WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 14 |

Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций

-- [ Страница 8 ] --

Рисунок 3.1 – Изменение массовой концентрации ОЭ в ходе реакции Рисунок 3.2 – Изменение концентрации МЭА, ДЭА и ТЭА в ходе реакции, Ошибка прогноза (остаточная дисперсия) для кинетической модели процесса оксиэтилирования аммиака не превышает 2 %, относительных.

Итак, принятая кинетическая схема реакции оксиэтилирования аммиака и полученные на ее основе уравнения кинетики процесса не противоречат эксперименту и позволяют построить адекватную детерминированную математическую модель узла синтеза в производстве этаноламинов.

3.2. Математическая модель реактора-смесителя для получения этаноламинов. Блок-схема и балансовые уравнения процесса Основной этап синтеза этаноламинов реализуется в реакторе-смесителе. В аппарат подается окись этилена, аммиак со склада и возвратный не прореагировавший аммиак из узла синтеза, а также моноэтаноламин, как авто катализатор. На выходе смесителя имеем смесь этаноламинов и не прореагировавшие компоненты: аммиак и окись этилена. Не прореагировавший аммиак возвращается на вход в реактор-смеситель. Основу математической модели процесса оксиэтилирования аммиака в реакторе-смесителе составляют кинетический блок и балансовые уравнения по компонентам реакционной смеси.

реакционной смеси. При разработке модели можно принять предположение об идеальном смешении и, следовательно, параметры состояния реакционной смеси в реакторе являются также и выходными параметрами объекта. Блок-схема модели реактора смесителя представлена на рисунке 3.3.

Рисунки 3.3 – Блок-схема модели реактора-смесителя:

Т – температура в реакторе, °С; V – объем реактора, м3; [ОЭ], [NH3], [МЭА], [ДЭА], [ТЭА] – концентрации компонентов реакционной смеси в реакторе, кг/м3;

Fоэвх, Fоэвых, FNH3вх, FNH3воз, FNH3вых, Fмэавх, Fмэавых, Fдэавых, Fтэавых – входные и Блок-схема позволяет четко определить входные факторы объекта, параметры состояния и выходные параметры процесса, а также конструкционные и технологические параметры и все взаимосвязи параметров в процессе производства. Блок-схема также является основой при решении системы с помощью численных методов интегрирования.

На основании блок-схемы можно записать математическую модель реактора-смесителя для получения этаноламаинов имеет вид (3.10):

В установившемся режиме работы реактора математическая модель представляет систему нелинейных алгебраических уравнений:

Для разработки полной математической модели узла синтеза необходимо дополнительно построить математическую модель реактора вытеснения.

3.3. Математическая модель реактора с распределенными параметрами, предназначенного для завершения реакции оксиэтилирования В реактор вытеснения на вход подается реакционная смесь из реакторасмесителя, при этом из реакционной смеси удален не прореагировавший аммиак и возвращен на вход в смеситель. В реакторе-смесителе не обеспечивается полное исчерпание ОЭ даже при многократном избытке аммиака, и завершение процесса осуществляется в реакторе вытеснения. Реактор вытеснения – это объект с распределенными параметрами. Его математическая модель должна отражать гидродинамику потоков реакционной смеси на фоне протекания химической реакции. В общем случае при построении модели реактора с распределенными параметрами в уравнениях материального баланса объекта следует рассматривать конвективный перенос жидкости и диффузионный обмен: радиальный и продольный. В данном случае реактор вертикальный и работает под давлением, следовательно, можно считать доминирующим конвективный (вынужденный) поток и пренебречь диффузионным переносом, как малозначительным по сравнению с конвекцией [61, 62, 63].

Тогда математическая модель объекта представляет собой систему дифференциальных уравнений в частных производных, причем независимыми переменными являются время (t) и координата длины (высоты) реактора (х).

Блок-схема математической модели (рисунок 3.4) объекта включает кинетический блок и балансовые уравнения по компонентам реакционной смеси.

Кинетический блок отражает реакции взаимодействия ОЭ с этаноламинами (МЭА и ДЭА), а балансовые соотношения записываются для ОЭ и этаноламинов (МЭА, ДЭА, ТЭА) как для реактора идеального вытеснения.

Линейную скорость потока реакционной массы в реакторе вытеснения можно вычислить исходя из значений выходных потоков реактора смешения, а именно:

где S – площадь проходного сечения реактора вытеснения, м;

оэ, мэа, дэа, тэа – плотности соответствующих компонентов реакционной смеси, кг/м3.

Рисунок 3.4 – Блок-схема математической модели реактора вытеснения:

– линейная скорость потока реакционной смеси внутри реактора вытеснения, м/ч; х – линейная координата по длине (высоте) реактора, м На основании полученной блок-схемы можно записать следующую математическую модель реактора вытеснения для синтеза этаноламинов:

МЭА МЭА

ДЭА ДЭА

Начальные условия определяются при t = 0. Граничные условия задаются концентрациями соответствующих компонентов в реакционной смеси на входе в реактор вытеснения (РВ) из реактора-смесителя (PC).

математическая модель будет представлена обыкновенными дифференциальными уравнениями с независимой переменной – координатой длины (высоты) реактора:

Граничные условия для данной системы соответствуют граничным условиям представленной выше нестационарной модели.

Полученные выше математические модели реактора-смесителя и реактора моделирования стадии синтеза этаноламинов, которая реализована в виде каскада реакторов смешения и вытеснения.





3.4. Математическая модель стадии синтеза этаноламинов и принципиальная схема оптимального управления производством на стадии Математическая модель стадии синтеза состоит из двух блоков:

математической модели реактора смесителя и математической модели реактора вытеснения, связанных между собой материальными потоками по технологической схеме.

Рисунок 3.5 – Блок-схема математической модели стадии синтеза этаноламинов Блок-схема математической модели стадии синтеза построена как для каскада из двух реакторов: смешения и вытеснения, установленных последовательно и работающих в непрерывном режиме (рисунок 3.5).

Входными переменными модели являются потоки входных компонентов:

ОЭ, МЭА, NH3 и NH3 возвратный; выходные параметры – это состав реакционной смеси на выходе из узла синтеза: МЭА, ДЭА, ТЭА и следы или отсутствие ОЭ.

Процесс проводится при многократном избытке аммиака, который циркулирует в узле синтеза, и контроль за расходом возвратного аммиака позволит рационально использовать поступление свежего аммиака.

На основании вышеизложенного можно предложить следующую схему оптимального управления узлом синтеза этаноламинов (рисунок 3.6):

Рисунок 3.6 – Принципиальная схема оптимального управления стадией синтеза в Подача МЭА в реактор-смеситель стабилизирована, подача аммиака со склада корректируется с учетом потока возвратного аммиака.

математической модели реактора-смесителя для достижения оптимального состава реакционной смеси на выходе смесителя.

Итак, с использованием математической модели реактора-смесителя (3.10) с целью получения уравнений замкнутой системы объекта с управлением модель должна быть дополнена уравнением регулятора подачи окиси этилена:

где Tp1 и kp1 – параметры ПИ-регулятора.

Критерием оптимальности является, как было показано в главе 2, один из компонентов реакционной смеси на выходе из реактора, чаще моноэтаноламин:

Для решения поставленной задачи на базе математической модели объекта, взятой для стационарного состояния объекта осуществляется поиск оптимума путем численного решения системы нелинейных алгебраических уравнений с вариацией входного параметра управления Fоэ (подача ОЭ) одним из однопараметрических методов оптимизации, и с последующей корректировкой задания регулятору расхода ОЭ.

Оптимальный состав реакционной смеси на выходе из узла синтеза достигается регулированием температуры в реакторе вытеснения за счет подачи пара.

С использованием математической модели реактора вытеснения (3.13) и с целью получения замкнутой системы управления, модель должна включать уравнение регулятора:

где Tp2 и kp2 – параметры ПИ-регулятора расхода пара.

регрессионной математической модели, полученной в ходе статистического анализа объекта управления.

На рисунке 3.7 представлена зависимость содержания МЭА на выходе стадии синтеза.

Рисунок 3.7 – Зависимость содержания МЭА в реакционной смеси коэффициент детерминации D = 0,1507; критерий Фишера F = 29, многоконтурной системы коррекции состава этаноламинов Рассмотрим структурную схему системы оптимального управления узлом синтеза в производстве этаноламинов, показанной на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Структурная схема системы коррекции состава этаноламинов Анализ схемы проведен по основным позициям.

Позиция 1 – реактор-смеситель для синтеза этаноламинов. Уравнение материального баланса для реактора-смесителя по МЭА есть:

или линеаризованный вариант модели процесса:

Тогда передаточная функция реактора-смесителя (поз. 1) получена в виде:

Математическая модель объекта позиции 2 (реактор вытеснения для синтеза этаноламинов) может быть представлена уравнением регрессии:

Передаточная функция объекта поз. 2 – усилительное звено:

Позиция 3 – ПИ-регулятор расхода ОЭ в реактор-смеситель, его передаточная функция Позиция 4 – преобразователь, задающий необходимую величину подачи ОЭ для достижения оптимального состава реакционной смеси на выходе реакторасмесителя:

Позиция 5 – ПИ-регулятор расхода пара в рубашку реактора вытеснения, его передаточная функция Позиция 6 – преобразователь, позволяющий вычислить необходимую подачу пара для достижения оптимального содержания МЭА в реакционной смеси на выходе из узла синтеза:

Мы имеем многоконтурную систему связей, которую можно привести к двухконтурной (по количеству параметров управления: подача ОЭ в смеситель и подача пара в аппарат вытеснения) с одной общей точкой – измеритель содержания МЭА в реакционной смеси после реактора смесителя. Схема управления реактором-смесителем представлена на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 – Схема управления реактором-смесителем В данной ситуации схема представляет собой два последовательно включенных контура с отрицательной обратной связью, причем для первого контура объектом является отрезок трубопровода с передаточной функцией:

Получена передаточная функция W7314 системы управления реакторомсмесителем.

Схема управления реактором вытеснения представлена на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Схема управления реактором вытеснения и W5826 – передаточная функция системы управления реактором вытеснения.

После выполнения необходимых алгебраических действий получаем:

где Итак, получены две передаточные функции, соответствующие двум каналам этаноламинов. Имея их можно получить уравнения «вход-выход» для каждого контура и для системы и общий алгоритм управления для контролера.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Исследованы термодинамические особенности процесса оксиэтилирования аммиака, представлена модель кинетики процесса, найдены оценки констант скоростей реакций на основе лабораторного эксперимента. Показана адекватность математической модели кинетики и возможность ее использования для моделирования реакторов узла синтеза.

Получена математическая модель реактора-смесителя в виде системы параметры состояния объекта и выходные параметры процесса в динамике.

Модель реактора-смесителя пригодна для оптимизации состава реакционной смеси.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 14 |
 


Похожие работы:

«Величко, Александр Павлович Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Величко, Александр Павлович.    Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы [Электронный ресурс] : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13. ­ Москва: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской ...»

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.