Введение к работе
Актуальность работы. Одним ив главных способен интенсификации и ювыгаения эффективности химических производств является ресурсосбережение. Ресурсосбережение в химической промышленности представляет со-Зой сажное направление практической р^алиоации стратегии перехода Рослій к устойчивому социально-экономическому развитию, основные концоп-л-:;: которого для ''ллокеч'-'ства :; целом были провозглашены ООН t начале :990-х годов.
5 настенное время наибольший объ^м ьншуск^рмого капролактаме прз:-іодйто-ї на долю окислительного способа производства из бензола. Наиболее энергоемкими и металлоемкими функциональными отделениями крупнотоннажных производств капролактама из бензола являются отделения ректификации многокомпонентных смесей продуктов окисления циклегексана и дегидрирования циклогексанола. которые существенно влияют как, на ка-гество выпускаемого капролактама, так и ка экономическую эффективность производства в целом.
Рноройотка научно обоснованных решений по реконструкции т^хн-ло-ч-Ш'О.кой "У .-мы отделения рекіифиісацпн сводится к реш«ниіи ьадачи синте-;а оптимальной энергосберегающей системы ректификаиии ('0Р^ с 'внешними
Е: свяоп с. этим разработка быстродействующего декомпозиционно-эвристического алгоритма автоматизированного синтеза энергосберегающих
^циклических СР и создание адаптивных систем оптимального управления
уоуу-"уу.::: їлуцдлкаууу " .'^т'.м уапаудывання является новой яктулль-
г -~< -т.'; ". \)\: ,\\ -: - * -Ч: і? '' 'У Muda-pii'^'-f [_j:-ijv-yo^. у С.^Ц,:г~^г-.ЄННО " "КОНОМіїЧЄСКОЄ ОНаЧ<г'-
боневныо їусл^лсейнир диссг'Р'гїіцпи выполнены в соответствии с Приоритетным направлением "Создание энергосберегающих процессов на основе национальных химико-технологических схем, оптимизации теплоообменного оборудования и эффективных технологий разделения смесей" по Государственной научно-технической, программе РФ "Новые принципы и методы полугения химических веществ и материалов"
---A -
Цель работы. Создать и исследовать быстродействующий декомпоз'и онно-эвристический алгоритм синтеза оптимальных ациклических сисі ректификации зеотропных многокомпонентных смесей, предложить адгорич расчета стационарных технологических режимов
систем"ректификации в производстве капролактаме и разработать адг тивную САУ с переменной структурой для оптимального управления прощ сом ректификации с учетом запаздывания , которые обеспечивают эконоь материальных ресурсов и повышение качества продуктов разделения.
Разработать научно-обоснованные рекомендации по реконструкі технологической схемы и оптимальному управлению массообмекными прощ сами отделения ректификации крупнотоннажного производства капролактё из бензола Акционерного общества (АО) "Щекино-Азот" с целью снижез удельных расходов сырья, энергии к конструкционных материалов, а таї повышения качества капролачтама.
Научная новизна. Предложен декомпозиционно-эвристический адгор] синтеза оптимальных ациклических СР, который использует большой на< эвристических правил для выбора ректификационных колонн, библиоті различного уровня информационности модулей расчета ректификацион: колонн (РК), а также процедуры стохастической аппроксимации для обу ния выбору звристик на каждом этапе декомпозиции исходной задачи с теза и отсечения неперспективных решений, что позволяет создавать с темы, обеспечивающие оптимальные удельные расходы энергии и констр ционных материалов при высоком качестве выделения целевых продуктов
Впервые проведен сравнительный анализ быстродействия и эффект ности поиска оптимальных решений вадач синтеза СР с' применением раз ботанного декомпозиционно-эвристического алгоритма (ДЭ-алгоритма) ряда известных декомпозиционных алгоритмов. Показано, что синтез тимальной ациклической СР на основе предложенного ДЭ-алгоритма с шествляется при минимальных затратах машинного времени и объема one тивной памяти ЭВМ по сравнению с другими алгоритмами.
Предложен алгоритм анализа и оптимизации стационарных технолс ческих режимов СР, который позволяет для выбранных стандартных кої с учетом коэффициентов запаса проводить расчет оптимальных парамеї технологических режимов колонн СР в соответствии с минимумом приве? ных затрат.
Сформулирована математическая постановка задачи оптималы эне^ос^регащего~управления процессом ректификации с учетом зала; вания на основе использования регуляторов с переменной стругсг (РПС).
-5-.
Разработана функциональная схема оптимаяьной адаптивной САУ про
цессом - ректификации-продуктов - окисления-циклогексана как- объекта- с за-
паздыванием на основе использования РПС, которая при изменении знака ошибок регулирования оптимального расхода флегмы и температуры куба DK, л также их производных обеспечивает повышение качества выделяемых дегкодетучих продуктов (циклогексана, циклогексанона и циклогексано-да; при снижении энергопотребления.
Практическая значимость. Предложенные ЛЭ-алгоритм синтеза оптимальных ациклических СР, алгоритм анализа стационарных технологических ?сл'ла:сЕ СР, резлизуюцне комплекс программ (язык программирования -Фортран-?'/, операционная система - МС ДОС), могут зойти в состав методического и программного обеспечения САПР.
С помошью разработанных алгоритмов и комплекса программ для АО "Щекино-Азот" проведен анализ энергозатрат действующего отделения ректификации производства капролактама, синтезирована оптимальная энергосберегающая СР, а также разработана оптимальная адаптивная САУ процессами ректификации с использованием РПС, которые позволят обеспечить іри рекоь-трукции действующего производства снижение удельных расходов /реющего пара и оборотной воды на 7- 10. и уменьшение металлоемкости
Г; П р \ ' 'п О Г' l1* U » * Я
Промышленная реализация результатов проведенных научных исследований нозк.'лнт выпускать капролактам высокого качестве в АО "Щеки
Достоверность научных положений, выводов if рекомендаций обоснована автором теоретически на основе применения методологии системного
.".т ректитздкаппи л теплообмен-:, использования теории пои"ка оптималь-іьіх решений и теории систем управления с переменной структурой для объектов с запаздыванием, а также экспериментально проверена в отделе- , нии ректификации производства капролактама АО "Щекино-Азот".
Апробация работы, '"'оновнне полои^-ния и результаты диссертационной хоботы обсувались на Х-й Международной конференции "Математические , методы в химии и химической технологии" ("ММХ-10-96") (г.Тула, 1996г.) '1 на Всероссийской научной конференции "Теория и практика массообмен-іьіх процессов" (г.Уфа, 1996г.), на УШ-Х-ой Международных конференциях иолодых ученых и студентов по химии и химической технологии (г.Москва, 1994-1996Г.Г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и
- 5 -приложений общим объемом 202 страницы. Работа изложена на 106 стран цах основного текста, содержит 53 рисунка и 13 таблиц и список литер туры из 115 наименований.