автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Математическое моделирование и оперативное управление качеством полиэтилена высокого давления

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

САВЕЛЬЕВ Александр Михайлович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

к

Работа выполнена в Центральном Научно-исследовательском институте комплексной автоматизации (ЦНИИКА).

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор СОФИЕВ Александр Эльхананович.

Официальные оппоненты: академик Академии Технологических Наук Российской Федерации, доктор технических наук, профессор ГОЛОВАНОВ Олег Владимирович; доктор технических наук МИРОНОВА Валентина Александровна.

Ведущая организация: Охтинское Научно-производственное Объединение «ПЛАСТПОЛИМЕР^

совета Д 063.44.022 в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения.

Адрес: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. Старая Басманная, 21/4, МИХМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Защита диссертации состоится «

заседании специализированного

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета к. т. н., доцент

Г.Д. ШИШОВ

Общая характеристика работы

Дктуяльнпсть п-чи. Одним из основных путей обеспечения возрастающей потребности в высококачественных полимерах является создание технологических агрегатов большой мощности. Однако выпуск на них по ка^им-либо причинам некондиционного или низкосортного полимера приводит к значительным потерям и к снижению экономических показателей работы производства.!! связи с этим особую актуальность приобретает задача создания системы оперативного контроле и управления качеством полимера, а также определение управлений, обеспечивающих получение продукта требуемого качества. В диссертации рассматривается решение этой проблемы для производства одного из важнейших промышленных полимеров — полиэтилена высокого давления. Услозия процесса синтеза полиэтилена определяют его качество, зависящее от молекулярных характеристик полимера: среднечисленной и средневесовой молекулярных масс, короткоцепной и длинноцепной разветвленности и содержания вини-лиденовых групп), а также от технологических характеристик: показателя текучести расплава и плотности. Однако отсутствие приборов автоматического контроля качества полимера, сложность процесса и недостаточная изученность закономерностей формирования молекулярных и технологических характеристик не позволяли оперативно оценивать качество полимера при его получении, что не давало возможности построения систем управления качеством полимера.

Работа выполнялась в рамках "Государственного Плана экономического и социального развития СССР" (Проблема 30.10.1.01) и по Межправительственным Соглашениям о сотрудничестве в области создания технологического процесса производства полиэтилена высокого давления.

Цель работы. Обеспечение получения полиэтилена высокого давления заданного качества путем создания математических моделей и алгоритмов оперативного контроля и управления характеристиками качества полимера.

Мечты исследований, Для решения поставленных задач в качестве основных инструментов используются методы теории автоматического управления, математического моделирования, математической статистики.

Научная новизна, На основе современных представлений о многостадийной кинетике образования полиэтилена, путем последовательного применения методов производящих функций и статистических моментов распределения, построена детерминированная математическая модель процесса синтеза полиэтилена высокого давления в трубчатых реакторах.

Поставлена и решена задача идентификации математической модели, представляющей собой "жесткую" систему дифференциальных уравнений.

Поставлена и решена задача определения управлений для режимов получения новых марок полиэтилена заданного качества. Исследоино влияние управлений и режимных переменных на качество получаемого полимера.

По математической модели определены условия процесса образованна сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оказывающего существенное влитие «а эжсплуат- циониые свойства полимера.

Ра лботаны математические модели и алгоритмы определения качества полиэтилена, -читывающие особенности функционирования установок и многомарочный ассортимент выпускаемой продукции.

Предложена и реализована процедура повышения эффективности метода Качмажа, основанная на использовании параметра релаксации. Эта процедура применена дав адаптации модели определения показателя текучести расплава.

Практическая значимость. Результаты работ по созданию системы оперативного контроля и управления качеством ПЭВД использованы при разработке типового программного обеспечения АСУТП "Полимир*.

Результаты математического моделирования режимов синтеза полиэтилена с заданными молекулярными характеристиками использованы при разработке технологических регламентов и марочного ассортимента полиэтилена для ряда промышленных установок. Предложенные в диссертации принципы построения и комплекс алгоритмов оперативного контроля и управления качеством полиэтилена, а также методика разработки детерминированной математической модели для определения молекулярных характеристик полиэтилена могут быть использованы для других полимерных производств. .

Апрпбания рпботы. Основные результаты работы докладывались на 13 различных научных н научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе на 9 всесоюзных конференциях и одном международном семинаре

Публикации. По - че диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,4-х глав, заключена, списка использованной литературы и 4-х приложений. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 10 таблиц. Список литературы включает 13$ наименований. Приложения объемом 46 машинописных страниц содержат 41 таблицу.

Основное содержание работы

_Цо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,

сформулирована цель и задачи работы, приведены основные научные положе-_

низ, выносимые на защиту, дано краткое изложение содержания работы по ее разделам.

В первой главе диссер. ши рассмотрены теоретические аспекты свободно-рзд.калькой полимеризации этилена при высоком давлении. Проведен обзор математических моделей полимеризациошшх процессов и аналитических методов определения молекулярных характеристик на основе таких моделей. Исхо-

дя из современных представлений о кинетике процесса для математической модели принята многостадийная схема, включающая реакции инициирования, роста и обрыва цепи, а также реакции передачи цепи на мономер, полимер, передатчик цепи и внутримолекулярной передачи. Учет реакций передачи цепи, обуславливающих характерные особенности молекулярных состава и структуры полиэтилена, позволил поставить и решать задачу создания адекватной математической модели для определения молекулярных характеристик получаемого полимера. Разработка модели потребовала определения значений констант кинетики скоростей реакций, обеспечивающих адекватность модели в широком диапазоне изменения параметров технологического процесса. Однако анализ литературных данных по этим константам, определенным как лабораторными методами, так и методами математического моделирования показал, что их значения значительно различаются между собой. Это объясняется сложностью лабораторных методов и существенным отличием условий проведения экспериментов от условий промышленного синтеза полиэтилена, а также характером принятых при математическом моделировании допущений по кинетике и технологии процесса полимеризации. Тем не менее проведенный обзор констант кинетики позволил при решении задачи идентификации модели использовать их значения либо в качестве начальных приближений, либо для задания допустимых диапазонов их варьирования.

Известно, что качество полиэтилена, его физико-механические свойства связаны с молекулярно-массовым распределением (ММР) и структурой (корот-коцепной (КЦР), длиноцепной (ДЦР) разветвленностью и числом винилидено-вых групп (ВГ)) и определяются условиями процесса синтеза полимера. Это позволяет, изменяя условия процесса, влиять на молекулярные характеристики полимера и является предпосылкой для решения задач контроля и управления процессом полимеризации с учетом качества получаемого продукта. Решение этой задачи требует применения методов математического моделирования. В связи с этим в работе были рассмотрены возможности построения математических моделей для определения параметров ММР. Обзор аналитических методов расчета ММР по математическим моделям показал, что возможно использовать четыре основных математических метода: "прямой", метод производящих функций, метод статистических моментов и метод непрерывной переменной. Область применения метода зависит от возможности принятия тех или иных допущений при описании кинетики процесса. "Прямой" метод может использоваться, когда принята гипотеза квазистационарности, допущение о независимости констант скоростей от длины цепи макрорадикала и глубины превращения, а также допущение, что для достаточно длинных цепей мономер, в основном, расходуется на рост цепи. Методы производящих функций и статистических моментов могут применяться, когда не делается допущений о квгзистационарности и расходова-

нин мономера на рост цепи. При использовании метода непрерывной переменной не требуется принятия указанных выше допущений.

Ана. 13 этих методов применительно к математической модели процесса синте полиэтилена показал, что в данном случае целесообразно использовать сочетание методов производящих функций и статистических моментов.Это позволяет рассчитывать по значениям моментов, важнейшие характеристика ММР, принятые в технологии полиэтилена высокого давления для оценки его качества: — среднечисленную Мп и средневесовую А/к- молекулярные массы, а также степень полидисперсности.

Во что рой главе рассматривается построение математической модели процесса синтеза ПЭВД. В диссертации приведена методика ее разработки, в соответствии с которой:

— осуществляется вывод, на основе кинетической схемы образования разветвленных молекул полиэтилена, дифференциальных уравнений материальных баллансов для мономера, инициатора, передатчика цепи, макрорадикалов, вторичных макрорадикалов и макромо-"кул, а также уравнения теплового баланса;

— используя выражении для вероятностей образования макрорадикалов Н^п), вторичных макрорадикалов №г(п) макромолекул 1^р(/п) с определенной длиной цепи относительно общего числа этих элементов, представляющие собой функции распределения по длине цепи:

»К«> - 2 »Мл) . [ £ <»

Г« 1 Г"1

ВД-^'1 Ё ^Г1; п -1.2.....V.....ее; т- 1.2.....V.....-

т -I у

где &-(ч); — массовые доли макрорадикалов, вторичных

мак ->радикалов и макромолекул с длиной цепи лит соответственно, а также выражения, связывдющие функции распределения н производящие функции, например, для макромолекул:

Гр(х) = 2 ехр(/у*)- И^т) - £ ехр(/удг)- М ■ < 2 <2)

г-1 »-I \ / »-1

тюлучены уравнения относительно производящих функций для макрорадикалов и макромолекул;

— на заключительном этапе для перехода от производящих функций к статистическим моментам распределения, используя выраженияТсвязывакнцие г-ый начальный момент 4 с дг-ой производной производящей функции:

—^ - 2 Лехр^дО-И^т); - £ (3)

а(/х)* г-1 г-1

где х — действительный параметр характеристической функции,

получим, после рада преобразований, подробно приведенных в диссертации, уравнения моментов распределения для ыакрор.'дикалов, вторичных макрорадмкалов и макромапекул соответственно:

£/вг,

Югл Р_\\гКш «г.,, _ Л

-л - -

«Юг.» р Кт с\ч\

~1Г - де лг,{в'*-&'к)

Клп

М, вг.»

к-1,2,3

к-? ,2,3

(4)

<5>

¿г У,

| бл.*-, • е,.«-ер.*] (вг.*~вм)

+

I Хил 5г

<6)

к-1,2.3,...

где: р — плотность реакционной смеси;

V, — скорость движения реакционной сети по реактору; К»,КрчКор,Кой_Кпм,а^,К»я,Кпп — соотьстстиенно константы ско,даете Л реакций инициирования, роста цели, обрива цепи рекомбинацией и дисп-ропорционироянаием, передачи на мономер, через передатчик цепи, внутримолекулярной передачи, передачи через полимер;

¿■и, &>, А/м, ЛЬ, Мл — соответственно массовые доли м кассовые ееса инкцниатора, этилена н пропана, и

.V, 5/> — суммарные концентрации маг.рорадикхтов, атооичных пакрорадикалоз и макромолекул

Уравнения <4—6) математическом модели позволяют определять основные характеристики состава получаемою полимера: среднечисленн>¡о Л/п, средме-Е-^соаую Л/уу молекулярные массы и степень полидисперсмостя СП , «игорые паходатеэ по трем начальны?-! моментам распределении:

л/ « • К, , Ёе2 ■ СП - м" - т

где вр,о — суммарная концентрация макромолекул.

На качество ПЭВД значительное влияние оказывают короткоцепиие, длинноиепные ответвления и вииилиденовые группы, приходящиеся на определенное числ атомов углерода полимерной цепи. Соответствующие интегральные выражения модели, вывод которых рассмотрен в диссертации, получены исходя из тгоретическнх положений о скоростях образования да шла х структурных элементов.

Полученная математическая модель представляет систему из 16 обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений; трех интегральных выражений, а такяе выражений для расчета технологических переменных процесса полимеризации этилена в трубчатом реакторе.

Заключительным этапом построения модели, рассматриваемом ■ третьей ПШ1£. являлась ее идентификация, заключавшаяся в определении, по экспериментальным данным с различных промышленных объектов, 24 констант кинетики: предэкспоненциальных мне., ителей Ко^ ; энергий активации Е/ и объемов активации аИ/*для 8 элементарных стадий образования полиэтилена высокого давления, а также параметров теплопередачи для режимов полимеризации в го-мофазной и переходной областях.

При постановке и решении задачи идентификации учитывалось, что трубчатые реакторы синтеза полиэтилена различаются числом зон, предназначены для получения нескольких базовых марок полиэтилена и работают при значительно отличающихся скоростях потока газа по реактору, что сказывается на условиях теплопередачи и всего процесса полимеризации в целом.

Полученная мод* <> статики представляется в виде векторного дифференциального уравнения:

^=Ячх,у.а*.и/) ' (8)

где >'=Ь'1, У2,..., )'<} вектор режимных ур и выходных у* переменных состояния; *=|хь Хг,..., Хт} — вектор управлений; <Ц/| — вектор искомых констант кинетики, Ь24\ а<=|о/|, аг2.....аЦ —вектор искомых параметров теплопередачи ¿/=20 -г 40.

-При решении задачи идентификации модели используется квадратичная.

относительно переменных состояния, функция:

<1'0*. аГ)= V/,

в я с |> . ,/>. £ V £ | Г,С—}р,Ь,г,с

¡'¿I и ^ \ 3

Л-1Г-1С-1 Ур,Ь,г,с

2

як»

+ т 2 2

¿>-1 г-1 я-1

yl.hr -)Ц,6,Г(Я

у1,Ь,г,к

2

► ПИП

йк.щ

где: В — число "базовых" режимов полимеризации;

R — количество режимов * одном "базовом" режиме;

С — число точек измерения температуры по реактору;

N — число выходных переменных состояния;

W— весовые коэффиценты, учитывающие разнородность переменных. Трудности, возникающие при математическом моделировании полимери-эационных процессов часто вызваны тем,что модели представляют собой "жесткие" сисгемы обыкновенных дифференцальных уравнений, и переменные состояния, «ходящие в модель, на интервале изменения независимой переменной описываются функциями как с большими, так и маль" производными. В этом случае матрица Якоби имеет сильно рахличаюшиеся собственные числа Xi; мерой "жесткости" является спектральное число обусловленности этой матрицы: max Uj I

A'(/l)- ' . ; для "жестких" систем 2:0,1 • Ю* (10)

Ш1П|Л| I I

"Жесткость" разработанной модели проявилась на этапе отладки программы численною интегрирования системы. Расчет матриц Якоби и их собственных чисел для шести характерных точек по реактору подтвердил явно выраженную жесткость системы уравнений модели: ю''. Для решения этой

системы использовалась специальная программа "STIFF", разработанная в ИПМ АН СССР. Учитывая вероятную овражноегь минимизируемого функционала, характерную для таких систем, и значительное число искомых параметров, был использован один из наиболее эффективных методов решения таких задач — метод случайного поиска с обучением.

Громоздкость задачи идентификации потребовала поэтапного ее решения ■ виде трех последовательно решавшихся подзадач:

— определения общих доя всех режимов значений констант кинетики реакций инициирования,роста и обрыва цепи; при этом использовались экспериментальные данные режимов синтеза, проводимых в гетерофазных облгетях (при давлении <180 МПа), для которых известно адекватное описание условий теплопередачи. Минимизировалась фунхция вида:

Ф1(<и)=и'и-£ I 2

4-I/--IC-I

lj,r,c-li,r,c

П.,

2 я + WU-I 1

I 2

_ i i.d,,v-g£,v | (U)

gм,Ь,г i at

где: и ¿м,ь,г — оценки математического ожиданий экспериментальных

значений температур в "С" точках по длине реактора и конечной степени конверсии;

— определение характерных для каждого из "базовых" режимов, про ¡Юдиных в гоыофазной и переходной областях (при давлении й 180А/Л<0 значений распределена -о по длине реактора коэффициента теплопередачи, с последующей их аппрог "«нацией линейными функциями от управлений и параметров конструкции реактора. Последовательно, по зонам реактора, минимизировались функции: для зон реактора от первой до предпоследней: г- т 2

П.с-Я.с

я с

ч»21 («»)-Е 2

Г-КГ-1

Пс

> шш о»

(12-1>

для последней зоны реактора:

к с

г-1С-1

Гг. с

+ ^222-2 г-1

Ум,г— ¿м,г

• ШШ <4

(12-2)

— определение общих для всех режимов полимеризации значений констант кинетики реакций переда' цепи; минимизируемая функция имела вид:

ФзСаО-И'З!-! |

¿-1Г-1

А 1п,г,с—А/л г,с

Мл с

2

¿-1Л-1

+ (13)

в *

-низз-Е Е

¿-1Г-1

кцП.^кцН,,

В X

+ ^34-2 X

¿-1Г-1

ДЦГ1.>

А-|г-| I гДг

' ШШ Ок

возможность поэтапного решения задачи идентификации обуе: иена тем, что температуры реакции, концентрации мономера н инициатора, входящие во все уравнения модели, зависят только от констант скоростей реакций ш ициировгния, роста и обрыва цепи, определяемых в первой подзадаче. Кон-сганты реакций передачи цепи не влияют на указанные переменные и входят только в уравнения модели для определения молекулярных характеристик качества полиэтилена. Анализ адекватности полученной модели по данным, не применявшимся при ее идентификации, показал, что модель позволяет стабильно определять молекулярные характеристики качества ПЭВД со средней относительной погрешностью менее 11% (максимальная погрешность состави-ла13.3%).

Решена задача определения управлений для синтеза ПЭВД заданного качества при максимальной конверсии. Приоритетность тех или иных молекулар-ных характеристик задавалась весовыми коэффициентами. Так, например, были

ц: г.п^

6. с-ла

Рис.: Ишш /ГрШШЗРп 16] и ирита-ристкж* ьсхехуирих состава а а структур* Ь

определены значения управлений, обеспечивших получение полимере» 4-х типов с экстремальными значениями характеристик молекулярных состава и структуры. Максимальные значения относительных от-'слонений дакни» наниш качества РЭОЛ, полученного при реализации этнх унраше-ний на промышленной установке, от заданных значений, составили менее 12%.

Проведенный анализ влияния управлений на характеристики качества пол^ггилена позволил дать капичественную оценку влияния на них каждого из управлений.

Рис.;; р#зуит»ти »лдмиро««**« [шш полимризации » «1-х «онном проыыишшсы |*ах-

Т0|* С учетсм мс*екуля)«м* х»р»хтерш."1и>[ ва гидиэтшен»

11а рис. I, I качестве лримера, показано влияние управлений: начального давлеииа Ро в инициатора Си на характеристики молекулярных состава ■ структуры полимера. Полученная модель использовалась для расчета режимов синтеза полиэтилена с учетом его качества дл» существующих и вновь проектируемых установок. Результаты моделирования характеристик качества полимера для 4-х зонного промышленного реактора приведены на рис. 2.

Рис.З Структура смст»ш опвр*ги»мсго комтром и упрш»нал ■шчаст»ог похмэпиенл

В четвертой гллпг рассмотрены вопросы создания и внедрения в промышленную эксплуатацию системы оперативного контроля и управления показателем текучести расплава (ПТР) и плотностью, регламентированными ГОСТом на полиэтилен высокого давления как его технологические показатели качества. Из-за отсутствия автоматических устройств измерения этих показателей на потоке, управление процессом до настоящего времени ведется по данным длитель ных и достаточно субъективных лабораторных анализов. Применение для контроля и управления такой запаздывающей информации (свыше двух часов) приводит к выпуску значительных количеств (для ряда марок до 30%) полимера с отклонениями от диапазонов, допустимых ГОСТом.

В диссертации эта задача решалась путем создания системы оперативного контроля у. управления качеством ПЭВД на базе формальных математических моделей и алтритмов, включавшей подсистемы (рис. 3):

— определения ПТР по параметрам процесса синтеза (ПТРс);

— определения плотности по параметрсм процесса синтеза;

— определения ПТР по параметрам процесса грануляции (ПТРг).

D работе были использованы линейные модели вида:

с

)<0 - Яо+2 afx^t) (14)

*-1

получившие широкое применение в ЛСУТП вследствие их простоты ч наличии эффективных методов идентификации. Обработка экспериментальных данных режимов нормальной эксплуатации объекта позволила определить продолжительность реализаций, интервал измерения переменных, времена запаздывания между переменными и интервал между независимыми измерениями переменных, по которым осуществлялось построение моделей. Выбор переменных моделей (из более, чем 60-ти) осуществлялся поэтапно: путем анализа парных коэффициентов коррекции, применения метода экстремальной группировки параметров и анализа выделенных переменных на из мультиколлинеариость. В результате для моделей ПТРс были отобрсны 6 н 7 переменных процесса синтеза Д1я режимов работы на одном и двух компрессорах высокого давления соответственно. Модель определения плотности включает в себя 4 переменные. Ah.ltиз промышленной эксплуатации 2-х моделей определения плотности полиэтилена (для марок двух различных групп плотности) и его ПТРг (по переменным процесса грануляции), построенных методом множественной линейной регрессии, показа.) высокую точность полученных моделей. Значения максимальных относительных погрешностей их определения при промышленной эксплуатации составили менее 0.015% и 3% соответственно (по ГОСТу максимально допустимые относительные отклонения от базовых значений для всех марок ПЭВД должны составлять не более 0.217% и 20% соответственно).

Для определения ПТРс были построены 9 моделей (для 5 базовых марок при работе на двух и 4 базовых марок при работе на одном компрессоре высокого давления. Однако в ходе эксплуатации моделей резко возросла относительная погрешность определения ПТРс. Анализ остатков £ показал, что

Л1(£)*0, а<7(£) возрастает во времени. )то свидс.сльствовало об изменении

характеристик объекта и необходимости использования адаптации модели.

Задача адаптации была поставлена следующим образом: в момент времени flilo, соответствующий обнаружению рассогласования, превышающего допустимое;

— по значениям переменных модели хт, измеренным в момент времени [Цп]о—гЩ ;

— определенному в момент времени Цп] 0 значению ПТРг;

— определенному ■ момент времени |<(п|о—г!,и| значению ПТРс;

— значениям оценок Л (>,-1] параметров модели определения ПТРс, вычисленным на на предыдущем шаге адаптации;

идентифицировать параметры модели Л |Г„) та», чтобы была устойчиво достигнута относительная погрешность й/^«. определения ПТРс, меньшая заданной ¿мл за минимальное число итераций / алгоритма адаптации при минимальном значении средиеквадрмтического относительного отклонения.

Для построения модели оперативного определения ПТРс предложено использовать известный алгоритм алгоритм Качмажа, модифицированный введением множителя релаксации МР. учитывающего, что вследствие погрешностей измерения и наличия неконтролируемых возмущений вектор Л.Ч |г„) обновляется в правильном направлении только частично. Поскольку значение МР в принципе зависит от неизвестных дисперсий помех 0(й и , то для его определения были использованы рекуррентная процедура Кестена, не требующая знания этих дисперсий, м процедура перебора фиксированных значений МР. При этом использовался комплекс прогримм имитационного моделирования, (¡изра-ботанный в ЦИИИКА На первом этапе лт» различных МР были рассчитаны процессы адаптации модели с иелмо определения минимального числа итераций /т1я уст • ДЛ» которого устойчиво выполняется условие <5(4*-». «5ыЛ • На рис 4.

»4

и

кМ

/1' >

1У > >

.I 1

с

I I,

/V

I (>]'

л

'.и • ' \ ■ ■V ^

дМ> \ 1

3 )

р

N

■ М ./'V

к Л/ IV V*

Г- ^

Рид. 4 Прс-цегс настрой** ларшетрег» опрвдв4внмл иТРс: (а) нагори* Кач-

ыада; (6)-»сожитель релаксации к!'-0.6; где ; ¿-ЫУрвсч.;

стодимости по отмонениц ( ; 4-относит«льнов стклоненно (Ьотц)

приведены, ■ качестве примера, процессы адаптация модели для МР» 1.0 (алгоритм Кдчылжл) н МР - 0.6.

В результате било установлено, <по для всех 9 базовых режимов наилучшие результаты, о смысле выполнения условии ¿¿чм.^юЛ, достигаются при О.блМРлО.85 и числе итераций ■ диапазоне от 12 до 35. На втором этапе при фиксированном числе итераций определялись оптимальные значения МР, обеспечивающие минимум критерии среднеквадратмчесхого относительного отклонения:

т:

<1Л

ПТРхсЦМ,)

В качестве примера на рис. 5 приведены результаты для 5 базовых режимов. Для режимов работы на одном и двух компрессорах высокого давления оптимальные значения МР составляют от 0.6 до 0.76 и от 0.63 до 0,82 соответственно, те данный ре-

¿[ЬЛгг"*-*" 1~т- т- г-г , ,

'■•г:

о

Рис. 6

«.> 1.1 0.1 II 1.1 >•

Зависимость критерия бГ{ц]°* параметра настроим ал гори тыл К?

лаксационный алгоритм эффективнее алгоритма Качмажа.

Результаты промышленной эксплуатации показали,что заданная относительная погрешность модели (3%) обеспечивается при числе итераций не более 18.

Разработанная и внедренная в промышленную эксплуатацию система обеспечивает оперативный контроль н управление качеством ПЭВД, позволяет более чем в три раза сократить время запаздывания при управлении процессом синтеза за счет определения

ПТРг, отказаться от значительной часта лабораторных анализов ПТР и плотности, а, используя значения ПТРг, формировать товарные партии полиэтилена с более узким диапазоном разброса ПТР, что улучшает качество готовых изделий. »

Основные результаты работы

1. Разработана, на основе последовательного применения методов характеристических функций и статистических моменте», математическая модель процесса синтеза полиэтилена высокого давления ■ многозонных трубчатых реакторах различной производительности, позволяющая определять управления, обеспечивающие получение полимера заданного качества.

2. Поставлена и решена задача идентификации математической модели на основе поэтапного решения обратных задач кинетики и определения параметров теплопередачи.

3. Показана "жесткость" системы дифференциальных уравнений модели, выбран соответствующий численный метод решения этой системы.

4. Исследовано влияние управлений на основные технологические параметры процесса и характеристики молекулярных состава и структуры получаемого продукта; выявлены условия формирования сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оказывающие существенное влияние на его качество.

5. Решена задача определения управлений для режимов синтеза новых марок полиэтилена с заданными характеристиками молекулярного составо в структуры; решены вопрсы, связанные с разработкой технологического регламента и марочного ассортимента для промышленных производств.

6. На основе анализа работы промышленных установок разработаны математические модели и алгоритмы для контроля качества полимера в темпе с процессом. Предложена и реализована процедура адаптации, основанная на использовании параметра релаксации в методе Качмажа.

7. Разработана и внедрена в промышленную эксплуатацию на ПО "Пол-имир" в составе АСУТП система оперативного контроля н управления качеством полиэтилена высокого давления, построенная на базе адаптивных математических моделей процессов полимеризации и грануляции.

в. Математическая модель оценки качества полиэтилена внедрена в про-мышлеиую эксплуатацию на ПО "Ангарскнефтеоргсинтез"

9. Фактический экономический эффект, полученный от внедрения результатов работы на ПО "Полимир" и ПО "Ангарскнефтеоргсинтез" составил, на момент внедрения в 1988 г., 218.9 тыс.рублей/год.

Основные результаты работы наложены ■ следующих публикации!

1. Савельев Л.М., Софиев Л.Э. Математические модели малекуларно-весового распределения в процессах полимеризации // Вопросы промышленной кибернетики.Труды ЦИИИКА.-М..Энергия, 1973. Вып.38.-С.62-66.

2. Вальтер Б.В., Савельев A.A., Софиев А.Э. и др. Адаптивный алгоритм управления качеством продукта в процессе полимеризация // Тез. докл. Всес. конф.*Опыт создания и внедрения АСУ » отраслях промышленности с непрерывным и непрерывно-дискретным характером производства" -М., 1974. -C-J3-54.

3. Вольтер Б.В., Софиев А.Э., Савельев A.M. Разработка адаптивной системы управления качеством полиэтилена // Приборы и системы управления. -1978. -N 10. -С.17-19.

4. Савельев A.M., Софиев А.Э., Кондратьев Ю.Н., Белоусов А.П. Математическая модель ПТР для управления процессом получения полиэтилена высокого давлении // Палиолефины. Сб.иаучн.тр. -Л.: ОИПО'Плзстполимер", I9S0. -С.28-35.

5. Бриедис II.П., Савельев A.M., Василенко B.C. Влияние изменчивости молекулярного строения синтезируемого полиэтилена на его физические свойства// Механика композитных материалов. Докл. АН Лата. ССР. -Рига, 1980. -N 5. -С.777-782.

6. Вольтер Б.В., Софиев А.Э., Савельев A.M. и др. Математическое моделирование процесса получения полиэтилена с учетом параметров молекулярной структуры полимера // Теоретические основы химической технологии. -1980. -T.XIV.N 6. -С.894-901.

7. Гапеев В.В., Рабинович Е.А., Савельев A.M., Случ И.И. Анализ применения методов пассивной идентификации для построения алгоритмов адаптации моделей прогноза выходных переменных распределенного объекта // Тез. докл. 1-ой Всес. научи, конф. "Методы кибернетики химико-технологических процессов". — М.. 1984. -С.85.

8. Гапеев В.В., Рабинович Е.А., Савельев А.М., Случ И.И. Исследование эффективности использования методов идентификации для создания алгоритмов адаптации моделей прогноза выходных перемг«ных распределенного объекта // Тез. докл. 5-ой Всес. конф."Мате> тическис методы в химии"/ММХ-5/. -Грозный, -1985.-С. 152.

9. Софиев А.Э., Савельев A.M. Моделирование процессов синтеза разветвленных свободно-радикальных полимеров // Тез. докл. Всес. научн. техн. конф. "Процессы и аппараты производства полимерных материалов. Методы и оборудование для переработки их в изделия". — М., 1986. -С.121-122.

10. Савельев Л.М., Софиев A3. Моделирование процесса полимеризации »плена » реакторе трубчатого типа // Труды семинара "Молекулярная неоднородность ■ процессы полимеризации". ВХО им. Д.И.Менделееаа. Секция 'Пластмассы*. -Л., 1986.

11. Софиев А.Э., Савельев А-М., Свиридов В.Н., Случ И.И. Применение математических моделей • задачах оптимизации, контроля и управления пол-■мермэаиионными процессами // Тез. докл. II-ой Вссс. научи, конф. 'Методы кибернетики химико-технологических процесса».- Баку, 1987. -С.99.

12. Вольтер Б.В., Софасв А.Э., Савельев A.M. Способ регулировании процесса полимеризации этилена в крупнотоннажной установке // Авторское свидетельство N 103X505. , .

' '//

if jb