автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Базовые модели автоматизированной системы управления производством полимеров в волновом режиме

На правах рукописи

Обухова Ирина Анатольевна

БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ПОЛИМЕРОВ В ВОЛНОВОМ РЕЖИМЕ

05.13.06 - Автоматизированные системы управления 05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Северо-Западном заочном политехническом инсти туте (СЗПИ)

Научный руководитель: доктор технических наук Жижин Геннадий Владимирович

Официальные оппоненты: кандидат технических наук Гусика Петр Леонидович, . доктор технических наук, профессор Николаев Владимир Иванович

Ведущая организация: АО "ЛенНИИхиммаш"

Защита диссертации состоится 6 апреля 1998 г. в 14 часов на заседа нии Специализированного совета К 063.06.05 при Северо-Западном заочно! политехническом институте (191186, СПб, ул.Миллионная, д.5.)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного за очното политехнического института

Автореферат разослан " ^ " 1дд8г

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук, доцент Иванова И.В.

Актуальность проблемы:

Автоматизация всех этапов управления научно-исследовательскими разработками и опытно-конструкторскими разработками (НИОКР) необходима при создании сложных экспериментальных установок. Необходимо разработать принципы построения и структуру технической системы, определить тематику научной работы при проведении последующих экспериментов в заданные временные сроки при ограниченных финансовых ресурсах научно-исследовательской организации. В последнее время стали актуальными исследования по созданию реакторов фронтальной полимеризации, которые можно рассматривать как альтернативные реакторам смешения и трубчатым реакторам [1]. Принцип работы реакторов фронтальной полимеризации основан на распространении реакции полимеризации волной и на возможности проведения полимеризации в стационарной (стоячей) волне реакции. В [2] показано, что в стоячей волне реакции могут быть осуществлены различные химические экзотермические процессы, в частности, и неадиабатические процессы. Преимуществом проведения полимеризации в волне является стабилизация неустойчивого режима, характерного при использовании реакторов смешения и трубчатых реакторов.

При проведении научных исследований на опытных реакторах фронтальной полимеризации возникла необходимость разработки автоматизированной системы управления исследованиями процесса в ходе НИОКР. При разработке опытных установок необходимо определить оптимальные параметры установки, обеспечивающие эффективность проведения процесса. В ходе исследования процесса на работающей экспериментальной установке необходимо иметь информацию о пусковых режимах, позволяющих получить полимер заданного качества (марки). Требуется автоматизированный контроль температур внутри реактора и наружной стенки реактора. Необходимо разработать алгоритмы расчета получения полимера необходимого качества, чтобы обеспечить оператору возможность регулирования процесса полимеризации в волне с помощью управляющих параметров: начальной и конечной температуры смеси, типа инициатора, начальной

концентрации инициатора реакции, расхода мономера. При решении задач оптимального планирования и управления выбор критериев оптимальногс управления - числовых величин, определенным образом определяющих ха рактер процесса, имеет важное значение. При автоматизированном упра влении необходимо решить задачи, связанные со стабилизацией процесса I оптимизацией его [3]. Этим исследованиям посвящена данная работа.

Цель работы: разработка базовых моделей автоматизированной системы управления исследованием процесса полимеризации в волновом режиме. Необходимо провести имитационное моделирование процесса с целью получения рациональных моделей. При создании и исследовании опытных установок фронтальной полимеризации необходимо иметь исходные данные для проектирования, оценить эффективность процесса. В дальнейшем планируется создание промышленных установок. Для проведения процесса волновой полимеризации на опытных реакторах фронтальной полимеризации необходима автоматизированная система управления пусковых режимов и качества получаемого полимера. Создание автоматизированной системы для установки фронтальной полимеризации - трудоемкая задача. В диссертационной работе разрабатываются базовые модели автоматизированной системы управления исследованием процесса полимеризации в волне, необходимые для получения полимера необходимого качества при высокой эффективности проведения процесса.

Необходимо обеспечить организационное управление исследованием, оптимальное взаимодействие между членами творческого коллектива исследователей в ходе НИОКР. В связи со сложностью исследования и проектирования необходимо создание исследовательской группы научных работников, занимающейся обработкой данных, поступающих с экспериментальной установки, для последующей выдачи командной информации исполнительным органам управления экспериментом.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следую щие задачи:

1. Разработка необходимого алгоритмического и программного обеслече

»гая, реализующего управление процессом в неадиабатическом проточном химическом реакторе, стабилизированном в вынужденной волне реакции, так как в экспериментах по фронтальной полимеризации [1,2] наблюдалась неадиабатичность процесса и подогрев наружной стенки реактора. Оценка эффективности получаемых волновых решений относительно различных параметров: удельной производительности, протяженности зоны реакции на каждом типе решений. Эти вопросы рассматриваются во 2 главе диссертации.

2. Разработка алгоритма обработки имеющихся экспериментальных данных по изотермической радикальной полимеризации для получения обобщенной модели константы скорости обрыва цепи с целью использования в дальнейших расчетах волновой полимеризации. Обоснование возможности применения разработанного способа учета гель-эффекта для существенно неизотермической радикальной полимеризации в волне. Создание необходимого алгоритмического и программного обеспечения для расчета нестационарной радикальной полимеризации с учетом полученной обобщенной универсальной аппроксимации гель-эффекта. Сравнение результатов расчета с имеющимися экспериментальными данными по нестационарной изотермической радикальной полимеризации. Этому посвящена 3 глава настоящей работы.

В 4 главе диссертации решаются наиболее значимые проблемы:

3. Разработка алгоритмов расчета и создание программного обеспечения для автоматизированного контроля исследований волновой радикальной полимеризации на моделях различной степени приближения [2] с помощью управляющих параметров. Сравнение моделей описания процесса и выбор наиболее рациональной модели.

4. Разработка алгоритмов, реализующих методику управления качеством (маркой) полимера, получаемого в волне полимеризации, используя в качестве управляющих параметров тип инициатора, начальные температуру смеси и массовую долю инициатора.

5. Разработка алгоритма расчета, реализующего существенное повыше-

ние конверсии в реакторе со стоячей волной радикальной полимеризации метилметахрилата.

Методы исследования:

В процессе исследований и решения сформулированных задач использованы методы системного анализа, математической статистики, численные методы решения систем нелинейных алгебраических уравнений и систем жестких дифференциальных уравнений, разработаны соответствующие алгоритмы и методы алгоритмизации задач управления процессами полимеризации и их экспериментальное применение на ЭВМ.

Научная новизна:

Для получения исходной информации, необходимой при создании химических реакторов, работающих в волновом режиме, разработаны оптимизационные алгоритмы, реализующие стабилизированный в волне режим в неадиабатическом проточном химическом реакторе и реакторе фронтальной полимеризации непрерывного действия при различных параметрах проведения процесса. Исследовано влияние управляющих параметров процесса фронтальной полимеризации: начальных концентраций реагирующих веществ, начальных температур, позволяющее оператору автоматизированной системы управления процессам волновой полимеризации осуществлять обратную связь, необходимую для получения полимера заданного качества (марки). Предложена модель гель-эффекта применительно к волновой полимеризации. Разработаны алгоритмы расчета по модели нестационарной радикальной полимеризации с учетом новой обобщенной модели гель-эффекта. Создано программное обеспечение для наиболее корректного описания процесса волновой радикальной полимеризации: с учетом деполимеризации и разработанной методики учета гель-эффекта.

Практическая ценность:

В практическом плане разработанное алгоритмическое и программное обеспечение позволяет получить исходную информацию, необходимую для получения полимеров в стоячей волне реакции с заданным качеством (маркой) в реакторах фронтальной полимеризации. Результаты работы опре-

деляют способ повышения конверсии, дают возможность оператору автоматизированной системы управления регулировать процесс. Разработаны оптимизационные алгоритмы для процесса в неадиабатическом проточной химическом реакторе, стабилизированном в волне реакции, что представляет интерес при рассмотрении не только фронтальной полимеризации.

Положения, выносимые на защиту:

1. Оптимизационные алгоритмы, реализующие стабилизированный в волне реакции режим в неадиабатическом проточном химическом реакторе.

2. Методика учета влияния гель-эффекта для волновой радикальной полимеризации.

3. Применение разработанного алгоритмического и программного обеспечения для контроля качества получаемого полимера с помощью управляющих параметров процесса. Алгоритмы расчета волн радикальной полимеризации, необходимые для корректного описания процесса.

Апробация работы:

Основные результаты, вошедшие в диссертацию, обсуждались на семинарах кафедры химии и охраны окружающей среды факультета технологии веществ и материалов, кафедры физики Северо-Западного заочного политехнического института, и используются в учебном процессе. Работа рассматривалась в комитете мэрии С.-Петербурга по делам молодежи. Получен персональный грант Конкурсного центра фундаментального естествознания для молодых ученых в 1996г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 статьи. Результаты работы включены в 3 отчета по НИР АО "ЛенНИНхиммаш". Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Структура и объем. Диссертация состоит из предисловия, 4 глав и Заключения, содержит 110 машинописных страниц, 53 рисунка, 2 таблицы, в списке литературы 76 наименований.

Содержание работы

В предисловии показана актуальность разрабатываемой в диссертации

темы, новизна и практическая ценность выносимых на защиту результата!.

В первой главе дается литературный обзор и определяется постанови задачи. Приведены основные кинетические уравнения радикальной поли меризации, дана краткая характеристика имеющихся экспериментальны данных по радикальной полимеризации.

Глава 2 посвящена созданию оптимизационных алгоритмов, реализую щих стабилизированный в волне режим работы неадиабатического проточ ного химического реактора и разработке необходимого алгоритмического 1 программного обеспечения. Рассматривается стационарный процесс прохо ждения экзотермической химической реакции. Система уравнений таког< процесса имеет вид

рьиг^хг^ + рякг, (1;

ис'х = -ж, (2;

где и — скорость движения среды вдоль полосы от ее конца, расположенного на бесконечности к другому концу, х — координата, направленна* вдоль движения среды, р, ср, А - плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность смеси, соответственно. <2,Т - тепловой эффект и температург реакции, С - концентрация реагента. Считается, что химическая реакции имеет первый порядок. Скорость реакции подчиняется закону Аррениуса

\У = коСехр((З;

где ко -предэкспонента, Е - энергия активации реакции, Я - универсальна} газовая постоянная.

Моделируя условия выхода реакционной среды из цилиндрического ре актора, считается, что на конце полуполосы, расположенной при конечны: значениях переменной х, установлена сетка, проходя через которую сред< разворачивается и двигается вдоль обогреваемой стенки с температурой I в зазоре (коллектор). Полагается, что время пребывания среды в коллек торе и скорость реакции в коллекторе за счет выгорания реагента до стенк] достаточно малы так, что изменение концентрации реагента в коллектор не происходит.

Это предположение требует положить равными тепловые потоки на внешней стенке с температурой Тя и сетке с температурой Тс. Таким образом, граничное условие на сетке имеет вид

АГ^ = Р(ТЧ - Те), (4)

где /? — коэффициент теплоотдачи на обогреваемой стенке. Граничное условие на бесконечности

х — -оо, Т — Т0, С - С0, Т1 = 0. (5)

Оно отвечает входу среды в цилиндрический реактор, удаляющемуся на —оо при переходе от цилиндрической системы координат к плоской. Из исходной системы уравнений (1)-(3) с граничными условиями (4),(5) после ряда преобразований получены алгебраические уравнения для расчета вынужденной волны химической экзотермической реакции [4].

Решение системы дифференциальных уравнений показало существование 3 типов решений относительно температуры фронта реакции: низкотемпературного, промежуточного и высокотемпературного. Зависимость температуры сетки дс — ТсСр/(С}С0) от температуры нагревателя = Г9Ср/(<ЗСо) в безразмерном виде представлена на рис.1. Каждое из решений обрывается при некоторой температуре нагревателя отвечающей обращению длины зоны реакции в нуль. Допустим значение температуры нагревателя таково, что существует только решение 1. Увеличение температуры нагревателя будет приводить к увеличению температуры сетки и к плавному изменению длины волны даже при тех значениях , когда существует 2-ое решение, а затем и 3-е решение, так как нет причин к резкому изменению структуры волны. Если же в результате нестационарных пусковых режимов удалось выйти на высокотемпературное 3-е решение, а затем началось медленное уменьшение температуры нагревателя, то система находится на третьем решении до тех нор, пока длина зоны реакции этого решения не достигнет нуля. Затем это решение исчезает и система скачком перейдет на ближайшее по структуре решение 2 и

Рис.1. Зависимость температуры сетки реактора от температуры нагревателя.

Т 1210-

8-

211 ш 111 и 1111: н 111111! 11 п н 1111 м 11111 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Рис.2. Профили температуры саыорегулируемой и вынужденных волн.

будет находиться на нем до тех пор, пока оно существует. При дальнейшем уменьшении температуры нагревателя система скачком перейдет на низкотемпературное решение 1, пока не исчезнут вообще стационарные решения. Результаты расчетов показали, что удельная производительность возрастает с ростом и наибольшая производительность достигается на решениях 2 и 3 (0.685), при стремлении конверсии (доли превращенного в продукт вещества к начальной его концентрации Со) к единице. Причем, и это существенно, при допустимо больших значениях эффективность вынужденной волны на решениях 2 и 3 становится выше эффективности саморегулируемой (адиабатической) волны (0.59) при допустимых значениях начальных параметров [4].

На рис.2 представлены профили температуры г вынужденных волн для решений 1, 2 и соответствующей саморегулируемой волны а в безразмерном виде. Из рис.2 видно, что профили температуры вынужденных волн принципиально отличаются от профиля температуры саморегулируемой волны и их вид качественно совпадает с экспериментально полученными профилями температуры в неадиабатических реакторах. Принципиально, что именно решение 2 является наиболее эффективным из волновых решений неадиабатического реактора, так как решение 3 обычно расположено при очень больших значениях температуры, когда реально существовать жидкая среда не может, а решение 1 не дает повышения производительности по отношению к саморегулируемой волне, в силу низкой температуры. Следует отметить, что саморегулируемая волна также отвечает среднему по температуре решению и это решение устойчиво в широком диапазоне параметров [1]. Анализ, проведенный в работе, также не обнаружил причин неустойчивости решения 2.

Таким образом, можно сделать вывод, что неустойчивое промежуточное по температуре решение, получаемое для проточного химического реактора смешения аналогичным образом, стабилизируется при осуществлении процесса в волновом режиме. Проведение процесса, в этом случае, не требует применения специальных дорогостоящих систем автоматики, ис-

пользуемых для стабилизации неустойчивого режима в реакторе смешения.

В Главе 3 разрабатывается методика учета гель-эффекта в процессе волновой радикальной полимеризации на основе экспериментальных данных по гель-эффекту при изотермической радикальной полимеризации. Гель-эффект - явление уменьшения величины константы скорости реакции обрыва, связанное с увеличением вязкости среды в ходе полимеризации (в результате реакции обрыва прекращается рост полимерной цепи из-за взаимодействия растущих макрорадикалов). В отсутствии влияния гель-эффекта константа скорости бирадикального обрыва ¿<о подчиняется закону Аррениуса: &<о = оежР(—дг)> гДе Мао — предэкспонента, Ет— энергия активации реакции обрыва в отсутствии влияния гель-эффекта.

Константа скорости реакции обрыва задается в виде

Ь = . = Ьве-^'Я, (6)

где = А(1)ехр(—а0/а), А(<) = Я] + а21 + аз!2 + <х - конверсия

(доля превращенного в полимер мономера в ходе реакции полимеризации), I - температура, "С. Значения коэффициентов а;,> — 0 : 4 определялись усреднением методом наименьших квадратов по массиву экспериментальных данных изотермической радикальной полимеризации метилметакри-лата [5] в диапазоне температуры от 50° С до 90° С при использовании инициаторов перекиси лаурила (начальная массовая доля ПЛ 1%), дини-трил азо-бис-изомасляной кислоты (диапазон изменения начальной массовой доли ДАК 0,1 — 2,6%), перекиси бензоила (начальная массовая доля ПБ 2,21%). Для расчетов использовался пакет МатКАД.

Существенно, что значения коэффициентов а,-, г = 0 : 4 в результате усреднения не зависят ни от типа инициатора, ни от его начальной массовой доли. Эти значения такие

а0 = 0,3285; а! = 85,675;а2 = -2,173{°С)'1',

а3 = 0,0195(вС)-,;о4 = -5,7 • КГ^С)-3. (7)

Правомерность функции (6) и значений параметров (7) были проверены

также и для высокотемпературной радикальной полимеризации метилме-такрилата. Сопоставлялись данные расчета с экспериментальными данными [6]. Ввиду того, что экспериментальные данные в [6] представлены в виде зависимости конверсии от времени а(т), для проверки соотношений (6),(7) необходимо было численно решить систему дифференциальных уравнений, отвечающих нестационарной радикальной полимеризации. Расчет проводился методом Гира, оптимальным для системы жестких дифференциальных уравнений (8)-(9) (СЖДУ) при условиях, отвечающим экспериментам [6]. Полученная после преобразований из СЖДУ система нелинейных алгебраических уравнений решалась методом Ньютона.

Показано существование 2 экстремумов зависимости гель-эффекта от температуры, соответствующих температуре стеклования = 97°С и температуре = 131°С, очевидно, отвечающей существенному вкладу процесса разрушения сетки зацеплений [7]. Если ввести эффективную энергию активации реакции обрыва цепи

Ег = Его + ЯТ^.а),

то в силу немонотонного характера изменения константы скорости реакции обрыва от температуры в области истинного гель-эффекта эффективная энергия активации 25« так же в этой области изменяется не монотонно.

В Главе 4 разрабатываются алгоритмы расчета процесса волновой радикальной полимеризации различной степени сложности [2].

Как с теоретической, так и с практической точки зрения, прежде всего представляет интерес вопрос о влиянии на характеристики адиабатической волны (ее скорости, максимальной температуры, протяженности) основных управляющих параметров заданной кинетической системы - начальной концентрации инициатора и начальной температуры смеси.

Однако, ввиду сложности расчетов, такой анализ до сих пор не проводился. Тем не менее расчет как бы в обратном порядке по отношению к методике, изложенной в [1], возможен. Подобные расчеты были проведены как для необратимой, так и обратимой волны радикальной полимеризации.

Расчеты проводились для смеси метилметакрилат - инициаторы различ ного типа. Начальная массовая доля мономера во всех расчетах полагала« равной единице. Кинетические и теплофизические параметры задавались соответствующими радикальной полимеризации в массе (см. [1]).

Расчеты показали, что деполимеризация в целом существенно влияет на характер процесса в волне радикальной полимеризации. На рисунках 3-5 представлены результаты расчета характеристик волн (конверсии в конце волны а+ — рис.3, среднемассовой степени полимеризации в конце волны Рш+ — рис.4, полидисперсности в конце волны <5+ — рис.5) как функций начальной массовой доли инициатора при начальной температуре То, равной 273, 293, 313 и 353 К для полимеризации метилметахрилата со среднетем-пературным инициатором ТБПБ в интересущем диапазоне концентраций инициатора.

Полимер необходимого качества (.Р«н- ~ 900,< 3) получается при начальной массовой доле инициатора ТБПБ « 0,6%. (см. рис.4, рис.5). Конверсия в конце волны при использовании инициатора ТБПБ в этом случае достаточно высокая (см. рис.3). Кроме того, в настоящей работе разработано программное обеспечение контроля процесса вдоль волны в зоне реакции. На рис.6 в качестве примера представлены результаты расчетов изменения параметров вдоль волны: температуры Т, среднемассовой степени полимеризации Рш, среднечисловой степени полимеризации Ря, полидис-нерсности 6, доли мономера в зоне реакции С2 при использовании инициатора ТБПБ для разработанного способа учета гель-эффекта применительно к волновой полимеризации с учетом деполимеризации при То = 293К. Следует отметить любопытный характер изменения вдоль волны параметров, характеризующих качество полимера. Среднемассовая и среднечиеловая степени полимеризации вдоль зоны реакции сначала падают, потом растут. Полидисперсность имеет сложный характер изменения вдоль волны с точкой перегиба и в ряде случаев с двумя экстремумами — максимумом и минимумом. В целом, протяженность волн небольшая и составляет несколько миллиметров.

Рис*3. Зависимость конверсии в конце волны от начальной массовой доли инициатора ТБПБ и начальной температуры смеси.

8000-Р-

600040002000-

10"

I I I 1|1П|-1 I I I ПП|-ГТТТТТТТ]-1

10 ■

1

Ю Сю*

Рис*4. Зависимость среднемассовой степени полимеризации в конце волны от начальной массовой доли инициатора ТБПБ и начальной температуры смеси.

353 К

3.0-

2.5 -

2.0 -|-1 I I 111■ ■{-1 I | Ш11|-1 м I • 1111-1

Ю" 10"* 1 10

Рис»5. Зависимость полидиснерсности в конце волан от начальной массовой доли инициатора ТБПБ и начальной температуры смеси^

- го :

1.0 С2

08 0.6 0.4 0.2

460

: Т,К -«о

-ио

-420

О I I I I I I I I I I | I I I I I I I I I | I I I I I I I I I |1-6 -^О-О с400 0 2 4 6

г,ии

Рис.6. Изменение параметров вдоль волны в зоне реакции с учётом гель-эффекта но /6/-/7/ и с учётом деполимеризации при использовании инициатора ТБПБ с 0^=2,5 $ и начальной температурой смеси 293 К.

С Начало "У

1

^ Конец

Рис.7. Клок схема алгоритма расчета качества полимера.

Датчики -

измерительные

приборы

Реактор- Операторы-исследователи

объект и ЭВМ с пакетом программ,

исследования обеспечивающих

и управления преобразование,

накопление,

обработку и выдачу

пользователю

Исполнительные информации о результатах

органы эксперимента и выдачу

управления командной информации

объектом для исполнительных

исследования органов управления

экспериментом

Рис.8. Укрупненная блок-схема автоматизированной системы управлени (АСУ) исследованием процесса полимеризации в волновом режиме.

На рис.7 приведена блок-схема алгоритма расчета полимера задан-гого качества. Управляющими парметрами получения полимера заданной дарки являются начальная температура смеси, начальная концентрация и тип инициатора. На рис.8 приведена укрупненная блок-схема автоматизированной системы управления (АСУ) исследованием процесса радикальной полимеризации в волновом режиме. АСУ НИОКР общего назначения всегда имеет функции [8]:

а) сбора и преобразования информации, измерения,

б) обработки информации,

в) представления исходной информации,

г) интерпретации результатов,

д) контроля и управления.

АСУ НИОКР являются системами для получения, корректировки и исследования моделей, используемых затем для целей управления и прогнозирования [9-11]. АСУ НИОКР должны обладать высокой степенью гибкости в смысле возможности оперативного изменения технических характеристик используемого оборудования, перечня измеряемых параметров, алгоритмов и методов обработки.

Имеющееся алгоритмическое и программное обеспечение позволяет менять марку получаемого полимера с помощью управляющих параметров процесса. Следовательно, оператор автоматизированной системы управления процессом волновой радикальной цолимеризации имеет возможность осуществлять обратную связь, изменяя расход мономера, начальную температуру смеси, тип и начальную массовую долю инициатора реакции.

В Заключении сформулированы основные результаты работы, которые состоят в следующем:

Основные результаты по специальности 05.17.08:

1. В результате обработки и систематизации имеющихся экспериментальных данных по изотермической радикальной полимеризации метилме-такрилата получена универсальная обобщенная модель константы скорости реакции обрыва цепи с целью использования в дальнейших расчетах

процесса волновой полимеризации. Обоснована возможность применения разработанной аппроксимации гель-эффекта с переменной энергией активации реакции обрыва для существенно неизотермической радикальной полимеризации в волне. Анализ этой модели обнаружил существование двух типов гель-эффекта, возрастающего с увеличением температуры и ослабляющегося с увеличением температуры. Разработаны алгоритмы расчета нестационарной радикальной полимеризации с учетом разработанного способа описания гель-эффекта и создал соответствующий комплекс программ.

2. Полученные в работе результаты позволяют определить метод существенного повышения конверсии (производительности) в реакторе со стоячей волной радикальной полимеризации метилметакрилата и дают возможность оператору осуществить автоматизированный контроль за конверсией.

Основные результаты по специальности 05.13.06:

1. Разработаны базовые модели автоматизированной системы управления производством полимеров в волновом режиме на примере математических моделей волновой радикальной полимеризации различной степени приближенности. Проведенный компьютерный эксперимент (имитационное моделирование процесса) показал, что модель с учетом реакции деполимеризации и с учетом переменной энергии активации реакции обрыва в волновом режиме радикальной полимеризации метилметакрилата, как наиболее обоснованная, должна использоваться для расчета волн радикальной полимеризации.

2. Разработан метод получения полимера заданного качества (марки) в волне полимеризации и соответствующие алгоритмы расчета.Расчеты показали, что полиметилметакрилат заданного качества может быть получен в волновом режиме при использовании стандартных инициаторов. Управляющими параметрами здесь выступают тип инициатора, начальные температура смеси и массовая доля инициатора. Таким образом, оператор автоматизированной системы управления процессом волновой полимериза-

3. Разработан метод анализа и расчета процесса в неадиабатическом проточном химическом реакторе, стабилизированном в волне вынужденной экзотермической химической реакции первого порядка в конденсированной среде. Получены 3 тина решений относительно температуры фронта реакции: низкотемпературного, промежуточного и высокотемпературного. Оценка эффективности решений относительно различных параметров: удельной производительности, протяженности зоны реакции на каждом типе решений показала, что промежуточное (2) по температуре решение является наиболее эффективным из волновых решений неадиабатического реактора. Волновой режим процесса стабилизирует 2 решение и не требует применения специальных систем автоматизированного регулирования, которые используются при проведении процесса в реакторе смешения для стабилизации неустойчивого режима, отвечающего промежуточному по температуре решению. Обнаружено, что удельная производительность вынужденной волны при надлежащем выборе параметров может существенно превышать удельную производительность саморегулируемой волны при одинаковых значениях параметров, общих для двух волн.

4. Полученные в работе результаты и программное обеспечение используются в учебном процессе Северо-Западного заочного политехнического института, использованы при создании технической документации к отчетам по данной тематике АО "ЛенНИИхиммаш" и проектировании опытной установки фронтальной полимеризации в АО "ЛенНИИхиммаш".

Литература:

1. Жижин Г.В. Макрокинетика в реакторах фронтальной полимеризации. -СПб: Политехника, 1992. - 128 с.

2. Жижин Г.В. Математические модели радикальной полимеризации. Уч.пособие.-СПб,1997.-122 с.

3. Справочник проектировщика систем автоматизации управления производством. -М: Машиностроение, 1971 -423 с.

4. Жижин Г.В., Обухова И.А. Плоская модель вынужденной (неадиабатической) цилиндрической волны экзотермической химической реакции в конденсированной среде //Мат. моделирование. -1995. -Т.7. -N10. -С.47-58.

5. Будтов В.П., Поцосенова Н.Г. Основные экспериментальные закономерности радикальной полимеризации в области гель-эффекта и их теоретическая интерпретация //ВМС. -1988. -Т.(А)30. -N7.-C.1362-1369.

6. Радбиль Т.И., Штаркман Б.П., Михалев И.А. Высокотемпературная полимеризация метилметакрилата //Физико-химические основы синтеза и переработки полимеров. -Горький, 1980. -С.17-19.

7. Жижин Г.В., Обухова И.А. Гель-эффект при радикальной полимеризации //Мат.моделирование. -1997. -Т.9. -N11. -С.3-13.

8. Автоматизированные системы научных исследований //Труды МЭИ. Вып.539. -М., 1981. -С.52-57.

9. Мамиконов А.Г.Основы построения АСУ.-М.:Высш.школа,1981,247 с.

10. Кезлинг Т.Б., Евдокимов В.В., Федоров C.JI. Эффективность и качество АСУ. -Л.: Лениздат, 1979, 215 с.

11. Жимерин Д.Г., Мясников В.А. Автоматизированные и автоматические системы управления. -М.: Энергия, 1975. - 591 с.

Список публикаций автора:

1 .Жижин Г.В., Обухова И.А. Плоская модель вынужденной (неадиабатической) цилиндрической волны экзотермической химической реакции в конденсированной среде //Мат. моделирование. -1995. -Т.7. -N10. -С.47-57.

2.Жижия Г.В., Обухова И.А. Конструкция проточного химического реактора, стабилизированного в вынужденной волне реакции //Машиностроение и автоматизации производства. -СПб:Межвуз.сб.-1995.-Вып.1. -С.121-125.

3.Жижин Г.В., Обухова И.А. Гель-эффект при радикальной полимеризации //Мат.моделирование. -1997. -Т.9. -N11. -С.3-13.

4.Климчицкая Г.Л., Шабаев В.М., Обухова И.А. Квантовая механика. Текст лекций. -СПб, 1997. -58 с.

Из них по теме диссертации публикации 1-3.

Отпечатано ООО "Ризо-принт" Тирах 60 экз. Заказ N Бесплатно.