Введение к работе
Актуальность раЗоти. Одним из ксиболве элективных и уни-' ворсальных способов разделения газонах и жидких сред являете адсорбциоіший метод, широкоиспользуемый в химической и нефтеперерабатывающей премцпленности /,."<* глубокой осушки, тонкой очистки веществ и побіг;з;ц!я их качества.
Для реализации адсор&цюннсго метода используют различные установки, но основний типом остаются установки периодической адсорбции, в которых аппараты с неподвижным слоем сорбента по окончании стадии адсорбциошюЯ очистки г разделения газовых сред переключаются на стадию регенерации сорбента, проводимую путем снижения давления и термической обработки сорбента. Интенсификация процесса периодической адсорбции возможна за счет создания АСУ. Однако управлять этим процессом сложно в свяъи с щг лическям характером его протекания, а также нестациг рностью и сзанмосвязанностью стадий. Поэтому экспериментальные методы поиска оптимальных технологических режимов неэффективны, требуют больших затрат труда и времени.
Определение и поддержание оптимального режи; процесса периодической адсорбции возможно при использовании мотсдов моделирования, теории оптимального управления и средств вычислительной техники. Однако существующие в настоящее время математические модели процесса периодической адсорбции мало пригодны для поиска оптимального технологического режима, так как не описывают всех стадий и не учитывают их взаимосвязь. Поэтому в научном и прикладном смысле остается актуальным создеіше методов и алгоритмов определения оптимальных режимов многостадийных адсорбционных процессов на базе соответствующих математических описаний, учитывающих взаимосвязи между всеми стадиями процесса.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка математического описания всех стадий процесса периодической адсорбции, а также создание и реализация методов и алгоритмов его оптимального управления.
Методы исследования. При решении поставленной задачи в работе нспользованы метода математического моделирования, теории оптимального управления и вычислительной математики.
Научная ноцизиа. Разработана математическая модель процесса периодической адсорбции, описывающая все его стадии и учитывающая их взаимосвязь.
Кз оснсье выявления стадий, характеризуемых наибольшей диссипацией ь.івргии, указаны и апробированы пути оптимизации тохно-логичес. го рекима процесса. Получены аналитические зависимости управляющих переменных от времени, минимизирующие необратимые потери энергии при ограниченной сродней 'Интенсивности тепло- и j ^сопереноса.
Для процесса периодической адсорбции сформулирована задача поиска оптимального технологического режима, максимизирующего прибыль с учетом переменной стоимости продукционного газа в зп-висимостк от степени его чистоты.
Предложен метод определения оптимальной схемы синхронизации взаимосвязанных стадий процесса, минимизируюц^Я потери из-за непроизводительного простея оборудования при наличии параллельно работающих аппаратов на стадии адсорбционной очистки.
Поставлена и решена задача управления процессом в реальном времени, максимизирующего прибыль с учетом технологических ограничений и взаимосвязи стадий процесса.
Практическая значимость. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение управляющей подсистемы АСУТИ, позволяющее моделировать процесс периодической адсорбции, определять оптимальный технологический режим, выбирать оптимальную схему синхронизации взаимосвяьашшх стадий, управлять процессом в реальном времени.
Подложенные алгоритмы и техническая структура системы оптимального управления процессом разделения газовых смесей могут С гь использоьаны в составе АСУ процессом подготовки природного газе ч транспорту, а таюкэ других процессов газоочистки.
Разработанное программое обеспечение оформлено в виде комплекса прикладных программ и принято для использования П1АП с ожидаемым экономическим эффектом 100 тыс. рублей в год.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на й Всес>' зной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" ( .Москва, 1989г.), международной научно-технической конференции "Молодые ученые в ре-
- з -шении комплексной программы научно-техггического прогресса стран-членов СЭВ" (г.Киев, 1Э89г.), а также научно-технических конференциях и заседаниях научного семинара кафедры 'Техническая кибернетика и автоматика" МЇСХМа в І989-І992ГГ.
Публикаї^га. По теме диссертации опубликовано 4 работы, спи сок которых пріведен в заісаочительнсй части автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня используемой литературы и приложении. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка и 16 таЯлиц. Сшісок литературы включает і'4 наименований. Приложения объемом 18 машиногг^-ных страниц.