Автоматизация управления технологическими процессами разделения газов в промышленности

• Автор: Свердлова, Ольга Леонидовна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ (АСУ ТП) РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
1.1 Промышленные способы разделения газов на составляющие компоненты
1.2 Анализ современного состояния в области решения задачи управления процессами адсорбционного разделения газов
1.3 Процесс адсорбционного разделения газовых смесей как объект управления
1.4 Способы организации безнагревных адсорбционных процессов разделения газовых смесей
1.5 Математические модели процессов разделения газовых смесей
1.6 Автоматизация технологического процесса адсорбции кислорода
1.7 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЯЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ АСУ ТП РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
2.1 Разработка математической модели процесса адсорбции
2.1.1 Механизм процесса адсорбции кислорода на поверхности моносульфида железа
2.1.2 Математическая модель процесса адсорбции кислорода на поверхности моносульфида железа
2.1.3 Математическая модель структуры поверхности кристалла
2.2 Алгоритм расчета скорости адсорбции кислорода на поверхности моносульфида железа
2.3 Параметры модели процесса адсорбции
2.4 Методика моделирования адсорбции газа на неоднородной поверхности адсорбента
ГЛАВА 3 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ АСУ ТП АДСОРБЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
3.1 Программный комплекс расчета параметров управления

3.2 Выбор и обоснование способа управления технологическим процессом разделения газов
3.2.1 Оценка времени взаимодействия частиц кислорода с поверхностью моносульфида железа
3.2.2 Управление процессом по внутренним и внешним параметрам
3.3 Параметрическая идентификация и оценка адекватности математической модели процесса адсорбции
3.4 Методика формирования комплекса параметров управления в технологическом процессе разделения газов
3.5 Структурная схема системы преобразования информации и управления при оценке параметрических характеристик адсорбционного разделения газов
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В современной химической, газовой, нефтеперерабатывающей, горнодобывающей, металлургической промышленности адсорбционные процессы широко используют для глубокой очистки и сушки технологических потоков, улучшения качества сырья, воздуха, получения кислорода и т.д. Адсорбция также занимает ведущее место среди способов защиты биосферы от промышленных выбросов. Поэтому развитию и совершенствованию технологических процессов (ТП), основанных на адсорбции, в настоящее время уделяется большое внимание как в нашей стране, так и за рубежом.
Одним из путей решения указанной проблемы является автоматизация управления ТП разделения газов, которая позволяет поддерживать технологические параметры в заданных пределах, обеспечивающих максимальную эффективность процесса. Выявление параметров технологического процесса и их оптимальных значений составляет решение одной из задач автоматизированного управления исследуемых ТП.
В настоящее время определение значений таких параметров, интервала их изменения осуществляется в основном путем физического моделирования, однако полный учет всех факторов в условиях физического моделирования приводит к значительным затратам. Поэтому для описания химико-технологических процессов в целях управления ими целесообразно использовать математические модели.
Математические модели, используемые для описания адсорбционных процессов, в качестве примеров рассматривают решетку с симметричной и однородной пространственной структурой, под эти свойства подходят металлы платиновой группы (Р1,Рс/,1г). Существенный вклад в разработку таких моделей адсорбции внесли отечественные ученые: А.Г. Макеев, Н.Л. Семендяеева, Е.Е. Еленин, Ю.К. Товбин, Г.А. Чумаков, М.М. Слинько, В.Д. Беляеев, М.Г. Слинько и др. Однако при этом не рассматривается последующий процесс - хемосорбции (взаимодействия адсорбированного вещества с поверхностью), являющийся необходимым условием в технологических процессах разделения газов. Для изучения про-

химического взаимодействия на границе раздела фаз является необходимым условием в технологических процессах разделения газов.
Общая математическая модель короткоцикловой безнагревной адсорбции. Актуальность математических моделей непрерывно возрастает из-за их гибкости, адекватности реальным системам, невысокой стоимости реализации на ЭВМ. Особенно эффективно применение математических моделей на этапах проектирования технологических процессов и оборудывания когда особо высока цена ошибочных решений [53]. Использование ресурсов современной вычислительной техники позволяет расширить возможности построения математических моделей и увеличить их сложность в соответсвие с тенденциями развития технического прогресса.
На рисунке 1.10 представлена технологическая схема процесса разделения газовых смесей с использованием адсорбционной установки КБА.
Согласованная работа адсорберов А,,А11г...,Аы обеспечивается
переключением клапанов К1,Ки,...,КИл ,К*,К*п,...,К*и в соответсвии с циклограммой (рисунок 1.11). При открытии или закрытии клапана = ,ЫА осуществляется закрытие или открытие клапана К*,г = 1, NА . Если клапан К1 находится в открытом состоянии, то происходит продувка г-го адсорбера исходной газовой смесью, иначе идет продувка промывочной смесью [53].
Одной из характеристик режима функционирования КБА является время т выхода процесса на стационарный режим.
Для разработки общей математической модели процесса КБА необходимо построить взаимосопряженные математические модели сорбционных, тепловых гидромеханических процессов, протекающих в установке, а также дополнить математическим описанием внешних возмущений [53]. Структура общей математической модели представлена на рисунке 1.12 [53].