Введение к работе
Актуальность темы: В связи с возрастающими потребностями в заменителях дорогих и дефицитных продуктов природного происхождения, - растительных масел (в производстве лакокрасочных материалов), канифоли (в производстве бумаги), возникает необходимость в увеличении выпуска нефтеполимерных смол (НПС), повышении их качества и снижении себестоимости.
Светлые НПС получают в результате процесса полимеризации побочных продуктов
нефтепереработки. Производство таких НПС как пиропласт-2, арсолен, пиропласт, изопласт-3
осуществляется термической полимеризацией по непрерывной или периодической
технологическим схемам
К особенностям производства НПС относится то, что используемое в нем сырье имеет сложный состав, содержит множество труднополимеризующихея мономеров различною строения и реакционной способности в смеси с неполимеризующимися углеводородами. Производство характеризуется частой сменой исходного сырья, и как следствие, параметров технологических режимов. Процесс полимеризации сопровождается неравномерным выделением тепла, особенно в ее начальной стадии. Необходимо поддерживать стабильный температурный режим реакционной смеси на этапе полимеризации НПС, что объясняется влиянием изменения температуры на качество конечного продукта.
К недостаткам используемых схем управления процессом получения НПС можно отнести:
- ручное управление поддержанием температуры в полимеризаторе с помощью изменения
расхода теплоносителя на стадии разогрева, которое осуществляется оператором процесса при
сигнализации экстремальных значений по температуре и давлению, поскольку автоматическое
регулирование температуры требует самонастройки регулятора из-за изменения динамических
характеристик объекта управления;
- интуитивность определения параметров процесса полимеризации, как правило, в
результате проведения нескольких пробных операции с исходным сырьем;
- невозможность получения продукта заданного качества и определенных характерна ик.
Все это определяет актуальность поставленной задачи по оптимизации процесса получения НПС и созданию адаптивной системы поддержания оптимального режима.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы полимеризатора НПС путем поиска оптимальных режимов с использованием математических моделей при различном компонентном составе исходной фракции сырья и разработка адаптивной системы стабилизации температуры реакционной массы
Методы исследования. В процессе решения поставленной задачи в работе использовались методы регрессионного анализа для построения математических моделей, определяющих показатели эффективности процесса полимеризации НПС, методы математического моделирования и оптимизации параметров процесса, методы идентификации динамических характеристик объекта управления и самонастройки систем управления
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключаемся в следующем
1. Получены адекватные математические модели процесса полимеризации НПС, представляющие собой уравнения регрессии, отличающиеся тем, что учитывают взаимосвязь не только параметров проведения процесса полимеризации, но и концентраций основных компонентов фракционного состава сырья с параметрами качества получаемой НПС.
2. Разработана методика оптимизации процесса полимеризации НПС для периодического
процесса, позволившая получать светлую НПС высокого качества из сырья с различным
компонентным составом. і *"~ ' ..
гас НАЦИОНАЛЬНАЯ |
имиогекл
ігдам
-
Показана необходимость управления температурным режимом полимеризатора на стадии разогрева для периодического процесса получения НПС путем широтно-импульсного регулирования скорости изменения температуры расходом теплоносителя, а на стадии полимеризации амплитудно-импульсного регулирования температуры - температурой хладоносителя.
-
Разработана методика определения оптимальных настроек импульсного регулятора, что позволило эффективно решить задачу стабилизации температурного режима с помощью самонастраивающейся системы.
Практическая ценность. Разработанные методики оптимизации работы периодического полимеризатора НПС и идентификации его динамических характеристик, с последующей самонастройкой регулятора температуры реакционной массы, реализованы в виде прикладных программ в среде Delphi и предлагаются в качестве программного обеспечения для локальной системы управления тепловым режимом процесса полимеризации установки периодического действия на ОАО «Авиабор» г. Дзержинск.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Математические модели процесса получения НПС учитывающие взаимосвязь параметров проведения процесса полимеризации и концентраций основных компонентов, составляющих фракционный состав сырья, с параметрами качества получаемой НПС.
-
Процедура проверки адекватности полученных математических моделей с помощью тестового набора данных.
-
Методика определения комплексного критерия, позволяющая решить задачу нахождения «наилучшего» качества и высокого выхода конечного продукта, определяемого несколькими частными показателями.
-
Методика идентификации динамических параметров объекта при управлении технологическим процессом получения смол.
5. Адаптивное управление температурным режимом в полимеризаторе периодического
действия получения НПС.
6. Программно-логическое управление процессом получения НПС.
Работа была поддержана стипендией Правительства Российской Федерации и стипендией имени академика ГА.Разуваева в 2002 г.
Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе докладывались на XV и XVI Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Тамбов, 2002г. и Санкт-Петербург, 2003 г.), Межрегиональной научно-технической конференции посвященной 25-летию Дзержинского филиала НГТУ (Дзержинск 1999г.), II Всероссийской научно-технической конференции (Нижний Новгород, 1999г.), IV Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2001г.), VII Нижегородской сессии молодых ученых (Нижний Новгород, 2002г.), VII Нижегородской сессии молодых ученых в области физики и химии (Нижний Новгород, 2002г), научно-техническом форуме «Будущее технической науки нижегородского региона» (Нижний Новгород, 2002г.), на II региональной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки нижегородского региона» (Нижний Новгород, май 2003г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 2 статьи, 13 тезисов докладов и патент на полезную модель №31008 «Система управления процессом полимеризации нефтеполимерной смолы» от 23.12.2002г.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 53 наименования, и 1 приложения. Основной текст занимает 123 страницы машинописного текста, содержит 23 рисунка и 12 таблиц. Приложение состоит из 5 страниц.
