автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация исследований химико-технологических процессов на примере реакций ацетоксилирования низших олефинов

РГб од

, АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНА

--------------ШСТИТУТ_ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

__им". "АКАДЕМИКА' М.ФГНАГИЕВА------------------ --На правах рукописи

ИБАД-ЗАДЕ ИРАИДА ЮСУФОВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХИ'ШКО-ТЕШОЛОГКЧЕСКЮС ПРОЦЕССОВ НА ПРЮАЕРЕ РЕАКЦИИ АИЕТОКСИЛКРОВАНИЯ НИЗЕГЛХ ОЛЕФИНОВ

05И7.03- Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

д'ссертецки на соискание ученой степени

кандидата технических наук

БАКУ - 1993

Работа выполнена в Институте теоретических проблем химической технологии им. ак. М.Ф.Нагаева Академия наук Азербайджана Научные руководители: Доктор технических наук, профессор P.M., Касимов

.Доктор технических наук,

старший научный сотрудник Э.М. Мамедов

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук -Г.И. Келбалиев

Кандидат технических нзук.доцект Ч.Д. Абидов

Ведущее предприятие - Институт нефтехимических процессов им.Ю.Г.Мамедалиева АН Азербайджана

Защита состоится "_" НС^^сЛ 1993 г. в _часов

на заседании специализированного совета_при

Институте теоретических проблем химической технологии им. ак.М.Ф.Нагиева АН Азербайджана по адресу: 370143, г.Беку, пр. ГусеЙн Джавида,29.

. ' С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке ИТПХТ АН Азербайджана

Автореферат разослан

jo " ■OKjuu Х993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат химических наук "!> н-м* Касумова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Постановка и решение задач интенсифгаса- • ции и моделирования химико- технологических процессов наиболее эффективны при непосредственном' участии ЗВМ в экспериментальном процессе и обработке полученных данных в диалоговом резаке с применением современных методов планирования эксперимента и идентификации кинетических моделей.

Это позволяет повысить оперативность, экспрессивность и точность получаемых результатов, что является особенно важным при проведении исследований сложных и промышленно важных гетерогенно-каталитических процессов, протекающих в нестационарных условиях. В-связи с этим представляется актуальным создание методов, аппаратурных и программных ср?дстн для систем сопряжения с ЭВМ 7Л""Т-ческих и химико- технологических.установок, а также их апробация при исследовании и моделировании гетерогенно- каталитических процессов ацетоксилирования низших олефинов, в частности этилена и пропилена...

Целью работы являлось:

- Разработка структуры организации и аппаратурных средств автоматизации экспериментальной хкмико- технологической установки для исследования кинетика: гетерогенно- каталитических процессов;

-. разработка кетодкхп, алгсри^с/лесксго и програ!,'~\шого обеспечения для решения основных задач , возникающих при выполнении экспериментальных и вычислительных процедур на сопряженных с ЭВМ, автоматизированных химико- технологических установках .

- апробация разработанных средств автоматизированного кинетического эксперимента на примере исследования гетерогенно- каталитических процессов ацетоксилирования этилена и пропилена.

- разработка адекватных моделей, проведение теоретической оптимизации и определение оптимальных конструктивных размеров и производительности реакторно- регенераторной системы для процессов ацетоксилирования этилена и пропилена.

Научная новизна Разработана оптимальная структура организации системы на базе микро ЭВМ и комплексная методика проведения автоматизированного эксперимента и теоретических исследований по' идентификации моделей гетерогенно- каталитических реакций. Исследованы кинетические закономерности протекания процессов ацетоксилирования этилена и. пропилена на металлцеолитном катализаторе РЬСи2п на микропилотной установка. Получены кинетические модели процессов ацетоксилирования этилена и пропилена. Выбран оптималь-

ный тип реактора и проведена теоретическая оптимизация этих процессов в режиме идеального вытеснения.

Практическая значимость. Разработаны автоматизированные системы управления гкспериментом для исследований кинетики каталитических процессов, ориентированные на работу с ЭВМ в программно-диалоговом режиме. Специально разработаны аппаратурные средства для связи микро ЭВМ с датчиками и регуляторами экспериментальной .установки: электронно- программирующее устройство, контроллер для управления цифровыми регуляторами, модули для сопряжения ЭВМ с цифровыми измерительны!® приборами и для ввода частотной информации. Реализованы новые технические средства цифрового управления регуляторами газа, жидкости, разработаны программные модули обработки хроматографической информации.Созданы программные средства, реализующие алгоритмы обработки аналитической информации на микро ЭВМ, оптимального планирования эксперимента параметрической идентификации, статистического анализа и дискриминации вероятных кинетических моделей. Использование аппаратурных и програ:/мных средств обеспечивает функционирование замкнутых систем управления химкко- технологических установок в реальном времени и позволяет ускорить и повысить достоверность получаемых результатов.

Комплексная методика идентификации моделей при проведении исследований .кинетики гетерогенно- каталитических процессов, технические, алгоритмические и программные средства млеют универсальный характер и могут быть применены для изучения других аналогичных реакций.

• Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались на Республиканской научно- технической конференции посвЛ50-летш> со дня роад.Д.И.Менделеева ( Баку,1584 г.), на Всесоюзной конференции по автоматизации научных исследований (Ал-ма- Ата 1984 г.), на XII Закавказкой конференции по адсорбции и хроматографии, (Тбилиси, 1986 г); на Всесоюзной школе- семинаре по автоматизации кинетических исследований (Тбилиси, 1533 г).

■Публикации. Основные результаты работы отражены в 18 публикациях и одном авторском свидетельстве.

Структура и объем работы. ' Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, приложения. Она изложена на 130 страницах машинописного текста и включает 15 рисунков, 6 таблиц и перечень литературы из 113 названий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

3 первой глав_е_. с крйтических позиций отражено современное со- ■ стояние в области разработок и опыта применения в странах СНГ я за рубеком автоматизированных систем обработки измерительной информации и ^авда1йя"9кспёршенто1гв"зат1ико--технологичес1аа-ис--------------

следованиях с использованием ЭВМ разного поколения. Рассмотрены методы интенсификации экспериментальных исследований с применением ЭВМ и существующие методы идентификации моделей для гетероген-но-каталитических процессов. На основе полученных выводов сформулированы задачи и цели диссертационной работы.

Во второй главе приводятся результаты разработок на базе микро ЭВМ автоматизированных,-систем управления экспериментальными химико- технологическими установками, используемыми при проведении исследований гетерогенно-каталитических процессов ацетоксилирова-ния низших олефинов.

Системы ориентированы на работу с установками, содержащими хроматограф Хр в качестве анализатора состава продуктов и ряда разработанных в ИТПХТ измерительных датчиков и регуляторов: струйные датчики расхода газа и жидкости (СД), цифровые регуляторы температуры (РТ), расхода жидкости (РНК) и газа (РРГ), цифровые дозаторы жидкости (ДЖ) и газа <ДГ). ■

■ Для ввода хроматографической информации в ЭВМ применены три варианта аппаратурно- программной ее организации. В первом варианте в ЭВМ вводились только информативные параметры хроматогра-фического сигнала- значения площади и времени удерживания пиков, а также масштабных коэффициентов ослабления сигнала детектора хроматографа, которые использовались для количественной и качественной оценки состава продуктов. Во втором варианте сигнал с детектора хроматографа преобразовывался с помощью специально разработанного модуля ЧИС в частотный сигнал с последующим вводом в микро ЭВМ численного значения частоты. В третьем варианте для ввода аналитической информации используется цифровой вольтметр и посредством разработанной драйверной программы осуществляется передача измерительных величин сигнала в микро ЭВМ с заданной диск-* ротнсстью.

Рассмотрена структура и создано техническое и программное обеспечение систем автоматизации кинетического эксперимента, выполненных, соответственно, на базе микро ЭВМ "Электрокика -60" (рис.1а) и управляющего вычислительного комплекса "Мера-60" (рис.10); в последнем случае обмен информацией между процессором,

датчиками к регуляторами управляемой кинетической установки осу-цествлется с помощью подбираемого в соответствии с условиями эксперимента набора модулей КАМАК.

С целью расширения функциональных возможностей данные системы автоматизации при необходимости комплектуются специально разработанными блоками: - контроллером управления цифровыми регуляторами КУ и модулем сопряжения цифровых приборов МС, а также прог-• рамматором Пр для регулирования последовательности и продолжительности проведения отдельных операций на экспериментальных установках по заданному временному графику (отбор пробы на анализ, выдача сигналов окончания аналитических сигналов и' др.)

Функционирование системы осуществляется разработанной программой "Автэкс", содержащей управляющую программу и ряд подпрограмм, написанных на языке Ф0РТРАН-1У и Макроассемблере.

Рассмотрена структура в созданы техническое и программное обеспечение систеш автоматического эксперимента, проводимого на микрошлотной зашко- технологической установке с реактором объема 250 см?. В качестве вычислительной система использована типовая мжра ЭВМ "Электроника ДЗ-28"; для сопряжения 'ее с датчиками и регуляторами установка применено типовое устройство связи с объекта« управления УСО (см. рисЛв), содержащее модули параллельного интерфейса ИРПР, сопряжения с цифровым измерительным прибором щя и коммутатор аналоговых сигналов НДС .-.последний обеспечивая последовательный ввод измерительной информации, программное управление циклом работы хроматографа» магнитного клапана сброса зздаш: продуктов, сигнализацией аварийной ситуации в другими старацшш. Датчика подключена к ЭВМ через релейный коммутацию«®® бгта К, оерэетвжвдйй коммутацию выходов датчиков через правой вольтметр I®.

Ве&.разработашш аппаратурные средства были выполнены в виде озд&ших функциональных модулей,. что облегчило формирование на вх. основ© конкретной структуры системы автоматизации химического зкещрзкента с учетом специфики проводимых исследований.

В третьей главе представлена разработанные алгоритмические в таагракзлше средства »позволившие интенсифиилровать исследования, арэщдаша аа сопряженных с микро ЭВМ химике—технологических установках.

Дза функционирования созданных автоматизированных систем в реальном масштабе времени разработаны специально драйвернкэ прог-

"С

ц р [у у

[ЩЕН-

Магистраль микро-авм-60^

Г

ГШдУ] ПЙ]

-УШ

М А Г И С Т Р А Л Б-КЙШГ

. .[£] ГРг^ТП ГШТ] [Ж (Ж) ЙЕЗ—[ ¿Ш СИ <—НЕ?«-ШЗ

ш ш

-»Ч

•г

| МР )-<-] I

| ИРПР | -<— -ПШ1 н-

ь-^ИРГОП -<— 1—1КАС |->-

-<-1 1 УСО ,

ХР

да ■ дг

ДТ

П-ггамять, ОЗУ-оперативно-запоминающее устройство. До-дисплей,

УДВв- устройство дискретного ввода, К-контроллер, ДК-дозатор жидкости, ДГ-дозатор газа, МУВД-модуль управления шаговым дви-гатолем, АЦП-аналого-цифровой преобразователь, РГ-р!егулятор газа, СД-струйный дозатор, ДТ-датчик температуры, Тп-термолара, Р-давление.

Рис.1 Функциональная схема автоматизированной экспериментальной-установки на базе: микро ЭВМ-*Э-60и(а), гяжро ЭВМ "Мера-60-КАМАК"(в), микро ЭВМ "Д3-28"(с).

- е -

раммы, обеспечивающие непосредственную передачу данных измерения на шину ЭВМ и выдачу кодов задания на регуляторы. Для интенсификации доведения кинетических экспериментов разработана диалоговая система (ДС), включающая программы, реализующие различные методы оптимального планирования; ДС обеспечивает формирование и экспертную оценку исходной матрицы плана проведения эксперимента, прием и обработку количественных и качественных показателей об исследуемом процессе, нахождение регрессионной модели и проверку ее адекватности экспериментальным данным, определение оптимальной области протекания процесса. Рассмотрена задача идентификации моделей гетерсгенно-каталитических процессов, в которой важно не только получение численных значений оценок параметров, но и исследование надежности и точности получения оценок. Последнее можно представить с помощь» индивидуальных доверительных интервалов и совместных доверительных областей, трудности построения которых связан с получением элементов квгзйковэриацжжных матриц.

Созданная методика к алгоритмы идентификации кшетических моделей '¿келедуемого процесса основываются на статистическом анализе полученных моделей кинетического процесса, включающем в себя оценивание степени нелинейности и адекватности моделей, нахождение доверительных интервалов для кинетических параметров, величин срэднеотносительных отклонений и других статистических параметров, используемых при последующем выборе наилучших моделей из числа конкурирующих.

Для сценки применимости результатов "линейкой теории в нелинейной ситуации использована мера ^ нелинейности модели по параметрам, которая позволяет оценить степень достоверности построенных доверительных интервалов для кинетических параметров модели:

о м N Гг , к | I2

и = -----:----- (I).

Р М Г N г * 1

где р - оценка кинетических параметров ; [ математическое

выражение I- й модели; р{ =7Т1Г~ точки в окрестности оценки ¡3; Б2- остаточная дисперсия; к - число параметров.. Мера и по (I) выше первого порядка в разложении функции в ряд Тейлора.

Линейная аппроксимация ф(х,р) по 0 считается удовлетворительной.

_ о _

если N640,01/Fa(b,N-1) (2).

где í^-a-процентнэе табличное распределение '5;гзера с ь к '

степенями cec6o.uu.

--------------------------------....0,01_________ __1

Пои ВгЛТОЛНеНИН УСЛОВИЯ чг-rr-vt < !•' < -—--— "-""(3 )г

Га1 ^ к F (л,!}->.) применяется или квадратичная епроксамация пс ¡з, или нели-

нейное преобразование параметров уменылающээ меру нели-

нейности. Доверительные индивидуальные интервалы рассчитаны по формулам (4):

где t-/„ табличное значение t - критерия Стьюдента при уровне значимости а к числе стоиеней свободы /V-j? ; диагональный

элемент ковариационной матрицы И.

При проверке качества модели чаще используются статистические методы проверки адекватности с применением статистического F-критерия Фишера. Но в ряде случаен, при нелинейности модели исследуемого процесса F - критерием целесообразно пользоваться только с целью получения некоторого "критического" ' представления о возможности неадекватности. Поэтому с целью получения лучших результатов для характеристики точности уравк~ния кинетики наряду с использованием Р -критерия Фисерэ,следует применять и величину средней относительной ошибки предсказания модели:

I: ,—-—

С - ?/Д; ( 2 >J D(xt > t /2 / JOO % (5).

Результирующие алгоритм статистического анализа и предварительной дискриминации моделей созданы на базе оценок степени нелинейности iVp, критериев коррелированное™ -у/р, среднэоткосп-

тельного отклонения ошибки предсказания С, критерия Фишера, нахождения доверительных интервалов и т.д.

Методика по нахождения адекьатной кинетической модели из вероятных включает в себя дьухотагыое проведен:? предварительной дискриминации. На первом - сравниваются величины найденных значений среднеотносительных отклонений Дф для каждой модели с Еычислен-

i £ - "Л" ¿.-uiy, '•;:..

Если значение As на порядок отличается от А£<ь, то модель исключалась по числа :io;!Kypnpy;x:.':c моделей.

На ыорсы отзпе дискриминации моделей праводилзсь проверка их. адекватности экспериментальным данным с использованием (5) и кри-

тврия Филера. При одновременном несоблюдении их условий модель считалась неадекватной и исключалась из дальнейшего рассмотрения. С целью уточнения адекватности оставшихся моделей использовалась процедура планирования дискриминирующих экспериментов,основанная на методе отноеэь'й вероятностей (две сравниваемые модели) или на информационном методе.

Сложность я разнообразие используемых кинетических моделей не позволяют в больиинстве случаев выбрать какой-либо универсальный алгоритм, одинаково пригодный к различным математическим описаниям исследуемых процессов. В этой связи разработанные программные средства сгруппированы по признакам: а) проведение параметрической идентификации к исследование надежности полученных оценок кинетических параметров моделей; б) проведение статистического 'анализа и предварительной дискриминации конкурирующих моделей; в) планирование дкскриминирущ-х экспериментов для нахождения единственной модели из числа конкурирующие.

При решении задач идентификации моделей выбор необходимой программы-обеспечивается заданием специального признака, численное значение которого определяет выбор соответствующего метода обработки данных. Модульность исполнения допускает расширение и изменение программ, не изменяя все программы в целом, что, несомненно, создает удобство исследователю.

В четвертой главе работы рассматриваются результаты апробации разработанных аппаратурных и программных средств на примере их .использования при проведении кинетических исследований гетероген-но- каталитических прогессов окисления олефинов, в частности, ацег* оксидирования этилена и пропилена. Приведены экспериментальные исследования кинетических закономерностей (рис.3) реакций ецетокеилирования этилена и пропилена, выполненных на лабораторной и микропилотной установках проточного типа, сопряженных с микро- ЭВМ. Процессы исследовались с использованием металлцеолитного катализатора PbCuZn при давлешш от 0,1 до 1,0 МП а, при различных температурах до 230"С и объемном расходе реагентов от 0,5 до 10 л/ч. Для поиска оптимальных условий протекания реакций использовалась диалоговая система оптимального планирования эксперимента, а также драйзерные программные моду .пи, обеспечивающие функционирование аппаратурных средств связи и управления.

На основе этих исследовать? к о учетом литературных данных

выбраны шесть вероятных моделей процесса на палладийсодеркащем

pre 2. зависимости конверсии -ЩС00Н (О и селективности образования ВА п о 'СНСООН (S) от тешервтуры- Ь от парциального давления СНСООН''- II, от парциального давления 0¿ - III, or парциального давления этилена-- IV.

цеолитном катализаторе:

Ь1Ьгкро Рук Рол \ ш=-2- ; ' . (I)

*3*ро Р02+Ь1 *2*Р РукРол (?+ЬР02> ---

»,¿2*3*рк Рук Рол Р0

«= |--- 2 2; (П)

[Аьро »а1* РУК ёл (1+3гзР0£>]

л1ьгйрьр0 Рук Рол Ро_ Г --- г — ; (III)

(Ао р02 ' рук+ь2 Рол>+ Акг*Р-РУкРол )

^^г^р^ро рол Рук Р0„ ш= ---:-г-(IV)

... *2*ро<,+*»рук)+*1 ^ук Рол(,+ь2Р02>.

Ь1кркро Рук Рол Р0о и»---; ' (V)

(0=

*ро РОг(7+Ь1 Рук)+*1*р РУк Рол ь1лг*р*ро '^ук5' ёл'5 ,р02

(IV)

где: Рух'^ол^о, - соответственно, парциальные давления уксусной кислоты, олефина, кислорода.

Для решения задачи нахождения кинетических констант рассматриваемых моделей минимизировалась функция

X Д[< хь хЬ]2

где И- число экспериментов, й- число сравниваемых показателей процесса, х®^, хР - соответственно, экспериментальные и расчетные значения показателей при условии, что выполняется ограничение Р< < Ь{ . ¿=17к

где р- вектор кинетических параметров; а, Ъ- числа, определяющие границу допустимой области. Задача решалась на УВК Мера (60) с использованием комплекс- метода. При этом координаты исходного комплекса с д - верлинами ^=2п) определялись последовательно с помощью равномерно распределенных на интервале [0,1] псевдослучайных чисел а{+г0(Ъ{ -а{); (=Т7к (8).

Для дискриминационной оценки полученных моделей использовали данные статистического анализа, включающие в себя степень нели-

з

нейности и адекватности моделей, доверительные интервалы для ки- • нетических параметров, величины среднего отклонения и ряд других

статистических характеристик.

- — Для получения лучина результатов при проверке адекватности модели, наряду с использованием 'критерия Фишера-вычислялась ве---личина среднеотносительной ошибки предсказания модели. Модель считалась адекватней при соблюдении условий (5). Далее осуществлялась предварительная дискриминация с использованием (7).На таб.1 представлены результаты предварительной дискриминации кинетических моделей с учетом нескольких критериев: критерия коррелированно сти оценок параметров, меры нелинейности, среднетноси-тельного отклонения ¿а, средней относительной ошибки предсказания б, критерия Эишера. Согласно этим результатам, три модели 4, 5, 6 были сняты из дальнейшего рассмотрения как плохо удовлетворяющие принятым критериям.Выбор адекватной модели из трех оставшихся моделей потребовал постановку дополнительных дискрим-нирующих экспериментов.В качестве последовательного метода планирования дискриминирующих экспериментов использовался информационный метод, максимизирующий меру Кульбака. Выбор верной модели после N опцтов определялся по величине апостериальной вероятности Р^^При этом начальные вероятности моделей были приняты . равными 1/т для каждой из моделей. Модель снималась с дальнейшего рассмотрения,, когда значение Р[0} оказывалось менее 1/4 Р(0), где Р - максимальна ш т

ная величина вероятности на каждом шаге дискриминации.

В таб. 2 представлены значения управляющих параметров исследуемого процесса, а также полученные величины апостериальных вероятностей ?(к1и1). для каждой из рассматриваемых моделей. Из нее следует, что первая и вторая модели после постановки, соответственно,пятого и восьмого дискриминирующих экспериментов исключаются из дальнейшего рассмотрения.

Таким образом, по данным проведенных исследований и сопоставительным анализам было выявлено, что моделью, наилучшим образом описывающей экспериментальные данные является, третья, разработанная на базе механизма взаимодействия молекул, адсорбированных на двух смежных активных центрах, но без учета стадии адсорбции кислорода .

Численные значения кинетических констант этой модели, полученные и уточненные на заключительной стадии активной дискриминации представлены в таб.3, в ней же приведены также и их доверительные

Таблица I.

РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДИСКРИМИНАЦИИ ВЕРОЯТНЫХ КИНЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

JUI моделей Критерий коррел. оценок параметров 7р Мера нелинейности Средне-относительное отклонение Ае Средне-относительная ■ ошибка предсказания б Критерий Фишера

Критическое 0,01 PCfc.K-li расчетное iyio2 i критическое ?кр расчетное

1 0,472 0,425 0,0713 3,71 0,91 4,7 4,61

2 0,510 0,425 1,0017 2,65 0,85 4,7 4,15

3 0,385 0,325 0,0012 1,30 0,80 5,9 4,35

• 4 0,605 0,325 0,00417 18,5 0,95 5,9 5,0

5 0,823 о.зю 0,00320 22,7 0,90 8,7 3,95

6 0,730 0,425 1,025 10,7 1,22 4,7 4,75

Таблица 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЛАНИРУЕМЫХ ДИСКРИМИНИРУЮЩИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

# Л опытов Управляемые параметры Температура Т,° С Вероятности__ p(W+t.) Л Л Модели

Парцкалы Уксусной кислоты рук.МЛа шв давле Кисло-" рода Р02,МПа >ния Олефйна Вэл.МПа 1 2 3

0,33 0,33 0,33

1 0,085 0,081 0,089 164,5 pOi+1) 0,27 0,34 0,37

2 0,102 0,57 0,107 170,4 р(N+2) 0,25 0,35 0,40

3 0,057 0,92 0,213 181,5 р(N+3) 0,20 0,37 0,43

4 0,096 0,095 0,184 162,7 р(Н+4) 0,14 0,38 0,48

5 0,002 0,34 0,098 174,6 p(N+5) 0,12 0,31 0,57

6 0,123 0,61 0,257 179,5 р(N+6) 0,29 0,71

7 0,075 • 0,73 " 0,137 168,5 pfN+7) 0,22 0,78

8 0,143 0,42 0,275 175,5 р(Я+в) 0,17 0,83

Таблица 3.

ЗНАЧЕНИЯ КОНСТАНТ И ИХ ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ИНТЕРВАЛОВ ДЛЯ КИНЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

СИНТЕЗ ВИНИЛАЦЕТАТА

Константа скорости ¿п К0 атм л час Доверительные интервалы £ кал моль Доверительные интервалы Константа скорости ы к0 1атм Доверительные интервалы 0 кал моль Дове- | ритель-ные интервалы

*Р 20.75 ± 0.32 18,20 ± 1.05 5,34 ± 1,45 4.25 -0,95

Яр.о. 11,50 ± 1,21 8,70 - 0,75 6,75 ± 0,47 6,05 -0,81

* СИНТЕЗ АЛЖВДЕТАТА

20,01 ± 1.17 18.90 ± 1,23 Я, 7,33 - 0,52 6,10 -0,67

Яр.о. 8,47 * 0,72 9,55 ± 0,63 9,47 ± 0,85 5,94 ±1,30

интервалы.

При этих значениях относительная погрешность экспериментальных и расчетных даншх не превышала 8%.

На основе полученной кинетической модели, разработанной для области 8тацконарной активности катализатора проведена оптимизация процесса. В качестве критерия оптимизации выбран выход ви-нилацетата,. а в качестве управляющих параметров: Т, т, Рук, Рол,

Р_ , для которых на основе приведенных экспериментальных исследо-2

ваний введены следующие ограничения: для этилена- Т €CI60-I90]?G,T € СО.55-7,2], PQ СtO,007-0,133J Ша, POJJ €

tO,067-0,4331 МПа, Рук elO,034-0,233) Ша, Рук + Рол + Р0 = I

• г

btu,S> 90%. В результате проведенных рассчетов на микро- ЭВМ

были получены следуйте результаты для оптимального режима ведения процесса: Г=170°с, i=.7,2 г(кг)час моль, Рук=.0,267 Ша,

Р„ =0,233 МПа, Рп =0,033 Ша. При этих условиях выход целевого од и 2 5/"° *

компонента 96«, S=95Ж и й^.ч"1. .. -

Учитывая результаты найденного оптимального режима ведения процессе рассчитаны конструктивные размеры реакторного узла, определено; что для рассматриваемого процесса с производительностью по целевому продукту Q= 49,9 кг/кг час достаточен цилиндрический реактор с диаметром D = I м высотой Н= 5м.

ВЫВОДЫ:

1. Обоснована оптимальная структура организации автоматизированного кинетического эксперимента на сопряженных с ЭВМ химико- технологических установках.

2. На базе микро ЭВМ "Электроника-60", "Мера-60- КАМАК", "Электроника ДЗ- 28" созданы системы автоматизированного химико- технологического эксперимента, проводимого на лабораторной и микропилотной установках с использованием хроматографа в качестве анализатора состава продуктов. Они включают в себя разработанные средства измерения и регулирования температуры, расхода, модули их сопряжения с ЭВМ, а также контроллер управления цифровыми регуляторами и модуль число-импульсных сигналов. Разработаны драй-верные программы, программы для обработки хроматографической информации.

3. Создана методика проведения кинетических экспериментов на сопряженной с ЭВМ установкой и разработан необходимый комплекс алгоритмических и программных средств, обеспечивающих оптимальную

постановку и проведение эксперимента, параметрическую и ' структурную идентификацию вероятных моделей, а также их

дискриминационные оценки. ■ ■

—4. По-результатам апробации разработанной методики, технических и

программных средств исследованы кш^тйческие""закономерности--про-------------

текания процессов ацетоксилирования этилена и пропилена на микропилотной установке.

5. Получены адекватные модели процессов ацетоксилирования этилена и пропилена. Выбран оптимальный тип реактора и проведена теоретическая оптимизация этих процессов в режиме идеального вытеснения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: I..Ибад-зэде И.К)., Касимов P.M., К weходинг планирования химического эксперимента в режиме автоматической связи "Установка-ЭВМ". .Азерб.химический ж-л, Баку JÉ6,1975,с.28-33.

2. Мухаммеджаноз.А.А., Лебедев В.А., Касимов P.M., ИСад-заде И.Ю. Устройство электронно-программирующее. Авторск.св-во MI5I5-1979 г.

3. Ибад-заде И.Ю., Касимов P.M., Салахов В.А., Мамедов Э.М; Автоматизированная кинетическая установка на базе микро ЭВМ. Трут ды XVIII Зсесоюзп. конф. по автоматизации научн.исследований,' Ал-ма-Ата,1984 г.,с.172 • •

4. Касимов P.M., Мамедов Э.М., Ибад-заде И.Ю., Салахов В.А., мамедов Ф.А. Применение средств диалогового доступа пользователей центральной ЭВМ при автоматизированной обработке данных хроматог-рафического анализа продуктов химического сштеза. Я-л "Азерб. нефтяушое хозяйство" Баку,1934 г..$11, с.51-54.

5. Касимов P.M. Ибад-заде И.Ю., Мамедов A.B., Салахов В.А. Обработка хроматографической шформации с использованием микро ЭВМ "Mspa-60". VII Закавказ. конф. по адсобции и хроматографии, Тбилиси 1986,с.102. • •

6. Ибад-заде И.Ю., Касимов P.M., Мамедов А.Б, Салахов В.А., Федоров С.И. Модуль ввода число-импульсных сигналов в микро ЭВМ. Азерб.НИИНТИ, Инфор.Л., Я> 036-040,1986 г.

7. Абдуллаев Я.С., Ибад-заде И.Ю., Мамедов Э.М. Перспективы использования микропроцессоров для решения научных задач в ИТПХТ. Матер. Респ. конф. молод, учен.-химиков, посв.150-летию Д.И.Менделеева, Баку,1984 г.,с.97.

8. Ибад-заде И.Ю.,Касимов P.M., Салахов В.А., Мамедов Э.М.,

Командно--к-ж,/ --г- »::сэ /етроЗ* зо для автоматического управления. Дззр-". 't I- Ш'ц. И,.:-""' 082, Баку, 1986 Г. cep.p50-43.I5. . 9. Ибад-заде И.Ю., Касимов P.M., Салахов В.А, Мамедов Э.М.. Модуль сопряжения цифровых Т!змерителъных приборов с микро ЭВМ "Мера-60" Азерб.НИИКГИ.Инф.л. ]«87-082,-' Баку,1986,cep.50.I0.39.

10. Касимов P.M., Мамедов.Э.М.., Ибад-заде И.Ю. Салахов В.А., Абдуллаев Я.С.Организация управления лабораторным химическим экспериментом на базе ВК микрокомпьютера. Тез. докл.- науч.-тех.конф. поев. 150-летию со дня розд. Д.И.Менделеева, Баку, 1984 г. с.86.

11. Касимов P.M., Искендеров P.A., Мамедов Э.М., Ибад-заде И.Ю. •Салахов В.А. Кагиев Т.М. Интенсификация состава и автоматизированный хроматографический анализ продуктов окисления некоторых алкилзамещенных аминов. Ж-л "Хшическая промышленность" Москва, т. 1987 Г. С.269-271.

12. Ибад-заде И.Ю., Салахов В.А. Устройство-контроллер управления цифровыми регуляторами в контуре микро ЭВМ. Информ.лист. НИИНТИ # 88-006,1988 Г.

13. Мамедов Э.М.,.Касимов P.M., Ибад-заде И.Ю. Система цифрового управления химико-технологическими процессами на лабораторной установке с применением'микро ЭВМ. Тез. докл.* Всесоюз. школы-семинара по автоматизации химичес. исслед. Тбилиси, 1988 г. с.72.

14. Мамедов Э.М., Касимов P.M., Абдуллаев Я.С., Ибад-заде И.Ю., Меликов P.A. Планирование дискриминирующих экспериментов при параметрической и структурной идентификации. Депон.ВИНИТИ Ji6668-B89 - 15. Мамедов Э.М., Ибад-заде И.Ю., Касимов P.M. Идентификация химических процессов с применением микро ЭВМ. Тез. докл. Третьей Всесовзн. конф."Динамика процессов и аппаратов химической технологии" Вороне», 1990 г. с.112.

16. Касимов P.M., Ибад-заде И.О., Мамедов Э.М. Автоматизация химического эксперимента с применением микро-ЭВМ "Электроника--60". Депонир.в ВИНИТИ J6 540-В 90.

17. Касимов P.M., Ибад-заде И.Ю., Макздов Э.М. Система автоматизации химического эксперимента на базе управляющего вычислительного комплекса " MEfA-60-KAMAK" Депон.в ВИНИТИ * 6378-ВЭО.

18. Алиев А.А, Рустамов И.М., Касимов P.M.,Ибад-заде И.Ю., Мамедов Э.М. Моделирование газофазных процессов олефиновых углеводородов . Деп. ВИНИТИ JMI39-B, 1991 г.

Ибад-задэ И.Л. " Ашагы олефинлэрж: «¿зтакег'лсзме реакс^асн • нумунэсиндэ кимЛа-техноложи просеслэрин тэдгигинин ивтенсивлешди-рилмэси".

------------------------------------------X У Л А С Э__

ЕЬМ гошулан експериментал юти'эви-техноложи ТУргуларда^кине-тик тэдгигатларын интенсивлешдарил/чси ве оптимаг T5EKii.ni, алгоритма, програм тэ"минатлы вэ техники элагэ васитвлэринин japa-дылмасы илэ сых элагэдардыр. Исте1гсалат учун ги¿мэтли Ьетерокен-каталитик просеслэрин интенсивлешдирилм&си учуй авагы олефинле-рик-етилен еэ пропилен асетоксиллэшмэ ргакси^.сы ¿ухарыда квстэ-рилен уэсэлэлэрин комплекс .Ьэлли учун актуаллыгына вэ истеЬса-латда тэтбигиндэ перспективлили,}инэ керэ сечилмишдир.

Тегдим олунац дассертас^а ишиядэ ашары'Дакц мэсалзлэр !гэлл олунмувдур: автоматлашдкрмвнын техники васитэлэри иалэнкб вэ тэдгиг едилмишдир; рэгэм танзимле^ичисини идарэ едэн модул; ЕЬМ-и рэгэм алчу чиЬазлара илэ гошма вэ она тезлик мэ"луматыны дахил етмэ модуллары; эмэли^атларын ардычыл кетмэси учун електрон програулашдырычысы. Бу васителэр кха^а вэ ким^а-технолоии просе слэриник оптлмал идзрэетмэ системлэриндэ истифадэ едилмишдир. Структур вэ параметрик моделлэидирмэнин, експериментин оптимал планлашдырылмасынцн реал заман гж^гсыкда мухтэлиф кзсэлэлэрин модуллары йазырланыб. Ларадылшш техники вэ-програм васитэлэри- ■ нин бззасы эсасында Ьетерокен-катзлик просеслэрин тэдгигиндэ иш-лэнэн кике тик моделлэрин е./гтлэигдармэ мэсэлэлэрпнин Ьэлл едилмэ-си учун комплекс усул йазырланмыидыр. Автоматлаш/ыш систем ус-тундэ ким,1з-технолоки просеслвркн аяжал идгрэетмэ, влчу вэ гу-рашдырмаларьш параметрларинин твнзим васитэлэри дахил олмагла, эсасэн йазырланан техники васитэлэрин вэ ¿арадылмыш комплекс усулун, програм васитэлэрин тэтбиг едалмэси, метал катализаторун устунлэ етилен еэ пропилен асетоксилен просеслэрин кинетик гану-нау^гунлугу тэдгиг едилиб. Ри^ази модел' Иазьфланыб, реэкторун оптимал неву сечилиб вэ идеал jepини тутма режиминдэ бу просес-' лэрин нэзэри оптималлашдырылмасы мэсэлэси Иэлл едилиб.

»

I.J., Ibad-zade. Intensification of studies on chemical- technological processes exemplified by acetoxylatlon of lower olefins.

SUMMARY

Intensification and optimal carrying out of kinetic studies with the use of experimental computer- conjugated chemical- technological plants are inseparable from elaborations of algorithmic means software and technical communication means. Accordingly, the all- round approach to solution of the above problems concerning intensification of commercially important heterogeneous- ca-

• talytlc processes, In particular acetoxylatlon of lower olefins otf ethylene (propylene). Is urgent and offers promls to be com-mercialized.The following problems are solved In the present thesls:There have been developed technical means of avtomatlon: a controller to operate digital regulator; modules for conjugation of a computer with digital measuring devices and for input of

• frequency Information therein; electronic program device to control the sequence of operations. These means were used In the sys-

• terns of optimal control of chemical and chemical- technological processes. There have been developed algorithmic means and program modules for solution of different problems concerning structural and parametric modelling and optimal planning of experiment In the real time scale. There has been developed a complex procedure for solution of the problems concerning Identification of kinetic models when studying heterogeneous- catalytic processes on the basis or the created technical and program means. There have been studied Kinetic regularities of ethylene and propylene acetoxylatlon on metal zeolite catalysts using automated system of optimal control of chemical- technological processes; the aboye system includes means for measurement and control of the plant parameters as well as technical means developed for point 1 The created complex procedure and program means have been also used. There has been developed a. mathematical model, an optimal type of reactor has been selected and theoretical optimization of these processes "ипйэг the conditions of perfect displacemtnt. has been carried out.

Подписано к печати 28.09.93г.

Загаз K8I. Объем 1,2 п.л. Тираж 100 ШП АН АР. Баку .Тельнова ,30