затрат на энергию составляет
2,5%, то в продукции нефтехимической и химической отраслей она достигает
8,9%. Химическая отрасль промышленности, производя около 6% промышлен-
ной продукции, потребляет до 12% всей вырабатываемой электроэнергии. Эта
высокая энергоемкость обусловлена значительным потреблением энергии таки-
ми химическими производствами, как производство аммиака, фосфора, карбида
кальция, карбоната натрия, химических волокон и пластмасс, которое состав-
ляет более 60% электрической и 50% тепловой энергии всей отрасли.
Потребление энергии химическим производством оценивается его энерго-
емкостью. Энергоемкостью производства называется количество энергии, за-
трачиваемое на получение единицы продукции. Она выражается в кВт-ч (кДж)
или в тоннах условного топлива (УТ) на тонну продукции. По энергоемкости
химические производства делятся на три класса.
I-ый класс. Производства с расходом УТ более 2 тонн (58x10
3
кДж) на тон-
ну продукции. К ним относятся производства химических волокон, ацетилена,
капролактама, полиэтилена, акрилонитрила и др.
II-ой класс. Производства с расходом УТ от 1 до 2 тонн (29x10
3
- 58x10
3
кДж) на тонну продукции. К ним относятся производства карбоната натрия,
аммиака, карбида кальция, метанола и др.
III-ий класс. Производства с расходом УТ менее 1 тонны (29x10
3
кДж) на
тонну продукции. К ним относятся производства разбавленной азотной кисло-
ты, этиленгликоля, уксусной кислоты, анилина, полистирола, двойного супер-
фосфата и др.
Энергоемкость отдельных производств колеблется в очень широких преде-
69
лах: от 20x10
3
кВтxч для алюминия до 60-100 кВтxч для серной кислоты на
тонну продукции.
В химическом производстве энергия используется для проведения химиче-
ских реакций, сжатия газов и жидкостей, нагрева материалов, осуществления
тепловых процессов (ректификация, испарение и др.), проведения механиче-
ских и гидродинамических процессов (измельчение, фильтрование и др.), транс-
портировки материалов. Для этих целей используется электрическая, тепловая,
топливная, механическая, световая, ядерная и химическая энергия.
Электрическая энергия применяется для проведения электрохимических,
электротермических, электромагнитных и электростатических процессов, а так-
же для перемещения материалов и приведения в действие различных механиз-
мов и машин.
Тепловая энергия используется для различных целей. Энергия высокого по-
тенциала (более 623°К) применяется для высокотемпературной обработки сы-
рья (обжиг и др.) и интенсификации химических реакций. Ее получают за счет
сжигания различных видов топлива непосредственно в технологических устрой-
ствах. Тепловая энергия среднего (373-623°К) и низкого (323-423°К) потенци-
ала используется в производственных процессах, связанных с изменением фи-
зических свойств материалов (нагрев, плавление, дистилляция, выпаривание),
для нагрева компонентов при химических процессах, а также для проведения
некоторых химических процессов.
Передача тепла осуществляется за счет контакта нагреваемой системы через
стенку аппарата с теплоносителем, обладающим высоким теплосодержанием
или при непосредственном контакте с нагреваемым материалом. Теплоносите-
лем называется вещество или система веществ, используемое в качестве среды
для нагревания. В качестве теплоносителей для средне- и низкотемператур-
ных процессов в химической промышленности применяются горячий воздух,
горячая вода, насыщенный и перегретый водяной пар, топочные газы, высококи-
пящие органические соединения, твердые зернистые материалы (обычно зерна
70
катализатора).
Топливная энергия при сжигании топлива используется для производства
тепла и электроэнергии в ТЭЦ и печах особого назначения и составляет в
общем балансе энергии, используемой в химической промышленности, около
50%.
Механическая энергия используется для выполнения таких физических опе-
раций как измельчение, центрифугирование, перемещение материалов, смеше-
ние в работу различных машин, компрессоров, насосов и вентиляторов и др.
Световая энергия применяется в виде облучения для проведения фотохи-
мических процессов синтеза, например, в производстве хлороводорода, галоге-
налканов и др.
Химическая энергия реализуется в работе химических источников тока раз-
личного устройства и назначения.
Ядерная энергия используется для проведения радиационно-химических
процессов (например, в процессах полимеризации), производства энергии в
АЭС, для анализа, контроля и регулирования процессов производства.
Из всей потребляемой химической промышленностью энергии 40% состав-
ляет электрическая, 50% - тепловая (в виде теплоносителей - пара и воды) и
10% топливная энергия.
71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе были рассмотрены процессы разделения многокомпонентных сме-
сей как с помощью систем, использующих тепловую энергию, так и систем,
использующих энергию механическую. Для обоих типов систем построены мно-
жества реализуемых режимов, найдены предельные возможности. Полученные
результаты были обобщены на системы из произвольного количества аппаратов,
что, в свою очередь, позволило предложить и реализовать алгоритмы выбора оп-
тимального порядка разделения многокомпонентных смесей.
Упомянутые выше алгоритмы были реализованы в виде компьютерной про-
граммы на языке C#, что позволяет использовать их для повышения экономи-
ческой эффективности химических предприятий. В работе было показано пре-
имущество использования реализованного приложения перед прежними подхо-
дами.
72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Григоревский, И.Н. Алгоритмическое и программное обеспечение построе-
ния области реализуемости термодинамических систем: дис. . . . канд. техн.
наук / ИПС имени А.К. Айламазяна РАН. — Переславль-Залесский, 2011.
2. Кафаров, В.В. Математические основы автоматизированного проектирова-
ния 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 ректифи-
кации 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 азеотро-
пов в системах с разноименными отклонениями от идеального поведе-
ния / 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. Опре-
деление 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 вре-
мени / В.А. Миронова, С.А. Амелькин, А.М. Цирлин. — М.: Химия, 2000.
— С. 379.
8. Tsirlin, A.M. Maximal work problem in finite-time t hermodynamics /