Современная информационная система крайне сложна и состоит из огромного числа связанных компонентов различного уровня автономности, которые способны обмениваться данными. Практически каждый компонент может быть подвергнут внешнему воздействию или выйти из строя. А с повышением значимости и ценности информации соответственно растет и важность защиты этих компонентов.

Безопасность информации определяется как защищенность всей поддерживающей ее инфраструктуры от случайного или преднамеренного вмешательства, наносящего ущерб владельцам или пользователям информации. И целью ее обеспечения на предприятии является построение системы обеспечения информационной безопасности данного объекта.[1] В общем случае концепция этой системы должна отвечать на такие вопросы:

-        Что защищать?

-        От кого(чего) защищать?

-        Как защищать?

И соответствовать следующим принципам:

-        Затраты на обеспечение безопасности ни в коем случае не должны превышать размеры возможного ущерба;

-        Система обеспечения безопасности должна разрабатываться, исходя из предположения, что пользователи будут наносить ей ущерб;

-        Система обеспечения безопасности должна быть обязательно протестирована;

-        Гибкость системы обеспечения безопасности, предусматривающей внесение в нее изменений администратором;

-        Пользователи располагают меньшими привилегиями, чем администратор, необходимыми лишь для осуществления своей работы;

-        Простота взаимодействия системы обеспечения безопасности и пользователей;

-        Возможность отключить систему в экстренных ситуациях;

-        Все, кто взаимодействует с системой обеспечения безопасности должны знать то, как она функционирует и в затруднительных ситуациях незамедлительно на это реагировать;

-        Вся система обработки данных должна находиться под защитой;

-        Возможность проверки эффективности работы системы безопасности;

-        Объекты находящиеся под защитой необходимо поделить на группы так, чтобы нарушение защиты в одной из групп не оказывало влияние на защищенность других;

-        Самые важные и сложные решения должен принимать человек;

-        Механизмы системы обеспечения безопасности желательно, должны быть скрыты от пользователей;

-        Работу пользователей необходимо контролировать.

В общих словах обеспечение защиты информационной системы сводиться к реализации таких свойств как: доступность данных, их целостность и конфиденциальность.

Но стоит помнить, что говорить о создании системы безопасности можно с учетом характеристик конкретного субъекта и защиту информационных систем ни в коем случае нельзя сводить только к технике. Она зависит от слабого звена, а самым слабым звеном чаще всего является человек. По этой причине на данный момент существуют всевозможные методы и системы защиты информации. Они имеют большое количество различий друг с другом, но, тем не менее, их можно поделить на следующие основные группы:

1. Формальные средства защиты – выполняют свои функции обособленно от человеческой деятельности, по заранее определенному алгоритму.

1.1 Физические средства-различные устройства и системы механического, электрического либо электронного плана, деятельность которых не зависит от информационных систем. Они создают преграды в прямом смысле этого слова. Например: конструкция здания и средства обеспечения безопасности непосредственно в нем и на его территории от проникновения злоумышленников, защиту аппаратных средств и носителей информации от кражи, организацию пропускной системы сотрудников и контроль над их перемещением на предприятии, противопожарную защиту помещений и т.д.

1.2 Аппаратные средства- устройства и системы механического, электрического, электронного, лазерного, зрительного либо радиолокационного плана, находящиеся непосредственно в информационной системе или зависящих от нее, созданные непосредственно для защиты информации. Пример таких средств:

Смарт-карты и USB-токены – средства, которые содержат в себе интегральную схему, наделяющую их способностью обрабатывать данные. Эти устройства осуществляют защиту информации находящейся на них при ее использовании. Так же обеспечение безопасности информации на данных устройствах может основываться на защищенной памяти устройства и его способности менять, перезаписывать и удалять данные. Для организации этого в них содержится особая программа или даже небольшая операционная система, позволяющая изменять данные по запрограммированному алгоритму.

Смарт-карты выглядят как кредитная карта, usb-токен, как очевидно имеет вид usb-флеш-накопителя. Не смотря на их вид, они являются друг другу аналогами.

Электронные ключи защиты- это программно – аппаратная система защиты от незаконного пользования, созданная с целью ограничения доступа к информации и программам. Для обеспечения этого вместе с программным обеспечением компании дается USB-ключ, с помощью которого происходит процесс установления легальности .

Такие средства защиты являются самыми функциональными и дорогостоящими. Обычно они разрабатываются персонально, под заказ, поэтому система обеспечения безопасности в таких системах довольно гибкая, она позволяет изменять данные под определенного пользователя.

1.3 Программные средства –специальная программа или программы, которые находятся на жестком диске компьютера, и используются в целях обеспечения безопасности данных. Примером программных средств могут служить элементарные персональные ограничения на выполнение каких-либо действий, будь то доступ к компьютеру или удаление файлов.

В сравнении с остальными средствами защиты эти являются самыми недорогостоящими. Потому что данные для их работы устанавливаются сразу, и не меняются, по причине того, что это часть программы. Из-за этой же причины велика вероятность взломов или поломки этой системы.

1.4 Специфические средства защиты- это криптографические методы. Такие средства защиты могут быть использованы с целью защиты информации, которая обрабатывается, либо для ее защиты при передаче. Само преобразование информации может быть реализовано аппаратными или программными средствами или методами.

Такие средства обеспечения безопасности продаются отдельно от программы, которую необходимо защитить. А их гибкая внутренняя система защиты позволяет препятствовать взлому. Их стоимость варьируется между стоимостью программных и аппаратных средств обеспечения безопасности.

2. Неформальные средства защиты- регламентируют деятельность человека.

Законодательные средства- законы и другие нормативно-правовые акты, с помощью которых регламентируются правила использования, обработки и передачи информации ограниченного доступа и устанавливаются меры ответственности за нарушение этих правил. Распространяются на все субъекты информационных отношений.

Организационные средства -для описания технологии защиты информации конкретной информационной системы обычно строится так называемая  политика информационной безопасности.

Морально-этические средства -сложившиеся в коллективе предприятия моральные и этические нормы, соблюдение которых способствует защите информации. [2]

Подведя итог всему вышесказанному, хочется заметить, что защищаться от всего невозможно, из всех возможных угроз на предприятии нужно выбрать то, что наиболее существенно и важно. А выбранная верно система обеспечения информационной безопасности поможет сохранить это.

Такой способ создания дизайна интерьера удобен и прост.

Рассмотрим некоторые из компьютерных программ, предназначенных для создания дизайна интерьера. Изучим их преимущества и недостатки.

Программное обеспечение Sweet Home 3D

Программа Sweet Home 3D предназначена для создания детального 3D-интерьера жилья на компьютере.

Sweet Home 3D является бесплатной программой для проектирования и создания дизайна интерьера, которую можно использовать на операционной системе Windows. У этой программы высокая популярность среди многих дизайнеров. Она проста и эффективна в использовании, что является не маловажным фактором при выборе программы для проектирования интерьера [2].

Программа Sweet Home 3D предназначена для людей, которые хотят сделать дизайн интерьера быстро: от перестановки мебели до дизайна уже существующего дома. Большое количество подсказок поможет создать план дома и расположить мебель.

С помощью Sweet Home 3D возможно воспроизвести задуманный проект интерьера помещения на компьютере. Подобрать обои, мебель, расположить вещи в комнате. Это удобно тем, что можно воссоздать дизайн и что-то в нём поменять, то есть увидеть, что может примерно получится в итоге после ремонта [3].

Так же это удобно тем, что есть возможность рассчитать сколько материалов будет затрачено и получится ли расположить мебель так, как было задумано.

Перед тем как начать воссоздавать задуманный дизайн, разработчики программы рекомендуют загрузить отсканированный план дома или квартиры, а уже потом переходить к добавлению стен и предметов интерьера. С каждым изменением 2D-плана обновляется и 3D-вид. Мебель в каталоге расположена по категориям, это сделано для быстрого и удобного поиска [4].

Так же существует функция просмотра созданного дома в 3D виде, который позволяет смотреть на дом со стороны или использовать режим виртуального посетителя [5].

Основные возможности Sweet Home 3D:

-                Двумерные и трёхмерные планы.

-                Обладает простым и понятным интерфейсом.

-                Встроенный каталог образцов мебели.

-                Имеется возможность редактирования фурнитуры.

-                Импорт трёхмерных моделей в форматах: OBJ (Wavefront), DAE (COLLADA), 3DS (3D Studio MAX) и LWS(LightWave Scene).

-                Импорт фоновых изображений в форматах: BMP, GIF, JPEG, PNG.

-                Экспорт плана в форматах SVG и PDF, экспорт трёхмерного вида в формате OBJ.

-                Обладает многоязычным интерфейсом.

-                Создание демонстрационных графических и видео файлов проекта интерьера [6].

Программное обеспечение Color Style Studio

Color Style Studio – программа предназначенная для подбора цветовой палитры с помощью фотографий, сделанных пользователем или других электронных изображений.

В программе можно подбирать цветовые схемы, накладывая их на фотографии, тем самым можно увидеть, как тот или иной объект будет выглядеть и сравнить сразу несколько цветовых решений [7].

В Color Style Studio используются самые известные коллекции цветов (115 разных наборов с более 57000 цветов). Присутствует возможность добавления собственных цветовых схем, а также автоматического подбора цвета [8]. Также на добавленных фотографиях можно быстро выделить нужные области, для которых необходимо подобрать цветовые комбинации. Подобранные варианты цветовой палитры можно отправлять на печать или создавать из них слайд-шоу. С помощью интегрированного калькулятора можно подсчитать необходимое количество краски для создаваемого проекта [9].

Color Style Studio является пакетом программ, предназначенных для подбора цветосочетаний с использованием моделей, основанных на фотографиях фасадов домов, интерьеров, автомобилей, а также любых других изображений. В настоящее время программа поддерживает более двадцати графических форматов. Color Style Studio включает плагины для создания цветовых моделей, подбора цветов с их помощью, а также плагин для редактирования наборов цветов, например таких как Colortrend (Ambiance, Eurotrend, Nuance), NCS, RAL, Sikkens. Всего около шестидесяти карт [10].

С помощью этой программы можно создавать новые оттенки цветов путём смешивания уже существующих и посмотреть будут ли они гармонировать, например, коричневая мебель и бежевый потолок [11].

Среди возможностей программы:

-                Создание моделей раскраски по введённым фотоматериалам;

-                Удобное выделение необходимых частей изображения;

-                Выбор цвета реально существующих колерных карт;

-                Возможность делать масштабирование изображения для наиболее точного изображения в деталях;

-                Управление наборами цветов и категориями моделей [12].

Программное обеспечение Home Plan Pro

Home Plan Pro – легкая в использовании программа, которая позволяет создавать пользователям удобный план дома [13].

В программе существуют уже готовые макеты планов, которые могут понравиться пользователям, а так же Home Plan Pro предоставляет обилие интересных инструментов, которые позволяют создавать настоящие дизайнерские дома [14].

В программе Home Plan Pro предусмотрено 2 режима:

1. Проектирование дома;

2. Проектирование комнат.

Созданный макет можно сохранить в одном из нескольких графических форматов, после чего пользователь сможет распечатать их [15].

Программа Home Plan Pro обладает простым интерфейсом и очень проста в использовании.

Программа предлагает множество различных инструментов, которые помогут начертить план дома, квартиры и других помещений [16].

Основные возможности Home Plan Pro:

– Сохранение изображений в различных форматах.

– Отправка чертежей по факсу.

– Отправка сообщения вместе с чертежами.

– Простое рисование оконных и дверных блоков и др.

– Возможность быстро уменьшать и увеличивать чертежи [17].

– Быстрая настройка толщины линий.

– Использование границ при черчении плана.

– Автоматическое заполнение стен паттернами.

– Возможность поворота и изменения размера любой фигуры.

– Прикрепление к чертежам изображений [18].

Программа поддерживает две системы измерения: американское (дюймы) и метровое измерения [19].

Готовый план помещений можно распечатать на принтере. В программе существует возможность выбора любого размера изображения при печати чертежей: от минимального до максимального размера на весь лист бумаги. Home Plan Pro заменяет многие САПР программы, так как в отличие от них, эта программа легче в использовании и понимании [20].

Существенным недостатком для большинства русскоязычных пользователей является ее интерфейс на английском языке, однако программа проста в управлении и не требует больших временных затрат на её изучение [21].

В результате сравнительного анализа программ Sweet Home 3D, Color Style Studio, Home Plan Pro по созданию интерьеров помещений можно сделать следующий вывод:

1. Sweet Home 3D делает акцент на создание детального интерьера комнаты, на создание дизайна интерьера внутри помещения.
2. Color Style Studio направлена на подборе цветовой гаммы и создании новых цветов и оттенков.
3. Home Plan Pro предназначена для создания чертежа квартиры или дома.

Каждая из этих трёх программ уникальна и подходит для разных видов создания дизайна интерьера.

Интерфейс должен быть интуитивно понятным, ненавязчивым и приятным на вид. Интуитивно понятный интерфейс обеспечит успешную работу в системе без углубленного изучения инструкции к программному обеспечению.

Программа для писателей «Сюжет» представляет собой набор инструментов по написанию, редактированию и управлению произведением [1].

Далее рассмотрим интерфейс данной программы.

Основным рабочим элементом окна программы является текстовое поле, в котором автор может работать над своим произведением. Под ним находится строка состояния, на которой располагается информация о работе над текстом. Слева, в строке состояния, находится информация об общем количестве символов в тексте, количестве символов без пробелов, а также количестве слов. В нижнем правом углу находятся сведения о текущем времени и продолжительности работы над проектом.

На рисунке 1 показано главное окно программы «Сюжет».

Рисунок 1 – Главная форма программы «Сюжет»

В правом верхнем углу расположены стандартные кнопки, которые позволят свернуть, восстановить и закрыть окно. Главное меню программы разделено на семь вкладок. Рассмотрим далее каждую из этих вкладок подробнее.

«Файл» – содержит все операции для работы с документами. К ним относятся: создание, открытие, закрытие, сохранение и печать. Вкладка также содержит операцию выхода из программы.

«Правка» содержит все операции, которые необходимы при работе с буфером обмена: отменить действие, повторить действие, вырезать, копировать и вставить. Дополнительно вкладка содержит кнопки активации поиска и замены слов в тексте.

«Форматирование» предоставляет все функции для работы с текстом и включает такие операции как выбор шрифта, изменение цвета текста, изменение фона текста.

«Абзац» служит для настройки отступов в документе. Текст можно выравнивать: по левому краю, по правому краю, по центру, а также по ширине. Кроме этого вкладка содержит функции настройки отступа красной строки и междустрочного интервала.

«Вставка» применяется для добавления в текст рисунков, дат и времени.

«Сервис» содержит все доступные возможности по настройке программы. Через эту вкладку можно активировать полноэкранный режим, запустить функцию «Количество использованных слов», выполнять операции со встроенным аудио плеером и устанавливать таймеры на время работы и на количество символов.

«Помощь» содержит справку, информацию о версии программного обеспечения и операцию по проверке обновлений к программе.

На панели инструментов располагаются все основные команды для работы с произведением и буфером обмена. К таким операциям с произведениями относятся: создание, открытие, закрытие, сохранение и печать. Отменить действие, повторить действие, вырезать, копировать и вставить – относятся к операциям с буфером обмена. Кроме этого, на панели инструментов располагаются кнопки вызова таких функций как количество использованных слов и полноэкранный режим. Следует отметить, что данные кнопки при открытии программы не будут активны до тех пор, пока не будет создано или открыто произведение.

Особо следует подчеркнуть наличие в программе на левой стороне окна боковой функциональной панели (рисунок 2), на которой располагаются такие инструменты как раскрывание панели, вызов окна по выбору шрифта и назначение размера текста, выбор цвета для текста и фона, и вставка рисунка.

Рисунок 2 – Содержание раскрытой левой панели

В боковой функциональной панели содержаться все доступные пользователю операции по группам:

-                  «Форматирование» (рисунок 3) к которой относятся такие функции как выравнивания текста, выбор шрифта, размер шрифта и тип шрифта;

Рисунок 3 – Вкладка «Форматирование»

-                  «Красная строка» позволяющая настраивать отступ красной строки;

-                  «Междустрочный интервал» реализующий отступ между строк;

-                   «Поиск» предоставляющая возможность найти указанное слово в тексте (рисунок 4).

Рисунок 4 – Функция «Поиск»

-                  «Замена» позволяющая заменить найденные слова в тексте, выбранным словом пользователя (рисунок 5).

Рисунок 5 – Вкладка «Замена»

Функция «Поиск» позволяет установить параметры для упрощения поиска, такие как: учитывать регистр, только слово целиком, выделить все элементы. «Учитывать регистр» позволяет искать слова только с тем регистром, которое задано в примере поиска. «Только слово целиком» позволяет искать целые слова или словосочетания. При установке параметра «Выделить все элементы» программа выделит цветом все слова, удовлетворяющее поисковому запросу в тексте. Функция поиска также позволяет находить предыдущее слово.

Параметрами «Замены» являются: «Учитывать регистр», «Только слово целиком». С помощью «Учитывать регистр», можно заменять слова только с тем регистром, которое указанно в запросе. «Только слово целиком» позволяет заменять целые слова в тексте произведения. Следует подчеркнуть еще тот факт, что при работе можно заменять одновременно все слова, которые встречаются в тексте и удовлетворяют параметру поиска.

В программе предусмотрена возможность прослушивания аудио файлов во время работы с произведением. На панели инструментов главного окна приложения расположены все основные элементы для работы с плеером. К таким элементам относятся: пауза, стоп, воспроизведение, плейлист, регулятор громкости. Все команды по управлению списком воспроизведения вынесены в отдельное окно (рисунок 6). Здесь пользователь имеет возможность добавлять трек в плейлист, удалять трек из плейлиста, запустить механизм воспроизведения треков из плейлиста в случайном порядке, закольцевать воспроизведение, переходить к предыдущему или следующему треку.

Рисунок 6 – Список воспроизведения

Кроме того, в программе присутствует специальный полноэкранный режим (рисунок 7). Особенность данного режима заключается в том, что он разворачивает текстовое поле на весь экран и скрывает остальные элементы интерфейса вместе с меню «Пуск» [2].

 Рисунок 7 – Полноэкранный режим

Интерфейс полноэкранного режима состоит из текстового поля, кнопки раскрытия нижней функциональной панели и строки состояния.

Панель полноэкранного режима содержит как настройки самого режима и функции работы с текстом, так и команды для управления встроенным плеером (рисунок 8).

Рисунок 8 – Панель полноэкранного режима

При нажатии на кнопку «Настройка программы» во вкладке «Сервис» открывает окно «Настройки программы» (рисунок 9). В данном окне имеются элементы, помогающие настроить работу функции автосохранения. При активации «Включить автосохранение» программа будет автоматически сохранять произведение с интервалом по умолчанию, который составляет пять минут. «Интервал» позволяет пользовательское время сохранения.

Рисунок 9 – Настройки программы

Рассмотренная выше панель инструментов содержит кнопку вызова окна «Количество использованных слов» [2], интерфейс которого показан на рисунке 10.

Рисунок 10 – Количество слов

В окне располагаются такие элементы, как таблица со списком слов, использующихся в тексте, поле поиска слов в таблице, кнопка сохранения данных таблицы в файл, кнопка обновления данных в таблице и закрытие окна. Таблица разделена на две колонки. Первая колонка содержит все слова, которые содержатся в тексте. Вторая колонка показывает общее число повторений каждого слова. Снизу расположена строка состояния, в котором отображается прогресс подсчета слов в произведении.

Программное обеспечение «Сюжет» является эффективным инструментом писателя, предоставляющим возможность разноплановой работы с произведениями. Рассмотренное в данной статье программное обеспечение может быть рекомендовано всем писателям и журналистам для написания и редактирования своих произведений.

Совершенствование автоматизированных систем управления процессом электроэрозионной резки на базе станков с ЧПУ, ориентированных на особенности конкретного производства, является актуальной задачей.[1].

В связи с этим в данной статье рассматривается разработка UML-диаграмм для разработки алгоритма работы программы-конвертера для преобразования формата исполнительной программы созданной в прикладном редакторе AutoCAD в формат для выбранной программы управления станком ЧПУ.

По сути, конвертер должен представлять из себя независимую программу (сущность). Данная программа запускается после подготовки исходного файла с G-кодом, выполненным в системе AutoCAD. Далее происходит загрузка исходного файла в программу-конвертер и непосредственно перекодировка в требуемый формат с последующим сохранением в виде файла с расширением «*.isc».

Применение UML-диаграмм для описания информационных систем и программных комплексов подробно описывается в работах [5-8]. Рассмотрим подробнее применение UML диаграмм для разработки программы-конвертера.

Диаграмма последовательности автоматизированного управления процессом электроэрозионной резки с помощью разрабатываемой системы, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – диаграмма последовательности автоматизированного управления процессом электроэрозионной резки с помощью разрабатываемой системы

Диаграммы последовательностей являются хорошим средством документирования поведения системы. Тем не менее, для отображения потока сообщений между объектами системы и основных ассоциаций между ними целесообразно использовать диаграмму взаимодействия.[2].

Это также полезного для более детального рассмотрения системы, с целью учесть все особенности системы при дальнейшей разработке программного обеспечения. Диаграмма взаимодействия разрабатываемой системы при осуществлении электроэрозионной обработки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – диаграмма взаимодействия разрабатываемой системы

Диаграмма объектов, в данном случае показывает состояние системы в определенный момент времени, а также связи между объектами.[4].

Необходимость показывать номер сообщения объясняется тем, что время на диаграмме взаимодействия не показывается в виде отдельного измерения. Отсюда возникает необходимость нумерации сообщений.

Программа-конвертер, предназначена для автоматизированного перевода файлов с расширением «upf» в формат «isc». Файлы, имеющие данные расширения являются текстовыми и содержат программу, написанную в G-кодах с разным форматом записи.

В частности формат с расширением «upf» имеет форму записи G-команды, при которой впереди ставится ее номер, затем идет наименование команды, и затем индекс параметра с его значением.

Алгоритм работы программы представлен в виде диаграммы деятельности на рисунке 3.

Рисунок 3 – диаграмма деятельности программы-конвертера

Таким образом, функционал программы должен иметь возможность загрузки исходного файла с расширением «upf» и затем его перекодировку в формат «isc» с учетом вышеописанных правил. Перекодировка выполняется последовательно с построчным чтением кадра и преобразованием его к требуемому виду. Далее преобразованная команда должна отображаться на экране с целью ее визуализации, а процесс повторяется заново до окончания файла. Вывод на экран необходим для редактирования данного файла при необходимости.

Также программа должна также иметь возможность записи преобразованной программы в файл с расширением «isc».

Тема данной статьи является актуальной, так как программа для ЧПУ, содержащая последовательность G-кодов должна быть подготовлена. А если программы как таковой нет, то подразумевается ее написание. В среде AutoCAD есть возможность генерировать G-код, формат которого отличается от формата воспринимаемого программой для ЭВМ.

Отсюда следует, что полный цикл управления процессом электроэрозионной обработки предполагает процедуру приведения G-кода в соответствие с требуемым форматом.

Так как эта процедура достаточно легко поддается автоматизации, разработка программы-конвертора форматов записи G-кодов для ЧПУ необходима.

Современные технологии производства метанола (СМ) основываются на его синтезе, главным образом, из смеси СО + СО₂ + Н₂  + инертные компоненты, на оксидных медьсодержащих низкотемпературных катализаторах при 200 – 290 °С под давлением 5,0 – 10,0 МПа. Синтез проводят в проточных многополочных реакторах, которые располагают в циркуляционных схемах [1]. Сложность процесса синтеза, наличие нескольких возможных механизмов и многих кинетических уравнений обусловливают альтернативные подходы к виду математической модели и способов ее решения.

Анализ литературы

На протяжении длительного времени считалось, что углерод в молекуле CH₃ОН происходит из молекулы оксида углерода (II) [2]. Однако в 1975 году Розовским А. Я. и Лин Г. И. [3] на основе фундаментальных исследований с помощью методов относительных селективности, меченых атомов, а также прямого эксперимента установлен иной макромеханизм процесса образования метанола, который не предусматривался классическими концепциями. Этими учеными доказано, а затем другими исследователями подтверждено: на оксидных катализаторах собственно СМ протекает путем гидрирования СО₂ (а не СО, как это считалось ранее) с образованием метанола и воды:

Наиболее популярными направлениями моделирования СМ является оптимизация работы реакторов, модернизация технологических схем и разработка систем управления промышленным процессом. Так, в работах зарубежных авторов [4 – 6] моделируется работа многотрубного и радиального реакторов СМ и изучается влияние изменения структуры потоков на производительность по целевым компонентом. Отметим также разработку системы управления процессом синтеза метанола с комбинированной моделью для внедрения на ОАО «Северодонецкое объединение Азот» [7].

Более близкими к нашему исследованию являются работы [8 – 11]. Работы [8 –10] содержат информацию об адаптации и использования одной из кинетических моделей образования CH₃OH из СО и данные о составе промышленного технологического газа. Кроме того, в работе [9] предложены варианты учета степени дезактивации катализатора и реконструкции установки с внедрением в технологическую схему реактора предкатализа. Авторы статьи [11] для расчетов использовали кинетическую модель, предусматривающую образование метанола из СО₂. Ими предложены и математически подтверждены незначительные модернизации технологической схемы и изменения направлений газовых потоков.

Постановка задачи

Наши расчеты основаны на модели авторов [3], что предусматривает образование метанола из СО₂. Уравнения скоростей СМ и конверсии СО в СО₂ имеют вид, соответственно:

где  W_M – скорость синтеза метанол, моль/(т∙с);

W_K – скорость образования диоксида углерода, моль/(т∙с);

m_кam – масса катализатора, т;

τ– время, с;

n_CH3OH , n_CO2 – количество вещества СН₃ОН и СО₂, соответственно, моль;

k_M , k_K – константы скоростей реакций образования метанола и диоксида углерода, моль/(т∙с∙МПа);

K₁, K₂ – константы равновесия стадий адсорбции СО₂ и H₂O, соответственно, МПа^‑1;

P_i – текущие парциальные давления участников реакций, МПа.

Материалы исследований

Задачей осуществляемого расчета является определение объема катализатора, необходимого для получения заданного выхода метанола. Первым шагом к решению этой задачи является определение времен контакта газовой смеси со слоями катализатора, необходимых для достижения определенного значения содержания метанола на выходе каждой из четырех полок. Эта цель достигается путем решения системы дифференциальных уравнений (1) и (2). Для проведения численного интегрирования этой системы необходимо осуществить математические преобразования с правыми и левыми частями этих уравнений таким образом, чтобы остались только два неизвестных (не считая время τ).

Одним из вариантов такого преобразования есть такой, при котором левые части составят выражения  dxCO2/dτ и dxCO/dτ, а все парциальные давления после знаков «равно» будут выражены через эти две степени превращения по диоксиду xCO2 и оксиду углерода xCO, соответственно.

Для реализации этого замысла выполняются следующие шаги:

- обе части уравнения (1) умножаются на массу катализатора m_кaт;

- из выражения текущего количества метанола, моль:

получаем: .

После подстановки полученного выражения в уравнение скорости образования метанола и деления обеих его частей на исходную концентрацию n⁰CO₂ получаем искомую левую часть:

Аналогичным образом проводим преобразования с кинетическим уравнением (2) образования СО₂. В результате получаем:

Текущие парциальные давления участников преобразований, если пренебречь изменением объема газовой смеси, выражаются через степени превращения СО₂ и СО следующим образом:

где  N_i⁰– молярные доли участников процесса в исходной смеси;

P– давление процесса, МПа.

Величины, фигурирующие в уравнениях (1) и (2), представляют собой количества (моль) СО₂ и СО, соответственно, контактирующих с катализатором в каждый момент времени  τ для заданного расхода газовой смеси и значений начальных концентраций:

,

где  R⁰CO₂, R – расход диоксида углерода и исходной газовой смеси, соответственно, при нормальных условиях, м³/с;

V_кат, m_кат, ρ_кат — соответственно объём, масса и насыпная плотность катализатора загруженного в реактор, м³, т, т/м³;

V_т — молярный объём идеального газа, м³/моль (V_т = 0,0224).

Выражение для количества  n⁰CO получено  аналогично:

После соответствующих замен в уравнениях (3) и (4) и несложных упрощений получаем окончательный вариант системы, который можно использовать непосредственно для расчетов:

где                                                          

.

Численное интегрирование полученной системы уравнений (10 – 11) с помощью функции MathCAD rkfixed дает возможность построить графики  xCO₂ = f(τ) и xCO = f(τ)  на одной координатной плоскости и N(CO2)= f(τ), N(H2) = f(τ), N(CH3OH) = f(τ), N(H2O) = f(τ),  N(CO)= f(τ) на другой. Из второго графика определяем время контакта, необходимое для обеспечения заданной объемной (молярной) доли метанола на выходе из полки.

По времени контакта рассчитывается объем катализатора на каждой из полок с учетом степени использования поверхности η, м³:

После этого, используя уравнения (5 – 9), рассчитываем состав (% об.) газа на выходах из полок. Значения степеней превращения берутся из таблицы результатов работы функции rkfixed – соответствующие определенному из графика времени контакта. Из-за пренебрежения изменением объема системы рассчитанная молярная доля метанола на выходе из полки может отличаться от ожидаемой концентрации. В таком случае надо корректировать значения времени и по тому же принципу найти новые значения степени превращения.

Результаты исследований

Проведен расчет по следующим исходным данным, при этом состав газа (табл. 1) по полкам взят из материального баланса, составленного авторами данной статьи: давление процесса, МПа – 5; насыпная плотность катализатора, т/м³ – 1,3; степень использования поверхности катализатора, доля – 0,5. Постоянные кинетических уравнений (10) и (11) при температуре синтеза 240 °С и при 30% степени дезактивации катализатора [3]:

k_M = 4,1 мкмоль СН₃ОН/(г кат-ра∙с∙МПа);

k_K = 4,15∙ мкмоль СО₂/(г кат-ра∙с∙МПа);

K₁ = 18 МПа^-1;  = 23 МПа^-1.

Таблица 1 – Исходные данные

Полученные результаты сведены в табл. 2. В статье [8] авторами приведены промышленные данные и данные собственного адекватного расчета работы установки М-750 ООО «Сибметахим», г. Томск. Эти данные (табл. 3) были использованы нами для апробации созданной программы на альтернативных исходных условиях синтеза. В табл. 3 приведены результаты проведенного нами расчета по вышеприведенному алгоритму и сопоставлены с литературными и промышленными данными.

Таблица 2 – Результаты расчета

Таблица 3 – Сравнение результатов собственного расчета с литературными и промышленными данными

Сравнение результатов расчета с промышленными и литературными данными [8] показывает возможность адекватного использования созданных нами алгоритма и программы.

Выводы

Разработаны алгоритм и программа для расчета синтеза метанола в многополочном реакторе на основе современных представлений о механизме его образования на медь-цинк-алюминиевом катализаторе. Адекватность программы проверена на двух существенно отличающихся наборах промышленных данных. Полученные результаты подтверждают возможность использования алгоритма и разработанной программы в среде MathCAD для многовариантных расчетов времени контакта, объема катализатора и содержания компонентов на выходе каждой полки.