автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Синтез гибких автоматизированных малотоннажных химических производств

., п ' •4 О. ■ I ■ 1 -

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт химического мшмностроения

На правах рукописи

ДВОРШКИЙ СТАНИСЛАВ ИВАНОВИЧ

СИНТЕЗ

ГИБКИХ АВТОШШИРОВАННЫХ ммшшшшж ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

06.13.07-Автоматизация технолсгичеоих процессов

и производств (химической громышкнности)

05.17.08- Процессы и аппараты химической тесно лети и

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктор а технических наук

Москва 1991

у

О /А ^

\ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

гАктуалыюсть госблаич. Быстро кз?экяигакся потребность об-

—«изтадикость появления косого класса xkjíkko-технологических установок - гибких химических прокззодствэкшж скстаи.

Первоо ГОПОЛ0ЮЭ гибких хекичзскнх ПрОИЗЕОДСТЕЭККЫХ ckctgh строилось иа багэ совкзгзйиых гаркодкчзсккх схзн н ропало задачи Енпуска CH2X!tpOS22EOrO aCCOpÍK¡3K?a ПРОДУКЦИЯ И аССКЮКЯЦКИ КОЕНЯ технологических процзссоз оборудоЕзнзсзн.- Опьгг эксплу-

атации гибких произЕодстсзнгеаг скстаи пзрюто поет-згси гйязял их сусэстЕэкньа недостатки, обусяовдоюсгз кзшзкопостьа б.^троП поре каст poltra производства ¡га иошэ тахгаяогичзеккэ процессы и сов-гагаш пэркодичзскнн н нэпреризкьк лроцзееоз в одном гибком ПРОИЗВОДСТВО, КИЗККМ уроекзн аетокатизацж, ЕА'СОКПЙ Езрогттностьз ка-руезиия техкологичэских рзглзмэнтов, потеря качества продукзхии и условий экологичзской безопасности при скэка ассорикмзктов ш-пускавмой продукция.

кдчэстеэкков ПОВЫТОНИЗ зффэетйвности ГКбКИК пр0иэе0дет£3!ш£{ систем химичзского ПрОСИЛЯ трэбуэт корэнзюго игкэнэнвд вдзояоги» создания к Функционирования этих систол, - создания гибких автоматизированных произЕодствз}&ьк скствм СГАПС) коеого погалэга'л. отличающихся принщшкально козой организаций ккэгоассорпЕзкпл-го производства, оптимально сочэтаквзй нэпрэрызннэ к гаркодкчэс-)ci5 процессы и позволявшей оперативно перзкастраигать стругстуру производства в связи с требуемым изкэкэииам ассортю-эктоа выпускаемой продукции; новыми конструкциями аппаратов с легко пэрзст-ранваекой структурой, обладаясини заданными или оптюажьнши статическими и динамическими характеристиками для каздзй альторга-тквкой структуры аппарата; юеьзш алгоритма!« оптимизации н cia-темой управления. обеспачивавзгни вшкзлкзнка техкологкч-зеккх условий с гарактированной взроптнасть».

Теорзтическое обоснование н экспэрккзнталысая просзр:п прэд-лагаамой в диссертации методологии синтеза гибких автомат j-íshijo-ванных малотоннажных хкмичзеккх производств с учзтом вызэскагзн-ного икзет актуальное научное и народко-хозяйзтвзшзэ

Диссертацнонкая работа выполнялась в соотвзтствкн с отраедз-вымн тематическим:! планами научга-'хслздрЕательских работ БО "С0-ОЗАНИЛПРОЦ" МИНХИКПРОМа в 1930 - 1983 г. г..Координационный планом научно-исследовательских работ АН СССР га напразлошз» 2.27 "Тео-

в многоассортгаэнгкой малотоннагюй продукции визвака кз-

рзтическиа основы химической технологии" на-1980 - 1985 г. г. и 1836 - 1900 г.г. (Раздал 2.27.5.5. Создание реакторов непрерывной технологии получения азо пит кантов. 2.27.6.18. Оптимизация и автоматизация непрерывных производств азокрасителей, 2.27.7.19. Сов-кзсткое проектирование на ЭВМ химики-технологических процессов и систем автоматического управления Срегулирования) их режимами, 2.27.7.20. Автоматизированное проектирование гибких технологий в производстве красителей), планом основных научных работ "ШМа -тема ИН-60 "Разработка теории и методов автоматизированного проектирования химию-технологических комплексов и систем управления". N гос.per. 77025686.

Цель работы. Цель» работы является обобщзкиа научных достижений и разработка на их база теоретических и методологических основ синтеза гибких автоматизированных химических производств нового поколения; создание гибкого автоматизированного производства синтетических красителей нового поколения.

Для достигения указанной цели в результате системного подхода были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка методов и математического обеспечения проектирования многоассортиментных ГАПС наяотонназшых химических производств;

- создание принципов и методов управления ГАПС с использованием коммутационных центров и радиального размещения оборудования;

- разработка блочно-модульного оборудования с заранее заданными статическими и динамическими характеристиками для ГАПС синтетических красителей, определение оптимальных режимов его Функционирования;

- разработка непрерывных технологических процессов синтеза азопигмзнтов к создание на кх основе многоассортиментных ГАПС нового поколения;

- промышленная проверка и внедрение результатов работы при создании таких систем.

Методы исследования. В работе использованы развитые для решения рассматриваемого класса задач методы математического моделирования, теории исследования операций, теории автоматического управления, математической статистики и химической кибернетики.

Научная новизна. Разработана стратегия иерархического проектирования, позволявшего поэтапно осуществлять выбор оптимального множества выпускаемых ассортиментов, структуры, аппаратурного оформления блоков и систем управления ГАПС нового поколения.

Вытолканы комплексные исследования я решены задачи синтеза блочно-модульных реакторных систем диазотирования и азосочетания непрерывного двйстеия с заранее заданными статическими и динамическими характеристиками и систем управления, обеспечивают« оптимальную перенастройку их структуры и режимов Функционирования при пароходе на новыэ технологические процессы.

Разработаны и теоретически обоснованы методы и алгоритмы совместного проектирования химическая аппаратуры и систем управления для использования в гибких химических производствах нового поколения.

Предлогэна методика выбора класса и структуры систем управления технологически}« блоками 2 гибких технологических произволе-ТБах с непользованием концепции структурной наблюдаемости и управляемости.

Разработан алгоритм многокритериального синтеза автоматизированных комплексов "реакторный блок - система управления", в которых технологические требования выполняется с гарантированной вероятность».

Создан альбом математических описания статики и динамики блочно-кодульных реакторных систем диазотирования и азосочетания. предназначенных для проектирования и анализа Функционирования производства азопигмзнтов. управления реакторными блока!« диазо-ткдрвания и азосочетания.

Практическая зтчнност»? определяется рэпзниаи вашюй народнохозяйственной проблемы синтеза гибких автоматизированных много-ассортнмэнтых производств синтетических красителей нового поколения.

Принципы организации гибких автоматизированных химических производств с применением управляемых коммутационных центров и радиального размещения оборудования могут быть использоганы при создании непрорывных и периодических многоассортнкэнтных производств малотоннагной химии.

Предлогенные в работе методы и алгоритмы синтеза реакторных систем тонкого органического синтеза с заданными статическими и динамическими характеристиками мозно применять при создании химико-технологических объектов, в которых используется реакторная блоки.

Разработанный алгоритм многокритериального синтеза технологических аппаратов и систем оптимального управления к« с гарантированной вероятностью целесообразно использовать в практике про-

ехтирсвакия химжш-технологических объектов.

Продлованназ в работе и заика иные авторекиии свидетельствами системы автоматизированного управления технологическими процвсса-кл дказотировакик и азосочетания успешно проверены в опшно-про-кызлотшх' условиях и действующем производства азопигментов и могут бить распространяя на другие установки химической проишлеи-ности.

Рвалчзаиия результатов работы. Основные разработки, включению в диссертационную работу, выполнялись в течение 10 лет в ТИХ1£э под руководством и при непосредственном участии автора. Результаты тоораткчаских и экс парика нтальных работ автора при непосредственном его участии широко внедрены в промьоленность. В частности 8ти результаты нашли применение при создании:

- гкбкоги автоматизированного производства азопигментов в Тамбовском ПО "Пнгкзнт", 1990г.;

- технологических регламэнтов производства пигментов алого конца курированного, лакокрасочного, гвлтого сбэтопрочного;

- нкогоассортимэктгаго автоматизированного производства полупродуктов в цеха N5 Тамбовского ПО "Пигмент". 1885г.;

- автоматизированной системы оперативного планирования и управления многоассортимэнтнкм производством дисперсных красите-лап в Тамбовском ПО "Питмант". lS9lr.:

- математического и программного обеспечения проектирования ГАЛС синтетических красителей в Тамбовском Филиале МНПО "НИОПИК".

Результаты работы по выбору структуры и способу организации гибкого производства, проектированию блочко-модульных реакторных систем диазотировання и азосочетания. способам управления эткми процессами защищены авторскими свидетельствами.

Практическое внедрение гибкого автоматизированного производства азопигмантов подтвердило правильность основных конструкторских и технологических ратаний, принятых при его разработка. Пигменты, получав ыьи в ГАПС по непрерывной технологии, нз уступает по колористическим параметрам мировым образцам.

Реалькл экономический эФФекг, получанный в 1990-91 г.г. от эксплуатации ГАПС синтеза азопигмантов и автоматизированной систем опэратнвного планирования и управления мкогоассортимэкгным производством дисперсных красителей в Тамбовском ПО "Пигмеот",исчисляется 650 тыс. рублей.

Экономический эфзэкг нараставшил итогом в ценах и условиях го состояние на 1.01.91г. от вкэдрэния гибкого автоматизированного

прои2;«дстБа сзопигмангов Canoro концентрированного, лакокрасочного, :.'!г.того светопрочного) в динамике до 1995г. исчисляется 16, l-ií. mí!, рублей.

Результаты исследований сирого используются в учебном процессе и составили материал трех учебных пособий для вузов, написанных с участием а?,т«ра.

Апробпция работы. Основные положения диссертационной работы докладьзались и обсуждались на 3 международных и 30 всесоюзных и республиканских конференциях, в том числе: на Всесоюзных конФеренциях по мат е пат ич ее кому моделировании сложных химико-технологических систем С Новомосковск, 1979г.; Одесса, 1985г.; Казань, 1588 г.); по химии и технологии органических красителей и промежуточных продуктов СРубежное, 1901г.; Ленинград. 1985г.); по математическим методам в химии (Ярославль, 1979г.; Новочеркасск. 1989г.); по динамике процессов и аппаратов химической технологии (Воронеж; 1982г., Воронеж, iSQOr.); по современным машинам и аппаратам химических производств (Таикпнт, 1983г.; Чимкент. 1983г.); по методам кибернетики химико-технологических процогглз (Москва, 1984г.; Москва. 1989г.); по макроскопической khkct;i;t? л химической динамике (Черноголовка. 1934г.); по псвьспзкка .;-тивности. совершенствовании процессов и аппаратов химических прп-изводств (Харьков, 1985г.); по автоматизации и рсботизацк.1'. в xü-мической промышленности С Тамбов, 1985г.; Тамбов, Kfíi'v. "■; лз химическим реакторам (Гродно. 1986г.); го гибким иным

системам химического проекля (Ленинград, 10??г.); г.о пг-еы:-цессам, оборудованию и гибким производственным системам для гономенкпатурных химических производств (Днепропетровск. lQPSr.?; на Всесоюзном совещании по программному обеспечения новой >нФс-г.ма-даокной технологии С Калинин, 1989г.); на Всесоюзно?, urar.n-crí- икаре по прикладным проблемам управления макросистемами СТамб'.з, 1907г.; Аппатиты. 1939г.); на международных конгрессах ::о проявленным методам спектрального анализа СРуан. Франция. iDXr. конструировании химического оборудования и автоматизации "MI-СА-90" (Прага, 1990г.); на международной коноереникл по >:'l-í/.:4. технологии и применению промышленных красителей и пигкзнтои "Colorchem'90" (Пардубица, 1090г.).

Публикации. Материалы, отражавшие основное соязряйнха рэ;* :;1;, изложены в 76 публикациях в научных журналах и сборниках и s :: тематических обзорах. По результатам инженерной части работ:-; получено 14 авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав. выездов, списка цитируемой литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Соркулируется цель работы, показана ее актуальность и научная новизна, изложены основные положения, выносима на заситу.

В пзрбоЕ глеуго дан анализ объекта исследования и проектирования - многоассортиюнткых малотоннажных химических производств.

На основе анализа литературных источников и результатов с6слздэе£Н!1я ряда протраленных предприятий показано, что пркменя-о совмзсэнных гаркодичаских схемах аппараты традиционных инструкций мало пригодны для гибкого производства. Ориентация только линь на использование периодических процессов в гибких производствах паевого поколения сусэстезкно снижает потенциальные еоз-гдггистн таких производств. Гибкие периодические производства трудно поддаются традиционной автоматизации не только вследствие того, что периодические производства вообще трудно управляемы, но и из-за невозможности идентификации традиционными сродствами контроля состояний миоезстез процессов, осуществляемых в многоас-сортимзнтных производствах.

На примарз анилинокрасочных производств - типичного представителя класса многоассортименткых малотоннажных химических производств - доказывается, что непрерывные технологические процессы позволяют обеспечить стабильное высокое качество продукции, более низкие С по сравнения с периодическими процессами] расходные нормы дорогостоящего сырья, увеличить производительность установок мно-гоассортикзнгного производства и значительно улучшить условия труда обслуживающего персонала за счет комплексной автоматизации.

В главе показано, что создание ГАПС нового поколения и модернизация действуюаих химических производств невозможны без разработки новых способов организации мкогоассортимэнтных химических производств, создания специальных устройств гибкой коммутации технологических аппаратов и принципов размещения технологического оборудования, разработки химической аппаратуры с заранее заданными характеристиками и создания специальных АСУ. призванных обеспечить выполнение технологических условий с гарантированной вероятность».

Сложность решения вышеперечисленных задач усугублкзтся отсутствием теоретических и методологических основ синтеза гибких автоматизированных многоассортиизкхных химических производств.

методов н алгоритмов синтеза принципиально новых технологических аппаратов и систем управления, пригодных для ©унзсционирования'в ГАЛС нового поколения.

В заключительном параграфе главы сФормулирована проблема и задачи исследования.

Во второй гладе провздзн анализ ГАЛС хм-отзегаго проенля как кибернетической системы и на базе системного подхода разрабогшш теоретические принципы и методология синтеза гибких автоматизированных многоассортккэнтных химических производств нового поколения. К числу основных отнесены принципы: 1) потенциальной гибкости; 2) сопряженности аппаратурного оформления с требуемым ассортиментом продукции; 3) эволицконизируеиости оборудования; 4) блочно-модульноя организации ГАЛС; 5) модульной структуры технологических блоков и аппаратов; 6) управляемости аппаратов, технологических блоков и установок ГАЛС; 7) сопрягзшюсти конструкций технологических аппаратов непрерывного и периодического действия с множеством оптимальных статических и динамических репнмов, соответствующих производству требуемого многаства продуктов Сассортиментов); 8) экологической безопасности.

Ссормулированные принципы позволяют сформировать концепции одновременного синтеза аппаратов и систем управления ими в рамках единой постановки задачи проектирования, при котором характеристики аппаратов оказываются такими, что для всех технологических процессов с гарантированной вероятностью могут беть обеспечены технологические требования на статические и динамические режимы.

ГАЛС состоит из технологической части производства и автоматизированной системы управления, каждая из которых имеет иерархическую структуру. Технологическая часть производства на верхней ступени иерархии включает установки те/], обеспечивающие производство продуктов « заданного ассортимента о . Каддая установка состоит из совокупности технологических блоков, отличающихся вариантами Собликами) О аппаратурного оформления О е О .

Для управления установками, блоками и аппаратами выбираются соответствующие классы Ь « В н структуры Ь в ^ систем управления. Пусть цели ГАЛС заданы в Формализованном екдв и вектор Функция I количественно характеризует степень соответствия Функционирования производства заданным целям. Обозначим через К вектор-Функцию. описывавшую технологические ограничения, наклали??,в-мыз иа переменные Функционирования ГАЛС. В общэм случае вектор-©ункции I и К представляют собой операторы, отображающие вектор-

ное произведение множеств

Ох^хОхВх{и}(.} * о * Ц * 2 * 2 ЬеВ

в р- и мерные евклидоЕЫ пространства Ег и Еч, соответственно. Здесь О, и - множество конструктивных н режимных С управлявших) параметров технологических блоков (процессов) ГАПС; 2 -множество настроечных параметров системы управления; 2 - множество возмущающих воздействий.

Пусть I с Ер- множество технико-экономических показателей эффективности ГАПС, а ТТ с еч - множество показателей технологических ограничений в ГАПС.

Будем считать, что на множестве Л введено частичное упорядочение > и заданы операторы и: О I . р: О П. Тогда задача синтеза ГАПС нового поколения заключается в определении таких пГ«Л]. О*« О. ь"е в. }{ь», О. и"е \], 2*е 2. при которых

« о : М^{1Ст",о',Ь ,Ь*.сГ,и*,г*,и)} > с£и)

и Уцец: Вер^( К^ т*. о*, Ь*. Ь*, с!*. и*, 2*, и) £ г рг,

где ■) - математическое ожидание {•) на множестве г ; Вер^[-] - обозначение вероятности [ •] на множестве Е ; Рг - q-мepный вектор значений гарантированных вероятностей.

Обобкение научных достижений в области многокритериального синтеза сложных технических систем позволяет разработать на их фснове безитерационные иерархические процедуры и специальные методы проектирования гибких автоматизированных многоассортиментных химических производств с блочно-модульной структурой.

Пусть построена к- уроЕневая иерарх]« описания проектируемой

I о>

системы, причем вектор у дает детальное описание системы на этапе рабочего проектирования, а у'1" - самое "грубое" ее описание на этапе технического предложения. На уровнях J = 0.1.....к-1 ГАПС "разбивается" на sJ подсистем с вектором проектных параметров =Сс)рЛ,2р") су^1' и параметров связи « меаду подсистемами р = Т7б~.

Варианты подсистем J- го уровня наряду с общесистемными критериями '' оценивается вектором критериев эффективности технологически подсистем Ур'', р = 1,б . Агрегирующие отображения на уровнях J < к представляют собой вектор-отображение вида

Г'1 - сг'/', г«,"..... ьи>).

г да г'р'': Ур1"" —♦ У^ ', Ь'":

Через Ур'"" Су^ ' .обозначим полный прообраз пары (Ур'',е^_,)

во многестве ч'р'"СЫ1 _при отобрагении

Опишем иерархический процесс проектирования установок т Со^в « ГАЛС многоассортимектного химического производства на основе Функция агрегирования их структурно-параметрического описания:

и /'""Су"'.*,) -у'-П,

и и -.' Г О1 у' '-"Су'" а. Л в л ■

у;"«р;11.

Тогда основное рекуррентное соотношение для уровней _)=1.к принимает вид

Пк - У'1"* = Мах < У'1" | 1<к,>. -

и и ГI* р! 1""Су 1' а )1 м ],

П. а. н,),СсО[-р" р Ур -I >}

У "1 -1 • • -где Лк = У*к> * - многество максимальных элементов в модели <У<к> I 1'к,>.

При выполнении сформулированных в работе условий согласования системных критериев I''' ГАЛС и Функция агрегирования {'''(■) J'l.k. а так=е локальных критериев подсистем р=1,5) с справедливо включение ПС Г , У1 ) з П0. где П0- бинарное отно-

_ С О)

сенке, пороадаемое критериями сравнительной эффективности I

Разработанные концепция одновременного синтеза аппаратов и систем управления ими и стратегия иерархического проектирования позволяют определить последовательность согласованного ресения совокупности задач синтеза ГАЛС: выбор оптимальной номенклатуры О производимся продукции. Формирование обликов аппаратурного оформления и структуры ГАЛС, выбор оборудования блоков с заранее заданными характеристиками, определение класса и структуры системы управления оборудованием ГАЛС, одновременная расчет конструктивных, регимных и настроечных параметров ГАЛС по пек-торной целевой Функции С блок-схема принятия ресениЯ при синтезе ГАЛС на рис. 13.

В третьей главе рассмотрены вопросы математической Формализации процедуры принятия решений и разрабатаны методы решения совокупности задач синтеза ГАПС на различных уровнях иерархии проектирования Сем. рис.1).

Задача выбора оптимальной номенклатуры выпускаемой в ГАПС продукции С блок 1 на рис.!) Формулируется как задача минимизации суммы единовременных затрат на создание ГАПС и риска потерь от невозможности выпуска в ГАПС требуемых ассортиментов продукции. Решение задачи предполагает использование экспертных процедур,построенных на базе обобщения данных действующих производств и опыта проектирования производств аналогичного назначения.

Задача, решаемая в блоке 2 Срис.1), заключается в определении

оптимального состава технологических блоков дП (обликов блоков в

и их числа М ), мнохества временных конфигураций технологических

установок Сструктур ГАПС) л£> = { гь(и.)>^ п» , Функционирующих

в периоды времени СГ^ц 5. , расписание перенастройки

и Функционирования установок, т.е. моментов начала Щ1 № * = = { Т^и. е о* работы временных технологических установок и

их производительности Чга ) , при которых достигается оптимум векторной целевой Функции I, т.е.

V (U):)''

при условии выполнения планового задания в календарный срок Т, т.е. Т ^ Т, ограничении на производительность установок

и выполнении элементов расписания Функционирования временных технологических установок

_( К) с №

((о^) = \ + лтт/и1) •

Vut е 0*. j е J, [^(с^) е Л^ При Sp - Ut _< н> _с к>

- VSP-.3 + 4CSP-.> + ч ;

ТС 111 ,-Т-' Н> s

г,, > - лах (Т„ f+ с, >} , n/tJi) а. в д. mjCai} mj(ai5

I I.

Формирование целей . ГАПС. Определение О оптимальной номенклатуры

Г2П

ге. _________

Проектирование нестан-дартнзированных модулей и элементов оборудования

.ет

Формированка обликов технологических блоков

и структуры ГАПС

-

Оз:

Синтез управляемых в статике ХТС ГАПС

-Г»Т-

Выбор стандартизированных модулей С элементов) возможен ?

Да

Выбор стандартизированных унифицированных моду лей и элементов

J

С-зЩ

Синтез структуры системы! управления блоками. Динамический анализ каналов управления

ь

¡¡Нот

[К

Многокритериальный синтез аппаратурного оформления и АСУ установками ГАПС

Цели удовлетворены ?

Коррекция конструктивных параметров аппаратов возможна ?

ШО^-

Да

Коррекция конструктивных параметров аппаратов по динамическим покагате лям

11

Нет

Да

Иге

Новый вариант ГАПС лучее претендента ?

'Да

Найденный вариант ... . .-¡ГАПС Еыбирается в качес-п— ¡тве претендента

^г.ет

В5[

Да

Целесообразен ли дальнейший поиск ГАПС ?

Рис.1. Блок-схема прк'-лгил пгений при синтезе ГАПС

Изготовление опытно-про мысленного образца ГАПС, анализ Функционирования

3

и

Н

где ДТт (ы ) ~ длительность технологического цикла по производству го продукта в полном объеме С^ на установке г^Сс^) Свычке ляется в зависимости от принятого способа производства - непрерывный или периодический); S , - продукт, изготовление которого на установке п^ предшествует выпуску на ней продукта ut; дтт (а ) " время, необходимое для наработки полупродуктов at« At

в количестве, достаточном для начала производства продукта ul.

Сформулированная задача относится к классу NP - задач, алгоритмы рееекия которых имеют временную сложность более высокого порядка, чем полиномиальная. Нами разработан и апробирован высот каэФФективный алгоритм упорядоченного перебора в соответствии с некоторой мерой С оценочной Функцией), за которую принято время выполнения планового задания.

После набора структуры ГАПС многоассортименгного химического производства в блоке 2 (рис.1) производится анализ технологических установок ГАПС как объектов управления и на основа исследования чувствительности целевой Функции управления по отношению к возмущениям осуществляется предварительный выбор стратегии управления и обшей структуры АСУ.

Формирование обликов аппаратурного оформления блоков и определение структуры ГАПС позволяют приступить к синтезу технологических блоков, управляемых в статике (блок 3 на рис.1.). Назовем технологический блок управляемым в статике, если Ед з u * ид.

где ид = < u: -Kd.x.u.f )_ * gCd.u.^) s о> ,

-д " <V \ -t,. k " ПТй ).

Вводя скалярный параметр !j & [0.1]. область возможных изменений входных переменных Е можно описать следующим образом :

S - <1: fk - ОД * 1 * Др| . k - Пт > .

где tk - значение переменной при номинальном режиме ,

¿C-i-X,. ¿V-i.-!-

Задача "синтеза статически управляемых блоков Формулируется

как .

П (d) = Arg [ max min V (d.l) > 0 ] 1 п leacn) :

при выполнении ограничения fj (d) ^ Г| .

где fj - задает требуемый диапазон изменений входных переменных в ГАПС; Vr(d,"^) - объем области U допустимых управлений, бпре-деляемой системой линейных ограничений Au s Kd/p.получаемых ли-

нааркзацией нелинейных Функций gCd.u.'p по и в окрестности номинального регима (d.u/f).

Выбор структуры и класса систем управления (блок 4 на рис.1) технологическими блоками ГАЛС осуществляется с использованием регулируемых Снаблпдаэкых) пэрэкэнных и управляющих воздействий, полученных нз анализа структурной матрицы уразкзниЯ дингкикн тох-налогкчзских аппаратов Выбраннкэ классы систем управления ршси-руется по критерия эконокичзсиой цэлзсообразности. При этом учитывается наблпдозкость ежэдных пзрзизннюс, оцаюа затрат на разработку кэобходгаак датчзвюв. приборов, возгагззэсть н точность прогноза еькодиых горзкэгскх по коспэнным пзрэ!сзгакм, управляемость системы с той нлл иной гакбинациэй воэдэйствий. динамические характеристики какалоз упраагэгеет.

Структура ciicTOiCJ управления считаэтся допуст)п-ай. если гы-голкзкы кзобгодаиэ и достаточна условия структурной упразляз-мостн скстон. описываемых лккэарнзовакнымн кодолями динамики типа x-Ax*Eu, y-Cx*Du: 1) каздый узэл состояния системы досткжм по крайнзй rapa из одного узла управления; 2) обшей ранг системы (А. В) расой п. Проверка наблюдаемости структурированной пары С С. A3 сводится к прогэркз управляемости пары (Ат. СТЭ.

С использованием условий структурной управлязкости в работе предлагается процедура автоматизированного синтеза допустимых структур управления блоками ГАПС и химичес:»й аппаратуры блоков с заданными или наилучшими показателями регулируемости Ry С по основный каналам управления качеством целевых продуктов). Задача синтаза заключается в определении векторов конструктивных d s d и управляющих u's \j переменных таких, что для любого технологического процесса u е п н заданной полноты его протекания

rain R,Cu,d ,u ) = max min R.Cu.d.u) u u d^D.UGU v w

г.ри очевидном ограничении на минимально возможное значение Клоп

регулируемости бло;:а, т.е. min R^Cu.d ,u ) 2: R п.

v

Задача совместного синтеза аппаратов и систем управления ими репается на нулевом уровне иерархии проектирования С блок 5 на рис.1.), гдз в качества цпловых Функции используются капитальна и эксплуатационные затраты, показатели управляемости в статике и динамике, показатели надежности и экологической безопасности. .Для решения задачи многокритериального синтеза нами разработана достаточно эффективная последовательно оптимальная процедура переборного типа, позволяющая находить Есе множество точек £ - а;:-

проксимацни области Парето.

В этой главе так^э Формулируется задача одновременного синтеза аппаратурного ссормденгл л скстсни управления технологическими блоками многоассортюегазэто /производства периодического действия. в которой в отличи от тршзщзюгешх постановок осуществляется синтез управления п реальном каситабе врекзки. о про д:; л о низ диггодъкзстеК техког.опмеских циклов и материальных нндэксов елглге.тег, для здздоП стада:. Кро.чз того, задача синтеза аппаратурного осэр:!лози;я сое^езиных с «он ГАПС многоассортнкзнт-кого прокз^эдстБа лрздуснзтрнЕгзт шполн8):ие ограничения на раз-»■гзры II чксяо аппаратов основных стадия производства с гарантированной взрояткостьи.

Для роьзнхл задачи синтеза оптимального управления пзрнодн-чсскики процесса;и. опрздглекня длительности технологических циклов и материальных кндзксов аппаратов нами пркмешггелько к дшзшну классу ро^гсг^с задач развит метод /¿-СОР по критерии обоб-сзиноЯ работы. вперся созданному А.А.Кргсовсккм.Из основной тео-ром^; А. А.Крассвского следуат, что для построения оптимального управления нелинейным обьектом необходимо ресать уравнения в частных производных относительно некоторой положительно определенной Функции. При управлении периодическими процессами химической технологии требуются оптимизация программных траекторий движения обьекта на больших интервалах времени и синтез оптимального управления в реальном касстабе времени, что ограничивает область применения данного метода.

Нами разработаны эффективные процедуры реализации алгоритмов управления и вычисления продолжительности технологических циклов аппаратов периодического действия на стадии их проектирования, структура которых определяется основной теоремой А. А.КраеоЕСКОго. Оперативное вычисление длительности технологических циклов и материальных индексов аппаратов периодического действия позволяет соормулировать задачу стохастического проектирования аппаратурного оформления ГАПС периодического действия.

В четвертой главе разрабатываются и изучаются непрерывные технологические процессы и оборудование ГАПС синтеза азопигментов в соответствии с разработанной методологией н с использованием математических и экспериментальных методов.

Производство азопигментов состоит из блоков С стадий) приготовления суспензий (растворов) исходных реагентов, диазотнрова-кия. азосочетания. Фильтрования, сушки и измельчения.

Изучена кинетика массообнэк::^ процессов и химических взаимодействий, гтротекачпз^ при дкагот:;гэ*~па{ ароматических амино'з нитритом нзтрия и азосочзтиия Экспзргсзнтально

нзДцзккш кккатпчееккз ур^гзкня и згзкстглти с приемлемой для практшш- точностью опкс!г^эт процзегн ргстпарзкэт а.'псюз. образования и роста кристаллов агопнгганхоз. с;;':рог.?;: цолэвых хтпг::-ческих роакция дгюотпропшп'л к аг-осочзтания, псбзчяьЕ: рзакгзй разлосэиня дглзосоэдшспзй к азотистой ю-хлоты, г-'пжо юсто при синтезе азопкгнэнтов.

С использоезикзи урззквикя гаизтини прохззеез ддаготировакия и азосочзтанул и ураигзниЛ г.о:-~!'лзкзнткогэ мзторкаяьгаго и теплового балансов были построят »егтонаткчесия »эдзля статюзс у1с:е:щн-роваитк 1»дулай-рссцгтороз тияа "царга-тарэяка", "кэдонка с кэлин дшатрон и гор::зз1:гзль:п/м пэрокспеаюан рзгхаскншэй коссн". "труба-рзеглрнгодь" и др. Сс.">. "г.5л. 1,23.

Модель стат:пп рсахсторнэй системы дназоткрэЕзнкя титл "царга-тарэяка" прэдетаолг.от собой слогану кзлдоз&к» алгебр 2ичзс:;их урозхзшй. для рзпензм которой кспэяьгэпали мэдаежпг-олаикнл катод Ньютона. Прнчзн осковжэ затрат» ¡—гласного грзмззе! прюидятсл на мгогокрахков кнтггрирсван:гэ кзлккзГлплс сузсгцкй. гадзошх алгоритмом своего хгхчнелоккя. Для погг^згс:;: згх-зкгшюстя алгоритма используются аппр01к:нмац!!0шг.ч кубкчзс1а:з сплагин, посхрооьг^'л с прнкзкекизн явных Ооркул для зцчгелок« базг.скн-'.

В-спл айнов.

Кодздь статики реакторной системы диазотирования треного типа С табл. 1) представляет собой систему нелинейных гзсткнх дифсэ-рэнциальньк ураннокй первого порядка, для рзтнкя которой принаняли неявный метод трапеций с порайонным катом.

При построении модели процесса азосочетакня в модуле-реакторе типа "царга-тарзлка" С табл. 21 считали, что старость снесения рз-агонтоа в реакторе лимитирует скорости реакции азосочотоиия. и кристаллизации пигментов; входяцнэ в модуль потоки в результата снесения диспергируются до глобул С элементов) реакционной масс:,:, гаторкз з дяльиойезн не изкзкяют размеров и обмениваются массой с обиин объемом только за счет иоле]суляркой днФФузкл.

¡'атематнчеспа модели динамики процессов диазотирования и азосочетания представляют собой систему иелзшзйных диФФеронциаль-кых уравнений в обыкновенных производных - для модуля-реактора "царга-тарелка" и в частных производных - для тодуля трубного типа.

Таблица 1

Наименование стадии и с хама синтеза

Математическая модель

ДИА30ТИР0ВАНИЕ [агин,].-1- агш2

МаЮ2 ♦ НС1 у.оо

И-»

НШ, ♦ ЫаС1 И. "

- -Р*СС*- СА)МгС0)то;

* Л _ А1 т

АгИН, * ННО, + НС1

V.

знко,

АгМ1С1 ♦ 2 НаО

2ЫО ♦МО Н.О

АгЫ2С1 нио1—» * АгМ1С1 *

V

Аг^О. - АгННг V

Аг^.Н - НС1, где скорость 1-й реакции; * - дназосмолы

V к«ст)соСАК;

V кзСТЗС,,;

Т - температура; С -концентрация; Рыо- парциальное давление нит-розных газов; индексы: А - АгИН,; АК - Нт2;

СК - НС1; О - Аг^а; о - N0

Кг.О) - Ф (г);

° г { /-< 01 01

61С0;) - С А +

ЧА - ; 5сг.13 С^МА - ;

о

Члк - -С», + Чск-

Чо - с*, - - г^; чо = Чх - - *в> Ч( ,,С0) -

9

/срут = ]> ь4»1-гос(1ст-тс^а1.тс<»-т' с>.

<*»"ст-тк) - «*,ст - тср .

где г - радиус частицы амина; 1 ; текущая координата длины реактора; СА- равновесная концентрация амина; р, М -плотность и молекулярная масса амина; г. 1) - ненормированная плотность распределения числа N частиц амина по размеру.т. е

фвсШ'Л-; .Ссд.См- расходы жидкой и

твердой Фаз реакционной массы,суспензии амина и нитрита натрия; 5тр-плопадь по

перечного сечения трубы реактора; Ср -

теплоемкость; Тст- температура стенки

трубы; ТО - периметр стенки трубы; V -скорость потока; А - поперечное сечение потока в трубе; ы - коэффициент теплоотдачи; Ь - длина реактора; индексы: СО) - вход в реактор; х - хладагент; Ь4- тепловой эФСект 1-й реакции;

х - ¿х/<и

И

Таблица 2

Наименование стадии и схема синтеза

Математическая модель

АЗОСОЧЕТАНИЕ V

Аг-Ы2Х ♦ ЯО-У V/

АгНгРО * У+ ♦ X" V,

N.

^Д " КСП- С„Мяг5. П,- ккССп- Сп)

АгИ-С!

с!

Р.СС,- ф - ^

I

АгИ,!?0

[АгМ2КО].

ОН"

АгЫ, -- АгН.ОН Н

он"

АгМ.ОН -г АгМ-О" Н

ОН" ЯОН -- РО" Н

ОН' ОН"

н.со, -г нсо; -г со; н н

с„ сд>

к„ к

к„[Н*] к.(Н*] 1

С1 - [н*]/*р) '

и,» к2(рН) с, где С„, С.

п2СрН)

цин диазо- ц агосостав-лкещих; [Н ] - концэн-трация ионов водорода; к„- ионное произведение

воды; кл, кэ, кр- константы ¡скЕотт-осков-

ннх р22н0п2снй

1=1.12.1=1.2.3;

Ч-Чг=гэ.О - 1'а)т£г-гэ.О;

Ш

V КГ -Г г2тСгЭ «г) аг;

" о

со

с1- 1к т с1со 15(0 <4 -1

J О j

со

¥Сг) = ^ / «'Сг.О РСО си] / 2 •

где - скорости образования и роста кристаллов пигмента; СП,СП- равновесная

н текущая концзнтрац:« пигмента; С1,б1-

текупая и средняя кокцтнт рации 1-го компонента в элементе и с*К!мз реакционной массы; ¿-(ЗС-'ск; коэффициенты обмена с общим (Я5ьемом; •е' - скорости

кислотно-основных взаимодействий; I -время пребывания элемента в реакторе; г,г - размер и коэффициент Формы кристалла; фЧгЭ.ФСг) - гранулометрический состав кристаллов пигмента в элементе реакционной массы н объеме реактора;

индексы: 1 - АтЫ^; 2 - АгН1ОН;

3 -АгМ20"; 4 - Н2С0,; 5 - НСО",; 6-С0",2;

7 - 1?ОН; 8 - 1?0"; 9 - Н*; 10 - ОН";

11 - АгМ2ТО; 12 - .т;

б11- символ,принимающий значения 0 или

±1 в соответствии со схемой реакции азо-сочетаиия: Э - объемный расход ,]-го потока; РСО - плотность распределения времени пребывания элементов реакционной смеси в реакторе

Разработанной математические модели статики и динамики процессов синтеза азопигмектов использованы для пркблигзнного расчз-та конструктивных параметров альтернативных вариантов аппаратурного осормлэния реакторных блоков пилотных установок Д1 ¡азотирования С рис. 2) и азосочетания с одновременной оптимизацией ста-ткчзсккх рапков. Адекватность матекаткчзсккх юдалзК процессам дказотнрования и азосочэтанкя установлена по экспэриюнтальным данным, полученным на пилотных и опцткэ-промыаложих установках, с' использованном статистических кркторпза Вилъкоксоиа, Бартлата и Фзгзра для иодэлзя статики и критерия знаков для динакичаских кэ-дзлой.

Методом натематтаского моделирования были исследовсцгы стати-чзсккз режимы процессов диазотироЕзкия и азосочгтаиия в реактор-

скстсиах типа "царга-тарэлка". колонны с малым дка>:зтром и "труба-расширитель"; влияние конструктивных параметров реакторгсэс систем на эссэктивность процессов диазоткрования и езосочэтгккл; чувствительность шходньог показатсдзя процесса по отнотанка з: их входным юре|{зкил н определены к^;5олсп опасть возмугакжз бзо-доЯствия и управлявшие пзрзмзнныз. Построениз областей допусти;>их рз^мов и нзучзкиэ их пере касания в пространстве управляющих переменных в зависимости от возмущающих воздействия позволязт установить цоласообразность создания систем оптимального управления статическими репками с обратной связь;;.

Результаты моделирования показали, что при высоких концентрациях амина Сболее 350 моль^м8 ) в шгтаики модульной реакторной системы диазотирования подача 100 нитрита натрия в порвыя модуль вообще находится за пределами допустимой области управления. Этот сакг делает принципиальным распроделенко подачи нитрита натрия по модулям реакторной системы.

Построенные диаграммы, отрагаюзио влияние распределения объемов модуяей-царг в трехмодульноя реакторной система диазоткро-вания на "проскок" амина к содержание дтазосиол з даазссоеднне-нии, показывают, что при синтезе гибких реакторных систем диазотирования елвдует использогать модули-реакторы . одинакового объема.

Исследование статических рехшмов синтеза азопнгкзктов в аппарате непрерывного действия типа "царга-тарелка" позволяет установить, что на размер кристаллов пигманта и содержание в нем дка-зосмол С а следовательно и на колористические показатели) наиболее существенное влияние оказывают рН среды сочетания и сесходы азо -

Амин

<ы) /1 г™

'_V .1

Диазосоединение

Рыо.2. ^хема гибкой автоматизированной пилотной установки дпазотнрокшия аминов: 1 -аппарат для подготовки солянокислой суспензии амина; 2 -насос-дозатор; 3 -устройство активации амина; 4,5,6 -реакторшо скстеш дпазотироьашш; 7 -емкость пр-готовленпя раствора нлтрита натрия; 8 -насоси дозатора; 9 -анализатор сос-а продуктов ,-;:азот::рован;ш; 1С -камцутардгвдвС центр

для гав;

и дназосоставляющих в питании реакторная системы. При величине рН среды сочетания, соответствующей максимальной скорости химической реакции, кристаллы пигмента имеют минимальный размер, а при отклонении рН в ту или иную сторону от указанного значения размер кристаллов увеличивается. Из рис. 3. 4 видно, как изкэняются пара-мэтры плотности распределения кристаллов по размзру и колористические параметры пигмента алого -в зависимости от рН среды сочета-

кия.

5 £ «я * (3 - п." 0.3

0.08 0.2

0.04 " 0.1

0 0

"5 7 Э" И рН Рис.3.Зависимости среднего разкзра кристаллов г Г кривая 1) к дисперсии о (кривая 2) распределения кристаллов по размзру от кислотности среды сочетания

7.5 - 3.0 - 2.5

7.0 -2.0 - 2.0

6.5 . 2.2 1.5

В 8 10 рН Ркс.4. Зависимости основного тона У ^кривая 1), насыЕэкностк У, С кривая 2) и красящей способности У С кривая 3) пигмента от кислотности среды сочетания С первые две величины в ед.системы Рихтера, третья - в К/ь)

Установленная связь мевду параметрами распределения кристаллов по размзру н колористическими параметра.1« пигментов позволяэт определить оптимальные условия азосочетания и регулировать свойства азопигментов путем замедления скорости химической реакции.

Анализ области режимов азосочетания заданного качества в пространстве управляемых переманных - величины рН среды сочетания, соотношения подач диазо- и азосоставпяюших, среднего врекэни пребывания в реакторе - показывает, что довольно широкий диапазон регммных переменных обеспечивает высокий в&ход (99,5 пнгмзнта и незначительное (до 0,1 количество примесей в нзм. Однако размер кристаллов и. следовательно, ого колористические параметры будут сушественно меняться в данной области в соответствии с описанной выжз закономерностью.

В пятой главе приводятся примеры проектирования и внэдрьния гибких автоматизированных непрерывных и периодических производств синтетических красителей нового поколения на базе проведенных теоретически х исследований, экспериментальных и изыскательских работ.

Технологическая с хека промышленной установки синтеза крупнотоннажных марок азопигментов алого концентрированного.лакокрасочного и гелтого светопрочного С рис. 5) включает единый мощный узел дназотирования, питающий дао линии реакторных блоков азосочетания.

В качества альтернативных обликов реакторных систем рассматривались снстоны типов "царга-тарелка". колонного типа н "тру-ба-распирнтель". В процзссе проектирования и ходе последующих экспериментальных проверок было установлено, что накбольсэй степенью гибкости Суправлгагастн в статике) Г| = 0,65 обладают системы типа "труба-ргсширктвль". они более надежны в эксплуатации нз-за отсутствия данпупкся частей в их конструкции.

Однако по эффективности Функционирования в динамических режимах они уступают реакторным системам типа "царга-тарелка". н требуют для автоматизации более слогных н дорогих систем управления. Так регулируемость прокизяэинас систем "царга-тарелка" min Ry = =0,38 сусэстсэнко лучсэ регулируемости систем "труба-расширитель" min Ry =0,23 , в основной из-за значительно меньшего транспортного запаздывания по основным каналам управления качеством продукции. В связи с этим принято ресзниз о реализации в промыпленном варианте установки с модульной реакторной системы типа "царга-та-релка" Срис.6).

Царги 1 разделены тарелками 2. создающими пленочный режим перелива Стечения) реакционной массы из нижней царги в верхнюю. Каждая царга снабжена теплообменной рубашкой 3 н штуцерами 4, 5 для ввода / вывода реагентов. По центру аппарата установлен обший для всех царг титановый вал 6, на который насагены трехлопастные титановые мешалки 7.Электропривод смонтирован на верхней крыщке аппарата. частота вращающегося вала мешалки равна 500 об^мин.

Реакторная система дназотирования имеет достаточное количеств во резервных вводов н выводов потоков Сстуцеры 4,5), что позволяет ЕарьироБать точки ввода исходных реагентоз или отбора продуктов, организовать распределенный по Еысоте аппарата ввод реагентов, включать в работу требуемое количество царг в зависимости от свойств диазотируемого ароматического амина и производительности установки.

Реакторная система азосочетания промышленной установки представляет собой двухцарговый аппарат колонного типа с распределенной подачей дказораствора и нейтрализующего агента.

Классификация возмущающих воздействий в непрерывном производстве азопигментов. исследование чувствительности целезой оукк-

<ТСу>^Г~(й) _£_ -- Суспензия (Г£ .1—7--~

'М-/,— , ".игмента I

:.елочнои

Рис.5. Технологическая схема промьшленной установки синтеза азолигу I - реакторная система диазотирования; 2а,б, За,с - центрифуги; 4,с акторные системы азосочетания

пигментов: ое-

го го

дли управления по отношению к возмущениям, выбор допустимой структуры системы управления с использованием ранговых критериев структурной наблюдаемости и управляемости системы и. наконец, иммитационное исследование эффективности Функционирования альтернативных классов систем управления в статических реаимах позволяют рекомендовать к внедрения двухуровневую децентрализованную систему адаптивного управления статическими режимами промышленной установки с переменной структурой локальных АСР.

Система адаптивного управления статическими режимами включает в себя подсистемы "Оптимизатор" и "Корректор-координатор" режимов. Оптимизаторы режимов диазотирования и азо-сочетания с помощью математических моделей и в зависимости от гранулометрического состава

и концентрации амина в питании реакторной системы диазотирования. задания на производительность установки и колористические параметры пигментов рассчитывают оптимальные режимы ведения технологического процесса и выдают задания локальным микропроцессорным АСР.

Подсистема "Корректор-координатор" режимов предназначена для коррекции математических моделей по наблюдаемым переменным состояния процессов диазотироЕання и азосочетания. Программное обеспечение "Корректора" осусествляет: а) восстановление гранулометрического состава и концентрации амина в суспецзии на входе в реакторную систему диазотирования по косвенным измерениям в соответствии с рэгуляризованным алгоритмом; б) расчет по модели гранулометрического состава пигмента и его колористических параметров.

Рис.6. Реакторная система диазотирования типа "царга-та-релка

Система адаптивного управления статическими режимами диазоти-рования и азосочетания реализована на базе вычислительного комплекса ПС 1001 и Ремиконт.

Микропроцессорная система регулирования процесса диазотирова-ния нижнего уровня (рис.7) включает в свой состав логическое устройство, которое в соотеэтствии с разработанным алгоритмом производит диагностику состояния объекта, выявляет возмущающее воздействие к обеспечивает дискретное управление по соответствующему каналу, что позволяет в условиях большого транспортного запаздывания по каналам управления повысить запас устойчивости системы и качество регулирования процесса диазотированкя.

Анализ Функционирования промышленной автоматизированной установки синтеза азо пит ментов по непрерывной технологии в Тамбовском ПО "Пигмент" показал, что установка обладает свойствами ГАПС нового поколения.

Значительная экономия сырья при непрерывном производстве пигментов и экономия пигментов при производстве красок обеспечивает высокую технико-экономическую эффективность ГАПС производства синтетических красителей нового поколения, делая ее с учетом оперативного удовлетворения растущих запросов потребителей конкурентоспособной на мировом рынке.

В работе предложен оригинальный принцип организации нового поколения ГАПС синтетических красителей на базе • коммутационных центров и радиального размещения оборудования.

Система коммутационных центров С рис. 8) позволяет организовать практически любую структуру ГАПС. т.е. обладает максимальной избыточностью структур. Узел й обеспечивает централизацию технологических потоков и возможность диасретного управления ими, т.е. выполняет Функции "диспетчера" всего производства. Технологические блоки 1, 2, 3. 4 обладают Функциональной самостоятельностью и соединяются друг с другом с помощью "диспетчера" О и транспортных трубопроводов, обеспечивающих питание и транспортирование целевых продуктов.

Сравнительный анализ показал, что при использовании ГАПС непрерывного действия капитальные затраты на оборудование снижаются в среднем в 1.3 раза за счет рациональной Организации производства. повышения производительности установок, оптимального сочетания периодических н непрерывных технологических процессов, снижения протяженности трубопроводных коммуникаций ГАПС и сокращения вспомогательного оборудования в технологическом блоке под-

2э

Хладагент

Рис.7, функциональная схема автоматизации процесса диазоти-рования: - датчики расходов суспензии амина и нитрита натрия; 3,4,5 - анализаторы содержания азотистой кислоты в диаэорастворе; 6,7 - датчики температуры; 8 - датчик концентрации твердой фазы амина в диазосоединении

Энергетические ресурсы

•Энергетические ресурсы

Сырье

Рис.8. Структура ГАПС синтеза синтетических красителей нового поколения: I - блок подготовки исходных реагентов для процессов дказотирования и азосочетания, 2,3 - реакторные блоки дказотирования и азосочетания; 4 - блок фильтрации и сушки пигментов; 13 - коммутирующий центр; , Do. D*. 35д - стыковочные узлы; а - аппараты

готовки исходных реагентов (за счет совмещения аппаратов).

В этой Ее главе описывается разработанная автоматизированная система оптимизации расписания работы совмещенных технологических схем периодического действия и оперативного планирования и управления многоассортимектным производством дисперсных красителей в Тамбовском ПО "Пигмент".

Заключительный параграф главы посвящен синтезу автоматизированного реакторного блока периодического действия, предназначенного для эффективного ©ункцио:1ирования в составе гибкого автоматизированного производства химикатов-добавок для полимерных материалов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Общим результатом работы является решение крупной научко-тс»-ннческой проблемы синтеза гибких автоматизированных многоассортиментных производств синтетических красителей, создания и промышленного внедрения гибкого автоматизированного непрерывного производства азопигментов.

В рамках решения данной проблемы получены следующие основные результаты:

1. Разработаны принципы системного проектирования и методология синтеза гибких автоматизированных малотоннажных химических производств.

2. Впервые реализована концепция совместного проектирования технологических аппаратов с заранее заданными статическими и динамическими характеристиками и систем управления ими с гарантированной вероятностью.

3. Предложен принципиально новый подход к организации ГАПС малотоннажных химических производств на основе управляемых коммутационных центров и принципа радиального размещения технологического оборудования непрерывного и периодического действия.

4. Разработаны методики выбора общей структуры системы управления установками ГАПС и структур систем управления технологическими блоками с использованием концепции структурной управляемости и наблюдаемости систем.

5. Поставлена и решена задача выбора оптимального ассортимента выпускаемой продукции и структуры гибкого мНогсассортимантного химического производства с одновременной оптимизацией расписания работы установок ГАПС.

6. На основе разработанных математических моделей блочнэ-мо-дульных реакторных систем поставлена и решена задача многокрите-

риального синтеза автоматизированных комплексов "реакторный блок - система управления" ГАЛС многоассортимзнтного производства азо-пигментов. Созданы блочно-модульные реакторные системы типа "цар-га-тарелка". колонны с малым диамзтром и горизонтальным перемешиванием реакционной массы,"труба-расшнрктель" и альтернативные варианты систем управления ими в классах систем статической оптимизации и автоматической стабилизации с оптимальными задания« регуляторам.

7. Созданы гибкие автоматизнрованниз пилотные и опытко-про-мьпяенная установки скнтоза азопигкэнтов по непрзрызной технологии. позволкезкэ в кратчайсиз сроки провзсти зкспэрикзнтальнкэ исследования и отработку непроразных технологических процессов дказотирования и азосочетания, а так^з ог.ератизнун просэрку принятия ресзний при проектировании промышленной установки синтеза азопигкэнтов.

8. Спроектировано и bi ядре ко гибкое автоматизированное непрерывное производство азопигкэнтов С алого концентрированного, лакокрасочного н гхзлтого светопрочного), обладаюсэе свойствами ГАЛС нового поколения.

9. На базе разработанных теоретических основ и методологии синтеза гибких многоассортиментных химических производств нового поколения и экспериментальных исследований создано специальное программное обеспечение системы автоматизированного синтеза ГАЛС синтетических красителей.

10. Результаты выполненной работы успешно внедрены в промышленность в проектной части Тамбовского Филиала МНПО "НИОГЖ" и Тамбовском ПО "Пигмент".

Реальный экономический эсфэкт, полученный в 1S30 - 91 г.г. от эксплуатации ГАЛС синтеза азопигментов и автоматизированной системы оперативного планирования и управления многоассорткмзнтным производством дисперсных красителей в Таковском ПО "Пигмент" исчисляется 850 тыс.рублей.

Экономический эФФект нарастающим итогом в ценах и условию« по состоянию на 1.01.91 г. от внедрения гибкого автоматизированного непрерывного производства крупнотоннагных марок азопигмзнтов алого концентрированного, лакокрасочного и ЕелтоГо светопрочного в динамике до 1995 г. составит 16,142 млн. рублей в год.

Основные каториалы. отрагавзкэ результаты диссертационной работы, изложены в следующих публикациях:

1. Балакирев B.C., Дворецкий С.И., Ефитов Г.Л. Экономичный ме-тсд устойчивого определения коэффициентов математических моделей сизико-хикнч^ских процессов" Математические методы в химии: Тр. Bcbcobj. коно. -М., 1980. -Т.3. -С.87-94.

2. Баранов Б. А.. Бодров В. И., Дворецкий С. И.. Калинин B.C. Проектирование аппарата для непрерывного дназотирования трудно-растворимых аминов/'' Хим. пром-сть. -1982. -N 10. -С.612-616.

3. Бодров В.И.. Дворецкий С.П.. Калинин В. Ф., ОроловС. В. Комплексное проектирование на ЭВМ установки дназотирования аминов и системы управления ее режимами" Хим. тежология. -1983. -М 1. -С.37-39.

4. Бодров В. И, Дворецкий С. И.. Помош И. Моделирование на ЭВМ трубчатого реактора дназотирования'/' Хим. технология. -1933. -М 5. -С. 47-49.

5. Бодров В.И, Дворецкий С. И., Калинин В.®., Фролов С. В. Оптимальное проектирование автоматизированной установки получения азокрасителей'-/ Оптимальное проектирование в задачах химического машиностроения. -М.. 1S83. -С. 49-53.

6. Бодров В.И, Дворецкий С. И. Проблемы совместного проектирования химико-технологического процесса и системы управления его режимами" Методы кибернетики химико-технологических процессов: Тез. докл. Всесоюз. ко но. -М.. 1984. -С. 119-120.

7. Макрокинетика процесса растворения З-нитро-4-аминотолуола' Баранов Б.А., Бодров В.И. Дворецкий С.И. и др./'-' Кинетика и катализ. -1984. -Т. 25, И д. -С. 1457-МгЛ.

8. Бодров В.И. Дворецкий С.И. , Калинин В. Ф.. Кудрявцев A.M. Математическое моделирование процесса получения азокрасктелей" Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология. -1985. -Т.20, вып. 1. -С. 81-85.

9. Двсреца.й С.И., Кудрлвцоа A.M. Разработка адаптивного алгоритма управления непрерывным процессом дназотирования в производстве азокрасигелей" Модели и системы управления химико-технологическими процессами. -Калинин, 1584. -С. 83-87.

10. Дворецкий С.И.. Кудрявцев A.M. Методы и алгоритмы проектирования гибких автоматизированных производств в анилинокрасочной промышленности-/' Математическое моделирование сложных химико-технологических систем: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Одесса, 1Ö85. -4.1. -С.123-131.

11. Разработка и внедрение гибкой автоматизированной установки непрерывной технологии получения азокрасителей' Бодров В.И,Дворец-

кнй С.И.. Калинин В.Ф. и др. " Хим. пром-стъ. -1086. -N1. -С.50-54.

12. Дворецкий С.И., Калинин В.Ф., Баранов Б.А., Утробин Н.П. Опыт создания и внэдрзння гибких автоматизированных систен в мко-ассортинентных производствах калотоннаяной химии /'✓Автоматизация и роботизация в хкнячесиой пронызлзгстстн: Тоэ. дога. Бсосоэз.

ноHí>. - Тамбов, 15со. -С. 4-6.

13. Бодров В.И., Васильев В.А.. Дворецкий С.И.. Калинин В.®. Оптимизация кэпрарывного диазотироваиия труднорастгоримых аминов при получении азокрасителей"' Изв. высп. учзб. завэданий. Химия и хнм. технология. -1ВВ5. -Т. 29, вып. 6. -С. 87-00.

14. Бодров В.И. Дворецкий С.И..Калинин В.Ф.. Погзгаев А.Н. Оптимальное управлэнзэ производством агокраситолей'"' Хим. технология. -1GSS. -N4. -С. 51-КЗ.

15. Бодров В.И, Дворецкий С.И., Калинин В.©.. Колупаев В.И. Создание и парспзктнвы использования оптимально организованных аппаратов в многоассортккзнтных производствах красите лей-'/Химреак-тор-9: Тез. докл. Всесоэз. кон®. -Гродно. 1666. -С. 242-247.

1G. Казаков А.С.. Дворецкий С.И. Автоматизация периодических процэссоз в малотоннажной хинми"Хнмикаты для полккзрных кзторна-лов: Обзорн. ик$орм. ✓ НИИТЭХИУ. - Ы.. 1В37. -30с.

17. Дворзцкий С.И.. Колупаев В.И. Автоматизированный расчет аппаратов тонкого органического синтеза с гибким секционированием /v Автоматизированное проектирование химических производств. -М.. 1837. -С. 33-40.

13. Бодров В.И. Дшрецхий С.И.. Колупаев В.И., Кудрявцев А.М. Разработка аппаратов тонкого органического синтеза для гибких технологических систем" Химическое и неотяное машшостроенне. -1988. -N1. -С.9-11.

19. Дворецкий С.И. Автоматизированный расчет реакторных подсистем тонкого органического синтеза с автоматическим управленн-ем"1!ат0матнческое моделирование сложных хнмико-технологических систем: Тез. докл. V Есесоюз. гано. -Казань. 1S33. -С. 113.

20. Дворецкий С.И. Стратегия совместного проектирования на ЭБУ хкмико-техшлогкческого процесса и системы управления его регниа-нтк/Автоштизация н роботизация в химической промьплсшюсти: Тоэ. до:«. II Всосозз. га но. - ТамЗоз. 1Q83. -С. 179-181.

21. Дворзцкнй С.П.. Казаков А.С. Разработка АСУ на база микро-ЭЕ1 пзргаднчэскки производством xsasücaTOB для полимерных материалов " Автоматизированное управтокиз химическими производствами.

-M.. 1988. -С. 19-23.

22. Аппаратурное оформление ГАПС в производстве азопигмантов для лакокрасочноЯ промышленности / Бодров В.П., Дворецкий С.И., Познякевич А.Л. и др.//Лакокрасочные материалы и их применение. -1988. -N6. -С. 44-48.

23. Разработка непрерывного технологического процесса получения пигмента алого/ Кудрявцев A.M., Дворецкий С.И., Баранов Б.А. и др. // Еурнал прихладаой химии. -1988. -Т. 61, N 11. -С. 2525-2531.

24. Акчурина P.A., Дворецкий С.И., Казаков A.C. Исследование механизма и кинетики синтеза сульФенамида M // Еурнал прикладной химки. -1989. Т.62, N 3. -С. 630-636.

25. Дворецкий С. И. Оптимизация процесса принятия решений в гибких автоматизированных производственных системах химического проФиля // Прикладные проблемы управления макросистемами: Тез. докл. 3-й Всесоюз. школы-семинара. -Аппатиты, 1989. -С. 201-203.

26. Дворецкий С. И. Математические вопросы автоматизированного проектирования многоассортиментных химико-технологических комплексов // Математические методы в химик: Тез. докл. VI Всесоюз. конФ. -Новочеркасск. 1989. -4.2. -С.33-35.

27. Мищенко C.B., Бодров В.И.,Дворецкий С.И. Создание интегрированной системы проектирования и научных исследования для разработки гибких химико-технологических систем //Прикладные проблемы управления макросистемами: Тр. Второй Всесоюз. школы-семинара. М., 19ЭЭ. С.66-82.

28. Дворецкий С.И.. Казахов A.C. Оптимизация периодических процессов синтеза химикатов для полимерных материалов//Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология. -1989. -Т. 32, вып. 7. -С. 124-129.

29. Дворецкий С. И. Обеспечение гибкости установок непрерывного действия в многоассортиментных производствах органических красителей // Новые процессы, оборудование и гибкие производственные системы для многономенклатурных химических производств: Тез. докл. Всесоюз. конф. -Днепропетровск, 1989. -С. 28.

30. Дворецкий С. И. Вопросы интеллектуализации САПР химических комплексов многоцелевого назначения // Программное обеспечение новой информационной технологии: Тез. докл. Bcec9»3. совещания. -Калинин, 1989. -С. 198-189.

31. ДЕорецкий С. И. Разработка автоматизированных химико-технологических комплексов многоцелевого назначения // Автоматизация и роботизация химических производств. -М., 1989. -С.13-18.

32. Дворецкий С. И. Моделирование и расчет непрерывно действую-

инх реакторов синтеза азопигкектов с переменной структурой // Хим. технология. -1990. -N 2. -С.76-82.

33. Современное состояние непрерывной технологии получения азопнгментов / Бодров В.И.. Дворецкий С.И.. Кудрявцев A.M. н др." Анилинокрасочная пром-сть : Обзор, ннФорм. / НИИТЭХИЦ. - М., 1S39. -43 с.

34. Бодров В.И., Дворецкий С.И., Калинин В.©. Мзтодология создания и внедрения гибких автоматизированных производственных систем в малотоннажной химии// Гкбкнэ производственные системы химического профиля: Тез. докл. Всесоюз. кокФ. -Л., 1990.

-Препринт N 125. -С. 28-29.

35. Bodrov V.I.. Dvoretsky S.I.. Kalinin V.F. Analysis and Design of Continuous Azodyes Synthesis Technology//X International Congress of Chemical Engineering, Chemical Equipment Design and Automation: Sumniarles of Papers. - Praha. Chechoslovakia, 1990. -V. 1. -P. 33.

36. Дворецкий С.И., Кудрявцев A.M. Математическое моделирование непрерывного процесса азосочетания в производства азопнгментов // Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология. -1990. -Т. 33, вып.5. -С.110-114.

37. Дворецкий С.И. Синтез гибких автоматизированных химических установок // Динамика процессов и аппаратов химической технологии: Тез. докл. Третьей Всесоюз. кон®. -Воронех. 1990. -С. 159.

38. Гордеев Л. С., Дворецкий С. И., Кудрявцев A.M. Моделирование и оптимизация непрерывных процессов тонкого органического синтеза с участием твердой Фазы // ТОХТ. -1990. -Т. 24, N 5. -С. 661-672.

39. Гордеев Л. С.. Дворецкий С. И., Кудрявцев A.M. Математическое моделирование и исследование непрерывной технологии синтеза азопнгментов // Хим. пром-сть. -1990. -N 10. -С.620-624.

40. Tambieva О. A., Dvoretsky S. I., Kudrjavcev A.M. Investigation and Calculation of Continuous Technologuical Process of Synthesis oa Azoplgrr.ents // Chemistry, Technology and Application of Organic Dyestuffs and Pigments: Summaries of papers III rd Conference Colorchem"90. -Chechoslovakia, 1990. -P.53-54.

41. Vysokosov A. N., Dvoretsky S.I., Tambieva 0. A. Invest! gat ion of Possibilities of Quality Control of Azipignients in Their Synthesis by Continuous Technologies// Там se. - P.54-55.

42. Гордеев Л.С., Дворецкий С. И., Кудрявцев A.M. Оптимизация непрерывной технологии синтеза азопнгментов // Хим. пром-сть. -1990. -N11. -С.687-689.

43.-Бодров В.И., Дворецкий С.И.. Толмачев О.В., Утробин Н.П. Оптимизация расписания работы совнэвэнных технологических схэм ккогоассортккзнткого производства ✓✓ Хин. пром-сть. -1991. -N 3. -С. 183-191.

44. Дворецкий С. И. Автоматическое управление пусковыми роигма-ми реакторных систем тонкого органического с инг е за^Авт о мат изацнл химических производств. -Ы., 1990. С. 20-28.

45. Бодров В.И., Дворэцккя С.И. Стратегия синтеза гибких автоматизированных ХТС " T0XÏ. -1991. -Т. 23, N 5. -С.716-730.

45. Исследованда непрэрывной технологии получения азопкгюн-тов ✓ Бодров В.И., Дворецкий С.И., Кудрявцзв А.Н. и др. ✓✓ Химия и технология органических красителей и проюгуточных продуктов: Тез. докл. Всесоюз. кон®. -Л.» 1S35. -С. 104-105.

47. Дзорецккй С.И., 1>!арнн A.B., Полесавв А.Н. Автоматизированное проектированко оптимальных систем управления химико-технологическими объектами ✓✓ Автоматизация и роботизация в химической промышленности: Тез. докл. Всесоюз. конФ. -Тамбов, 1985. -С. 4-6.

48. Бодров В.И., Дворецкий С.И.Д!атвайкнн В.Г. Проблемы управления химическими производствами ✓✓ Прикладные проблемы управления макросистемами: Тез. докл. II Всесоюз. пколы-семннара. -М., 1937. -С. 185-187.

49. Дворецкий С.И., Марин A.B., Поледаев А.Н. Автоматизированное проектирование реакторных подсистем с автоматическим управлением для многоассортимеитных производств /у Атоматизация и роботизация в химической промышленности: Тез. докл. II Всесоюз. кон®. -Тамбов, 1988. -С.179-181.

50. Бодров В.И., Дворецкий С.И. Аппаратурное оформление ГАПС в производстве полупродуктов и красителей /s Гибкие производственные системы химического профиля: Тез. докл. Всесоюз. конФ. -Л., 1990. -Препринт N*125. -С. 31.

Основные разработки защищены 14 авторскими свидетельствами, в том числе:

3402558. Б.И. № 15, 1983; 1121274. Б.И. № 40, 1984; 1143455,

Б.И. (Г 9, 1985; 1255628. Б.И. С 33, 1985; 1287933. Б.И.' №5.

1987; 1281574. Б.И. № 1. 1987; 1318602, Б.И. №23, 1В87;

1346230. Б.И. № 39, 1987; 1437375, Б.И. № 43. 1988; 1534047.

Б.И. № 1. 1990; 1586771. Б.И. № 31. 1990; полоюггельное рэсз-

ние по заявке № 4852109^05 от 20.07.90г.