автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка автоматизированной системы управления процессов окисления изопропилового спирта

г п гг у ч

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ.

СТЕБАЕВ АЛЕКСАНДР ' СЕРГЕЕВИЧ •

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОКИСЛЕНИЯ ИЗОПРОПИЛОЙОГО СПИРТА.

05.13.0? - Аотомат?1зация технологических процессов и производств (прскаалеиность).

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ц"оной степени канднпта технических надк.

На правах рукописи.

Санкт-Петербург - 1992'

Работа выполнена на кафедге систем автоматизированного проектирования и управления (САПР и 9), Санкт-Петербургский технологический институт.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Рукин Владимир Львович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Капнет Владимир Васильевич

кандидат технических'нацк Губарев Владимир Борисович

Вешая организация - Государственна инстгтут

пршшгной химии (ГИЬА) г. Санкт-Петербург

Зацита диссертации состоится 1992 г.

в час. р аудитории на заседании специализированного Совета Д 063.25.11 в Санкт-Петербургском т*хно-логи'т"ском институте по адресу: г. Санкт-Петербург, Иосковский проспект., д. 26, Санкт-Петербургский техноло-логический ннститут%

С диссертацией иомно ознакомиться в библиотеке инсти-т^.а. Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверение гербовой печатью, просим направлять по адресу: 198013. г.. Санкт-Петербург, Носковский проспект., д. 26, Санкт-Петербупгский технологический институт, Нченый Совет.

Автореферат разослан "^А" ____ 1992 г.

Учений секретарь социализированного совета

г к.т.н.

__В.И. Халимон

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Перекись водорода откосится к вакнейшии продукта« химической проныиленности и широко используется во многих областях народного хозяйства страны. Для увеличения объемов её производства в настоящее время развернуты работы по проектировании оптимального аппаратурно-технологического оформления крупнотонназного иноговариантного технологического процесса получения перекиси водорода видкофазнам окисленной изопропилового спирта /ЙПС/ 'кислородом воздуха.

Основным путем интенсификации видкофазной технологии производства перекиси водорода является обогащение воздувной смеси кислородом. Однако такой путь ослоянен высокой поваровзрывоопасностьп процесса пкисленкя ИПС. его недостаточной теоретической изученностьи и отсутстви-еь эффективных и надежных автоматизированных систем стабилизации оптимальных'технологических реаимов процесса.

В этих условиях ванным представляется разработка такой автоматизированной системы управления процессов • аидкофазного окисления ИГ.С, которая бнла бы работоспособной и обеспечивала требуемое качество регулирования основных технологических параметров процесса в иирчкои диапазоне его аппаратурно-технологического оформления. Такая система управления могла бы считаться типовой для некоторого множества варнантоз аппаратурнс-технологччес-кого оформления процесса видкофазною окисления ЙПС.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с постановлением СИ СССР от 4.09.87 № 1022 "Об ускорении развития п. иорететных направлений химической науки и техники'' совместно с НПО ГИПХ, ввдущга работы по госзаказу И» 040-718, связанные с интенсификацией производства перекиси водорода.

Цель работы. Цельэ работы является разработка типоьой автоматизированной системы управления для развивающегося в плане аппаратурно-технологического оформления процесса аидкофазного окисления ИПС в производстве перекиси водорода, позволяющей обеспечить качественна стаб.ч-

- -

лиэацив оптимальных, с тг.чки зрения технологии, реяииов процьоса в широком диапазоне его аппаратурно-технологи-ческого оформления.

Для достижения поставленной цели в ходе выполнения диссер. ацио,..«ой работы решены следующие основные задачи:

1. С целью обеспечения работоспособности и качественной работы системы управления в иироком диапазоне аппаратурно-технологического оформления процесса проведен теоретический анализ физико-химических закономерностей процессов аидкофазного окис;.зния спиртов молекулярным кислородом, извегтных математических моделей, опыта эксплуатации промииленных установок и существующих скстен упр<18Л;ния производством перекиси водорода при окислении КПС кислородом воздуха.

2. Учитывая высокую поваровзравоопасность реального процесса окисления ИР.С и невсзмоянос; .> проведения каких-либо экспериментов на "ромквленннх устанорках, для обеспечения аог .овности в ходе синтеза системы управ/, зния имитационного моделирования в иироком диапазоне аппаратурно-технологического оформления процесса обоснована необходимость предварительной разработки достаточно точной и гибкой детерминированной математической модели динам чи процесса вицкофэзного окисления ИПС в многосекционном реаморе. ,

3. для определения структуры газрабатываемой системы управления и уточнения структуры математической модели проанализированы осооенности процесса жидко?азного окисления ИПС в многосекционном реакторе как объекта управления.

4. На основе выделенных в результате теоретического анализа отдельных блоков, частично отрававщих основные физико-химические закономерности процесса, осуществлен синтез.детерминированной математической модели динамики процесса «идкофазногз окисления ИПС в многисекцион-аом реакторе, наиболее полно описывающей рзальный процесс и пр|"-одной для синтеза системы управления в широком диапазоне его аппаратурно-технологического оформления.

Разработана программная реализация предложенной математической модели на ЭВМ.

5. В результате исследования процесса на основе его математической модели определены ос овные динамические характеристики многосекционного реактора окисления ИПС и обоснована стриктура разрабатываемой системы управления,

6. В результате имитачионного моделирования проведен структурный и параметрический синтез многоконтурной автоматизированной системы управления процессом аидкзфаз-ного окисления ИПС, позволяющей обеспечить качественную стабилизацию его основных технологических параметров: температур реакционной массы в секция., реактора, выходных концентраций перекиси водорода и уксусной кислоты в яид-кости и кислорода в втработанном газе. Выполнен анализ качества работа разработанной системы управления.

?. Результаты работы переданы а НПО ГИПХ для внед- / рения. «

Методы исследования. В ходе выполнения диссертационной работы использовалииь методы,вычислительной математики, математического моделирования химико-технологических процессов, идентификации, условной оптимизации и теории автоматическом управления.

Научная новизна.диссертационной работы состоит в

1. Структурном и параметрическом си::тезе детрчнл-ннрованной математической модели дининикн процесса яиг5о-Ф?зного окисления ИПС в иногисекционном реакторе, наиболее полно учитивавщзй все основные физико-химические закономерности рес :ьного процесса в иирскои диапазоне его аиларатурно-технологического оформления:

2. Исследовании на основе модели динамических связей иеяду основными координатами процосса: расходами зидкой и газовой фаз, расходами и температурами греющего пара 1. охлаадавцей жидкости и распределением в секциях реактпа концентраций ключевых компонентов и температур реакционной массы: определении характзра влияния на изменение поля температур в реакторе, динамически;, связей

меяду его секциями; выделении в качестве наиболее опасных внеик.«х л)здействий возмущений, связанных с изменение» исходи:./ характеристик ИиС, пара и хладоагента;

3. Синтезе многоконтурной автоматизированной систем:' упрощения процессом мидкофазного окисления ИПС в производстве перекиси водорода, позволяющей обеспечить качественную стабилизацию основных регимных па^амьтроь процесса в широком диапазоне его аппаратурно-технологи-ческого оформления.

Практическая ценность.

Разработана типовая автоматизированная система управления развивавшимся в плане аппаратурно-техьологи-ческогэ оформления процессом хидкофазного окисления ИПС в производстве перекиси водорида. Предлояеннал система управления позволяет качественно поддергивать оптимальные технологические регимы процесса в аироком гчапазоне его ' аппаратурно-техкилогичэского оформления и является составной частью проектируемой в настояще: время АСУ ТП для производства пзпекиси водорода. Овидаемый экономический эффект от внедрения АСУ ТП на ЧПО 'Химпром" составляет 107,6 ты'-.руб. в год.

Разработана детерминированная математическая моде/" динамики процесса «идкофазного окисления ИПС в многосекциош.ок реакторе пригодная для определения оптимального варианта аппаратурно-техноло^ического оформления процесса и синтеза автоматизированной системы оптимального управления производством перекиси зодорода в целом при окислении ИПС воздухом, обогацённым кислородом,

йппробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах " АСУ ТП в программе " Интенсификация-90 ", проводимых в рамках 6X0 им. Менделеева в 1966,1989,1990 гг. (г. Ленинград ), и на постпнно действующи/ научно-технических семинарах кафедры САПР и У ЛТП им. Ленсовета С г. Ленинград ).

Публикации. По материалам диссертационной работы ог'бликовано трк печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертсдия состоит из

введения, четырех глав, заключения, изложена на 159 страницах мааинописного текста, содерзит 9 таблиц, 32 рисунк^, О прилонений, список цитируемой литературы включает 122 наименования, всего ¿75 страниц.

Автор внразает признательность за научную консультацию и поиощь в работе к.т ч. Е.И. Лесохину.

КРАТКОЕ СОДЕРВАУЕ РАБОТА.

1. Анализ особенностей, чзвестных способоЕ математического описания и задач управления процессом получения перекиси водроро^а при нидкооазном окислении изопропилового спирта. Производство перекиси водорода кидкофазныи окислением изопропилового спирта (ИПС) кислородом воздуха является потенциальноопастш крупнотокнаннам многовзриантним типовым процессон' хиаической технологии, развиваациася в настоящее вр^мя в плане аппаратурно-технологического оформления. Дальнейшее развитие производства осуществляется в направлении обогацени.ч воздуоной снеси кислородом и усложняется отсутствием эффективной и наденной автоматизированной системы управления процессом окисления ИПС, позволявшей обеглечить качествсшгуэ стабилизации оптимальных значений реаманнх параьатров в пироном диапазоне аппара^рно-техиогогического оформления процесса.

Основный узлом технологической схеии производства перекиси водореда является реактор окислами 1 ИПС. Независимо от конкретного варианта аппаратурно-технологичсс .ого о-оралення процесса реактор окисления представляет собой коло1!!1нй аппарат, разделенный г^ризонталышии перегородками на секции. З.дкость, содереацая исходит! !!ПС, и воздушная смесь подаются в реактор протнвотокои друг другу. В секциях аппарата в результате иассообнона и.химических реакций образуются целевое продукта: перекись водорода и ацетон, а такзе нежелательная прииесь - уксусная кислота, снизабцля качество целевих продуктов. Для отвода виделя-о^его^я в ходе экзотермических реакций большого количества тепла секции реактора снаияенн теплообнешшми устройгтпани. С цельэ интенсификации процесса окислпния

в соответствии с конструкционными особенностями конкретного реактора предусмотрена возмовкость обогрева некото-рак его секций гревшим паром.

В соответствии с особенностями технологии нидко-О^зного окисления ЙПС основными рейиыныни параметрами процзсса ябляотся температуры реакционной массы в секциях реактора. При этом для достижения высокого вьксда целевых продуктов необходимо псгдеркивать в аппарате некоторое оптимальное, с точки зрения технологии, поле температур. Однпврененко качественная стабилизация температур требуется в Риду высокой поваровз^ывоопасности процесса. Креме оптимального поля температур разрабатывазмая п*г.:ема упраил&ния долзна обеспечить стабилизации выходках концентраций кислорода в газе и перекиси водорода и уксусной кислоты ° йидкости, которые соответственно определяют безопасность процесса, его зс?екткв;;ость к качество целевых продуктов.

Как обг.кт управления кно.осекциоинай ректор окисления НПС представляет собой иногоразмернуи взаииа-связаннув динаыическуп систему с обратными связяш?, ^бусловл.ншш противотакоы в апарате материальных потоков еид-'ой к газовой ©аз. Кроне гкешшх возыуцкннй, внзве.нак изиенонири плановых заданий на производство перекиси водорода и ацетона, др-рецитои сырья ч энергоресурсов, изменение»! параметров окрузач^ей среды и полеба-ни&ии исходных характеристик ыатериалышх потоков, собственное влияние на регион работь секций реактора оказывает высокочастотные возуучения, сБязашше с колебаниями параметров катериаяьнак потоков енутрк аппарата и обусловленные наличием кеаду секцкяак словник динанк-ческих связей.

Считывая високуи погаровзрры^оопасность реального процесса окисления '1ПС, два обеспечения возиоености в ходе синтеза систеки управления имитационного моделирования в ьнроком диапазоне аппаратурно-техиологического о} рмпеняя процесса необходимой яслается достаточно точная и гибкая математическая модель. Теоретический акчлиз

известных способов математического описания процессов япдкофазного окисления сиртов• молекулярным кислорсдсч позволил выделить несколько математических моделей, частично о.мсывавци. основные физико-гшические закономерности процесса, главный образом, кинетику химических преобразований. Вместе стен наиболее полная детерминированная математическая модель динамики процесса ?.идко-фазного окисления ИПС в ' многссекционнон реакторе, одновременно учитывавшая все его существенные стороны и пригодная для синтеза системы упргэления з широком диапазоне аппаратурно-технологического оформлении процесса, в настоящее вренп отсутствует.

2.-Синтез математической модели динамики процесса зидкофазного окисления ИПС в многосекционном реакторе, •

Математическая модель динамики процесса ¡однофазного окисления ИПС в многосекционном реакторе получена в результате синтеза, выполненного на основе разработанных ранее математических моделей, частично описнваюцн/ основные физико-химические закономерности процесса. Использованные п ходе синтеза модели вкличались в обцию структуру разрабатываемого математического описанич в виде отдельных независимых блоков.

Для достиаения необходимой точности разрабатываемой математической модели в процессе ер синтеза било рассмотрено иесть различных вариаьтэв структуры математического описания, отличающихся представлением кинотики химических преобраз"ваний и гидродинамики материальных пот скоп в аппарат^.

для описания кинетических закономерностей процесса били использованы дво различные математические модели ки>.етики »идкофазного окисления ИПС молекулярный кислородом. Первая модель учитывает одиннадцать компонентов, вклп'.ля образующиеся на проиезуточных стадиях окисления радикллн и группи. Егорам модель рассматривает т-лько иесть основных компонентов - исходя?,^ вещества и продукты ;еакций.

- .0 -

Для отрааения гидродинамических закономерностей процьсса многосекционный реактор окисления ИПС был последовательно представлен в виде ячеечной модели, ячеечной модели, учитывающей диффузии меаду секциями реактора, и ячее ной .одели, усложненной обратными потоками.

Слюзу структуры разработанного математического описания составляет уравнения материальных и 1вп.аОвых баллонсов в секциях реактора. Модель такие включает уравнения мэссо- и теплообмена менду иидкой и газовой фазами, уравнения фазового состояния контактирующих сред и уравнения теплообмена мевду секциями реактора и системой внешнего теплоотвода.

Б наиболее общем виде математическое описание представляет собой Её^ткуа систему из 89ти нелинейных дифференциальных гоавнений первого порядка. Основные уравнения модели имеют виц, /1/, где 1 - но::зр компонента смеси; д - номер секции реактора; С - концентрата компонента в еид..ой разе; у0_ - концентрация кислорода в "азе; Т ,1 - температуры в секциях реактора, выоавенние соответственно в 'К и 'С ; Р - координата времени; Р - давление: и обгем секции реактога; "Рг - газосодераание ; б,- расход аидкой фазы; пе - расход всодуха;о>- скорость образования/расхода компонента в химических реакциях; п«р - количество компонента, розвраиаеное в аппарат с флегмой; ~ п - Фазовый переход компонента в аидкость; "ТОС - количество компонента, переносимого за счет иибенностей гидродинамики потоков в аппаратеобъёмный коэффициент иассопере^оса ; СС(Р»£ - равновесная концентрация кислорода на границе раздела фаз; Я - газовая постоянная; Ь , Ьд - мольные теплоемкости компонента и воздуха; г - теплота конденсации/испарения компонента; д ~ тепловой эффект реакции. КС) - зависимость давления насыпнного пара компнента от температуры; Ц - температура флегыы: - тепловой поток от нидкости л систему внешнего '.еплообмена; .епло, переносимое в аппарате

зр с""т особенностей гидродинамики материальных потэков.

Параметрами полученной математической модели пля-

- 11 •

втся «..шстанты скоростей химических реакций, коэффициент диффузии и обрсчцх потоков (в представленные выпе уравнения не входят). Численное решение систены уравнений /1/ проводилось на ЗЭМ с помощью метода Гира - специального метода решения яоствих систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Програкано математическая модель реализована на алгоритмическом языке ФОРТРАН.

0-. щ^ту (С'сг1- с; Й • - А * Ас/)

¿а!

с|Г Vй

Л'

(■I

1 р'гс-гшс! 1*1 »»1

14 ' I"

ь ¿ыт/(р4 ¿сп } . к ц

,14 /.ч /

14 / (I )

Нчитивая внсокуи размгрность ис..одной система уравнений, з целях сокращения значительных'затрат иэейн-ного зременн параметрическая идентификация модели проводилась следующим обра;ой. Предварительные значения параметров «одели били определены с покоцьв алгоритмов условной

- 12 - ' минимизации по экспериментальным данным, ограааашчм дина-кику аидкофазного окисления ИПС в лабораторной односек-циониой устаногке лереодпеского действия, В зтом случае расчетная схема соответствовала модели реактора с одной секцией. ДальиеГиаа процедура состояла в уточнении предварительных значений параметров ti дели на основании данных функционирования прокаленной восьмисекционной установки, исг.эльзуецой на ЧПО "Хиыпроа". На основании результатов параметрической идентификации модели была окончательно выбрана структура математического описания процесса. Конечная модель вклвчает упрощённый кинетический механизм ок..сления ИПС и учитывает зднопараматричес-кмю диффузию мекду соответствующими секциям реактора ячейками идеального перемешивания.

Оценка адекватнсзти разработанной математической иодели физическому объекту управленип в его статических режимах работк устанавливалась по величина среднеквадратичного отклонения расчётных данннх и данных функционирования проииилекяой установки. При этой кйкснмальное отклонение составило 9 К . Адекватность з динамике иодтверсдона сопоставлением результатов '.моделирования динамических свойстз реактора с экспертными оценками: 3. Кпилсдованиг динамики процесса на'основе его ■ математической модели. йпа::кз работоспособности проектноГ"''систсии стабилизации поля . еаператур в. pea :торр. окисления ИПС..

'Исследование динамики процесса шдкофазяого окисле-;:л.а ИПС в nuoroceni'i¡oi¡no,. pea.лоре проводилось с целью обеинованпя структура разрабатываемой системц управления и ¡'ыполнялось на основе получение! математической иодели.

Из опита проваленной оксплуатации многое^кционних ре.-кторов окисления.ИПС и полученьих в ходе имитационного моделирования процесса результатов следует, что статическое состояние объекта управ штя, соответствуйте опти-мальчоиу, с точки зрения технологии, распределению в аппарате поля температур реакционной массы, не обладает тепло сой устойчивостью. Для поддермниь в секциях реактора

велаекиХ значений температур - ^ , (где N --

количество секций реактора) необходимо дополнительчо стабилизировать температур« о теплообкенних каиерзх с61. дий - Ьт.к , ]-1.....!) .

Учитывая указанное обстоятельство, обоснованием признается применение а каадой секции реактора каскадной схе-ы регулирования Ь с двумя контурами: внесшим, позво-чяпаим поддерживать заданное значение температура в секции аппарата, и внут^лним, обеспьдивакцин стабилизации температуры в теплообиенной ..агере (си. контуры регулирования 1-8 на рис.2). Вместе с теи^ для обеспечения видного качества регулирования при окончательном выборе структура систем« управления необходимо учесть динамические связи мелду секциями реактора.

Для оценки степени влияния взаимодействия секций реактора на значение в кгядои секции аппарата в ходе имитационного моделирования процесса, в частности, были рассчитан« динамические характеристики обгекта управления

по какала« регулирования : -, .....Н при

наличии и отсутствии линанических езязей «еаду секциями реактора (Рис.1В результате качественного сравнения полеченных характеристик б^ло установлено, что при отсутствии динамических связей, кзпдаа секция реактора сама по себе является кекее сильник источником возмущения внутри аппарата. Поэтому для достигеш.я качественной стабилизации в реактере нелаеыого пола температур структура разрзбаткваеиой системы управления должна диеньиить вггиание взаимодействия секций реактора на значение Ь4 в какдой его секции.

На основании результатов исследования динамики процесса кпдкоОззиого окисления ИПС с ппогосекцпоннон рзак-таре в ходе синтеза слстеин управления предлагается оценить везнопноегь применение двух различии» вариантов структур;! ЛСР поля таперацф реакционной массн. ПерваД вариант допускэет аозиегшзсть качзственаей стабилизации % р кэздей секции резьтора отдельной раскатай, схемой регу-якроваки", так как "канала реги.тярзззкия" —Ь4

- 14 -

ябляотся менее инерционными по сравнения о распространением возмущений внутри аппарата. Последнее обстоятельство монет быть устсноьлено, например, в результате сравнения времени переходных процессов, представленных на рис.1. Второй вариант структуры ДПР поля температур предусм^трс-вает частичную компенсации динамических связей мевду секциями реаиора за счет компенсаць:; влияния "регулирующих воздействий" в каадей ].ои секции аппарата на зна-

чения регулируемых параметров С1"1 и в соседних сек циях (используется комбинированная схема регулирования).

№ ив

10 £О ¿0 40 VI

Рис'.!. Перекздные процесса с нигнеП (первой)секцин роактора при ступенчатой отклонении температура в её теплообценнйй кауере: •1 - пр1. наличии динамических 'сзязей иевду • ■• ' секциями реактора;

?. - I) случае отсутствия динамических связей.

Ь сос. гестстъии с о,собо1шостяии аппаратурио-техно-,»эг»;ческого офорилеш'Ч процесс^ пидяофаз..ого окнслыша ИПГ н на осноаапли анализа гш^чсшшх с результате ими-таьионного иодслирооаниа динамических характеристик объекта управления "Л| стабилизации сиходиих концентраций перекиси'водорода -, уксусной кислоту - С,,"" в жидкости и кислорода в газе - у^" предлагается использовать следущиь рвгцлируисдоо воздействия. Для поддериния заданного значения с**"'»*4 - изменение начального расхода подаваемой в роактор аидкост» - Бд ; ляи поддерЕания -_ цЗМененке начального расхода воздуха - пв£

/РЧ —

и 2 <1

'Г

Вместе с тем установлено, что допускаемое технологическим регламентом значение выходной концентрации уксусной кислоты моает обеспечиваться одновременно с поддераанием желаемых значений С и .

В результате анализа динамических характеристик многосекционного, реактс.за окисления ИПС в качестве наиболее опасных внешних воздействий выделены ступепенчатые отклонения начальных температур пара (или хладоагента) -канал регулирования и начальной ксцентрации ИПС - канал виезнего возмущения.

В результате имитационного моделирования ранее запроектированной АСР поля температур в реактор« окисления ИПС (не обеспзчивавщей дополнительно стабилизации температур в теплосбменных камерах секций реактора) были проанализированы возможные причини ее неработоспособности на ".ействувцеи ч настоящее врем£ производстве. Наличие несходящихся переходных процессов изменения ^, 1 = 1.... ,Н в широком диапазоне значений параметров настроен АСР позволило сделать заключение о ее структурной неустойчивости.

4. Синтез и анализ качества работы автоматизированной системы управления процессом тшдкофазного о.мслени ИПС в иногосекционном реакторе, . Задача управления процессом аидкофазного'окисления ИПС в многосекциснноы реакторе ¿аклпчаетсп в поддервании некоторых оптимальных, с точки зрения технологии, значений температур реакционной массы в секциях геактора -Ь*'*"1 , 1=1,...,!{ (где Н - количество секций реактора), оптимального значения выходной концентрации перекиси водорода -'С4"'*"ти стабилизации в соответствия с требованиями технологического регламента и иораан безопасности производства выходных концентраций кислорода в газа -и уксусной кислоты в видкости - С^*"

Оптимальные значения резинках параметров процесса окисления И11С определяется на уровне вправления производством перекиси водорода в целом и цстанавливаатся для разрабатываемой в данном случае система управления в

качестве заданий-^»4* , 5 = 1,...,Н и Сд.*'*', В целях достиаения высоких технико-экономических показателей производства и сбеспечечия его безопасности допускается отклонение текущих значений ^ от заданных не более 27.. Отклонение текучего значения С/" не долано прев:1вать 5% от С/'4"\ В соответствии с требованиями безопасности

1 «ь*

производства на значение у., нсюяено следующее ограничение: 1,5% об, < у,*1" < ЯХ об. . Определяющая качество целевых продуктов концентрация С,, согласно требований технологического регламента не должна превыиать 0,13% масс. |

Для равсния поставленной задачи синтезируется многоконтурная автоматизированная система управления процессом иидкофазного окирлениа ИПС, которая позволяет

качественно поддерживать ^.Л = 1.....К : С7",',л:

и одновременнс стабилизировать С®** в широком диапазоне аппаратурно-технологического оформления процесса. Структурная схема системы управления (с первым вариантом АСР поля температур) для используемого в настоящее время в прокнзленности восьиисекционного реактора окисления ИПС приводится на рис.2. . ^

•Заданное значение - в- каадой секции реактора поддерзивается отдельной каскадной схемой регулирования с двумя контураыи, .что позволяет дополнительно стабилизировать теыперал'оу в теплообиенкой камере секции. Б соответствии с особенностям» конкретного варианта аппараиур-но-ггхн'оло-п чоского офораления процесса значения ^ регулируится за счет нзиене!ля ргхода грешагго пара - С» (ко..тур-Г на рнс.2) или хладоагчнти - С- (конторы 2-8 на рис.2) в теплообиенние камеры "екций.

При оценке второго варианта АСР поля температур в ре кторе окисления ИПС (с комбинированной схемой репули-роьания) учитывалась сложность практической реализации динамических компенсаторов с требуемыми для выполнения условия инвариантности регулирования в каадой секции аппарата передаточными функциями. Такой вариант структуры системы управления признан неприемлемым.

Я"» .

KOHTaPiO

fWW^Í tЩУЛЛ й ДУ^'О- щ

t*

Монгур S

f*

vrP,(p)

контур 2

hohthpJ

Рис.2 Структурная схеиа автоматизированной система управления процвссои видкооаэного окисления ИПС в проннпл'чшоы восышсокционноа рогкторе: Яр(р) - пвродаточниа однкциа ПН - рогуяаторов; Mfi.t. tpí - перодаточиао санкции сигтмш окэенвго таплоотвода.

- 18 -

Вместе с тем в результате имитационного моделирования системы управления с каскадной структурой АСР по™ температур (первый заркант) бьло установлено.что она позволяет обеспечить качественную стабилизации во всех секциях реактора и обладает вирокой областью устойчивости в пространстве параметров настройки системы, обеспечивающую удовлетворительное качество регулирования.

При значениях коэффициентов настройки регуляторов близких к оптимальным качество регулирования Ь (система управления с первым вариантом АСР поля температур) характеризуется следующими показателями. Максикальное отклонение температуры от в каадой секции реактора не превышает 0,4% ; статическая ошибка регулирования составляет менее-0,05" от ; степень затухания переходного процесса близка к единице. Выходные концентрации С*"" , С*"' и у!"* регулируются в соответствии с установленными

¿мм

требованиями. При этой максимальные отклонения С1 и соответственно не превыиавт 0.5К и 0,8% от заданных значений. Значение С®** составляет менее 0,1% масс.

Разработанная система управления является типовой для некоторого миоаества вариант аппаратурно-1гхнологи-ческого оформления, процесса видКофазного окисления ИПС, отличающихся количеством секций реактор'.-, их размерами, конфигурацией система внешнего теплоотвода и технологической схзмой I эдачи в роактор сырьевых продуктов, что достаточно Д1Я обеспечения эффективного совервенствования г» дэльнейвен аппаратурно-технологического оформления производства перекиси чодорода.

• ВЫВОДЫ.

1. Б результате изучения ф..эико-химических особенностей процесса вдкофазного окисления изопр.пилового спирта (ИПС) молекулярным кислородом и анализа известных способов его математического описания осуществлен синтез детерминированной . математической модели динамики зидко-Фазного окисления ИПС в многосекционном реакторе. Полученная модель наиболее полно отравает все основные физико-химические закономерности реального процесса в иирокоы

диапазоне его аппаратурно-техылогического оформления л учитывает изменение во времени концентраций клпчевих компонентов и температур реакционной в секциях реактора.

2. Для обеспечения возможности в ходе синтеза автоматизированной системы управления процессом жидкофазного окисления ИПС имитационного моделирования в мирском диапазоне аппаратурно-технологического оформления процесса, ч также для обеспечения возможности проведения в цальней-пеи различных исследований, напрагленных на обоснование выбора оптимального варианта аппаратурно-технологического оформления мроцесса окисления ИПС и разработку автоматизированной системы оптимального управления производством перекиси водорода, разработана программная реализация предложенной математической модели на ЭВМ. .

3. В результате исследования процесса на основе его мат-матической модели определены основные динамические характеристики иногосекчионного реактора, окисления ИПС. Для качественного поддераания в реакторе желаемого по..я температур реакционной массы обоснована необходимость использования в секциях аппарата каскадных схем регулирования, позволявших дополнительно стабилизировать температуру в теплообменных камерах езкций,

4. В результате имитационного моделирования проведен структурный и параметрический синтез многоконтурной автоматизированной системы управления • пгоцессом жидко-фазного 01 (сления ИПС для производства перекиси водорода, обеспечивавшей качественнуи стабилизации оптимальных технологических ренинов процесса в вирокон-диапазоне его аппаратурно-технологического оформления.

5. В результате исстедования качества работы'предложенной системы управления установлено, что она позволяет качественно поддерживать заданные значения основных технологических параметров процесса - тем ератур реакционной массы в секциях реактора и выходных концентраций перекиси водорода в жидкости и кислорода в газе и обладает необходимым запасои устойчивости в пространстве параметров настроки АСР.

- 20 -

б. Разработанная система управления является типовой для некоторого множества вариантов аппаратурно-технологи-ческого оформл'НИй проце са жидкофазного окисления ИПС и составит отдельный фрагмент проектируемой в настоящее время в НПО ГИПХ т товой АСУ ТП для производства перзкиги водорода на Чебоксарском ПО " Хммпро!: ", Куйбывезском химической заводе, Дзеркинском ПС " Синтез ".

?. Материал, соответствующие предложенной системе управления, и разработанные программные модули переданы в проектную часть. НПО ГИПХ для составления типового технического проекта ЙСУ ТП в производстве перекиси водорода. Ожидаемый экономический эоект от внедрения АСУ ТП на ЧГЮ "Химпром" составляет 10?,б тыс. руб. в год.

Основные результсты диссертационной паботы опубликованы в следующих работах:

1. Стебаев A.C., Рукин В.Л., Лесохин Е.И. Нодели-рование реактора окисления изопропилового спирта при производстве пзрекиси водорода как объекта управления /Ленингр'. технолог.' ин-т им. Ленсовета,- Л., 1991.- б с.-Деп. в ОНИИТ.ЗХИМ г. Черкассы 19.07.91, номгр 328-ХП-91.

'2. Стебаев ii.C., Рукин В.Л;, Лессхин Е.И. Исследование динамики процесса жидкофазного окй"ления изопропилового спирта кислородом воздуха в многосекционном реакторе при производстве перекиси водорода /Ленингр.технолог, ин-т им.. Ленсовета. - Л., 1991. .- б с. - Леп. в ОНИИТЭХИИ г. Черкассы 7.02.32, номер 43-ХП-92.

Стебаев Й.С.. Рук..н Б..1., Лесохин Е.И. Разработка автоматизированной системы управления npougctjM кидко-Фазного окисления изопропиловогс спирта при производстве перекиси водорода /Пенингр. технолог, ин-т им. /Чнсовета,-/1., 1991.- е е.- Леп. в ОНИИТЗХИ:: г. Черкассы 19.1?.91. номер 327-ХП-91.

¿ivf.eZr. Зак .¿09-SO. Бесплатно. РТП ЛТИ им.Ленсовета. Московский пр..26