Моделирование физико-химических процессов

ХимКинОптима: Программный комплекс решения обратных задач математического моделирования и оптимизации физико-химических процессов на основе параллельных вычислений

Просто. Быстро. Эффективно

Тихонова Маргарита ВладимировнаИнститут нефтехимии и катализа РАН,

ООО «РН-УфаНИПИНефть»

Уфа, 23 ноября 2011 г.

ХимКинОптима : моделирование и оптимизация 2

Неоптимальность функционирования производства

Отсутствие методов идентификации объектов

Действующие производства(химии, нефтепереработки и др.)

Низкий показатель наукоемкости продукции

ХимКинОптима : моделирование и оптимизация

Описание проекта

3

ПРЕДПРИЯТИЕ

ЭФФЕКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ =Наукоемкость +Оптимальный режим

Исследование объекта

Математическое моделирование

Оптимизация технологического процесса

Параллельные вычисления

Численные методы

Базы данныхГрафическийинтерфейс


Комплекс программ по моделированию и оптимизации каталитических процессов на основе кинетики

4

Язык программирования – С/С++; Интерфейс – Qt; Стандарт MPI

Графическая оболочка

СУБД DBMSСУБД DBMS

ВизуализацияGRAPHICS

Проверка закона сохранения

MASSCONSERVATIONLAW

Формирование отчетов

RESULTS

1-, много-процессорные

системы

1-, много-процессорные

системы

ИнструментарийИнструментарийВычислительный аппаратВычислительный аппарат

Зерно GRAIN

Слой LAYER

РеакторРеактор

Обратная задача INVERSE_TASK

МакрокинетикаМакрокинетика

Прямая задача DIRECT_TASK

Энергия активации ACTIVATION_ENERGY

Индукционный период

INDUCTION

Оптимальное управление по кинетике

KINOPTIMA

Интеграция

INTEGRATION

Интеграция

INTEGRATION

Оптимальный режимOPTIMA

Визуализация маршрута реакцииREACTIONPATH

AbR

Ea

Txky

bxayRT

EAk

A

A

ln,,1

,ln

)7(,)4( ,exp

* P – число прямых и обратных стадий; N – количество экспериментов

Агрегированная обратная задача. Размерность N·P:

minKF 1 Размерность P*

minKF 2 Размерность P

minKF 3 Размерность P

)8(,expexp

i

T

jATj

Tj RT

Ebk

i

ii

minK,K,KF 321

min.)ln(A),ln(A;E,EF j-jj-AAj Размерность 2·P

< <

Построение агрегированной обратной кинетической задачи


ХимКинОптима : моделирование и оптимизация 6Распараллеливание численных методов решения Распараллеливание численных методов решения

обратных физико-химических задач обратных физико-химических задач (генетический алгоритм, индексный метод глобальной оптимизации) (генетический алгоритм, индексный метод глобальной оптимизации)

Анализ эффективности распараллеливания*Анализ эффективности распараллеливания*

* решение обратной кинетической задачи на примере реакции карбоалюминирования олефинов (ИНК РАН)


Сравнение технологий моделированияИНК РАН ХимКинОптима

Технология моделирования

Последовательный расчет без учета жесткости систем ДУ

Параллельный расчетс учетом жесткости систем

ДУ

Показатель соответствия расчета эксперименту

F=1.09 F=0.07

Время поиска 1 месяц 3 дняГрафики сопоставления

расчетных данных экспериментальным

* на примере реакции карбоалюминирования олефинов, катализируемой (CpMe5)2ZrCl2


ChemModeler$500

ChemOptima$500

ChemObjectDataBase $500

Кинетические задачи (прямая и обратная) DirectProblem и InverseProblem

Поиск оптимального

режима на основе кинетики

KinOptima и Optima

Система управления базой

данных натурных и вычислительных

экспериментовChemObject

DataBase

Поиск индукционного периода,Induction

Моделирование процессов на зерне и СлоеGrain и Layer

Расчет энергий активаций и реакционой способности веществ

ActivationEnergy

Интеграция сторонних приложений Integration

Инструментарий Graphics, Results, ReactionPass, MassConservationLaw

Параллельные вычисления Parallel

Полная версия ChemKinOptima (ХимКинОптима) $1200

Лицензирование программного комплекса


* по анализу данных Института нефтехимии и катализа РАН г. Уфы, директор Джемилев У.М.

9

Экономическая эффективность внедрения программного комплекса *

Построение кинетических схем реакций металло-комплексного катализа

Срок построения схем сложных реакций химической кинетики:3 мес. вместо 2 лет

За 2 года экономия на з/п 21 * 25 = 525 (тыс. руб.)

Экономия хим. реагентов: >20000 руб в месяц.

Итого: 262.5 + 12·20 =502.5 тыс. руб. (≈ $16 200) в год

Выявление оптимального режима управления технологическим процессом на уровне кинетики

Срок проведения экспериментов для выявления оптимального режима технологического процесса:1 мес. вместо 1 года

За 1 года экономия на з/п 11 * 25 = 275 (тыс. руб.)

Экономия хим. реагентов: >20000 руб в месяц.

Итого: 275 + 12·20 =515 тыс. руб. (≈ $16 600) в год

Итого: 16 200 + 16 600 = $32 800 в год (экономии для предприятия)


Коммерциализация

10

Экономическая эффективность реализации ХимКинОптима

Стоимость 1 годовой лицензии: $1200

Среднее кол-во лицензий на 1 предприятие: 10

Кол-во предприятий нефтехимического комплекса в РБ: ≈ 20

Всего нефтедобывающих регионов в России: ≈ 30

Планируется охватить 15% рынка ПО в данной области

Итого: 1200 *10*20 *30*0.15 = $1080 т.

Рынок конкурентов

USA$1200-$2400

Xp/Vista

KinFitSimUSA, Canada

$1990Xp/Vista

ChemKin CFDUSA $900

Windows/Linux

ИНК РАН, Уфа

ИНК РАН, УфаИОХ РАН,

УфаИОХ РАН,

УфаУфа НефтехимУфа Нефтехим

Каустик, Стерлитамак

Каустик, СтерлитамакСтерлитамакский нефтехим. заводСтерлитамакский нефтехим. завод

Салаватнефте оргсинтез

Салаватнефте оргсинтез

СеленанефтехимСеленанефтехимХимзавод катализаторов

Ишимбай

Химзавод катализаторов

Ишимбай

УфаоргсинтезУфаоргсинтезУфаНипиНефтьУфаНипиНефть


Спасибо за внимание!

Тихонова Маргарита ВладимировнаИнститут нефтехимии и катализа РАН,

ООО «РН-УфаНИПИНефть» [email protected]

89638911741

mailto:[email protected]

Моделирование физико-химических процессов

Documents