Задачи управления ректификационными колоннами

Для обоснованного выбора модели процесса ректификации рассмотрим, каким образом учитывается тот или иной параметр процесса нри решении задач синтеза системы управления. С точки зрения экономической оценки режимов работы ректификационной колонны важным параметром является качество (концентрация) целевых продуктов. Непосредственный контроль за показателями качества по длине объекта сутцествснно отражается па эффективности систем управления [5, 18, 72, 73]. Недостатком такого способа контроля является отсутствие простых и надежных, но точных и чувствительных датчиков. На практике наиболее распространен контроль за изменением температуры в колонне, во-первых, потому, что имеются безынерционные датчики температуры довольно высокой точности и чувствительности, а, во-вторых, суш ествует тесная связь температуры и концентрации смесей (в случае бинарных смесей пли близких к ним эта связь однозначна). В промышленных установках начинает применяться контроль за перепадом давления в аппарате, так как давление — один из самых малоинерционных параметров. Здесь уже учитываются соответствуюш,ие статические и динамические характеристики гидродинамического процесса. [c.38]

Управление процессом ректификации представляет собой сложную задачу из-за большого числа взаимосвязанных факторов и переменных, влияюших на качество продуктов, а также из-за значительной емкости и инерционности ректификационных установок как объектов регулирования. Известно большое число вариантов схем регулирования, обзор котррых не всегда представляет интерес. Поэтому рассмотрим лишь наиболее часто применяемые решения, а также некоторые новые схемы регулирования с анализом обших принципов построения систем автоматизации простых ректификационных колонн. [c.334]

В табл. 14 и 15 приведены примеры математических моделей ректификационных колонн, которые могут использоваться для анализа стационарных режимов эксплуатации. При решении задач управления, когда главную роль в выборе системы регулирования играют динамические характеристики процесса, использование этих моделей ограничивается анализом статических характеристик процесса. Таким образом можно оценить статическую точность того или иного варианта управления процессом. Для оценки же динамических качеств системы регулирования могут быть использованы только нестационарные модели. [c.304]

Первое применение Розе и Вильямсом крупных аналоговых машин на 88 усилителей для решения технологических задач (управление работой ректификационных колонн). [c.17]

Предпосылкой автоматизации непрерывно работающих пилотных ректификационных установок является решение задачи получения достоверных опытных данных, на основе которых можно разрабатывать промышленные установки. На рис. 362 показана экспериментальная установка, предназначенная для моделирования промышленного процесса перегонки сырой нефти. Установка работает непрерывно. Она состоит из одной основной и трех дополнительных колонн, предназначенных для отгонки низкокипящих фракций. Данная установка служит для разгонки многокомпонентных смесей, которые разделяются на четыре фракции. Кубовый продукт отбирается из куба основной колонны. Ректификационные колонны снабжены колпачковыми тарелками с отражательными перегородками для пара. По экспериментальным данным, получаемым при перегонке в этих колоннах, можно непосредственно разрабатывать установки больших размеров. Потоки паровой и жидкой фаз дозируются насосами / (см. разд. 8.6). Пульт управления 2 позволяет регулировать скорости выкипания, температуры обогревающих кожухов колонн и флегмовые числа. Регулятор вакуума 3 обеспечивает постоянную степень разрежения, а предохранительное реле 4 отключает установку, как только прекращается подача охлаждающей воды. Температуры на основных стадиях процесса непрерывно регистрируются электронным самописцем [17а]. [c.428]

В 1970 гг. выходит ряд монографий, посвященных математическому моделированию реакторных процессов [1—3], ректификационных колонн [4], выпарных установок [5], теплообменников [6, 7], формируются кибернетические принципы моделирования [8], обобщаются вопросы математического, алгоритмического и программного обеспечения решения оптимизационных задач [9, 10]. Вместе с тем остро наблюдается дефицит законченных исследований, связанных с моделированием динамических свойств технологического оборудования. Ограниченное количество публикаций [11—15] не позволило к настоящему времени развить и воплотить в реальность идею создания банка типовых нестационарных математических моделей объектов химической технологии, сформулированную еще двадцать лет назад [16], т. е. создать ту информационную базу, которая могла бы эффективно использоваться для анализа и синтеза различных по сложности структур автоматических систем управления. [c.7]

Имеются два основных аспекта изучения процесса ректификации. Первый из них касается конструирования колонны и нахождения оптимального технологического режима ее работы, второй связан с управлением ректификационными установками. При решении задач первого типа определяется число ступеней, необходимых для достижения требуемой степени разделения исходной смеси, оптимальное расположение питающей тарелки и боковых выводов и вводов потоков, требуемая величина флегмового числа и т. д. Для этого типа задач используются уравнения статики процесса, подобные приведенным на рис. У1И-10 уравнениям динамики, но из них исключены члены, содержащие производные. Задачи оптимального проектирования (расчет статики процесса ректификации) решаются обычно методами динамического программирования, наискорейшего спуска и другими с применением цифровых вычислительных машин. [c.162]

Дано обсуждение одного из способов оптимизации ректификационной колонны (РК) по критерию максимума некоторого функционала, учитывающего разделительную способность объекта и соответствующие энергетические затраты. Исследования распространены на случай наличия ограничения на крепость целевого продукта. Показано, что в этом случае проблема может быть сведена к задаче оптимального управления системой колонна — емкость. [c.211]

Для построения автоматических систем управления промышленными ректификационными установками используются методы анализа стационарных и нестационарных режимов ректификационных колонн и методы синтеза оптимальных систем управления. При проектировании АСУ ТП ректификационными установками важным является постановка и решение задач оптимизации режимов отдельных аппаратов и всей установки в целом. В монографии решаются задачи оптимального управления одним из типовых процессов химической технологии процессом ректификации, который происходит с рециркуляцией взаимодействующих потоков. Это обстоятельство приводит к своеобразным задачам оптимального управления, отличающимся от известных сложными граничными условиями в соответствующих краевых задачах. [c.10]

Изменение какого-либо из условий проведения процесса (скорости потока питания, состава питания, скорости отбора продукта) в колонне, работающей в стационарном состоянии, приводит к изменению распределения концентраций по высоте ректифицирующей части вплоть до установления в колонне нового стационарного состояния [344—347]. Графическое изображение временной зависимости подобного изменения называется кривой вторичного выхода колонны к стационарному состоянию. Такие кривые в общел случае имеют З-образный вид (рис. 26), т. е. изменение одного из параметров процесса в верху колонны (прп принятой схеме процесса) отражается на составах фаз в низу колонны лишь через некоторое время ( время запаздывания ). Знание таких зависимостей необходимо для оценки происходящего при этом изменения степени чистоты получаемого продукта [348—351]. Непосредственный интерес зависимости такого рода представляют с точки зрения задачи управления технологическими процессами, в частности при рассмотрении ректификационной колонны как объекта автоматического регулирования [352—355]. Здесь задача управления процессом заключается в поддержании его в нужном, заданном режиме, несмотря на возможные изменения того или иного условия процесса, или, как говорят, при внесении соответствующего возмущения по данному параметру. [c.110]

В данной главе рассматриваются задачи оптимального контроля и управления тепломассообменными процессами в ректификационных колоннах, в которых управляющими воздействиями являются потоки взаимодействующих сред. Рециркуляция потоков в установке приводит к необходимости решения задач, ранее не рассматриваемых в теории оптимального управления. Результаты этой главы являются развитием и продолжением гл. 7 в работе 134 ] и могут быть использованы для других процессов химической технологии. [c.134]

Значительные энергетические затраты, связанные с разделением многокомпонентных смесей в ректификационных установках, и повышенные требования к качеству целевых продуктов делают актуальной задачу создания высокоэффективных автоматических систем управления. Это связано с необходимостью рассмотрения нестационарных задач, т. е. выяснения на стадии проектирования динамических свойств объектов управления. В настоящее время теоретические основы решения этих задач мало разработаны. Существующий потарелочный метод расчета позволяет в лучшем случае получить только начальные участки кривых разгона. Объяснить это можно прежде всего тем, что переходные режимы в многотарельчатых колоннах весьма длительные (до нескольких суток). [c.275]

Целями построения модели могут быть гносеологическое моделирование, разработка на базе построенной модели и моделирования системы управления или непосредственное использование модели в системе управления (адаптивное, дуальное управление и др.). Основным в построении модели является цель. Любой объект, процесс, явление сложны, и для них могут быть построены различные модели в зависимости от конкретно решаемой задачи, от того, для какой цели строится модель. Действительно, для абсолютного большинства известных объектов имеется целый ряд моделей в зависимости от конкретной задачи, которую предстоит решить. Так, если речь идет о предприятии, то для него строятся модели производства, снабжения, связи, экономики и многие другие, которые могут быть в той или иной степени связаны или не связаны между собой. Можно говорить также о множестве моделей отдельного объекта этого предприятия, например о моделях ректификационной колонны. Для этого объекта имеется множество моделей материального баланса, прочности, точности, функционирования и т. д. [c.11]

Интенсивное развитие получило использование в сист.емах управления анализаторов качества, например, хроматографов, датчиков удельного веса и т. д. С помощью математических моделей, проводятся расчеты ненаблюдаемых переменных состояния, таких как выход кокса из реактора, расход циркулирующего катализатора, внутренние флегмовые числа ректификационных колонн и т. д. При решении задачи управления учитываются многочисленные ограничения и шум в канале наблюдений. [c.143]

Тип протекающих в реакционно-ректификационной колонне реакций влияет на показатели процесса, определяет выбор способа управления процессом и метод его расчета. К первой группе относятся РРП с простыми реакциями. Эта группа подразделяется на две подгруппы РРП с необратимыми реакциями [5, 29] и РРП с обратимыми реакциями [3]. Основным назначением использования РРП с простыми реакциями является увеличение скорости реакций и повышение конверсии исходных реактантов. РРП со сложными реакциями составляют вторую группу. Назначение таких процессов часто не ограничивается увеличением скорости и конверсии, но служит задаче повышения селективности реакции. Примеры РРП с параллельными реакциями представлены в [17, 29] и с последовательными в [12]. В [9] описан РРП со сложной последовательно-обратимой реакцией. Наибольшее число публикаций по РРП касается обратимых реакций вида А+Вч=ьС- -Д. Связано это, в первую очередь, с очевидностью преимуществ РРП в сравнении с обычными реакторами по возможности смещения равновесия за счет использования эффекта ректификации. Между тем, возможности РРП по повышению селективности сложных реакций выявлены еще недостаточно. [c.118]

При решении задачи управления установкой первичной переработки нефти некоторые технологические параметры рассматривались как нечеткие подмножества некоторых универсальных множеств [1, 2]. Такими параметрами являются температура начала и конца кипения бензина температура начала, 50%-нтного и конца кипения керосина температура верха ректификационных колонн 6 и 8 температура фракций на тарелках удельный вес нефти. Диапазон изменения каждого параметра задается отрезком. Для указанных параметров имеем [c.73]

В книге описываются способы использования средств вычислительной техники для проведения расчетов и исследований технологических процессов. Изложение современного математического аппарата теории управления дано без громоздких математических теорем и выкладок. Основное внимание уделено вычислительным методам, позволяющим проводить расчеты по конкретным задачам до конечных численных значений. В книге описаны цифровые и аналоговые вычислительные машины, рассмотрены принципы программирования, изложены задачи оптимального конструирования ректификационных колонн и теплообменников. [c.4]

На промышленных предприятиях задачей ЭВМ, связанных с ректификационными колоннами, является управление их работой При возможных в производственных условиях нарушениях режима работы колонны (например, при изменении состава или расхода питания, при необходимости изменения состава продуктов ректификации и др.) ЭВМ очень быстро (за доли секунды) производит все необходимые расчеты и дает команду соответствующим автоматическим устройствам осуществить те или иные действия, как-то изменить расход флегмы, подать питание на другую тарелку, изменить подачу греющего пара и т. д. Такая автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) сложна и требует оснащения ректификационной установки многими контрольно-измерительными и регулирующими приборами. [c.144]

При проектировании ректификационных установок до сих нор изучались в основном статические режимы их работы. Поэтому, интересуясь в первую очередь динамическими характеристиками объектов с точки зрения задач управления ими, рассмотрим метод исследования нестационарных режимов [56]. В химической технологии к таким объектам относятся ректификационные колонны, реакторы, теплообменники и др. Предлагаемый метод можно использовать и для анализа динамики других процессов. [c.82]

В настоящее время в теории автоматического управления широко развито направление, связанное с оптимизацией систем управления ОРП. Значительные результаты получены А. Г. Бут-ковским [26—28], А. И. Егоровым [61, 62], Т. К. Сиразетдино-вым [101], Ж. Д. Лионсом [80]. Однако достаточно полно решены сейчас лишь вопросы статической оптимизации процессов ректификации. Важные результаты в этом направлении получены И. В. Анисимовым [7, 10—12]. Задачи же динамической оптимизации ректификационных колонн изучены недостаточно, что в значительной степени связано с отсутствием математических методов, позволяющих рассчитывать нестационарные режимы с приемлемой для целен управления скоростью и точностью в широком диапазоне возмущающих воздействий. [c.10]

В предыдущем параграфе рассматривалась задача оптимального управления ректификационной колонной для упрощенных вариантов модели процесса. Исследуем более полные модели процесса, особенности которых заключаются в следующем 1) учитываются потоки в жидкой фазе, вводимые в колонну 2) рассматриваются более точные краевые условия 3) учитываются связи между параметрами, характеризующими потоки жидкости и пара в колонне, кубе и дефлегматоре. Для получения необходимых условий оптимальности (условий стационарности) используются методы классического вариационного исчисления [81]. Однако рассматриваемые в работе [81 ] задачи не включают модель процесса ректификацпи, а также отличаются видом оптимизируемого функционала и тем, что одни и те же управления являются как граничными, так [c.165]

В этом параграфе приводится постановка и решепие задачи синтеза дискретных распределенных систедх управления, содержащих конечное число точек контроля и управляющих воздехгствий. С точки зрения реализации распределенного контро.ля и расп])е-деленного управления в ректификационных установках такая постановка задачи наиболее оправдана. В самом деле, контроль в ректификационных колоннах производится па тарелках, а внешнее воздействие (подача сырья, подвод тепла и т. п.) осуществляется в ряде точек по длине колонны. Задача дискретного контроля может быть решена методами теории дискретного оптимального управления [23]. Для рэгаения некоторых задач удается получить необходимые и достаточные условия оптимальности и строить сходящиеся алгоритмы синтеза систем управления [48]. [c.141]

В книге рассмотрены типовые задачи оптимизации схем н математические модели их основных аппаратов (реакторов, абсорберов, ректификационных колонн, экстракторов, теплообменников и смесителей). Приведены расчет и алгоритмы программирования схем. Изложены различные методы решения задач оптимального проектирования сложных схем и управления производственными комплексами (методы первого и второго порядков, принцип максимума, динамическое программирование, подоитими-зация и др.). [c.4]

Целью данной монографии является создание некоторой теоретической основы проектирования АСУ ТП ректификационных установок. С этих позиций решаются задачи дгатематического моделирования, создания методов анализа статических и динамических характеристик и синтеза систем управления многотарельчатыми ректификационными колоннами как объектами с распределенными параз штрами (ОРП). [c.7]

В дальнейшем предпринимались попытки моделировать многокомпонентную периодическую ректификацию с учетом удерживающей способности колонны. Математические модели колонн представляют собой системы нелинейных жестких дифференциальных уравнений. Трудность решения этих уравнений на ЭВМ явилась сдерживающим фактором широкого применения математического моделирования как для целей проектиро вания периодических ректификационных колонн, так и для управления ими i[51—541. В работах [50, 54] описан метод расчета ректификационных колонн периодического действия для разделения многокомпонентных систем, основанный на решении задачи собственных значений трехдиагональной матрицы составов. [c.38]

Установки со стационарными адсорберами имеют ряд существенных недостатков периодичность процесса, неполная отработка адсорбционной емкости адсорбента, значительная площадь, занимаемая оборудованием, трудность автоматизации и управления процессом. Эти недостатки побудили искать новые конструктивные решения. В период 1946—1955 гг. в США (Берг), Советском Союзе (Кельцев, Платонов), Венгерской Народной Республике (Бенедек, Сепеши) был разработан непрерывный метод разделения газовых смесей в движущемся слое адсорбента. При этом были учтены принципы абсорбционных и ректификационных установок, но четкость разделения усиливалась высокими избирательными свойствами адсорбента. На установках с движущимся слоем удалось не только решить задачу выделения суммы компонентов из газового потока, но и разделить их непосредственно в адсорбционной колонне, получив товарные продукты. Как правило, установки с движущимся слоем рекомендуются для работы под повышенным давлением (5—20 кгс/см ), что позволяет увеличить пропускную способность установок по газу. [c.18]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология