Разработка алгоритмов идентификации сложных технологических объектов (на примере производства фталевого ангидрида)

• Автор: Качала, Вадим Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 265 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ПРОИЗВОДСТВО ФТАЛЕВОГО АНГИДРИДА КАК ОБЪЕКТ

УПРАВЛЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1.1. Описание технологии и задачи управления производством

1.2. Задача распределения нагрузок между контактными системами

1.3. Анализ стадии контактирования

1.4. Постановка задачи работы Глава 2. ЗАДАЧА ИДЕНТИФИКАЦИИ И ВЫБОР МЕТОДА ЕЕ РЕШЕНИЯ

2.1. Постановка задачи и анализ методов идентификации

2.1.1. Постановка задачи идентификации

2.1.2. Выбор структуры модели

2.1.3. Оценка параметров модели
2.1.4. Новые тенденции при исследовании сложных объектов
2.2.Метод группового учета аргументов
2.3.Методы шаговой регрессии
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ
3.1. Задачи и метод исследования
3.2. Выбор структуры и оценка качества модели
3.3. Анализ условий останова алгоритмов
3.4. Исследование метода группового учета аргументов
3.5. Исследование алгоритмов шаговой регрессии
3.6. Построение моделей при известной и неизвестной зависимости выходвходы объекта
3.7. Неустойчивость процесса идентификации
3.8. Сравнение алгоритмов МГУА и ШР
3.9. Геометрическая интерпретация МГУА
3Выводы по исследованию алгоритмов идентификации
Глава 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ И ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОК ИЗ
4.1. Алгоритмы МГУА
4.2. Алгоритмы шаговой регрессии
4.3. Автоматизированная диалоговая система хранения и обработки экспериментальных данных i
4.4. Разработка алгоритма оптимального распределения нагрузок между контактными системами
Глава 5. РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ В АСУТП
ПРОИЗВОДСТВА ФТАЛЕВОГО АНГИДРИДА
5.1. Проведение эксперимента по сбору данных для построения модели контактной системы
5.2. Разработка методики расчета выхода фталевого ангидрида
5.3. Построение модели контактной системы
5.4. АСУТП производства фталевого ангидрида
5.5. Решение других задач идентификации
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА


Во-первых, сбор данных требует больших трудозатрат - на получение одной экспериментальной точки требуется 1-2 часа, во-вторых, при нормальной работе контактной системы все регулируемые параметры большой период времени поддерживаются на постоянном уровне, искусственное же их возмущение приводит к снижению выхода продукта. Таким образом, для решения задачи оптимального распределения нагрузок требуется построить математические модели контактных систем по ограниченному объему данных. Модели необходимо корректировать 1-2 раза в месяц. При разработке системы управления и исследования процесса контактирования требуется его математическая модель, для построения которой необходимо провести анализ процессов, протекающих в контактном аппарате, и факторов на них влияющих. Окисление нафталина относится к сложным гетерогенным каталитическим процессам, кинетика которых искажена влиянием различных макрокинетических факторов. Дреобладаяие тех или иных реакций зависит от типа катализатора и условий проведения процесса. На выход фталевого ангидрида влияют такие факторы, как температура в зоне реакции, время контакта (время пребывания газовой смеси в зоне реакции), начальный состав газовой смеси и состояние (активность) катализатора. Теоретическое исследование влияния указанных факторов затруднено из-за наличия макрокинетических явлений, не позволяющих использовать "классическую кинетику" /5/ (микрокинетику). Если микрокинетика рассматривает химический процесс как совокупность элементарных стадий, протекающих при постоянстве концентраций в единый момент времени и во всех точках реакционного объема, то макрокинетика изучает процесс с учетом всех сопутствующих явлений, влияющих на распределение концентраций и температур в реакционном объеме. В зависимости от соотношения скоростей диффузии и химических реакций (в значительной степени определяемого температурой в реакционной зоне) рассматривают следующие режимы протекания каталитических процессов /5/: внутренняя кинетическая область, внутренняя диффузия, внешняя диффузия и внешняя кинетическая область. Как показали исследования /,5), процесс окисления нафталина протекает в переходной области. При изменении температуры в диапазоне 0-0°С (при этих температурах происходят основные реакции образования фталевого ангидрида) и с ростом начальной концентрации нафталина процесс окисления переходит из кинетической во внутреннюю, а затем во внешнюю диффузионную область. В институте физической химии им. Дисаржевского АН УССР были проведены эксперименты с катализатором в виде плавленной пятиокиси ванадия /6/. На рис 1. Тц )• Выявлено, что в данном диапазоне температур процесс проходит последовательно все четыре режима протекания каталитических процессов, где, по предложению авторов, возможно, имеет место внешнекинетический режим. Рис. Рис. Сц =2,’моль/л. Из рисунка видно, что имеет место экстремальная зависимость селективности от ? Низкая селективность при малом времени контакта вызвана недоокислением нафталина, а уменьшение селективности при большом ZT происходит из-за окисления целевого продукта. Влияние начальной концентрации нафталина и активности катализатора показано ниже. Рассмотрим особенности протекания реакций в длинных слоях катализатора /5,7,4/. В длинном слое имеет место распределение состава газовой смеси и температуры по длине трубки с катализатором (например, см. Поскольку трудно создать изотермический режим по всей длине катализатора, то теряет смысл возможный управляющий параметр- температура в зоне реакции, но появляются два других: температура газа на входе в контактную трубку - 1^вс и температура охлаждающей бани - Т#-. Воздействие Тнвс ограничено, поскольку эта переменная влияет только на начальную зону катализатора. Кинетика реакций будет различна в разных частях контактной трубки: в одной части реакция окисления находится в кинетической области, в другой - в диффузионной; в одной части реакция образования фталевого нафталина имеет первый порядок, в друтой-нулевой /5/ и т. При этом не будет таких простых зависимостей между входными переменными и селективностью по фталевому ангидриду, как на рис. Рис.