Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современной химической промышленности :арактеризуется созданием все более сложных химико-технологических процессов, іеализуемьіх с помощью крупнотоннажных установок. По мере увеличения единич-іьіх мощностей аппаратов возрастают общие расходы сырья и энергии, ужесточают-я требования к экономичности производств и качеству выпускаемой продукции. Эффективное функционирование таких производств возможно лишь при использовании овременных методов оптимизации, средств вычислительной техники, позволяющих в іеальном времени находить оптимальные режимы ведения процесса. В то же время, аряду с несомненными успехами в области оптимизации технологического процесса, уществует еще ряд производств, где уровень использования вычислительной техники е соответствует современным требованиям. В большинстве случаев это так называете «нечеткоопределенные» процессы, обладающие рядом особенностей, существен-о затрудняющих их оптимизацию. К таким особенностям относятся: невозможность іатематического описания процесса только с помощью количественных соотношений аналитических и регрессионных); отсутствие количественного контроля состояния бъекта, высокая степень неопределенности протекающих явлений; преобладание ка-ественных характеристик над количественными в описании технологического процес-а; наличие информации в виде лингвистического описания знаний операторов-эхнологов о ходе процесса.
При оптимизации таких производств в отсутствии или дефиците количественной нформации значительно возрастает роль качественной. Появление теории нечетких ножеств позволяет в значительной мере формализовать и применять в задачах оп-шизации такую информацию.
До настоящего времени для математического описания технологического про-есса использовалась только количественная или только качественная информация, опрос совместного использования этих видов информации при математическом опи-знии и оптимизации технологического процесса в научной и прикладной литературе іактически не изучался.
В связи с этим, актуальным оказывается разработка и внедрение более совер-енных методов моделирования и оптимизаций технологического процесса, в которых зпользуется одновременно количественная и качественная информации о состоянии эоцесса.
Решению этой задачи и посвящена данная работа, где в качестве примера рас-
сматривается оптимизация процесса паровой конверсии нафты в производстве an миака.
Целью работы является разработка методов математического описания и oi тимизации технологического процесса с одновременным использованием количес венной и качественной информации и последующая их реализация на примере опті мизации процесса паровой конверсии нафты в производстве аммиака.
Методы исследования. Для решения поставленной задачи в работе использс вались методы математического моделирования и оптимизации химике технологических процессов, аппарат теории управления и нечетких множеств, совре менные физико-химические методы анализа: хроматография, спектральный анализ.
Научная новизна. Впервые разработан метод построения гибридных моделеі где наряду с количественными соотношениями используются выражения, полученны в результате формализации качественной информации с применением аппарата не четких множеств. Предложены способы проведения расчетов по гибридным МОДЄЛЯ! при наличии исходной количественной и качественной информации. Показана возмо* ность применения гибридных моделей в задачах оптимизации технологического прс цесса.
Разработан метод параметрической идентификации гибридных моделей, где на ряду с количественными параметрами определяются параметры функций принадлеж ности нечетким множествам.
Построена гибридная математическая модель процесса паровой конверсии наф ты, характеризующая зависимость показателей качества функционирования процесс; от технологических переменных и действующих возмущений. На базе построенной ма тематической модели выполнен численный эксперимент, позволивший сопоставиті эффективность работы реакторов паровой конверсии при различных технологически: режимах.
С помощью разработанных методов получены и исследованы основные техно логические свойства материальных и энергетических потоков, определение которых нг промышленном объекте представляется технически невозможным.
Поставлена и решена задача оптимизации процесса паровой конверсии, позво ляющая оптимальным образом распределять сырье между параллельно работаюш>^ реакторами паровой конверсии.
Положения, выносимые на защиту:
- Метод моделирования сложных химико-технологических процессов в условиях неопределенности с комплексным использованием качественных и количественны*
-5-характеристик объекта моделирования. Метод включает: синтез аналитических зави симостей технологических параметров, синтез нечетких отношений качественных зна чений технологических переменных, совместное решение логико-алгебраических вы ражений.
Метод единой идентификации параметров качественных и количественных со отношений математической модели.
Результаты исследований распределения характеристик потоков по длине реактора, учитывающие неконтролируемые свойства технологического процесса.
Метод поиска оптимального статического режима технологического объекта е условиях дефицита количественных характеристик процесса, основанный на применении гибридных математических моделей.
Решение задачи оптимального распределения технологических потоков между параллельно работающими реакторами в технологическом процессе паровой конверсии углеводородов.
Практическая значимость. Работа выполнялась в рамках госбюджетной тематики «Моделирование недетерминированных технологических процессов на основе теории нечетких множеств», проводимой по единому заказ - наряду в Ангарской государственной технической академии по приоритетным направлениям развития науки РФ «Математическое моделирование в научных и технических системах».
Разработано алгоритмическое и программное обеспечение управляющей под-:истемы АСУТП, позволяющее моделировать процесс паровой конверсии, проводить тараметрическую идентификацию модели, определять оптимальные режимы процесса «энверсии углеводородов, решать задачи распределения нагрузки между параллельно эаботающими реакторами паровой конверсии.
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что разработанные летоды и алгоритмы могут применяться при решении задач оптимизации других нечет-иопределенных химических производств с дефицитом количественной информации.
Разработанное программное обеспечение оформлено в виде комплекса при-ладных программ и передано для внедрения в ОАО "Ангарская нефтехимическая омпания".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсужда-іись на Международной научно-технической конференции «Информационные техно-югии в моделировании и управлении» (г. С-Петербург, 1996 г.), 11-й Международной аучной конференции «Математические методы в химии и технологиях» (г. Владимир,
1998" г.), 13-й Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.), научно-технических конференциях Ангарской государственной технической академии (1997-2000 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, список которых приведен в заключительной части автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня используемой литературы и приложения. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 101 наименование.
