Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемы идентификации фракционного состава в производстве синтетических полимеров на основе бутадиена 10
1.1 Процесс непрерывной полимеризации бутадиена 10
1.1.1 Технологическая схема процесса и её описание 10
1.1.2 Анализ влияния на процесс различных факторов 15
1.1.2.1 Влияние концентрации компонентов каталитического комплекса 19
1.1.2.2 Влияние температуры реакционной смеси 24
1.1.2.3 Влияние микропримесей 26
1.1.2.4 Влияние способа подачи сырьевых потоков 29
1.2 Проблематика контроля качества синтезируемого полимера 34
1.2.1 Лабораторные методы оценки ММР 37
1.2.2 Оценка ММР с помощью математического моделирования 46
1.3 Выводы 49
2 Структурная идентификация модели фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов 51
2.1 Математическое описание проточного реактора идеального смешения 52
2.2 Исследование структуры потока в каскаде реакторов 57
2.3 Моделирование кинетики процесса полимеризации 66
2.4 Моделирование молекулярно-массового распределения полимера, получаемого в каскаде реакторов 69
2.5 Выводы 76
3 Параметрическая идентификация модели фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов 77
3.1 Масштабирование и сравнительный анализ с экспериментальными данными ГПХ 77
3.2 Калибровка полученной зависимости 81
3.3 Исследование разработанной модели ММР 82
3.3.1 Анализ влияния на ММР основных режимных параметров процесса 82
3.4 Расчет моментов ММР при различных способах ведения процесса 85
3.5 Выводы 88
4 Способ коррекции ММР полимера, получаемого в каскаде реакторов 90
4.1 Расчет ММР полимера в условиях дробной подачи шихты 90
4.2 Расчет корректирующих воздействий ММР 99
4.3 Реализация способа коррекции ММР 105
4.4 Выводы 116
Заключение 118
Библиографический список 119
Приложения 136
- Влияние концентрации компонентов каталитического комплекса
- Оценка ММР с помощью математического моделирования
- Моделирование молекулярно-массового распределения полимера, получаемого в каскаде реакторов
- Расчет моментов ММР при различных способах ведения процесса
Введение к работе
Актуальность темы. Методы математического моделирования с приме
нением современных информационных технологий могут не только дополнять,
k но и во многих случаях являться средством, иногда единственным, получения
необходимой информации и новых знаний об объекте в отсутствие или невоз
можности применения инструментальных средств. Примером этого может слу
жить проблема определения фракционного состава полимера, получаемого в
процессе синтеза. Известные методы лабораторного анализа фракционного со-
^ става являются трудоемкими и длительными.
Отсутствие инструментальных средств оперативного анализа фракционного состава, определяющего основные качественные характеристики полимера, существенно влияет на получение необходимых показателей протекания процесса, соответствующих регламенту, в связи с чем решение проблемы опре-деления фракционного состава является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка и обоснование метода идентификации фракционного состава на основе математической модели процесса роста линейных полимеров, получаемых в каскаде реакторов растворной полимеризации, исследование полученных закономерностей на основе численного эксперимента, разработка алгоритмов и программ, реализующих процедуру идентификации.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- анализ современного состояния информационных технологий и
идентификации применительно к моделированию фракционного состава полимеров, получаемых в растворе;
разработка и обоснование метода идентификации фракционного состава полимера как инструмента получения новой информации об объекте исследования на основе моделирования процесса растворной полимеризации в каскаде реакторов;
разработка на основе предложенного метода математической модели формирования фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов, исследование свойств и адекватности разработанной модели;
разработка математического и программного обеспечения, реализующего предложенный метод идентификации фракционного состава.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы основывались на использовании теорий математического моделирования, идентификации систем, математической статистики, вычислительной математики, химической кинетики.
Научная новизна работы. 1. Разработан метод идентификации фракционного состава полимера, отличающийся моделированием кинетики роста макромолекул в условиях различного времени пребывания реагирующей среды в зоне реакции, обусловленного стационарным процессом перемешивания в каскаде реакторов.
На основе предложенного метода разработана математическая модель формирования фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов, отличающаяся тем, что в каждый последующий аппарат подается реакционная среда с распределенным фракционным составом.
На основе разработанной модели исследовано влияние режимных параметров процесса на фракционный состав получаемого полимера, что позволяет осуществлять его коррекцию.
Разработаны алгоритмы и программы, реализующие предложенный метод идентификации фракционного состава полимера, а также его коррекцию.
Практическая значимость. Разработан метод оперативного анализа фракционного состава для процессов получения линейных полимеров в каскаде реакторов в режиме реального времени.
Полученные на основе математического моделирования алгоритмы и программы, осуществляющие отображение связи фракционного состава полимера с режимными параметрами процесса, могут быть рекомендованы для использования на промышленных предприятиях, создания новых технологий в проектных организациях и в учебном процессе.
Проведена апробация полученной модели, алгоритмов и программ, реализующих разработанный метод на ОАО «Воронежсинтезкаучук». Пакет алгоритмов и программ передан для практического применения.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы доложены на отраслевых конференциях по метрологии и автоматизации в
нефтехимической и пищевой промышленности, в 2002 и 2003 годах (г. Воронеж), IV международной научно-технической конференции «Кибернетика и технологии XXI века» в 2003 году (г. Воронеж), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА, в 2002 - 2004 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе патент РФ, 1 статья в журнале «Производство и использование эластомеров», 1 статья в журнале «Каучук и резина», 1 статья в сборнике трудов IV международной научно-технической конференции «Кибернетика и техноло-. гии XXI века», 3 статьи в сборниках трудов отраслевых конференций по метрологии и автоматизации в нефтехимической и пищевой промышленности, 3 статьи и 1 тезисы в сборниках трудов научных конференций профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА.
Содержание диссертационной работы.
Работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, определена научная новизна работы и практическая значимость, дана краткая аннотация работы по главам.
В первой главе проведен анализ методов моделирования фракционного состава полимера, выражаемого с помощью молекулярно-массового распределения (ММР), применительно к процессам линейной непрерывной растворной
полимеризации в каскаде реакторов, а также существующих методов получения оценок ММР. На основе проведенного анализа выявлена целесообразность разработки метода оперативного контроля фракционного состава получаемого полимера, учитывающего распределения времени пребывания объемов реагента по реакторам каскада и устанавливающего связь ММР с режимными параметрами процесса. Сформулирована цель работы и поставлены задачи исследования.
Во второй главе выполнено исследование и обоснование сделанных предположений и допущений, положенных при разработке метода идентификации фракционного состава получаемого полимера. На основе данного метода получена модель ММР полимера, определяемая функцией распределения времени пребывания реагента в реакторах батареи и кинетикой реакции полимеризации.
В третьей главе проведена идентификация параметров математической модели ММР линейного полибутадиена, получаемого в каскаде реакторов.
В четвертой главе рассмотрены результаты апробации математической модели ММР на примере получения каучука СКД в каскаде реакторов и использование разработанной модели для корректировки фракционного состава с целью получения полибутадиена с улучшенной однородностью и заданными свойствами.
Влияние концентрации компонентов каталитического комплекса
В состав катализаторов Циглера-Натта [43, 76] входят металлоорганические соединения 1-ІЙ групп и хлориды IV-VII групп с переходной валентностью. Системы циглеровского типа весьма разнообразны [22, 32, 76, 101, 102, 103] (всевозможные их комбинации наиболее полно рассмотрены в [32]). Наиболее часто в промышленном производстве используются металлоорганические соединения алюминия и хлориды титана [22, 32, 45, 76]. При использовании в качестве растворителя ароматических углеводородов эти системы обеспечивают высокую скорость полимеризации и почти количественный выход полибутадиена [22]. Алкильные производные алюминия обладают электроноакцеп-торными свойствами (алюминий на четыре валентные орбиты имеет три электрона), а металлы переходной валентности являются электронодонорами (име-ют на J-орбитах неспаренный электрон), поэтому они легко образуют координационные связи. Полимеризация, протекающая по такому механизму, называется анионно-координационной (ионно-координационной). Образовавшийся в результате взаимодействия указанных компонентов комплекс является активным центром полимеризации. Мономер присоединяется к нему таким образом, что его молекула принимает определенное пространственное положение, которое сохраняется в процессе роста полимерной цепи. В результате получаются стереорегулярные полимеры. Большое влияние на стереорегулярность полимеров (процентное соотношение 1,2-, цис-1,4 и транс-1,4-звеньев) оказывает химическое строение катализатора. Обрыв растущей цепи может происходить в результате передачи цепи на мономер или на металлоорганическое соединение, а также в результате реакции обмена между растущей полимерной цепью и ме-таллоалкилом. При условии отсутствия примесей и достаточно низкой температуре полимеризация на комплексных катализаторах может протекать и без обрыва цепи с образованием «живых» полимеров.
Процесс стереоспецифической полимеризации бутадиена на катализаторах Циглера-Натта (триалкилалюминия и галогенидов титана) изучался многими авторами [8, 16, 22, 32, 36, 38, 43, 45, 57, 59, 70, 75, 76, 77, 81, 85, 99, 101, 102]. Неоднократно отмечалось, что характерной особенностью процессов полимеризации является неоднозначность молекулярной структуры получаемых продуктов [32, 43, 91, 97]. Получаемый полимер характеризуется полидисперсностью порядка 2,0-4,0 и следующими массовыми долями фрагментов: фрагментов с молекулярными массами (ММ) 105 - 5-13 %, фрагментов с ММ = 105-106 - 61-71 %, фрагментов с ММ 106 - около 20 % [91].
Анализируя работу полимеризационной батареи в течение продолжительного промежутка времени, можно наблюдать, что получаемый полимер неоднороден по средней молекулярной массе, ММР и физико-механическим свойствам. Разброс по вязкости по Муни составляет ± 5,7 единиц Муни в первом полимеризаторе и ±4,2 единицы Муни в последнем (допустимые пределы по ГОСТ ± 3 единицы Муни) [21, 47].
В рассматриваемом процессе различными исследователями [8, 16, 22, 32, 36, 38, 43, 45, 57, 59, 70, 74, 75, 76, 81, 85, 91, 99, 101, 102] выявлен ряд закономерностей и факторов, влияющих на качество и характеристики получаемого каучука. К ним относятся: - концентрация компонентов каталитического комплекса в реакционной смеси; - мольное соотношение концентраций компонентов каталитического комплекса; - начальная концентрация мономера в шихте и текущая концентрация мономера в реакционной смеси (соотношение мономер: катализатор); - температура реакции; - наличие электронодонорных добавок в каталитическом комплексе; - глубина превращения мономера; - способ подачи мономера и катализатора в зону реакции; - наличие микропримесей в исходных продуктах. 1.1.2.1 Влияние концентрации компонентов каталитического комплекса Скорость процесса и выход каучука зависят от мольного соотношения алюминий: титан (его значение лежит в области 4-6) [47]. Зависимость скорости реакции от мольного соотношения Al/Ti имеет экстремальный характер (рис. 1.3) [70, 75]. Молекулярная масса образующегося полимера зависит от температуры процесса, концентраций мономера и катализатора, а также соотношения компонентов каталитического комплекса [22, 32, 36, 45, 56, 59, 70, 75]. При значительном увеличении избытка ТИБА (Al(i - С4Н9)з) наблюдается снижение выхода полимера и его молекулярной массы, что нежелательно, т.к. приводит к ухудшению технологических свойств каучука. Поэтому необходимо использовать каталитическую систему, содержащую такой избыток Al(i -С 9)3, который позволяет получать полимеры с достаточно высоким выходом и удовлетворительными технологическими свойствами. Скорость реакции прямо пропорциональна дозировке титанового компонента (рис. 1.4) [70, 75]. Изучено влияние соотношения Al/Ti на вязкость по Муни и пластичность полимера (рис. 1.5) [70, 74]. При низких соотношениях компонентов вязкость по Муни полимера резко падает с увеличением конверсии. По мере увеличения соотношения Al/Ti зависимость вязкости от конверсии ослабевает. При высоких соотношениях Al/Ti вязкость полимера почти не меняется с ростом конверсии (рис. 1.6) [70, 74]. Аналогичным образом изменяются в зависимости от соотношения Al/Ti характеристическая вязкость и среднечисленная молекулярная масса полимера [70, 74]. ММР полимера при низких соотношениях Al/Ti расширяется в процессе полимеризации, и кривая ММР несколько смещается в область более высоких молекулярных масс. С повышением соотношения Al/Ti средняя молекулярная масса падает, кривая ММР существенно смещается в низкомолекулярную область. Индекс полидисперсности полимера при изменении Al/Ті от 1,8 до 5,5 изменяется в диапазоне 1,6-2,3 соответственно (рис. 1.7). При высоких соотношениях Al/Ti ММР перестает зависеть от конверсии мономера. Снижение молекулярной массы и расширение ММР с ростом соотношения Al/Ti объясняется возрастанием скорости реакции процессов переноса полимерной цепи алюминийорганическим компонентом катализатора [70, 74]. Полимер, полученный при низких дозировках ДДТ (TU2CI2), обладает узким ММР, имеет высокую жесткость и неудовлетворительные технологические свойства. С повышением дозировки ДДТ (при постоянном соотношении Al/Ti) снижается молекулярная масса полимера и расширяется его ММР (рис. 1.8), что положительно сказывается на технологических свойствах каучука (вязкость по Муни уменьшается, а пластичность возрастает) [45, 70, 74].
Оценка ММР с помощью математического моделирования
Для расчета ММР применяются различные методы, использующие те или иные допущения. Метод непрерывной переменной [88] можно использовать для периодических процессов полимеризации и установившихся процессов в каскаде реакторов. В нем система бесконечного числа уравнений по степеням полимеризации п сводится к конечному числу (п) уравнений в частных производных путем разложения в ряд Тейлора с 1-ой или 2-ой производной. В случае, когда требуется повысить точность вычисления ММР, используют производную 2-го порядка, поэтому приходится решать уравнения в частных производных 2-го порядка. Поэтому данный метод применяется для водных 2-го порядка. Поэтому данный метод применяется для приближенной оценки ММР с использованием только 1-ой производной [63].
Некоторой модификацией этого метода является метод, изложенный в [88] и использующий допущение о стационарности концентраций активных радикалов. Количество уравнений в системе и точность метода зависят от заранее выбранного набора длин цепей и в общем случае метод громоздкий.
Возможность резкого снижения размерности системы обеспечивает также метод производящих функций [6, 43, 84, 94]. Введение некоторого «фиктивного» времени позволяет привести кинетическую схему к системе дифференциальных уравнений, которая может быть решена аналитически. В результате концентрации полимерных молекул с различными степенями полимеризации выражаются через гамма-функцию. Этот метод эффективен при наличии только стадии роста, а также при больших значениях длины цепи и определенных ограничениях по скорости изменения концентрации отдельных компонентов по-лимеризационной системы [63, 88].
Метод моментов, вытекающий из метода производящих функций, дает возможность компактного представления систем уравнений процессов полимеризации как в стационарных, так и в нестационарных условиях [63, 95]. Статистическая теория полимеризации [84, 85] предполагает возможность анализа ММР по средним молекулярным массам (средним значениям распределения). Согласно методу моментов исходную систему дифференциальных или интегральных кинетических уравнений полимеризации преобразуют так, чтобы они давали соотношения для моментов, из которых можно вычислить средние значения распределения и тем самым оценить ММР [9, 43].
В работах [65, 88] реализованы методы расчета ММР с использованием математической модели процесса в случае, если реакция полимеризации имеет дробный порядок. Возможен расчет ММР установившегося режима в каскаде проточных реакторов полимеризации (реакция предполагается безобрывной), а также динамического режима в реакторе периодического действия. Однако модель [88] не учитывает возможности дробной подачи шихты на батарею, а модель [65] не рассматривается для каскада реакторов растворной полимеризации.
Анализируя рассмотренные выше методы расчета ММР, можно выявить достоинства и недостатки каждого. Любой метод требует определенных ограничений либо применим к конкретному процессу, аппарату или механизму реакции. Исходя из этого, в настоящей работе ставится задача применения какого-либо из указанных методов к процессу полимеризации на катализаторах Циглера-Натта, проводимому в каскаде реакторов, либо разработке собственного метода расчета ММР.
Перспективным направлением является использование математических моделей для задач управления, позволяющих осуществлять прогноз ММР по легко измеряемым и косвенным показателям с параметрами, не дрейфующими во времени [58, 80]. Анализ особенностей процесса получения СКД методом растворной полимеризации в каскаде реакторов, систем контроля качественных показателей и управления процессом показал: 1) процессы характеризуются нелинейностью, нестационарностью во времени, значительным количеством возмущающих воздействий, в том числе трудно определяемых контролируемых примесей в составе сырья, сложностью контроля качественных показателей получаемого продукта; 2) основным недостатком существующих математических моделей процесса полимеризации бутадиена в растворе является отсутствие оценки показателей качества получаемого продукта, в частности, ММР полимера, в моделях отсутствует связь ММР с режимными параметрами процесса; 3) существующие системы контроля качественных показателей обладают рядом недостатков: лабораторные методы очень длительны во времени, непрерывные характеризуются низкой точностью вследствие адгезии полимера; 4) для определения качественных показателей необходим оперативный метод контроля, который определит зависимость между качественными показателями и режимными параметрами процесса. На основании сделанных выводов сформулирована цель диссертационной работы: разработка и обоснование метода идентификации фракционного состава на основе математической модели процесса роста линейных полимеров, получаемых в каскаде реакторов растворной полимеризации, исследование полученных закономерностей на основе численного эксперимента, разработка алгоритмов и программ, реализующих процедуру идентификации.
Моделирование молекулярно-массового распределения полимера, получаемого в каскаде реакторов
Исследована структура потока в каскаде реакторов растворной полимеризации. Аналитически получена функция распределения времени пребывания элементарных объемов полимеризата в реакторах каскада, имеющая структуру гамма-распределения.
Исследована химическая кинетика процесса растворной полимеризации полимеризации бутадиена. 3. Разработан метод идентификации фракционного состава полимера, отличающийся моделированием кинетики роста макромолекул в условиях различного времени пребывания реагирующей среды в зоне реакции, обусловленного стационарным процессом перемешивания в каскаде реакторов. 4. На основе предложенного метода разработана математическая модель формирования фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов, отличающаяся тем, что в каждый последующий аппарат подается реакционная среда с распределенным фракционным составом. Полученное выражение (2.47) имеет минимальное количество параметров масштабирования (два), которые подлежат идентификации при количественном сравнительном исследовании. Масштабирование и сравнительный анализ с экспериментальными данными ГПХ В рамках работы было проведено сравнение данных, полученных с использованием разработанной модели, с экспериментальными данными, полученными путем обработки методом гельпроникающей хроматографии образцов каучука СКД, выпускаемого в цехе ДК-1,4 ОАО «Воронежсинтезкаучук». Экспериментальные данные приведены в приложении П 3.1. Для проведения сравнения было осуществлено масштабирование имеющихся кривых с целью доказать их подобие. Масштабирование производилось следующим образом.
При проведении лабораторного анализа результатом является наличие нескольких числовых массивов, элементы которых ставятся в соответствие друг другу. Порядковый номер элемента массива представляет собой номер фракции, ему соответствует время истечения образца раствора полимера из трубки гельхроматографа (интервалы составляют порядка 20 секунд и фиксируются), а также значение напряжения в микровольтах, величина которого измеряется гельхроматографом и зависит от длины (молекулярной массы) конкретной фракции. Т.к. время истечения макромолекулы через капилляр определяется её длиной (а соответственно и массой), это соответствие однозначно. По полученным данным строятся интегральная и дифференциальная функции ММР исследуемого полимера. Процесс проведения анализа очень трудоемкий (приготовление и очистка раствора, подготовка и обслуживание дорогостоящего оборудования и т.д.) и длительный (порядка одного или нескольких часов). Тем не менее, в настоящее время этот способ является наиболее распространенным [11].
Сопоставляя результаты, полученные по модели для выхода 5-го реактора батареи на основании кинетики роста, с экспериментальными масштабированными значениями, полученными по данным ГПХ (рис. 3.2), можно сделать вывод, что разработанная модель расчета фракционного состава полимера адекватна описываемому объекту (интегральная ошибка составляет 4 %).
Для представления фракционного состава полимера в общепринятом для использования виде необходимо по оси абсцисс перейти от времени к длинам макромолекул или молекулярным массам. Для этого необходимо иметь калибровочную зависимость в виде кинетической кривой в координатах число прореагировавших молей - время. Её получают для определенных типов катализатора и мономера. Число прореагировавших молей определяется путем отбора пробы по сухому остатку. Зная начальное количество реагирующего вещества в молях и молекулярную массу мономера, а также количество молекул в одном моле, можно построить рассматриваемую зависимость в координатах число прореагировавших молекул - время. Если известно начальное количество молекул, получаем калибровочную зависимость в виде: где m(t) - количество прореагировавших молекул в текущий момент времени; то - количество молекул в начальный момент времени. На рис. 3.3 а представлены значения калибровочной зависимости (3.7). Используя зависимости (2.47) и (3.7), с помощью алгоритмического исключения на ЭВМ времени становится возможным построение функции фракционного состава полимера в новых координатах число прореагировавших молекул - время. Зная молекулярную массу мономера, легко перейти от длин макромолекул к молекулярным массам (рис. 3.3 б). На основании полученной модели ММР проведено исследование ММР полимера, получаемого в реакторах каскада, выявлены основные закономерности влияния параметров зависимости (2.47) на форму ММР. Результаты представлены на рис. 3.4, 3.5, а также в приложении 2 (табл. П2.7) Как видно из анализа полученных результатов, на вид кривой ММР полимера оказывает влияние ряд параметров, изменение которых может осуществляться в ходе процесса полимеризации. Наиболее эффективным способом воздействия на ММР является изменение времени пребывания полимеризата в аппаратах батареи и интенсивности скорости роста полимерной цепи.
Расчет моментов ММР при различных способах ведения процесса
На основании проведенных исследований разработан комплекс математических, алгоритмических и программных средств, реализующий на основе математического моделирования коррекцию фракционного состава полимера путем расчета оптимального поаппаратного профиля подачи шихты и катализатора в аппараты батареи. Комплекс функционирует следующим образом.
Сигналы с датчиков расхода, соответствующие подаче исходной шихты и каталитического комплекса в каждый аппарат, поступают после соответствующих аппаратных преобразований в управляющую ЭВМ, где происходит обработка информации в следующей последовательности.
Расчёт ММР для каждого аппарата батареи. 2. Поиск оптимальных вариантов дозировок мономера на батарею с использованием эталонной ММР. 3. Формирование корректирующих воздействий в виде уставок регуляторам расходов шихты и каталитического комплекса. Действующая система организации процесса растворной полимеризации СКД на предприятиях осуществляется, как правило, по двум основным схемам: - мономер и каталитический комплекс подается в «голову» батареи, т.е. в первый по ходу процесса аппарат; - исходная шихта распределяется между первым и третьим по ходу процесса аппаратами, что обеспечивает расширение ММР получае мого полимера. Существующая трубопроводная разводка в целях безопасности ведения процесса позволяет исключать в ходе процесса любой аппарат и батареи и передавать его функции на любой другой аппарат. Для этого предусмотрена возможность подачи шихты и каталитического комплекса во все аппараты батареи. Это позволяет использовать предлагаемый подход без изменения аппаратурного оформления имеющегося оборудования. Таким образом, комплекс технических мероприятий по внедрению разработанного комплекса включает в себя использование имеющейся трубопроводной обвязки полимеризаторов батареи, которая реализована на действующих предприятиях (например, на ОАО «Воронежсинтезкаучук»). Предлагается осуществить реализацию предлагаемой системы таким образом, чтобы имелась возможность: - осуществлять подачу исходной шихты и каталитического комплекса в каждый из аппаратов батареи; - вводить новые компоненты АСУТП, позволяющие контролировать расходы сырьевых компонентов в каждый аппарат батареи; - передавать на более высокий уровень АСУТП полимеризации текущие значения этих расходов и осуществлять их регулирование в соответствии с заданиями, рассчитанными в процессе оптимизации. Функциональная структура предлагаемой системы коррекции ММР в контуре существующей АСУТП для одной батареи представлена на рис. 4.5. В каждом аппарате батареи П1-ПМ на входе контролируются расходы шихты с помощью датчиков расхода FE1.1-FE1.M, FE2.1-FE2.M, сигналы с которых поступают на устройства связи с объектом УСОІ -УСОМ. После передачи сигналов с УСО на рабочую станцию верхнего уровня происходит расчёт ММР для каждого реактора и поиск оптимальных дозировок шихты и каталитического комплекса в каждый реактор и производится выдача корректирующих воздействий на клапаны V1-VMрасходов сырья. Реализация предложенной системы коррекции ММР в контуре существующей АСУТП полимеризации СКД позволит более точно корректировать ММР получаемого полимера в ходе процесса полимеризации и давать аппаратчику оперативный прогноз о характере ММР полимера в каждом реакторе батареи. На основании проведенных исследований разработана программная реализация системы коррекции ММР получаемого полимера в среде C++Builder, в интерактивном режиме позволяющая повысить уровень управления процессом растворной полимеризации в промышленных условиях. Предлагаемый пакет прикладных программ может применяться в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом полимеризации. коллектор каталитического комплекса 1. Отображение текущих значений параметров технологического процесса полимеризации (рис. 4.6). 2. Идентификацию параметров математической модели ММР полимера по имеющимся наборам данных текущих значений расходов сырьевых компонентов и ММР полученного при этих условиях полимера. 3. Моделирование ММР получаемого в ходе процесса полимера по известным значениям расходов сырьевых компонентов (рис. 4.6). 4. Моделирование ММР получаемого в ходе процесса полимера по предполагаемым значениям расходов сырьевых компонентов (рис. 4.7). 5. Редактирование эталонной кривой ММР, задаваемой технологом-оператором, и сравнение ММР получаемого полимера с эталоном (рис. 4.8). 6. Поиск оптимальных расходов шихты в соответствии с заданным критерием оптимизации в каждый аппарат и представление этих значений на экран. Алгоритм функционирования системы коррекции ММР в режиме работы выглядит следующим образом. 1. По имеющимся наборам данных расходов сырьевых компонентов, температуры в каждом реакторе происходит идентификация параметров математической модели процесса полимеризации, позволяющей с приемлемой погрешностью описывать ММР получаемого полимера в каждом из реакторов батареи. 2. Далее математическая модель используется как имитационная. Она позволяет в ходе процесса выводить на экран технологу-оператору информацию о ММР синтезируемого полимера и является, по сравнению с ГПХ, более оперативным источником информации о ММР, что позволяет оператору вовремя реагировать на отклонения качества продукта от эталона. 3. Производится процедура поиска оптимальных расходов шихты в каждый аппарата батареи методом поисковой оптимизации для минимизации отклонения ММР синтезируемого продукта от эталона. Результатом процедуры оптимизации является набор значений расходов сырьевых компонентов в каж дый аппарат каскада.
