Моделирование, анализ и оптимальное управление процессом синтеза аммиака в условиях параметрической неопределенности

• Автор: Кулишенко, Роман Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ХТС СИНТЕЗА АММИАКА - ОБЪЕКТОМ С ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬЮ
1.1 Постановка задачи оптимального управления ХТС в условиях параметрической неопределенности

1.2 Классификация неопределенных параметров

1.3 Способы учета неопределенности в задачах оптимального оперативного управления ХТС

1.4 Характеристика ограничений в задачах оптимального управления ХТС

1.4.1 Жесткие ограничения

1.4.2 Вероятностные ограничения

1.5 Краткое описание процесса синтеза аммиака

1.6 Анализ существующих схем секции синтеза аммиака
1.7 Основные конструкции колонн синтеза аммиака
1.7.1 Трубчатые конвертеры
1.7.2 Многополочные конвертеры с прямым охлаждением
1.8 Анализ работ в области моделирования и управления процессом синтеза аммиака в многополочных реакторах
1.9 Особенности метода управления на основе прогнозирующих моделей
Выводы к Главе
ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТАЦИОНАРНЫМИ РЕЖИМАМИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ХТС СИНТЕЗА АММИАКА В УСЛОВИЯХ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
2.1 Моделирование и анализ типовой ХТС секции синтеза аммиака производительностью 1000 т/сутки
2.2 Моделирование многополочного реактора синтеза аммиака с неподвижным слоем катализатора
2.3 Описание ХТС секции синтеза аммиака по технологическому процессу Ке1^ (ТЕС) производительностью 1360 т/сутки
2.4 Моделирование стационарных режимов ХТС секции синтеза

2.5 Разработка пользовательского модуля расчета кинетики реакции синтеза аммиака на промотированных железных катализаторах
2.6 Проверка адекватности компьютерных моделей
2.7 Число степеней свободы для управления ХТС секции синтеза
2.8 Выбор управляющих переменных
2.9 Формирование критериев оптимального оперативного управления
2.9.1 Технико-экономический критерий
2.9.2 Энергетический критерий
2.10 Постановка и решение задачи оптимального управления без учета параметрической неопределенности
2.10.1 Планирование вычислительного эксперимента
2.10.2 Построение регрессионных моделей целевой функции и переменных состояния
2.10.3 Результаты решения задачи оптимального оперативного управления
2.11 Постановка и решение задачи оптимального оперативного управления в условиях параметрической неопределенности
2.11.1 Выбор множества неопределенных параметров
2.11.2 Построение регрессионных моделей критерия оптимизации и переменных состояния с учетом параметрической неопределенности
2.11.3 Постановка и решение задачи оптимального оперативного управления в условиях интервальной неопределенности
2.11.4 Постановка и решение задачи оптимального оперативного управления в условиях вероятностной неопределенности
Выводы к Главе
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОЛОННЫ И ХТС СЕКЦИИ СИНТЕЗА АММИАКА
3.1 Общая характеристика динамических режимов ХТС
3.2 Моделирование динамических режимов колонны синтеза аммиака как объекта управления
3.2.1 Математическое описание катализаторных слоев колонны синтеза
3.2.2 Математическое описание теплообменного аппарата и смесителей потоков

3.2.3 Расчет математической модели методом конечных разностей.
3.2 Моделирование динамических режимов секции синтеза
Выводы к Главе
ГЛАВА 4 УПРАВЛЕНИЕ ХТС СИНТЕЗА АММИАКА НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ ПРОСТРАНСТВА СОСТОЯНИЙ
4.1 Постановка обобщенной задачи управления на основе прогнозирующих моделей в пространстве состояний
4.2 Описание модели объекта, используемой для прогноза и оценки состояния
4.3 Постановка задачи прогнозирующего управления
4.4 Описание объекта управления
4.5 Идентификация линейной стационарной модели объекта
4.6 Принципиальная схема системы управления
4.7 Переходные характеристики процесса регулирования
Выводы к Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А МОДЕЛИРОВАНИЕ ХТС В AS PEN PLUS
ПРИЛОЖЕНИЕ Б РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ЧЕТЫРЕХПОЛОЧНОЙ КОЛОННЫ СИНТЕЗА
ПРИЛОЖЕНИЕ В БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА РАСЧЕТА КИНЕТИКИ
В МРС-управлении могут применяться как линейные, так и нелинейные модели объекта. Будущее управление определяется путем минимизацией ошибки прогноза либо целевой функции.
Выводы к Главе
1. При решении задачи оптимального оперативного управления следует учитывать параметрическую неопределенность.
2. Степень неопределенности исходной информация зависит от неточности применяемых при моделировании и оптимизации математических моделей, также от внешних возмущений.
3. Для неопределенных параметров, характеризующих работу ХТС, почти всегда можно выявить интервалы изменения их значений, а также предположить их случайность и закон распределения. В связи с этим характеристики неопределенных параметров в данной работе используются интервальные оценки параметров, либо их представление в виде случайных величин с известными законами и параметрами распределения.
4. Существует ряд способов учета неопределенности в задачах оптимального управления: модификация критерия оптимизации и учет неопределенности в ограничениях. В рамках данной работы используется сочетание данных методов.
5. Несмотря на большое количество возможных схем ХТС синтеза аммиака, наибольшее практическое применение в промышленности получила схема с двухступенчатой конденсацией.
6. В настоящее время вследствие простоты конструкции и производительности наибольшее распространение получили адиабатические полочные реакторы с неподвижным слоем катализатора. Наиболее часто используется схемы с аксиальным и радиальным ходом