Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Постановка задачи управления II
1.1. Краткое описание объекта управления II
1.2. Анализ известных способов управления 17
1.2.1. Технические средства систем управления 17
1.2.2. Способы управления 19
1.3. Постановка задачи управления . 26
1.4. Выводы 30
Глава 2. Математическая модель реактора 31
2.1. Конструктивные и теплофизические параметры реактора 32
2.2. Допущения и ограничения 32
2.3. Математическая модель. 34
2.4. Анализ параметров модели . 37
2.441. Функция СТВ 37
2.4.2. Коэффициент теплопередачи . 43
2.4.3. Параметры, характеризующие динамические свойства реакционной смеси 47
2.4.4. Параметры уравнений,описывающих динамику изменения расходов пара и хладагента 51
2.4.5. Ограничение по теплосъему . 51
2.4.6. Корректировка параметров и установление адекватности модели 52
2.5. Уточнение постановки задачи управления 68
2.6. Выводы . 71
Глава 3, Вывод реактора на решил 73
3.1. Постановка задачи управления выводом реактора на режим. 73
3.2. Определение активности инициатора на этапе разогрева. 77
3.3. Определение сигнала управления на подачу хладагента в момент переключения 88
3.4. Определение момента переключения управляющих воздействий 90
3.5. Алгоритм вывода реактора на режим 101
3.6. Выводы 109
Глава 4. Управление режимом полимеризации . Ill
4.1. Постановка задачи управления режимом полимеризации 111
4.2. Определение температуры режима полимеризации 112
4.3. Управление остановкой режима полимеризации . 121
4.4. Стабилизация температуры в процессе полимеризации 129
4.5. Выводы. 143
Глава 5. Техническая реализация систем управления 145
5.1. Постановка работы 145
5.2. функция системы 146
5.3. Техническое обеспечение . 147
5.4. Программное обеспечение . 150
Выводы и основные результаты работы 153
Литература 157
Приложение 162
- Технические средства систем управления
- Параметры уравнений,описывающих динамику изменения расходов пара и хладагента
- Определение сигнала управления на подачу хладагента в момент переключения
- Управление остановкой режима полимеризации .
Введение к работе
В проекте КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 г.г, и на период до 1990 г." объем химической и нефтехимической продукции к 1985 г. должен увеличиться на 33-35%.
Химическая и нефтехимическая промышленности занимают одно из ведущих мест в народном хозяйстве СССР. Интенсивное потребление промышленностью синтетических материалов ставит проблему резкого увеличения выпуска пластических масс и, в частности, поли-винилхлорида (ПВХ).
Решение этой задачи будет осуществляться двумя путями: строительством новых и интенсификацией действующих производств.
В последнее время в мировой практике химической и нефтехимической промышленности повсеместно наблюдается тенденция к увеличению мощности единичных технологических аппаратов. Основные преимущества технологических процессов с агрегатами повышенной мощности заключаются в большой экономии капитальных вложений,значительном увеличении производительности труда и получении продуктов более высокого качества.
Постановлением Госкомитета по науке и технике при СМ СССР № 430 от 26.11.76 г. была утверждена программа работ по решению важнейшей научно-технической проблемы 0.10.04 на 1976-1980 г.г. Этап 06 (СЭВ) проблемы 0.10.04 формулируется следующим образом: "Разработать и освоить в промышленных условиях высокоэффективный технологический процесс и оборудование для производства суспензионного ПВХ на технологической линии мощностью 50-60 тыс.т в год с автоматизированным управлением". В соответствии с Постановлением в этот период работа по созданию технологического процесса получения ПВХ-С проводилась в рамках СЭВ при участии специа-
** 5 -
листов НРБ, ГДТ и СССР. Разработку автоматизированной системы управления выполняли специалисты ГДР и СССР (головной разработчик системы управления от СССР - ОКБА г.Ангарск).
В ХІ-ХП пятилетках планируется (приказы МХП и Миннефтехим-маша) строительство и ввод в действие производства ПВХ-С мощностью 240 тыс.т в год с автоматизированной системой управления.
В связи с этим в настоящее время при проектировании и создании технологического процесса, экономически более выгодного, чем существующие, решается комплекс задач, который сводится к увеличению производительности реакторов-полимеризаторов. Для этого проводят испытания на опытных установках, применяя новые высокоэффективные инициирующие системы, снижают водный модуль (отношение количеств обессоленной воды и винилхлорида,загружаемых в реактор), проводят процессы вблизи границ тепловой устойчивости реактора. Результаты испытаний показывают пути наращивания мощности реакторов. По данным расчетов она составляет 0,0178? т/м3.час против 0,01295 т/м3.час на существующих производствах. Одновременно резко увеличивается производительность труда, которая составит 618 т на одного работающего против 282,5 т на действующих предприятиях.
Разработка существенно новой конструкции реакторов и типов перемешивающих устройств, а также высокая точность поддержания технологических параметров процесса позволит резко увеличить качество выпускаемой продукции. По оценкам общий объем продукции высшего сорта составит 90% против 60-70% на действующих произ-, водствах. Проведенные испытания на опытных реакторах подтверждают эти цифры.
Производство ПВХ состоит из многих технологических стадий, среди которых основная роль принадлежит стадии полимеризации.
На этой стадии и, в частности, в реакторах-полимеризаторах,формируется качество и количество получаемой продукции. Решение задачи управления реактором,суспензионной полимеризации является весьма актуальным в связи с разработкой реакторов большой единичной мощности.
Нестационарность процесса полимеризации, большие тепловые нагрузки, обусловленные процессом, ограниченные возможности теп-лосъема, определяемые конструкцией реактора, вызывают значительные трудности управления температурным режимом таких аппаратов. Загрузка реагентов однозначно определяет динамику периодического процесса полимеризации. Однако, даже при одной и той же рецептуре из-за возмущений, вносимых загруженным инициатором, качество и количество продукции за одно., и то же время в этих аппаратах получается различное. Эти возмущения обусловлены методикой контроля активности инициатора, а также его старением (снижение активности при хранении) за отрезок времени от химического анализа до загрузки в реактор.
На отечественных объектах,из-за неоднозначности данных химического анализа,чтобы не выйти за пределы тепловой устойчивости реактора, полимеризацию проводят при таких режимах, при которых происходит затягивание процесса. В этом случае обеспечиваются проектные показатели производства, однако, они далеки от оптимальных.
Решение задачи интенсификации на локальных средствах автоматизации по указанным выше причинам не представляется возможным. Увеличение производительности реактора, при обеспечении заданного качества продукции, может быть достигнуто с помощью вычислительной техники, путем анализа в конкретной ситуации состояния объекта и управления температурным режимом процесса.
Однако, по известным источникам как у нас в стране, так и
за рубежом, управление температурным режимом от УВМ по состоянию объекта не производится. В Японии (г. Kashlma, фирма S su. Chemical ) управление реакторами емкостью 130 м3 производится от УВМ с помощью модели, которая на базе исходных данных о загрузке прогнозирует поведение объекта и вырабатывает сигнал в схему стабилизации температуры в реакторе. Т.е. ив этом случае не ставится вопрос об управлении температурным режимом с целью увеличения производительности реактора .
Ангарское ОКБА осуществляло разработку АСУ ТП для действующих и вновь создаваемых производств. Эта работа включала этапы моделирования, разработку алгоритмов управления, определение технических средств и испытание алгоритмов управления на промышленных и опытных реакторах емкостью 30, 40 и 80 м3. Результаты испытаний подтвердили работоспособность и эффективность разработанных алгоритмов и, в частности, алгоритмов управления температурным режимом реактора суспензионной полимеризации винилхлорида.
В рамках указанных работ и на базе полученных результатов выполнена настоящая диссертация.
ЦЕЛЬ настоящей диссертационной работы формулируется следующим образом:
разработать алгоритмы управления температурным режимом реактора ПВХ-С, обеспечивающие, при прочих равных условиях, увеличение на % удельного съема ПВХ с реактора и на Ъ-1% выпуска продукции высокого качества.
ОБЪЕКТОМ ИССЛВДОВАНЙЯ послужили реакторы емкостью 30, 40 и 80 м3, на которых экспериментально проверено увеличение удельного съема ПВХ с реактора по отношению к существующим.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ - математическое моделирование и экспериментальная проверка на действующих реакторах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в том, что автором впер-
- 8 ~
вые была поставлена и решена задача возможности прогнозирования дальнейшего поведения процесса и что, на основании данных прогноза, полученных на этапе разогрева, в каждом конкретном цикле полимеризации определяются параметры разработанных алгоритмов, с помощью которых достигается поставленная цель.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ диссертационной работы заключается в том, что разработанные алгоритмы управления температурным режимом использованы в 'АСУ ТП получения ПВХ, а также в виде исходных данных вошли в проекты реконструкции и создания системы управления ряда производств. При испытании алгоритмов управления было обеспечено увеличение удельного съема ПВХ с действующего реактора на 5-7%, что эквивалентно экономическому эффекту порядка 150 тыс.руб. в год для производства мощностью 60 тыс. т в год.
Алгоритмы управления вошли в состав системы управления, построенной на базе программно-технического комплекса ПО/МП-8000 с УВМ типа ЕС-І0І0. Первая такая система передана в промышленную эксплуатацию в 1981 году на П.0."Капролактам" в г.Дзержинске.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:
Постановку задачи управления процессом полимеризации винилхлорида.
Математическую модель, предназначенную для синтеза алгоритмов управления температурным режимом и для управления процессом.
Способ прогнозирования действительной активности инициатора на объекте при разогреве реактора и результаты экспериментов.
Алгоритмы управления выводом реактора на режим, определения значения температуры процесса полимеризации, управления остановкой реактора на завершающей стадии процесса.
5. Результаты исследования и испытаний алгоритмов управления.
По теме диссертации опубликовано 5 работ, получены два авторских свидетельства.
Материалы диссертации докладывались в выступлениях на конференции МХИ по теме "Автоматизация периодических процессов в химической промышленности", г.Северодонецк, 1979 год и на совещании ВО "Союзхлор" по теме "Автоматизация технологических процессов", г.Сумгаит, 1977 год.
диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы.
Диссертация изложена на 167 стр. машинописного текста,включает 37 рисунков и 19 таблиц. Список литературы содержит 67 наименований,
В первой главе дан анализ известных методов управления реакторами полимеризации. Выделены три основные этапа проведения процесса - вывод на режим, собственно полимеризация и завершение процесса. Показаны способы управления процессом на этих этапах и технический уровень современных систем автоматизации. На основании анализа известных способов управления формулируется постановка задачи управления объектом. В качестве критерия управления принят удельный съем ПВХ с единицы объема, в единицу времени, в одном цикле периодического процесса. Показана декомпозиция общей задачи управления объектом.
Во второй главе представлены результаты разработки математической модели реактора. Дается анализ параметров модели и способы их определения на различных этапах процесса. Показан метод корректировки параметров модели, исследуется ее адекватность реальному объекту. На основании проведенного исследования
в процессе моделирования уточняется постановка задачи управления объектом. Глава сопровождается графическим и табличным материалом.
В третьей главе ставится задача квазиоптимального по быстродействию вывода реактора на режим. Показан способ определения момента переключения управляющих воздействий на этапе разогрева, который учитывает состояние объекта в каждом конкретном цикле процесса. В соответствии с проведенными исследованиями и испытаниями формулируется алгоритм вывода реактора на режим. Приводятся -примеры управления объектом по разработанному алгоритму.
Решение задачи управления объектом на этапе полимеризации приводится в четвертой главе. В результате проведенных исследований показано, что выбор оптимального значения температуры режима полимеризации по состоянию объекта обеспечивает сокращение времени этого этапа, что соответствует увеличению удельного съема ПЕК с реактора. А автоматическое управление остановкой процесса и высокая точность стабилизации температуры реакционной массы позволяют обеспечить получение наибольшего количества ШХ высшего качества. Результаты исследования и испытания на объекте представлены таблично и на графиках.
В пятой главе приведены технические средства, с помощью которых реализованы алгоритмы управления температурным режимом реактора. Дан перечень программ для исследования в процессе моделирования на ЭВМ Минск-32 и для управления объектом с помощью УЕМ М-6000 и ЕС-І0І0.
Выводы отражают результаты диссертационной работы.
- II -
Технические средства систем управления
Технический уровень и оснащение действующих производств ПВХ-С средствами измерения, примерно, одинаков на всех предприятиях Советского Союза. Исключением являются производство ПВХ на ПО "Капролактам" г.Дзержинск (производство куплено во Франции) и производство ПВХ на ВПО "Каустик" г.Волгоград (куплено в Японии). Основной контур управления - двухкаскадная схема ПИД-ПИ закона регулирования температуры реакционной массы. Точность регулирования температуры в реакторах в процессе полимеризации на ПО "Капролактам" и ВПО "Каустик" составляет +0,5С, на остальных производствах - не лучше +2С.
Соответственно в первом случае вырабатывается продукция высшего и первого сортов, а во втором - не выше второго сорта.
Причиной неудовлетворительного качества продукции на производствах является следующее: несовершенная рецептура; неудовлетворительная гидродинамика перемешивания реакционной массы; низкая чистота обработки внутренней поверхности реактора, из-за чего происходит налипание полимера на стенках и, соответственно, ухудшается теплопередача; невысокая точность измерительных приборов (1,5-2,5$)установленных на сырьевых и материальных потоках, в то время как точность дозировки реагентов на производствах HEX ПО "Капролактам" и "Каустик" составляет 0,5$.
Для оснащения отечественных производств оборудованием, отвечающим современным требованиям, в СССР созданы опытные образцы реакторов объемом 40 и 80 м3. Эти реакторы лишены указанных выше недостатков. Испытания процессов полимеризации на этих реакторах проводились как с помощью локальных средств автоматики, так и с применением УВМ (система управления с УВМ разработана ОКБА, г.Ангарск). Получаемая продукция соответствовала категории высшего и первого сортов.
За рубежом управление процессами получения ПВХ осуществляет- ся как от локальных средств автоматизации, так и от УВМ, работающих в режиме ВДУ. Причем управление от УВМ получает все более широкое распространение. По данным /л.61/ завода Hltts (ФРГ) система включает две УВМ для управления 80 реакторами и 10 смесителями. Одна УВМ находится в горячем резерве. Система управления увеличила мощность завода на 8,5$.
На заводе в г. Kashimа (Япония) применяется система НЦУ, построенная на базе двух УВМ. Одна машина непосредственно участвует в управлении процессом, а другая выполняет функции расчета технико-экономических показателей по производству и формирования и передачи данных в первую машину при переходе производства с одной марки продукции на другую. На производстве используются реакторы объемом 130 м3 /л. 65/.
Фирма Dow Chemtcai Co (США) от использования УБМ в режиме НЦУ реакторами на одном из своих заводов увеличила выход продукта на 2-3$, что позволило окупить затраты на систему за один месяц. В журнале " О ьЕ. and G-as Interna С» /л. 61/ описано серийное производство ПВХ фирмы ChemUhe Werne HUu
Marl (ФРГ), на котором применяется вычислительная машина для управления процессом полимеризации. Показано, что такое использование вычислительной техники в производстве ПВХ сократило эксплуатационные затраты, повысило качество ПВХ,- выпускаемое фирмой.
Таким образом, по данным зарубежных фирм видна тенденция развития систем управления на базе вычислительной техники, и, в частности, применение таких систем в производствах ПВХ.
В /л.67/ Adams 6 показывает, что на одном из производств ПВХ-С для регулирования температуры используется комбинированная схема, которая включает вычислительное устройство (устройство прогнозирования) и каскадную схему регулирования. На основе кинетических уравнений на УВМ программируется модель основного процесса. С помощью модели в любой момент времени рассчитывается прогнозируемое значение конверсии, как функции концентрации мономера, коэффициента теплопередачи и температуры процесса. По данным, снятым на объекте, которые характеризуют тепловую нагрузку реактора, корректируются прогнозируемые коэффициент теплопередачи и конверсия. Результат коррекции используется для расчета "будущего" изменения температуры (АТ). Сигнал отклонения "будущей" температуры от заданной приводит в действие систему подачи холодной или горячей воды в рубашку реактора. Такая система, как пишет автор статьи, значительно облегчает проведение периодических процессов, улучшает качество продукта за счет стабильности температурного режима.
Badaaerahanlan /л.59/ ссылается на экспериментальную установку для управления автоклавом полимеризации ВХ с помощью УЕМ. Основные функции, которые выполняет УВМ, это вывод реактора на режим, регулирование температуры и проведение расчетов, позволяющих получить больше сведений о процессе. Система управления разработана на базе математической модели. В результате получена двухкаскадная схема управления температурой в реакторе, построенная на двух ПИД-регуляторах. При моделировании получерны., настройки регуляторов. Температура поддерживается с точностью чр,1С. Переход от режима к режиму требует только изменения коэффициентов. Допускается регулирование по давлению или температуре.
Winker /л.60/ определяет, что основным параметром процесса является конверсия ВХ в ПВХ, которая зависит от температуры полимеризации и инициирующей системы. Другим параметром является качество ПВХ, его молекулярно-весовое распределение, которое также зависит от температуры. Режим управления следующий: реактор нагревается до заданной температуры, которая поддерживается с помощью каскадных схем, обеспечивающих НЦУ. Кроме указанного, УВМ осуществляет дозировку реагентов, контролирует состояние оборудования, представляет калькуляции за определенный период.Доказывается, что с помощью аналоговых регуляторов качество регулирования хуже.
Параметры уравнений,описывающих динамику изменения расходов пара и хладагента
Параметры уравнений модели (20 и 21) К к к к , {, XL определялись общеизвестными методами анализа динамических объектов /л.5/. В этом случае снимались расходные характеристики по каналу: преобразователь - пневмотрасса - исполнительный механизм - расходомер при скачкообразном изменении входного сигнала преобразователя. Полученная зависимость аппроксимировалась апериодическим звеном первого порядка с чистым запаздыванием. Параметры этого выражения определялись по методике, приведенной в /л.5/. Поскольку эти динамические звенья не зависят от параметров состояния объекта, то в модели уравнения, которые их описывают, можно представить в виде решения дифференциальных уравнений: здесь д, а " время, которое находится в пределах 10 20сек. Такое незначительное время запаздывания по каналу управления для реакторов различной емкости обусловлено тем, что для устранения инерционности исполнительных механизглов на паре и на хладагенте на них монтируются позиционеры с усилителями.
Величина ограничения ( А ъаб. ) на скорость тепловыделения в уравнении (15) нас интересует для этапа полимеризации. Определяется она следующим образом. Запишем уравнения модели (16, 17,19) в статике:
Уравнения (35,36,37) после несложного преобразования, путем исключения Т4 и Т5 и зная, что Ті =Т\ , т.к. на этапе полимеризации пар в систему не подается, запишем в виде соотношения (38). В результате получим условие, соответствующее максимально допустимой скорости тепловыделения, при которой существует возможность отвода тепла реакции:
Знак неравенства здесь указывает на то, что рецептура и способ управления должны быть выбраны такими, чтобы обеспечивалась тепловая устойчивость реактора. По (38) видно, что ограничением на скорость тепловыделения служат минимальное значение коэффициента теплопередачи Kmin t максимально допустимое значение расхода хладагента G-2 max и перепад температур реакционной массы и хладагента.
Поиск оптимальных режимов управления на модели, с целью дальнейшего переноса его результатов на реальный объект,может дать положительный результат только в том случае-, если модель адекватна объекту.
Известен ряд работ, в которых уточнение модели с целью обеспечения ее адекватности реальному объекту, осуществляют для различного класса объектов непрерывно или периодически по каким-либо заданным признакам. Так, например, в работе Г.К.Круга /л.26/ для нестационарных случайных процессов решается задача непрерывного приспособления модели к текущему состоянию технологического объекта, где показано, что строится упрощенная модель, а учет влияния вектора возмущений осуществляется перш дическим уточнением коэффициентов уравнений модели. В /л.7/ описан способ, когда объект идентифицируют с помощью координатных функций Ri : где: ai - неизвестные коэффициенты;
R-b- известные координатные функции, которые выбираются на основании априорной информации об объекте; У. - параметр входа объекта и модели. Для определения Q.L составляется система уравнений:
Решение этой системы может осуществляться различными итерационными методами. Если же &і являются функциями времени, то выбирают такой.промежуток времени, на котором аі изменяется незначительно, и процедура уточнения модели на этих промежутках повторяется.
Известны /л.30,38/ методы, применяемые для обучающейся модели, сущность которых заключается в следующем. Делается исходная гипотеза об объекте в виде определенной модели. При общем входе ( X ) выходы объекта ( У ) и модели ( У ) сопоставляются и вычислительное устройство образует величину CL= Ql (У, У ) , характеризующую степень несоответствия выходов объекта и модели (функцию качества). Очевидно, модель должна быть такова, чтобы &(у,у ) была бы минимальна. Минимиза ция проводится оптимизатором (методом наискорейшего спуска, Гаусса-Зейделя и т.д.), который подбирает вектор ( а ) коэффициентов модели таким образом, чтобы минимизировать величину Q. Этот метод применяется /л.7/ для многопараметрических объектов с постоянными и изменяющимися характеристиками.
В нашем случае можно полагать, что динамические характеристики модели отличаются от динамических характеристик объекта. Причем это отличие может оказаться таким, что для синтеза алгоритмов управления мы не сможем воспользоваться нашей моделью, т.е. модель не адекватна объекту. Причиной последнего может служить то, что гидродинамика перемешивания материальных потоков в реакторе и энергетических потоков в рубашке на реальном объекте может отличаться от идеальной, а также то, что тепло-физические параметры модели, взятые из проектов оборудования, могут отличаться от реальных параметров объекта. Поэтому для согласования динамических характеристик реального объекта и модели, используя идею /л.7,30,38/ метода уточнения модели, в уравнешя (16,17) введены корректирующие коэффициенты 0. ( = 2. Уравнения (18,19) модели с достаточной точностью описывают гидродинамику смешения и динамику теплового баланса участка трубопроводов (инерция здесь практически отсутствует), поэтому аналогичные коэффициенты здесь не введены.
Итак, аналогично сказанному выше, имеем модель (164-19), которая описывает многопараметрический объект с постоянными характеристиками, а поиск неизвестных коэффициентов а к будем осуществлять, используя идею метода обучающейся модели.
Определение сигнала управления на подачу хладагента в момент переключения
Величину сигнала и ьаа. опреде лнм по значению скорости тепловыделения. В этом случае воспользуемся соотношением (52) и выразим значение расхода хладагента G-2 через параметры, входящие в это уравнение.
Здесь Та соответствует требуемой температуре режима полимеризации (Тпо/1 ), значение коэффициента теплопередачи ( К ) берется величиной наибольшей, т.к. расчет осуществляется для этапа разогрева. А величину ІЗ: определим по результатам ра-счета скорости процесса на этапах полимеризации и разогрева.
На этапе полимеризации длительность процесса зависит от скорости реакции и соответственно для различных рецептур можно определить среднюю скорость тепловыделения ( пг ) Например, для реактора емкостью 30 м3, при загрузке инициатора в количестве 130 140 гр.0к для смолы шф ПВХ марки С-70 (ТПол =53+IC), и прочих равных условиях, время полимеризации составит 7,5 8 часов. Соответственно средняя скорость процесса - 350000 ккал/час. Аналогично для реактора емкостью 40 м3 она составит 460000 ккал/час, а для реактора емкостью 80 м5 - 900000 ккал/час.
На этапе разогрева прогнозируемую скорость тепловыделения определим по уравнению (23). В этом случае по (54) определяется отношение , которое характеризует активность иниции-рувдей системы. Как показал опыт, для реакторов емкостью 30, 40 и 80 м5, при соответствующем соотношении рецептуры, эта величина составляет 7500, 10600 и 2II70 ккал/С. Далее, в интервале изменения температуры в реакторе при разогреве (43 47С), когда это изменение близко к линейному, определяется скорость (20У\ роста температуры. На этапе разогрева эта скорость прак dfc / тически одинакова для реакторов емкостью 30, 40 и 80 м, что обусловлено конструктивным соотношением параметров реакторов и энергетических потоков, и составляет 25+30С/час. Тогда по уравнению (23) определим скорость тепловыделения в момент переключения, которая составит для реактора емкостью 30 м3 225000 ккал/час, для реактора емкостью 40 м3 - 320000 ккал/час и для реактора емкостью 80 м8 - 650000 ккал/час.
Результаты расчета скорости тепловыделения на этапе разогрева ниже средней скорости процесса полимеризации. Это объясняется следующими причинами: во-первых, в первом случае скорость тепловыделения взята как средняя величина по всему процессу, а во-вторых, это связано с тем, что время полураспада инициатора таково, что его номинальная активность проявляется только на этапе полимеризации, при достижении режимной температуры.
С учетом запаса на тепловую устойчивость реактора выберем прогнозируемое значение скорости тепловыделения, как среднее между двумя рассмотренными случаями. Т.е. прогнозируемую скорость тепловыделения 4г примем равной 287500, 390000 и 775000 ккал/час соответственно для реакторов емкостью 30, 40 и 80 м3.
По (55) вычислим требуемое значение расхода хладагента в момент переключения, а по (34) определим соответствующее ему значение сигнала Ubaa. , который выдается на исполнительный механизм. Для реакторов емкостью 30, 40 и 80 м3 этот сигнал соответственно составит 0,25; 0;21 и 0,27.
Управление остановкой режима полимеризации .
В соответствии с постановкой задачи управления объектом (8-II) требуется обеспечить наибольшее значение GL(t) t величина которого однозначно определяет количество образовавшегося полимера. Это значение зависит от момента t (46) завершения процесса. В разделах 1.2. и 4.1. показано, что при одном способе управления качество продукции невысокое, когда остановку процесса осуществляют по понижению давления, а в друтом - получается различное количество продукции, когда завершение процесса проводят по заранее намеченному времени. Причем, как показали эксперименты (табл.8 и 15), при одной и той же рецептуре, из-за неоднозначности данных об активности инициатора, длительность времени полимеризации от процесса к процессу различна. Поэтому остановка процесса по времени заведомо является не рациональной. Идея завершения процесса сводится к тому, чтобы ввод ингибитора осуществлялся тогда, когда еще не достигнуто максимальное значение скорости тепловыделения (период гель-эффекта). А именно, после того момента времени, когда производная, или в нашем случае приращение скорости, тепловыделения достигнет максимального значения//п5/. Алгоритм остановки процесса полимеризации реализуется следующим образом. После вывода реактора на режим по данным периодических измерений температур хладагента и воды на выходе из рубашки реактора и расхода хладагента непрерывно по уравнениям (5) и (25) определяется количество выделившегося тепла реакции и конверсии ЕХ в ПВХ.
Общее количество тепла реакции представляет собой сумму тепла, выделившегося на этапе разогрева и полимеризации. Количество тепла, выделившееся на этапе разогрева Q лл » определяется путем умножения Ц— , рассчитанного по (23), на время разогрева t раЪ , т.е. Тогда общее количество выделившегося тепла с учетом (25) определится так: Скорость тепловыделения вычисляется по данным ин тегрального значения Ql(t) из (73) с использованием метода Адамса /л. 24/. Выражение для расчета Щ - в этом случае имеет следующий вид: Анализ значений приращения скорости тепловыделения начинается после того, как величина конверсии ВХ в ПВХ достигнет 60%. Итак: контролируется выполнение условия если условие (76) выполняется, то анализируется где: здесь t L - t Ui = 5 мин. при выполнении условия (77) в реактор вводится ингибитор, процесс прекращается. На рис.27 представлены кривые зависимости скорости тепловыделения в реакторе d от времени для различных загрузок ини cLt циатора и одинаковой загрузки в реактор остальных компонентов. Кривая I соответствует большей активности инициатора, чем кривые 2 и 3. На этом рисунке для кривой I момент ввода ингибитора соответствует времени t , для кривой 2 - ta , а для кривой 3 - -Ц , В существующих способах завершения процесса по понижению давления ввод ингибитора производится для процессов, соответствующих кривой I (рис.27), в интервале времени 6,0 6,4 часа, кривой 2 - в интервале времени 7,6 8,0 часа, кривой 3 - в интервале времени 8,6 9,0 часа. Т.е. в те отрезки времени, в течение которых фиксируется сигнал датчика о начале падения давления. Пример.
Проводилась полимеризация винилхлорида в суспензии в реакторе объемом 40 м3. Результаты экспериментов и расчетов, выполненных для двух процессов в течение их проведения, сведены в табл.17. Загружаемое количество реагентов, кроме инициатора, в обоих экспериментах одинаково. При проведении первого эксперимента количество загружаемого инициатора составило 230гр.0х, а при проведении второго - 180. Ввод ингибитора производился в момент, когда было установлено, что максимальное значение S пройдено и началось его уменьшение. В табл.І7 в графе dt "Примечание" эти моменты обозначены символом " ". После ввода ингибитора начала резко падать скорость полимеризации - процесс закончился. На рис.28 и 29 представлены графики зависимости конверсии l (i) , скорости тепловыделения ІЕ и приращения скорости тепловыделения во времени, которые dt получены на технологическом объекте при управлении по предлагаемому методу. Для первого эксперимента момент ввода ингибитора по рис.28 соответствовал времени 5,4 часа, а для второго по рис.29 -- 6,8 часа.
