автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Оптимальное управление процессом гидрирования бензола в нестационарных условиях

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА.

1.1. Физико-химические основы процесса гидрирования бензола.

1.2. Математическое описание основных процессов в каталитическом реакторе.

1.2.1. Процессы в пористом зерне катализатора.

1.2.2. Внешнедиффузионный процесс на зерне катализатора.

1.2.3. Процессы переноса тепла и вещества в слое катализатора.

1.2.4. Критерии выбора математического описания.

1.3. Анализ существующих методов и систем управления процессом гидрирования бензола.

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА В НЕСТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ.

2.1. Общая постановка и декомпозиция задачи управления технологическим процессом в условиях неравномерного поступления сырья.

2.2. Постановка задачи оптимального управления процессом гидрирования бензола.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ

СТАДИЙ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА.

3.1. Синтез математической модели реактора гидрирования бензола.

3.1.1. Вывод уравнения, описывающего изменение температуры по длине реактора.

3.1.2. Описание изменения концентрации бензола в реакторе.

3.1.3. Уравнение скорости течения парогазовой смеси в реакторе.

3.1.4. Зависимость температуры органического теплоносителя от теплового эффекта реакции, и его начальной температуры и расхода.

3.1.5. Уравнение скорости реакции гидрирования бензола.

3.1.6. Феноменологическая модель реактора гидрирования бензола.

3.2. Описание процесса осушки бензола в ректификационной колонне.

3.3. Модель колонны очистки циклогексана.

3.4. Описание процесса парогенерации в котле-утилизаторе.

ГЛАВА 4. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ

МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА.

4.1. Экспериментальное исследование процесса гидрирования бензола в производственных условиях.

4.1.1. Гидрирование бензола.

4.1.2. Осушка бензола.

4.1.3. Очистка циклогексана.

4.1.4. Процесс парогенерации.

4.2. Определение численных значений параметров математических моделей процесса гидрирования бензола.

4.2.1. Выделение неизвестных параметров в разработанных математических моделях.

4.2.2. Определение вида функции невязки и разработка алгоритмов параметрической идентификации моделей.

ГЛАВА 5. АЛГОРИТМ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ

РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1. Разработка алгоритма поиска оптимальных режимов работы технологического оборудования цеха гидрирования бензола.

5.2. Результаты исследования алгоритма поиска оптимальных режимов работы цеха гидрирования бензола.

Актуальность проблемы. Работа большинства отечественных предприятий по производству капролактама характеризуется нестационарностью внешних и внутренних условий, то есть неравномерным поступлением на предприятия сырья, материалов, отсутствием необходимых запасов этого сырья на предприятии; нестабильностью работы производственных подразделений самого предприятия, обеспечивающих производство капролактама энергией и некоторыми видами сырья; динамичным изменением цен на сырье, продукты и т.д. Это приводит к частым простоям оборудования, к изменению режимов его работы в широких пределах. Кроме того, многие предприятия, в условиях дефицита финансовых средств, практически не обновляют основные фонды, что существенно изменяет свойства и характеристики оборудования.

Существующие автоматизированные системы управления процессом производства капролактама создавались для сравнительно стабильных условий работы цепи технологических аппаратов. Поэтому в нестационарных производственных условиях их работа характеризуется низкой эффективностью. Исходя из этого, создание подсистемы управления, позволяющей в нестационарной обстановке оперативно находить оптимальные режимы работы оборудования является актуальной практической задачей. С теоретической точки зрения, актуальность проблемы обусловлена недостаточной проработанностью методологии оптимального ситуационного управления химико-техническими процессами в нестационарных условиях.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертации является математическая постановка задачи оптимального управления химико-техническими процессами в нестационарных условиях и разработка алгоритмов решения задачи на примере процесса гидрирования бензола при производстве капролактама.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести теоретическое и экспериментальное исследование процесса гидрирования бензола при производстве капролактама по окислительной схеме.

2. Сформулировать и формализовать задачу поиска оптимальных режимов химико-технологических процессов в условиях дефицита сырья.

3. Осуществить постановку задачи оптимизации процессом гидрирования бензола.

4. Разработать и скорректировать известные математические модели основных стадий процесса гидрирования бензола для использования их в системе управления, работающей в режиме реального времени.

5. Провести параметрическую идентификацию математических моделей основных стадий гидрирования бензола на базе полученных экспериментальных результатов.

6. Осуществить синтез и исследование алгоритмов идентификации, адаптации и оптимального управления процессом гидрирования бензола в нестационарных производственных условиях.

Основы выполнения работы. Основой явились методы математического моделирования химико-технологических объектов, позволяющие осуществить теоретический анализ и оптимизацию процессов, протекающих в них. Использованы теоретические и практические разработки теории оптимальных и адаптивных систем автоматического управления; методы пассивного экспериментального исследования технологических объектов в производственных условиях.

Научная новизна:

7. Сформирована процедура выбора оптимального режима работы оборудования для химико-технологических производств, работающих в условиях дефицита сырья.

8. Осуществлена постановка задачи оптимизации процесса гидрирования бензола из условия получения минимальных энергозатрат на проведение процесса.

9. Разработана математическая модель трубчатого реактора гидрирования бензола с платиновым катализатором.

10. Разработан алгоритм идентификации математической модели гидрирования бензола в трубчатом реакторе.

11. Предложен алгоритм поиска оптимальных режимов работы оборудования цеха гидрирования бензола в нестационарных условиях.

Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы предлагаются для использования в составе автоматизированных систем управления процессом гидрирования бензола при производстве капро-лактама в нестационарных условиях. Сравнительный анализ режимов работы цеха гидрирования бензола производства «КАПРОЛАКТАМ -3» Кемеровского А/О «АЗОТ» за определенный период времени и оптимальных режимов, рассчитанных по разработанным алгоритмам, показывает, что внедрение предлагаемых алгоритмов и системы оптимального управления в производственный процесс принесет экономический эффект около 930 руб. на тонну готового продукта, циклогекса-на (по курсу 1998 г.).

Постановка задачи оптимального управления химико-технологическими процессами в нестационарных условиях и ряд разработанных алгоритмов могут быть рекомендованы к применению в учебно-исследовательском процессе вузов.

Реализация результатов работы. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение подсистемы управления процессом гидрирования бензола в нестационарных условиях включено в разрабатываемый проект автоматизированной системы управления производством "КАПРОЛАКТАМ - 3" Кемеровского А/О "АЗОТ". Алгоритмы идентификации, адаптации и многокритериальной оптимизации используются при выполнении лабораторных работ в КемТИПП по дисциплинам: "Автоматизация технологических процессов и производств", "Системы автоматизации и управления".

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту вынесены: постановка и декомпозиция задачи оптимального управления процессом в нестационарных условиях применительно к производству гидрирования бензола, физико-математическая модель реактора гидрирования бензола, алгоритм идентификации физико-математической модели процесса гидрирования бензола в трубчатом реакторе, алгоритм управления процессом гидрирования бензола, включающий в себя процедуры адаптации моделей осушки, гидрирования бензола, очистки циклогексана и охлаждения масла.

Личный вклад автора заключается в непосредственном творческом участии в постановке и решении задачи оптимального управления производством гидрирования бензола; составлении, обобщении и решении физико-математической модели трубчатого реактора гидрирования бензола; выборе математического описания стадий осушки бензола, очистки циклогексана и охлаждения масла; разработке алгоритма управления процессом гидрирования бензола.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Математические методы в химии и химической технологии»

Тверь, 1995г.; Новомосковск, 1997г.), на 2-й международной научно-технической конференции «Динамика систем механизмов и машин» (Омск, 1997г.), Всероссийской научно-практической конференции «Системы и средства автоматизации» (Новокузнецк, 1998г.), Международной научной конференции «Математические методы в химии и технологиях» (Владимир, 1998г.), Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Санкт-Петербург, 2000г.). Работа прошла экспертизу на секции «Математические вопросы управления технологическими процессами» 11-й Международной научной конференции ММХТ - 11 (г. Владимир, 1 - 3 июня 1998г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, 10 материалов научных конференции.

1. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Математическое моделирование гидрирования бензола при производстве капролактама // Тезисы докладов Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии». - Тверь: ТГТУ, 1995, с. 73.

2. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Определение скорости реакции гидрирования бензола // Сборник тезисов научных работ «Новые технологии». -Кемерово: КемТИПП, 1996, с. 59.

3. Пачкин С.Г., Чупин А.В., Марков Р.Н. Алгоритм управления процессом гидрирования бензола в условиях неравномерного поступления сырья // Сборник тезисов научных работ «Не традиционные технологии и способы производства пищевых продуктов». - Кемерово: КемТИПП, 1997, с. 90 - 92.

4. Пачкин С.Г., Чупин А.В. Экспериментальное исследование процесса гидрирования бензола в промышленных условиях // Сборник тезисов научных работ «Проблемы рационального питания». - Кемеро-во:КемТИПП, 1997, с. 131 - 133.

5. Панкин С.Г., Чупин А.В. Алгоритм решения систем управления, описывающих процесс изменения температуры и концентрации по длине реактора гидрирования бензола // Там же, с. 134- 138.

6. Чупин А.В., Панкин С.Г. Исследование динамики процесса гидрирования бензола в производственных условиях // Материалы 2-й Международной конференции «Динамика систем механизмов и машин». - Омск:ОГТУ , 1997, с. 78.

7. Панкин С.Г., Чупин А.В. Управление гидрированием бензола при производстве капролактама // Тезисы докладов Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии». - Новомосковск: НИРХТУ им. Д.И. Менделеева, 1997, с. 91 - 92.

8. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Математическая постановка задачи оптимального управления процессами гидрирования бензола при производстве капролактама // Вестник КузГТУ, 1998, №5, с. 86 - 88.

9. Панкин С.Г., Чупин А.В. Оптимальное управление процессом гидрирования бензола в условиях неравномерного поступления сырья // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Системы и средства автоматизации». - Новокузнецк:СибГИУ, 1998, с. 169 — 174.

10. Чупин А.В., Панкин С.Г. Математическое описание реактора гидрирования бензола // Сборник научных трудов «Кемеровскому Технологическому Институту Пищевой Поомышленности: 25 лет: достижение, проблемы, перспективы». - Кемерово.КемТИПП, 1998, с. 64 -67.

11. Панкин С.Г., Чупин А.В. Применение регрессионных моделей в системе управления процесса гидрирования бензола // Сборник научных трудов «Пищевые продукты и экология». - Кемерово:КемТИПП, 1998, с. 177- 179.

12. Панкин С.Г., Чупин А.В., Алистренко Д.А. Выбор методов решения задачи управления процессом гидрирования бензола // Сборник научных трудов «Пищевые продукты и экология». - Кемеро-во:КемТИПП, 1998, с. 179- 180.

13. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Оптимальное управление процессом гидрирования бензола в нестационарных производственных условиях // Материалы Международной научной конференции «Математические методы в химии и технологиях». - Владимир:ВГУ, 1998, с. 138.

14. Пачкин С.Г., Осинцев A.M., Брагинский Б.И., Чупин А.В. Феноменологическая модель трубчатого реактора гидрирования бензола // Сборник трудов «Технологии и процессы пищевых производств». - Кемерово :КемТИПП, 1999, с. 147 - 150.

15. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Алгоритм параметрической идентификации модели реактора гидрирования бензола // Сборник научных трудов «Проблемы и перспективы здорового питания». -Кемерово:КемТИПП, 2000, с. 136.

16. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Параметрическая идентификация модели реактора по производству циклогексана // Материалы Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях». - Санкт-Петербург:СПбГТИ, 2000, с. 57-58.

17. Чупин А.В., Пачкин С.Г. Управление технологическим процессом в условиях неравномерного поступления сырья // Вестник КузГТУ, 2000, №6, с. 33-35.

Выводы к пятой главе

1. Разработан алгоритм поиска оптимальных режимов работы оборудования цеха гидрирования бензола, который позволяет: а) оперативно рассчитать режим работы оборудования в нестационарных производственных условиях; б) достигнуть минимальных энергетических затрат на проведение процесса за планируемый промежуток времени.

2. Проведено сравнение реальных результатов работы цеха гидрирования бензола производства «КАПРОЛАКТАМ - 3» Кемеровского А/О «АЗОТ» с оптимальными режимами, рассчитанными по разработанному алгоритму, которые показали экономическую эффективность данного алгоритма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным содержанием работы явилось изучение процесса гидрирования бензола в производстве капролактама, как объекта автоматизации, и разработка алгоритмов оптимального управления процессом в нестационарных производственных условиях.

В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса, которые позволили: определить основные физико-химические закономерности; синтезировать математические модели основных стадий процесса; сформулировать задачу оптимизации работы оборудования и разработать алгоритм оптимального управления процессом.

Проведенное сравнение реальных производственных режимов работы оборудования цеха гидрирования бензола и режимов, рассчитанных по разработанным алгоритмам, подтвердило правильность основных положений, полученных при выполнении настоящей работы. В итоге получены следующие результаты:

1. Изучены и проанализированы сложные физико-химические процессы, протекающие при гидрировании бензола в циклогексан. Показана неэффективность существующих методов и систем управления процессом в нестационарных производственных условиях. Рассмотрены имеющиеся математические модели процесса гидрирования бензола, и показана их непригодность для целей оптимального управления процессом в условиях дефицита сырья и изменяющихся цен.

2. На основании анализа работы цеха гидрирования бензола сформулирована и формализована постановка задачи оптимального управления оборудованием цеха. А так же разработан алгоритм, позволяющий получить минимум энергозатрат на проведение процесса.

3. На основании теоретических исследований предложен механизм процесса гидрирования бензола в трубчатом реакторе с платиновым катализатором и синтезирована феноменологическая модель реактора. Получены математические модели процессов осушки бензола, очистки циклогексана и процесса парогенерации.

4. Проведены идентификационные экспериментальные исследования процесса в производственных условиях, которые позволили получить данные для параметрической идентификации разработанных моделей основных стадий процесса.

5. Разработаны алгоритмы параметрической идентификации процесса гидрирования бензола в трубчатом реакторе, осушки бензола и очистки циклогексана в ректификационных колоннах.

6. Разработан алгоритм поиска оптимальных режимов работы оборудования цеха гидрирования бензола в условиях:

- дефицита основного сырья (бензола) и неравномерного его поступления на предприятие;

- изменения подачи водорода со смежных производств;

- изменения цен на сырье, энергоносители, материалы;

- изменения характеристик основного оборудования.

7. Проведено сравнение реальных результатов работы цеха гидрирования бензола производства «КАПРОЛАКТАМ - 3» Кемеровского А/о «Азот» с оптимальными решениями, рассчитанными по разработанным алгоритмам, которые показали экономическую эффективность предлагаемых алгоритмов.

1. Производство капролактама./ Под ред. В.И. Овчинникова и В.Р. Ручин-ского. М.:Химия, 1977. - 263 с.

2. Киперман С.Л. Кинетика каталитических реакций. / Методические вопросы кинетики// ИХФ, ИОХ ААН СССР, 1983. с. 5

3. Слинько М.Г. Моделирование химических процессов и реакторов. -Новосибирск: ИКСО АН СССР, 1971. с.7

4. Яблонский Г.С. , Спивак С.И. Математические модели химической кинетики. М.'Знание, 1977. - 54с.

5. Ержанова М.С. Кинетика и механизм гидрирования на Pt-Pd катализаторе в растворах. Алма-Ата, 1955. - 272 с.

6. Яблонский Г.С. , Баков В.И. Кинетические модели каталитических реакций. Новосибирск: Наука, 1983. - 253 с.

7. Киперман С.Л. Адекватность кинетических моделей. / Кинетика и катализ. №1,2.- 1995.

8. Livberg Н., Villadsen J. // Chem. Eng. Sci. 1972. - V. 27. - p. 21.

9. Боресков Г.К. Некоторые проблемы катализа. М.: Знание, 1981.-223с.

10. Http://www.catalysis.nsk.su Иститут катализа им. Борескова СО РАН

11. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука 1986.

12. Снаговский Ю.С., Любарский Г.Д., Островский Г.М. // Кинетика и катализ. 1966. - т.7 - с.258-265.

13. Темкин М.И. // ДАН СССР. 1963. - т. 152, №1. - с. 156-158.

14. Любарский Г.Д., Авдеева Л.Б., Кулькова Н.В. // Кинетика и катализ. -1962. т.З. - №1. - с.123-132.

15. Абен П.С., Платью И.С., Стоутхамер Б. // Междунар. конгресса по катализу. Москва, 1968. М.: Наука, 1970.

16. Basset J., Dalmai Imelik G., Primet M., Mutin R. // Catalysis.- 1975,- V. 37.- P. 22.

17. Амано А., Парравано Дж. // Тр. I Междунар. конгресса по катализу. М,-1960,- С. 806.18Nakano К., Fueda Y., Uchino Т., Kusunoki К. // J. Chem. Engng Japan.-1982.-V. 15,-P. 397.

18. Алмазова Г.А., Ерохина К.Д., Федоров Т.Н., Измайлов Р.И. // Кинетика и катализ. -1975. -Т. 16. -№ 2. -С. 529

19. Astier М., Bernard F., Teichner S. J. // Bull. Soc. Chim. France.- 1980. -№ 5 6. -P. 205.

20. Orozco J.M., Webb G. // Appl. Catalysis.- 1983,- V. 6. -№ 1,- P. 67.22Antonucci P., Van Truong N., Giordano N., Maggiore R. // J. Catalysis.1982.-V. 75,-№1.-P. 140.

21. Долгов Б.Н. Катализ в органической химии. -М: Госхимиздат, 1956. -172 с.

22. Bricrwede F., Aston J.// J. Res. Nat. Bur. Stand. 1946. - v.37. - №5. -p.265-270.25Фрост А.В. Труды по кинетике и катализу Изд. АН СССР, 1956. -289с.

23. Жарова В.Р. , Фрост А.В. Химические равновесия реакции углеводородов // ЖФХ -1952- Т. 1. вып. 6. - 1952. - с. 334.

24. Островский Н.М., Карпова JI.A., Дуплякин В.К. // Кинетива и катализ. -1984.-т. 25,-№5.-С. 1117.

25. Http://www.univer.omsk.su/win/chair/anchoil/ostrovsky/index.html Страница профессора кафедры аналетической химии и химии нефти Островского Н.М.

26. Проскурин A.M. и др. Эмпирические закономерности процесса гидрирования бензола в циклогексан // Химическая Промышленность. -1980. №2. - с.79.

27. Проскурин A.M. и др. Влияние температуры на процесс гидрирования бензола в циклогексан // Химическая Промышленность. -1972. №9. -с.23.

28. Проскурин A.M. Исследование процесса гидрирования бензола и разработка усовершенствованной технологии производства циклогексана: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1978.-22 с.

29. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии-М. .Химия, 1971 -496 с.

30. Моделирование и оптимизация каталитических процессов. Доклады всесоюзного совещания, отв. ред. Слинько М.Г. 1965. - 192 с.

31. Кинетика гидрирования бензола на платиновом, палладиевом и рутениевом катализаторах // Э.М., Пром. орг. синтез. -1983. №3. - с.8.

32. Гидрирование бензола на нанесенных Pt катализаторах // РЖХ. 1974. - 16Б1093

33. Изучение гидрирования бензола на Pt/АЬОз // РЖХ. 1976. - 1Б1307

34. Бесков B.C. , Флок В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. М. :Химия, 1991. - 256 с.

35. Брандес Э.Н., Бадатов Е.В., Бесков B.C. // Теоретические основы химической технологии. 1976. - т. 10. - с.53

36. Smit J., Morals М., Spin С. // Ind. Eng. Chem. 1951. - v.43. - p.225

37. Schertz W„ BischoffK. // A.J.Ch E. Journal. 1968. - v.15. - p.597

38. Аэров М.Э., Тодес O.M. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем,- М:Химия, 1968.-372 с.

39. Аэров М.Э., Жаворонков Н.М., Завелев Е.Д., Семенов В.П., Вакк Э.Г. // Теоретические основы химической технологиию.-1979,- Т.13,- 297 с.

40. Аэров М.Э., Умник Н.Н. // ЖПХ,- 1950,- Т.23,- с. 100

41. Кирилов В.А., Матрос Ю.Ш., Слинько М.Г. // Теоретические основыхимической технологии,-1971,- Т.5.- с. 226. 45Лейбензов Л.С. Движение природных газов и жидкостей в пористой среде,- М:Недра, 1974. 322 с.

42. Брандт Б.Б., Дильман В.В. // Теоретические основы химической технологии.- 1970.-Т.4.-С.765

43. Бесков B.C., Бадатов Е.В., Брандес Э.Ю., Платонов В.В. //Теоретические основы химической технологии,- 1979.-Т.13.- с.278

44. Пшежецкий С.Я., Рубинштейн Р.Н. // Журнал физической химии.-1946.-T.20.-c.1127, 1421; 1946.-T.21.-c.449, 659

45. Danckwertz Р. // Chem. Eng. Ski.- 1953.-V.2- P.l

46. Hlavacek V., Kubicek M., Caha J. // Chem. Eng. Ski.-1971.- V.26-P. 1743

47. Froment Cs. // Ind. Eng. Chem.- 1967,- V. 59- P. 18

48. Hlavacek V. // Ind. Eng. Chem.- 1970,- V. 62- P. 8

49. Бесков B.C. // Моделирование химических процессов и реакторов / Т.1, Новосибирск: Институт катализа СО АН СССР, 1971, c.l 11

50. Levenspiel О. // Chem. Eng. Ski.- 1962.- V.17-P.576

51. Deans H., Lapidus L. // A.J.Ch E. Journal.-1960.-V.6-P.656

52. Левин В.Г., Маркин B.C., Чизмаджев Ю.А. // Докл.АН СССР,- 1966,-Т.166

53. Turner G. // Chem. Eng. Ski.- 1958.- V.7- P.156

54. Saffman P. // Chem. Eng. Ski.- 1959.-V.11- P. 1251

55. Зельдович Я.Б. //ЖФХ,- 1939.-T.13.-c.103

56. Thiele Е. // Ind. Eng. Chem.- 1939,- V.31.- Р.91664Карноухов А.П. // Кинетика и катализ,- 1971.-Т. 12,- с. 1033

57. Evans R.B. // Chem. Phys.-1961,- V.35-P.2076

58. Леваданский В.В., Лейципа В.Г., Павлюкевич Н.В. // Инж.-физ. Ж.-1975.-T.26.-c.657

59. Schneider P., Smith J. // A.J.Ch Е. Journal- 1968,- V.14.- Р.886

60. Зауль Р., Бодденберг Б. // Пористая структура катализатора и процессы переноса в гетерогенном катализе.- Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1970.-c.164

61. Слинько М.Г., Малиновская О.А., Бесков B.C. // Химическая промышленность.-! 963,- N9,- с.641

62. Гиршенфельдер Дж., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей,- М:ИЛ, 1961.- 272 с.

63. Бретшнайдер С. Свойства газов и газовых смесей,- М:Химия, 1966-189с.

64. Horak J., Jiracek F. // Chem. Techn.- 1970,- V.22- P.393

65. Бесков B.C. Моделирование процессов в неподвижном слое катализатора и их использование // Книга: Моделирование химических процессов и реакторов, Т.1, Новосибирск: Институт катализа, 1971. 299с.

66. Чумакова Н.А., Матрос Ю.Ш. Моделирование реакторов с неподвижным слоем катализатора при постоянном гидравлическом давлении: Сборник научных трудов/ Математические модели каталитических реакторов,- Новосибирск: Наука, 1989. 326с.

67. Bond G.C., Wells Р.В. Adv. In Catalysis. .- 1964.- v. 15- p. 91

68. Grider J.E., Foss A.S. // Aj. Ch. E. Journal.-1965,- v. 11- p.101279Бесков B.C., Кузин B.A., Слинько М.Г. //Хим. Пром.-1965,-N 1.-С.4

69. Таганов Н.Н. Моделирование процессов массо- и энергопереноса: нелинейные системы,- Л:Химия, 1979.-204с.

70. Способ автоматического регулирования подачи тепла в простую ректификационную колонну, А.С. №175040 В 01 D 3/1.

71. Способ автоматического управления ректификационной колонной, А.С. №541483 В 01 D 3/42.

72. Способ управления процессом ректификации, А.С.№633543 В01 D 3/42.

73. Способ автоматического регулирования процесса ректификации, А.С. В 01 D 3/42 №282292, №273166, №467749.

74. Способ автоматического управления процессом ректификации, А.С. В 01 D 3/42 №558683, №500805, 434950

75. Справочник по теории автоматического управления. /Под редакцией А.А. Красовского. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. литер., 1987,- 712с.

76. Колесников А.А., Гельфтат А.Г. Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами. М:Энергоатомиздат, 1993,- 304с.

77. Островский Г.М., Берегинский Т.А. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. М:Химия, 1984.-240с.

78. Http://www.issep.rssi.ru Международная Соросовская Программа в области точных наук.

79. Балакирев B.C., Володин В.М., Цирлин A.M. Оптимальное управление процессами химической технологии (экстремальные задачи в ТАУ).-М:Химия, 1978,-384с.

80. Цирлин A.M., Балакирев B.C., Дудников Е.Г. Вариационные методы оптимизации управляемых объектов,- М., Энергия, 1975,- 448с.

81. Габак Д., Куо Б. Оптимальное управление и математическое программирование.- М., Наука, 1975,- 280с.96Красовский А.А., Буков В.Н., Щедрин B.C. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами,- М., Наука, 1977.-272с.

82. Поспелов Д.А. Ситуационное управление, Теория и практика. -М., Наука, 1986- 321с.

83. Поспелов Д.А. Моделирование рассуждений. Москва ,1989. - 298 с.

84. Мелихов А.Н. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой,- М., Наука, 1990,- 272с.

85. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии,-М.:Химия, 1995.-368с.

86. Поспелов Д.А. Большие системы ситуационного управления. Москва, 1975.-272 с.

87. Бесков B.C., Слинько М.Г. Научные основы выбора оптимальных технологических схем контактных аппаратов./ Сб. "Всесоюзная конференция по химическим реакторам", т. 1.-Новосибирск, 1965.-c.16.

88. Касаткин А. А. Процессы и аппараты пищевых производств. -М.:Химия, 1975.-658с.

89. Краснопёрое JT.H. Химическая кинетика.- Новосибирск, 1988. 230с.

90. Огородников С.К. и др. Азеотропные смеси. Справочник.-Л:Химия, 1971.-279с.

91. Столяров Б.В. , Савинов И.М. , Витенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хромотографии. Учебное пособие для вузов.-Л:Химия, 1988.-334с.

92. Растригин Л.А., Маджаров Н.Е. Введение в идентификацию объектов управления. -М: Энергия, 1977. -214с.

93. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики: Учеб. пособие, -3-е изд., перераб. и доп. М.:Наука, 1989. - 608 с.

94. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств, М: Высшая школа , 1991.-399с.

95. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления, М: Мир, 1975.-308с.

96. Алексеев А.А., Имфев Д.К., Кузьмин Н.Н., Яковлев В.Б. Теория управления,- СПБ., СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 1999г. 435с.

97. Егоров С.В. Элементы идентификации и оптимизации управляемых систем, 1974.-321с.

98. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами: Учебное пособие для ВУЗов. М: Энергоатомиздат, 1986.-399с.

99. Габасов Р., Кирилова Ф.М. Методы оптимального управления. Итоги науки и техники, современные проблемы математики. М.: 1976,- Т.6.- с.133 -206.

100. Габасов Р., Кирилова Ф.М. Методы оптимизации. Минск: Издательство БГУ,1986.-360с.

101. Гакремидзе Р.В. Оптимальные процессы управления при ограниченных фазовых координатах. Издательство АН СССР, сер. матем., 24.-1960.-№3,-с. 315-356.

102. Островский Г. М. Алгоритмы оптимизации. М.: Химия, 1987. -448с.

103. Островский Г. М., Бережинский Т. А. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. М.: Химия, 1984. -240 с.

104. Гакремидзе Р.В. Основы оптимального управления. Тбилиси: Издательство ТГУ, 1977. - 256с.

105. Демьянов В.Р., Рубинов A.M. Приближенные методы экстремальных задач. JL: издательство ЛГУ, 1968. - 320с.

106. Дубовицкий A.M., Мимотин А.А. Задачи на экстремум при наличии ограничений./ ЭНВМ и МФ 5,- 1965.-№3- с. 395 453.

107. Дэннис Дж., мл., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.- 440 с.

108. Фурунжиев Р. И., Ф. Б. Бабушкин, В. В. Варавко. Применение математических методов и ЭВМ : Практикум : Учебное пособие для вузов. Минск.: Высшая школа, 1988. - 191 с.инертные газыi холодильник1. конденсатор паров после ко- лонны осушки

109. I сепаратор для отделения из- бытка влаги из бензола1. подогреватель бензола1. V колонна осушки бензола1. VI танк бензола

110. VII насосы подачи бензола на гидрирование

111. VIII испаритель кубового продук- та колонны осушки1. предварительный подогреватель £ю

112. X первый реактор гидрирова- ния бензола

113. XI конденсатор циклогексана

114. XII фильтр фторконтактной очи- стки циклогексана

115. XIII второй реактор гидрирова- ния бензола1. XIV сепаратор1. XV испаритель бензола

116. XVI насос циркуляции водорода

117. XVII- фильтр фторконтактной очистки водорода

118. Краткая техническая характеристика реактора гидрирования бензола

119. Название параметра Обозна-ение Ед. изм. Численное значение

120. Внутренний диаметр аппарата Dp mm 1884

121. Длина трубок реактора, расстояние между трубными решетками L mm 3850

122. Количество трубок Nt шт 2833

123. Наружный диаметр трубок D mm 25

124. Толщина стенок трубок d mm 2

125. Диаметр таблеток катализатора dm mm 3

126. Толщина таблеток катализатора hn mm 3-5-5

127. Краткая техническая характеристика колонны осушки бензола

128. Название параметра Обозначение Ед. изм. Численное значение

129. Высота колонны с кубом LK мм 104501. Диаметр колонны DK mm 600

130. Диаметр куба колонны Dk\6 mm 1200

131. Количество тарелок N шт 16

132. Диаметр отверстий в тарелках d0 mm 2

133. Высота сливной перегородки h mm 100

134. Краткая техническая характеристика колонны очистки циклогексана

135. Название параметра Обозначение Ед. изм. Численное значение

136. Высота колонны с кубом LK mm 30000

137. Диаметр колонны DK mm 1400

138. Количество тарелок N шт 40

139. Диаметр отверстий в тарелках d0 mm 3

140. Высота сливной перегородки h mm 150

141. Основные технологические параметры процесса гидрирования бензола

142. Название параметра Обозначение Ед. изм. Численное значение

143. Теплота реакции гидрирования бензола Qr кДж/моль 207

144. Теплопроводность материала стенок ^cm Вт/(м*К) 46

145. Энергия активации Е калл/моль 4000

146. Общее давление в реакторе рО МПа 3

147. Плотность масла рм кг/м3 1600

148. Средняя удельная теплоемкость масла См кДж/(кг*К) 1.9

149. Доля эффективного сечения трубки k 0.5

150. Начальная доля водорода в парогазовой смеси W 0.7

151. Отношение объема жидкого бензола к парообразному Рв м3/м3 0.078

152. Плотность бензола при температуре 250^350 °С рв кг/м3 880

153. Молекулярная масса бензола Мв аем 78

154. Молекулярная масса циклогексана Мс аем 84

155. Молекулярная масса азота MN аем 28

156. Молекулярная масса водорода Мн аем 2

157. Основные технологические параметры процесса парогене эации

158. Название параметра Обозначение Ед. изм. Численное значение

159. Давление производимого пара Р к 1 пар МПа 0.6

160. Удельная теплоемкость воды при температуре кипения, ТвШП св кДж/(кг*К) 4.2

161. Удельная теплота парообразования воды при давлении Р„арк Г» кДж/кг 2095

162. Температура кипения воды при давлении РШр гр ют 1в К 431

163. Начальная температура воды Твн К 298

164. Программа для решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс гидрирования бензола.

165. PROGRAM RUNGE; USES crt,dos,graph; Const

166. Ti : Array1.4. of Real = (400, 500, 600, 700); Cbi : Array[1.4] of Real = (100, 111, 123, 134); Cci : Array[1. 4 ] of Real = (142, 150, 169, 187); VARgd,gm,i,j,z,Ntr,N : Integer;

167. Dz,E,Dtrv,Dapv,sttr, Fbl,Fb,Bi,Tmn,ToO,Fm,FmixO : Real; Go, Qr, L0, Ln, TO, Y0, H, Km, c, Lt, Lm, Nm : Real;klc, k2c, k3c, k4c, kit, k2t, k3t, k4t, klm, k2m, k3m, k4m, KOc, KOt, KOm, L3 : Real; Kw,Gam,K1 : Real;

168. Y,T,Li,Tm : Array0.1000. of Real;kb, kh, kc, R, Mb, Mc, Mh, Mn, pO, Fmix, F, vO, S, w, Lam : Real; El, E2, D, Numix, CmixO, CbO, ChO, CnO, rvO, xO, xhO, xnO : Real; Al, A2, akl, ak2, atz, atzn, atp, L, rhom, Cm, Qm, Qml,z0 : Real; con:text; st : string;

169. Function Step(x,r : Real):Real; { хЛг} Beginif x>0 then Step := Exp(r*ln(x)); if x=0 then Step := 0;if x<0 then if Frac(r/2)=0 then Step := Exp(r*ln(abs(x)))else Step :=-Exp(r*ln(abs(x)));1. End;

170. Function Log(x,r : Real):Real; Beginif (x>0) and (r>0) then Log := Ln(x)/Ln(r)else Write('Ошибка логарифмирования');1. End;

171. PROCEDURE OutTabl; {Вывод таблицы на экран} Var

172. Nn, Imax : Integer; Begin clrscr; Imax := 0; For i:=1 to N do

173. T1. >= TImax. then Imax := i; Nn:=Round(N/20);

174. Writeln(1 0. ',T0.: 3 : 4 ,' ',Y[0]:3:4,' ',(1-Y[0]):3:4); For i:=l to 20 do begin

175. Writeln((i*Nn) :3,'. 1,Ti*Nn. :3:4, ' ',Y[i*Nn] :3:4, ' ', (l-Y[i*Nn]):3:4);end;

176. Writeln;Writeln('Максимальная температура в следующей точке:'); Writeln(Imax:3, ' . ',ТImax. :3:4, ' ',Y[Imax] :3:4, 1 1,(1-Y[Imax]):3:4); Readln;Readln; End;

177. PROCEDURE readdat; {Чтение файла конфигурации}

178. Procedure ober; {Вывод ошибки при чтении файла кофигурации} Begin if i<>0 then beginwriteln('Ошибка в файле конфигурации (в числах)'); halt(2); end; End;1. Procedure rstr;

179. PROCEDURE ReadPeremen; {Чтение файла конфигурации}

180. Procedure ober; {Вывод ошибки при чтении файла кофигурации} Beginif i<>0 then beginwriteln('Ошибка в файле конфигурации (в числах)'); halt(2); end; End;1. Procedure rstr;

181. Procedure ConstData; BeginzO:=0.1; R:=8.31; { Дж/ моль К}

182. Mb := 78; Mc := 84; Mh := 2; Mn := 28;

183. D := Dtrv + 2*sttr; { Наружний диаметр трубки м. }

184. Fmix := Fmix0*1000 00*T0/p0/293; Fb := 880*Fbl*R*T0/p0/0.078;

185. F := Fmix + Fb; S := E*pi*Dtrv*Dtrv/4;vO := F/S/Ntr; CbO := 880*Fbl/(0.078*F);

186. Numix := 100000*Fmix0/R/300; { моль/с начальное кол-во смеси.

187. CmixO := Numix / F; xO := CmixO/CbO;

188. ChO := Cmix0*w; xhO := ChO/CbO;

189. CnO := CmixO*(1-w); xnO := CnO/CbO;rvO := (CbO*Mb+ChO*Mh+CnO*Mn)*v0/1000; { rho0*v0}rhom := 1000; Cm := 1900;

190. Qml:= Fm*rhom*Cm/Ntr/L; Qm := Qml/(Qml+pi*D*lam);

191. A1 := 1; { моль/(м куб с) Коэффициент константы скорости реакции по бензолу) А2 := 0.04 *А1; End;

192. Rr := (akl*(z-atz)/atzn)*(rd-ri) ; If (z >= (atz+atzn) ) and (z < atp ) Then Rr := akl*(rd-ri); If (z >= atp ) and (z < LN ) Then Rr := (akl+ak2)*(rd-ri); end;

193. Function dT(T:Real):Real; BegindT := Qm*(T-ToO); End;

194. Function С(x,T:Real):Real;1. Var Tz : Byte;

195. Cb, Cc, Ch, Cn, c : Real; Begin

196. Ch := 29/Mh*1000; Cn := 30/Mn*1000; Tz := 0; Repeat

197. Tz := Tz + 1; Until T >= TiTz.;cb := CbiTz. + (T-Ti[Tz])*(cbi[Tz+1]-cbi[Tz])/(Ti[Tz+1]-Ti[Tz]) ; cc := Cci[Tz] + (T-Ti[Tz])*(cci[Tz+1]-cci[Tz])/(Ti[Tz+1]-Ti[Tz]) ; Cb := Cb*1000/Mb; Cc := Cc*1000/Mc;

198. C := (Cb*x*Mb+Cc*(1-х)*Mc+Ch*(xh0+3*x-3)*Mh+Cn*xnO*Mn)/x*Mb+(1-х)*Mc+(xh0+3*x-3)*Mh+xn0*Mn); С := C; End;

199. Function v(x,T:real):real; Beginv vO*(xO-2)/(pO/R/T/CbO-3*x); End;

200. Function benT(TT,CC,zz:Real):Real; Var Bt, btl, bt2 : Real; Begin

201. Bt := L/rvO*(Qr*Rr(CC,TT,zz)-4*lam/D*dT(TT))/с(CC,TT); Btl := Qr*Rr(CC,TT,zz)-4*lam/D*dT(TT); Bt2 := L/rv0/c(CC,TT); bt := Btl*Bt2; benT := Bt;1. End;

202. Порядок реакции по водороду } { Порядок реакции по сиклогексану }

203. Function benX(TT,CC,zz:Real):Real; Var bx, bxl, bx2, bx3 : Real; Begin

204. Function Tmaslo(TT:Real):Real; Var G : Real; Begin

205. Kw:=130; ReadDat; {процедура чтения данных из файла конфигурации}

206. ConstData; ReadPeremen; {процедура чтения данных из файла конфигурации}

207. Т0. := ТО; Y[0] := Y0; Li[0] := L0; Н := (Ln-L0)/N; Tm[0] := Tmn; j := 0; clrscr; Repeatklc := H * benX(Tj.,Y[j],Tm[j],L[j]); kOckit := H * benT(Tj.,Y[j],Tm[j],Li[j]); kOt1. := Lij. + H/2;

208. Pt ylb, y2a, tern, fy : array0.25. of real; xlb, xlbu, x2a : array[0.16] of real; fx, vrem, h : array[0.20] of real;

209. По результатам обсуждения и экспертизы научного доклада С.Г.Пачкина принято следующее заключение.

210. Сопрддседате^б^^уиттаа конференции ММХТ-11д.т.н. В.С.Балакирев (МГУИэ).1. Подпись

211. Умений сг ар^т^^с^^^Лгц иГ91. УТВЕРЖДАЮ"приборист Кемеровского1. Ю. И. Гончаров1. Акт внедрениярезультатов работы С. Г. Пачкина "Разработка алгоритмов управления процессом гидрирования бензола в нестационарных производственных условиях".

212. Полученные в диссертационной работе результаты имеют большую практическую ценность и заложены в проект АСУТП производства "КАПРОЛАКТАМ-З" Кемеровского А/О "АЗОТ".

213. Начальник участка автоматизащжщю^зводст^а "КАПРОЛАКТАМ-З"1. А. 3. Аюпов

214. Мастер участка автоматизации цеха гидрирования производства1. М. Н. Рогов-/ж

215. Алгоритм идентификации математической модели реактора гидрирования бензола. Используется в лабораторном практикуме дисциплины "Автоматизация технологических процессов и производств".

216. Математическая модель реактора гидрирования бензола. Используется в лекциях по дисциплине "Математическое моделирование объектов и систем автоматизации".

217. Алгоритм поиска оптимальных режимов процесса гидрирования бензола. Используется в лекциях по дисциплине "Системы автоматизации и управления".

218. Зав. кафедрой автоматизации производственных процессов и АСУ, доцент, к.т.н.

219. Декан механического факуль; доцент, к.т.н.1. А. В. Чупин1. A.JI. Майтаков