Введение к работе
Актуальность проблемы. Перекись водорода откосится к вакнейшии продуктам химической пронииленности и широко используется во многих областях народного хозяйства страны. Для увеличения объемов её производства в настоящее время развернуты работы по проектировании оптимального аппаратурно-технологического оформления крупнотонназного многовариантного технологического процесса получения перекиси водорода видкофазнаы окислением изопропилового спирта /ИПС/ "кислороден воздуха.
Основным путем интенсификации видкофазной технологии производства перекиси водорода является обогащение воздувной смеси кислородом. Однако такой путь ослоянен высокой поааровзрывоопасностьп процесса пкисления ИПС, его недостаточной теоретической изученностью и отсугстви-еь эффективных и наденных автоматизированных систем стабилизации оптимальных'технологических реаимов процесса.
В этих условиях ванным представляется разработка такой автоматизированной системы управления процессов аидкофазного окисления ИГ.С, которая была бы работоспособной и обеспечивала требуемое качество регулирования основных технологических параметров процесса в иирчкон диапазоне его аппаратурно-технологического оформления. Такая система управления могла бы считаться типовой для некоторого множества вариантов аппаратурнс-технологччес-кого оформления процесса видкофазною окисления ИПС.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с постановлением СИ СССР от 4.09.87 № 1022 "Об ускорении развития п.иорететных направлений химической науки и техники'' совместно с НПО ПШХ. водущга работы по госзаказу Nt 040-718, связанные с интенсификацией производства перекиси водорода.
Цель работы. Цельэ работы является разработка типоьой автоматизированной системы управления для раэви-вапще^ося в плане аппаратурно-технологического оформления процесса аидкофазного окисления ИПС в производстве перекиси водорода, позволяющей обеспечить качественна стаб.ч-
лиэацив оптимальных, с тг.чки зрения технологии, реяимов процьйса в широком диапазоне его аппаратурно-технологи-ческого оформления.
Для достижения поставленной цели в ходе выполнения диссер. ацио,..«ой работы решены следующие основные задачи:
-
С целью обеспечения работоспособности и качественной работы системы управления в широком диапазоне аппаратурно-технологического оформления процесса проведен теоретический анализ физико-химических закономерностей процессов аидкофазного окис;.зния спиртов молекулярным кислородом, извегтных математических моделей, опыта эксплуатации промииленных установок и существующих скстен упр<івл;ния производством перекиси водорода при окислении КПС кислородом воздуха.
-
Учитывая высокую поваровзравоопасность реального процесса окисления ИР.С и нєвсзмоїнос; j проведения каких-либо экспериментов на "ромышленннх устанорках. для обеспечения аос .оености в ходе синтеза системы управ/, зния имитационного моделирования в широком диапазоне аппаратурно-технологического оформления процесса обоснована необходимость предварительно?; разработки достаточно точной и гибкой детерминированной математической модели динам чи процесса кицкофэзного окисления ИПС в многосекционном реаморе. ,
-
для определения структуры гаэрабатываемой системы управления и уточнения структуры математической модели проанализированы осооенности процесса жидкозазного окисления ИПС в многосекционном реакторе как объекта управления.
-
На основе выделенных в результате теоретического анализа отдельных блоков, частично отравающих основные физико-химические закономерности процесса, осуществлен синтез.детерминированной математической модели динамики процесса яидкофазногз окисления ИПС в многисекцион-аом реакторе, наиболее полно описывающей рзальный процесс и прі"-одной для синтеза системы управления в широком диапазоне его аппаратурно-технологического оформления.
Разработана программная реализация предлоаенной математи-ческой модели на ЭВМ.
-
В результате исследования процесса на основе его математической модели определены ос овные динамические характеристики многосекционного реактора окисления ИПС и обоснована структур?» разрабатываемой системы управления,
-
В результате инитачионного моделирования проведен структурный и параметрический синтез ыногоконтурной автоматизированной системы управления процессом аидкофаз-ного окисления ИПС, позволяющей обеспечить качественную стабилизацию его основных технологических параметров: температур реакционной массы в секция., реактора, выходных концентраций перекиси водорода и уксусной кислоты в яид-кости и кислорода в втработанном газе. Выполнен анализ качества работа разработанной системы управления. (.
?. Результаты работы переданы в НПО ГИПХ для внед- /
рения. >
Методы исследования. В ходе выполнения диссертационной работы использовалииь методы,вычислительной математики, математического моделирования химико-технологических процессов, идентификации, условной оптимизации и теории автоматическом управления.
Научная новизна.диссертационной работы состоит в
-
Структурном и параметрическом синтезе детгчяи-ннрованной математической модели динамики процесса знгїо-Ф?зного окисления ИПС в иногисекционном реакторе, наиболее полно учитывавши все основные физико-химические закономерности рее :ьного процесса в иирекоі. диапазоне его аиларатурно-технологического оформления:
-
Исследовании на основе модели динамических связей незду основными координатами процесса: расходами зидкой и газовой фаз, расходами и температурами греющего пара і. охландавщей жидкости и распределением в секциях реактпа концентраций ключевых компонентов и температур реакционной массы: определении характзра влияния на изменение поля температур в реікторе динамически;, свизей
меяду его секциями; выделении в качестве наиболее опасных внеик.«х .іоздєйствий возмущений, связанных с изменением исходных характеристик ИііС, пара и хладоагента;
3. Синтезе многоконтурной автоматизированной систем:' упрсзлекия процессом жидкофазного окисления ИПС в производстве перекиси водорода, позволяющей обеспечить качественную стабилизацию основных регимных паьамыроь процесса в широком диапазоне его аппаратурно-технологи-ческого оформления.
Практическая ценность.
Разработана типовая автоматизированная система управления развивавшимся в плане аппаратурно-техьолэги-ческогэ оформления процессом хидкофазного окисления ИПС в производстве перекиси водорида. Предловеннал система управления позволяет качественно поддергивать оптимальные технологические режимы процесса в вироком гчапазсне его ' аппаратурно-техкилогичэского оформления и является составной частью проектируемой в настояще: время ACS ТИ для производства пзпекиси водорода. Овидаемый экономический эффект от внедрения АСУ ТП на ЧПО 'Химпром" составляет 107,6 тыг.руб. в год.
Разработана детерминированная математическая моде/" динамики процесса видкофазного окисления ИПС в многосекционі.ок реакторе пригодная для определения оптимального варианта аппаратурно-техноло^ического оформления проць.са и синтеза автоматизированной системы оптимального управления производством перекиси водорода в целом при окислении ИПС воздухом, обогащенным кислородом,
йппробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах " АСУ ТП в программе " Интенсификация-90 ", проводимых в рамках 6X0 им. Менделеева в 1966,1989,1990 гг. (г. Ленинград ), и на постпнно действующи/ научно-технических семинарах кафедры САПР и 5J ЛТИ им. Ленсовета (г. Ленинград ).
Публикации. По материалам диссертационной работы ог'бликовано трк печатных работы.
Структура и объем работы. Диссертиия состоит из