Разработка и исследование компьютерной модели управления качеством продукта ректификации в насадочной колонне периодического действия

Специальность 05.17.08 -Процессы и аппараты химических технологий. Бийск - 2004

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий.
ВВЕДЕНИЕ
До настоящего времени методы технологического расчета ректификационных установок базируются на понятиях уравнения рабочей линии и теоретической ступени контакта. Данные методы вполне удобны и оправданы для расчета тарельчатых колонн непрерывного действия. В случае расчета процесса ректификации с применением аппаратов насадочного типа могут применяться как методы, базирующиеся на понятии теоретической ступени контакта, так и на понятие высоты единицы переноса. Все эти методы в той или иной мере теоретически обоснованы, но не являются достаточно точными.
В случае периодической ректификации или ректификации с переменной величиной потока питания получение продуктов с заданными параметра качества (управление качеством) обеспечивается путем непрерывной или краткопериодической генерацией управляющих воздействий с целью корректировки параметров процесса.
Для продуктовых колонн, предназначенных для получения одного целевого продукта (например, дистиллята), ставятся следующие задачи оптимального управления:
1) минимизация энергозатрат на получение целевого продукта заданной
концентрации;
2) максимизация производительности по целевому продукту.
Принципы создания современных цифровых АСУТП предполагают
наличие математического описания объекта. В результате проведенного анализа существующих методов расчета насадочных колонн и требований к математическим моделям, являющихся базовыми для создания компьютерных систем прямого цифрового управления, был сделан вывод о целесообразности разработки математического описания процесса ректификации на основе фундаментальных уравнений тепло- массопереноса, обладающего максимальным потенциалом прогностических возможностей.
Кроме того, математическая модель такого рода может служить базой для создания АРМ разработчиков ректификационных установок.
Данная работа посвящена вопросам исследования и совершенствования на базе компьютерного моделирования алгоритмов расчетов и процессов управления формированием качества верхнего продукта в ректификационных насадочных колоннах периодического действия. Такого рода установки широко применяются для реализации процессов утилизации, регенерации а также в малотоннажных производствах.

ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 Информационно-аналитическое исследование 6
1.1 Анализ современных процессов формирования качества продуктов
ректификации 6
1.1.1 Сравнительный анализ методов и средств ректификации. 6
1.1.2 Регулирование работы насадочных ректификационных колонн .20
1.1.3 Системы регулирования с вычислительными устройствами. 25
1.2 Анализ методов расчета ректификационных колонн 31
1.3 Моделирование тепло - массообменных процессов ректификации 36
1.3.1 Анализ основных закономерностей процессов тепло-массопереноса 36
1.3.2 Анализ моделей процесса ректификации в насадочной колонне .44
1.4 Результаты поискового информационно-аналитического исследования.47
1.5 Цели, задачи и объект дальнейшего модельного исследования .48
Глава 2 Разработка математической модели процесса ректификации в
насадочной колонне 49
2.1 Синтез математического описания процесса 49
2.2 Описание теплофизических и диффузионных параметров модели 57
2.3 Разработка базового программного продукта 62
Глава 3 Имитационное и материальное моделирование управления
формированием качества продукта ректификации 66
3.1 Разработка и исследование цифровой системы управления насадочной
колонной периодического действия 66
3.1.1 Создание аппаратно-программного комплекса для имитационного
моделирования управления процессом 66
3.1.2 Разработка конструкции флегмоделителя 70
3.1.3 Определение вида управляющих воздействий 71
3.2 Экспериментальные исследования с использованием материальной и
виртуальной моделей 74
3.2.1 Описание экспериментально-производственной (пилотной)
установки 74
3.2.3 Результаты моделирования и проверка на адекватность 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНРПСОВ. 84
ПРИЛОЖЕНИЕ А 96
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 120
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 121