Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

БЛОК СИНТЕЗА ЭТАНОЛАМИНОВ И ЕГО МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

Сажин С.Г. 1 Пенкин К.В. 1
1 Дзержинский политехнический институт филиал ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
В работе рассмотрен новый подход к управлению процессом производства этаноламинов на основе математических моделей. Разработана детерминированная математическая модель, используемая в системе коррекции расхода окиси этилена на основе контроля состава фракций этаноламинов на линии, связывающей реактор-смеситель и реактор вытеснения. Дополнительно разработана регрессионная математическая модель, которая использовалась в системе коррекции расхода пара с учетом уточняющего контроля состава фракции на выходе реактора вытеснения. Предлагаемые в настоящей работе две системы коррекции на основе математических моделей позволяют обеспечить задачу максимального значения моноэтаноламина в составе реакционной смеси. Этим решается задача оптимизации фракций моноэтаноламина или диэтаноламина в составе реакционной смеси в зависимости от требований потребителей.
этаноламин
моноэтаноламин
математические методы
управление
1. Закгейм А. Ю. Введение в моделирования химико-технологических процессов. – М.: Химия, 1982. – 288 c.
2. Избачков Ю.С., Петров В.Н. Информационные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 656 с.
3. Катков М.С. Непрерывные системы адаптивного управления с идентификаторами. – М.: издательство МПИ «Мир книги», 1992. – 385 с.
4. Сажин С.Г. Приборы контроля состава и качества технологических сред. – СПб.: Изд-во «Лань», 2012. 431 c.
5. Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами. – СПб.: Профессия, 2009. – 590 c.

Работа посвящена анализу математической модели блока синтеза этаноламинов и задаче оптимального управления процессом синтеза.

Блок синтеза этаноламинов включает реактор-смеситель и реактор вытеснения, соединенные между собой материальными потоками (рис. 1).

pic_30.tif

Рис. 1 Принципиальная схема процесса синтеза этаноламинов: 1 – аппарат смешения; 2,3 – насосы; 4 – теплообменник; 5 – насос; 6 – реактор вытеснения; 7 – сепаратор; 8 – испаритель; 9 – теплообменник; 10 – емкость

Математическая модель блока синтеза разработана для каскада двух реакторов: смешения и вытеснения, установленных последовательно и работающих в непрерывном режиме (рис. 2).

Входными переменными модели являются расход потока входных компонентов, а именно окиси этилена (ОЭ), моноэтаноламина (МЭА), аммиака (NH3) и возвратного аммиака.

pic_31.wmf

Рис. 2 Блок-схема математической модели блока синтеза этаноламинов

Выходные параметра – это состав реакционной смеси на выходе блока синтеза, к которым относятся моноэтаноламины (МЭА), диэтаноламины (ДЭА) и триэтаноламины (ТЭА).

Процесс проводится при многократном избытке аммиака, который циркулирует в узле синтеза, и контроль за расходом возвратного аммиака позволит рационально использовать поступление свежего аммиака.

На основании вышеизложенного можно предложить системы оптимального управления узлом синтеза этаноламинов.

Подача МЭА в реактор-смеситель стабилизирована, подача аммиака со склада корректируется с учетом возвратного аммиака.

Подача окиси этилена корректируется на основе результатов аналитического контроля выходного потока из смесителя с помощью математической модели реактора-смесителя для достижения оптимального состава реакционной смеси на выходе смесителя. Критерием оптимальности является один из компонентов реакционной смеси на выходе из реактора, чаще моноэтаноламин:

Eqn5.wmf

Решение поставленной задачи обеспечивается математической моделью объекта в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

Eqn6.wmf

взятой для стационарного состояния объекта

Eqn7.wmf

где Eqn8.wmf – расход входного потока окиси этилена; Eqn9.wmf – расход выходного потока окиси этилена; Eqn10.wmf – расход входного потока аммиака; Eqn11.wmf – расход выходного потока аммиака; Eqn12.wmf – расход возвратного аммиака; Eqn13.wmf – расход возвратного моноэтаноламина; Eqn14.wmf – расход выходного потока МЭА; Eqn15.wmf – расход выходного потока ДЭА; Eqn16.wmf – расход выходного потока ТЭА; V – объем окиси этилена.

Поиск оптимума осуществляется путем численного решения системы нелинейных алгебраических уравнений с вариацией входного параметра управления Eqn8.wmf (подача ОЭ) одним из однопараметрических методов оптимизации, и с последующей корректировкой задания регулятору расхода ОЭ.

Оптимальный состав реакционной смеси на выходе из узла синтеза достигается регулированием температуры в реакторе вытеснения за счет подачи пара, определяемой с помощью регрессионной математической модели: Eqn17.wmf, полученной в ходе статистического анализа объекта управления.

Рецензенты:

Никандров И.С., д.т.н., профессор кафедры «Автомобильный транспорт и механика» Дзержинского политехнического института (филиал) НГТУ, ФГБО ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», г. Дзержинск;

Сидягин А.А., д.т.н., профессор кафедры «Машины и аппараты химической и пищевой производств», ФГБО ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», Дзержинский политехнический институт (филиал), г. Дзержинск.

Работа поступила в редакцию 25.12.2013.


Библиографическая ссылка

Сажин С.Г., Пенкин К.В. БЛОК СИНТЕЗА ЭТАНОЛАМИНОВ И ЕГО МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11-6. – С. 1147-1149;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33265 (дата обращения: 22.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074