[ «Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций ...»
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.
Разработанная математическая модель реактора вытеснения, как объекта с распределенными параметрами, представлена дифференциальными уравнениями в частных производных с двумя переменными: время и координата длины (высоты) реактора. Стационарное состояние объекта описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений.
Модель стадии синтеза, реализованного как каскад из двух реакторов:
смешения и вытеснения, получена совмещением двух вышеуказанных моделей с учетом технологических особенностей в организации материальных потоков.
Предложена система оптимального управления стадией синтеза этаноламинов с использованием разработанных математических моделей.
Выполнена разработка передаточной функции системы коррекции состава этаноламинов, что позволяет получить на ее основе уравнения входа-выхода как для каждого контура, так и для системы в целом.
РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ
КОРРЕКЦИИ СОСТАВА ЭТАНОЛАМИНОВ
4.1 Функциональная схема автоматизации стадии синтеза этаноламинов На функциональной схеме (рисунок 4.1) показаны приборы, сигналы от которых выведены на контроллер, с помощью которого производится управление процессом, сигнализация и блокировка критических значений параметров.Отметим лишь некоторые из них.
Для контроля за содержанием паров окиси этилена в помещении насосной и на этажерке предусмотрен сигнализатор довзрывоопаспых концентраций типа СТМ 10 с конвекционными датчиками. При достижении НКПВ 20 % подается звуковой и световой сигналы и включается аварийная вентиляция.
Температура окиси этилена в емкости контролируется датчиком Rosemount 65 и регулируется путем открытия клапана. Максимальное значение температуры Т = 48 °С сигнализируется.
Уровень аммиака в емкости контролируется датчиком Rosemount 3105 и регулируется путем открытия / закрытия клапана. Максимальное значение L = 1450 мм и минимальное L = 200 мм сигнализируется.
Важным моментом в работе системы управления является применение промышленного (поточного) хроматографа Mark II фирмы Yokogawa, который включен в контур коррекции состава этаноламинов.
Для обеспечения необходимых параметров проведения стадии подачи аммиака и окиси этилена предусмотрен контур регулирования уровня ОЭ в приемной емкости путем воздействия на степень открытия регулирующего клапана на трубопроводе подачи ОЭ в приемную емкость.
Рисунок 4.1 – Принципиальная схема процесса синтеза этаноламинов:
1 – реактор-смеситель; 2, 3, 5 – насосы; 4 – теплообменник; 6 – реактор вытеснения; 7 – сепаратор;
Рассмотрим некоторые системы регулирования.
Уровень окиси этилена в приемной емкости должен находиться в пределах 400 – 450 мм. Окись этилена поступает со склада непрерывно, стабилизация уровня достигается путем подачи управляющего воздействия с контроллера на регулирующий клапан, приоткрывая или призакрывая его. Максимальное значение L = 550 мм и минимальное L = 10 мм сигнализируется.
Регламентированное соотношение расхода аммиака и окиси этилена достигается путем воздействия на частоту вращения электромоторов насосов дозаторов стадии подачи аммиака и стадии подачи окиси этилена. Соотношение расхода аммиака и окиси этилена на стадии синтеза достигается за счет используемых математических моделей.
Уровень аммиака в приемной емкости должен находиться в пределах 1250 – 1350 мм. Аммиак поступает со склада непрерывно, стабилизация уровня достигается путем подачи управляющего воздействия с контроллера на регулирующий клапан, приоткрывая или призакрывая его. Максимальное значение L = 1500 мм и минимальное L = 200 мм сигнализируется.
4.2. Автоматическое управление технологическим процессом Функция автоматического управления является наиболее сложной, и в максимальной степени зависит от специфики объекта управления. Поэтому имеет смысл детализировать требования, предъявляемые к системе управления, по отдельным технологическим узлам.
Регулируемыми параметрами узла подачи окиси этилена являются: уровень ОЭ в приемной емкости, расход ОЭ на выходе насосов дозаторов.
Система автоматического управления (САУ) данным объектом должна выполнять следующие задачи: обеспечить стабилизацию уровня ОЭ в приемной емкости, стабилизировать величину расхода ОЭ на выходе дозировочных насосов.
Решение этих задач обеспечивается реализацией двух контуров регулирования:
– контур стабилизации уровня ОЭ в приемной емкости путем воздействия на степень открытия регулирующего клапана на трубопроводе подачи ОЭ в приемную емкость;
– контур стабилизации расхода ОЭ воздействием на частоту вращения двигателя насосов-дозаторов.
Контур стабилизации расхода является автономным и может быть реализован на базе стандартного ПИД-закона регулирования.
Уровень в приемной емкости зависит от соотношения величин расхода ОЭ на входе в емкость и на выходе насосов дозаторов. Таким образом, САУ уровнем раствора в напорной камере должна содержать контур обратной связи, осуществляющий коррекцию положения штока клапана на линии подачи ОЭ в емкость по отклонению уровня в емкости и. при необходимости, с учетом величины расхода ОЭ на выходе насосов.
Исходя из указанной задачи, структура САУ узлом подачи аммиака должна содержать:
– контур стабилизации регламентированного соотношения расхода аммиака и ОЭ, путем воздействия на скорость вращения электромоторов насосовдозаторов;
– контур регулирования уровня сжиженного аммиака в емкости путем воздействия на степень открытия регулирующего клапана на линии подачи аммиака со склада в емкость;
– контур регулирования давления в емкости путем воздействия на клапан подачи оборотной воды в теплообменник узла отгонки аммиака.
Задача САУ узлом синтеза состоит в стабилизации режимных параметров:
температуры реакционной смеси на выходе теплообменника, давления в реакторе, давления пара на входе в испаритель, температуры реакционной смеси на выходе испарителя и регулирования уровня реакционной смеси в сепараторе.
Задача стабилизации температуры реакционной смеси на выходе испарителя решается путем реализации каскадной схемы регулирования: на нижнем уровне – контур регулирования давления пара, на верхнем – контур коррекции давления пара по температуре реакционной смеси на выходе испарителя.
Регулируемыми параметрами узла отгонки возвратного моноэтаноламина являются: температура смеси ЭА на выходе сепаратора; уровень в сепараторе;
расход возвратного МЭА на холодильник; расход возвратного МЭА на вакуумнасосы; уровень МЭА в сборнике.
На САУ узлом отгонки возвратного моноэтаноламина должна быть возложена задача стабилизации режимных параметров процесса: температуры смеси ЭА на выходе сепаратора, расхода возвратного МЭА в холодильнике;
регулирование расхода возвратного МЭА на вакуум-насосах и уровней в сепараторе и в сборнике.
4.3 Классификация и выбор аналитических многокомпонентных автоматических устройств для анализа состава этаноламина Практическое решение вопросов автоматизации отдельных стадий технологических процессов и создание полностью автоматизированных производств является одной из основных задач в области автоматизации в химической промышленности. Автоматизация процессов в этой отрасли обеспечивает стабилизацию технологических режимов путем поддержания заданных значений температуры, расхода, давления, уровня и т.д. Однако аналитические приборы в системах автоматического управления процессом используются недостаточно. В тоже время непрерывное усложнение химических соединений, участвующих в производстве, резкое повышение требований к чистоте конечных и промежуточных продуктов, общая интенсификация технологических процессов – все это делает проблему автоматического контроля аналитических показателей химических процессов особенно актуальной [64, 65, 66].
Сложные анализируемые многокомпонентные среды часто состоят из веществ, весьма близких по своим физико-химическим свойствам. В связи с этим возникает необходимость использования многокомпонентных анализаторов состава и качества продукции таких, как хроматографы и масс-спектрометры. Они отличаются весьма высокой чувствительностью, возможностью одновременного контроля концентрации большого числа газовых компонентов, высоким уровнем автоматизации всех стадий аналитического контроля. На основе хроматографического и масс-спектрометрического методов анализа зарубежными и российскими фирмами созданы промышленные хроматографические и массспектрометрические анализаторы состава технологических сред, способных работать непосредственно в технологическом процессе.
В настоящей главе рассматриваются многокомпонентные анализаторы с характеристики, параметры и схемы некоторых анализаторов.
При выборе многокомпонентного анализатора для контроля фракций этаноламинов рассмотрены промышленные масс-спектрометры и поточные хроматографы [67].
В последние годы масс-спектрометрические приборы нашли широкое применение для контроля загрязнения окружающей среды. Актуальность такого контроля связана с тем, что в результате широкого промышленного внедрения новых технологических процессов экологическое равновесие в ряде районов Земли находится под прямой угрозой. Одним из основных условий обеспечения охраны окружающей среды является проведение технически грамотного контроля.
Первооткрывателем масс-спектрометра является Д.Д. Томсон, который установил, что положительно заряженные частицы разной массы по-разному отклоняются в магнитном поле. Это явление он положил в основу первого самодельного масс-спектрометра в 1913 г.
Масс-спектрометрия служит для определения концентрации газовых компонентов газовых смесей.
Масс-спектрометрический анализ включает ряд последовательных операций:
– понижение давления анализируемого газа;
– превращение молекул газа в положительные ионы путем электронной бомбардировки;
электростатического поля;
– регистрация ионов, в зависимости от массовой составляющей ионного пучка;
Масс-спектрометры состоят из двух основных частей: массспектрометрического преобразователя (анализатора) и измерительного блока.
разделения ионов по их массам или массовым числам Mi которые представляют собой отношения массы иона к его заряду. В таблице 4.1 дана характеристика масс-спектрометров.
Таблица 4.1 – Характеристики масс-спестрометров ный (фарпараболическим распределением Статические Продолжение таблицы 4. Омега- высокочастотном электрическом преимущественно легких тронный и постоянном магнитном полях газов); анализ физикохимических процессов в Динамические полярный образованном цилиндрическим и управление Продолжение таблицы 4. Динамические К числу промышленных масс-спектрометров относят прибор типа Questor, промышленного использования на предприятиях химической промышленности.
Questor анализатор – это квадрупольный масс-стабилизатор, который состоит из четырех основных блоков: блок ввода пробы, ионизатор, масс-фильтр и детектор.
Ионизатор включает два катода, один из которых запасной, экранированный корпус, где образуются ионы, и несколько линз, используемых для фокусировки пучка ионов в масс-фильтр.
Квадрупольный масс-фильтр применяется для разложения пучков ионов.
Предел обнаружения концентрации регистрируемого вещества Questor составляет 10 ppm. Однако если требуются более низкие пределы обнаружения, имеется оптический электронный умножитель, расширяющий предел обнаружения до уровня 10 ppb.
концентрации компонентов, начиная с водорода и до гептана, в том числе аммиака, пропана, бензола и др. Questor может наблюдать до 16 компонентов в любом потоке и способен управлять комбинацией из 16 катодов, включая калибровочные газы. Прибор способен к количественным измерениям от 10 частей на миллиард или 10 частей на миллион до 100 %.
Работа Questor организована за счет использования мощного программного обеспечения и применения в нем нескольких современных компьютеров так, что не требуется вмешательство пользователя для управления процессом.
Следует отметить масс-спектрометр ProLine [38] с квадрупольным детектором фирмы Artvik (США). Промышленный поточный масс-спектрометр (рисунок 4.2) предназначен для быстрого измерения состава ProLine многокомпонентных газовых потоков.
Рисунок 4.2 – Промышленный масс-спектрометр ProLine Конструкция спектрометра аккумулирует более чем двадцатилетний опыт применения масс-спектрометров для контроля промышленных процессов.
Спектрометр ProLine обеспечивает анализ многокомпонентного состава газа одновременно в нескольких точках контроля в режиме реального времени.
Управление спектрометром, включая сбор данных и отображение информации, осуществляется с помощью ПК, подключаемого локально по интерфейсу RS 232 или по сети RS 485. Дополнительно спектрометр может комплектоваться программируемым токовым аналоговым выходом.
Конструкция спектрометра компактна и обеспечивает простоту обслуживания и удобство установки в помещении. Работа спектрометра полностью автоматизирована, включая определение многокомпонентного состава анализируемой смеси, выбор формата отображения информации и процедуру калибровки.
Особенностью спектрометра ProLine является модульная конструкция измерительного блока. Это позволяет легко заменять квадрупольный детектор и блок электроники, в том числе и в полевых условия, не прерывая на длительное время работу прибора. При этом дополнительная калибровка не требуется.
Технические характеристики масс-спектрометра ProLine представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Технические характеристики масс-спектрометра ProLine Диапазон измерения по массам 1...100 а.е.м. стандартно, Диапазон измерения по концентрации 1 ppm... 100 %, в зависимости от типа Относительная погрешность Не более 0,5 % для аргона в воздухе Давление анализируемого газа От 14 до 140 кПа Число анализируемых потоков 8 стандартно; 16, 32 или 48 опционно Фирма «Artvik» выпускает также масс-спектрометрический анализатор Dymaxion (рисунок 4.3), предназначенный для быстрого многокомпонентного контроля состава остаточных газов в вакуумных установках, а также примесей в защитных, инертных или сверхчистых газах.
Рисунок 4.3 – Масс-спектрометрический анализатор Dymaxion В зависимости от конструкции источника ионов, анализатор может использоваться для количественного анализа газов на следующих установках:
вакуумные и сверхвакуумные установки; системы эпитаксии молекулярных пучков; системы ионной имплантации; загрузочные камеры; установки осаждения из газовой фазы; вакуумные печи; установки ферментации; установки получения сверхчистых газов.
Программирование режимов работы, контроль рабочих параметров, а также сбор и обработка данных осуществляется с помощью ПО System 2000 локально или по сети RS-485.
Технические характеристики анализатора Dymaxion представлены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 – Технические характеристики анализатора Dymaxion Диапазон измерения по 1...100 а.е.м. стандартно, Минимально парциальное давление Продолжение таблицы 4. Диапазон измерения по 1...100 а.е.м. стандартно, Минимально парциальное давление Стабильность Давление измеряемого газа Токовый / релейный 2 входа 4...20 мА, 2 выхода 4...20 мА входы / выходы (опция) 4 релейных входа, 6 релейных выхода Требования в ПК и Pentium 600 МГц, Windows 98/2000/NT/XP операционной системе Для задачи контроля концентраций фракций этаноламинов отдадим предпочтение методу хроматографии. Это объясняется рядом достоинств этого метода, к которым относятся:
анализировать благородные газы, низкокипящие газы, летучие жидкие вещества.
В сырой нефти разделяют и определяют углеводороды с числом атомов углерода от C10 до C100.
– Низкий предел обнаружения (высокий порог чувствительности). Предел детектирования некоторых детекторов около 1 10-9 – 1 10-12 г/см3. Диоксины определяют методом газовой хроматографии на уровне ppt, т.е. 1 10-10 %об.
– Экспрессный анализ. Время анализа методом газовой хроматографии (без учета времени пробоподготовки) обычно в пределах 5 – 30 минут.
– Малая погрешность анализа. Воспроизводимость последовательных измерений (случайная погрешность) может колебаться от 0,01 до 1 %.
– Малый размер анализируемой пробы. Для хроматографического анализа в большинстве случаев необходимо ввести пробу в пределах 0,1 – 100 мкл (1 10-4 – 1 10-3 г).
– Возможность автоматизации анализа. Для практического контроля разработаны автоматические хроматографы, работающие постоянно без участия человека.
Производство этаноламинов относится к непрерывным, в котором необходим постоянный контроль состава фракций реакционной смеси. В связи с этим необходимо использовать поточные хроматографы, к которым предъявляются следующие требования:
– высокая надежность (в некоторых случаях требуется непрерывная работа хроматографа до нескольких месяцев непосредственно в технологическом процессе);
детектирование, обработку данных и передачу результатов в режиме реального времени на пульт оператора;
– высокие требования к подготовке пробы, включая освобождение от механических примесей и влаги;
– взрывозащищенное исполнение.
В последние годы интерес к промышленным газовым хроматографам сильно возрос. Более 20 фирм в мире выпускают промышленные хроматографы такие как Siemens (Германия), Yokogawa (Япония), Fisher-Rosemount (США), Хроматэк (г. Йошкар-Ола) и др.
Серьезные успехи в создании промышленных хроматографов достигнуты фирмой Siemens [68].
Новый уровень достижений в промышленной хроматографии воплощен в компактном взрывозащищенном хроматографе Micro SAM, который будучи компактным и недорогим, решает многочисленные задачи аналитических измерений в различных отраслях, обеспечивая при этом высокую производительность контроля. Хроматограф Micro SAM достаточно прост в управлении и может монтироваться непосредственно на промышленной коммуникации (рисунок 4.4).
Рисунок 4.4 – Промышленный хроматограф Micro SAM фирмы Siemens В нем реализуется бесклапанная дозировка и переключение потоков, снижено время циклов, обеспечивается возможность параллельного подключения нескольких хроматографов для одновременного контроля ряда потоков проб контролируемых сред.
Хроматографы газовые Micro SAM в основном предназначены для определения состава и физических свойств газа. Однако возможности его более многокомпонентных соединений в производственных процессах в химической, нефтехимической, фармацевтической и других областях промышленности.
автоматизированную измерительную систему универсального назначения, смонтированную в полевом корпусе. Хроматограф состоит из блока, включающего в себя термостат с термокондуктометрическими детекторами (до 8 шт.) и капиллярными колонками, систему для ввода проб, модуль электронного давления газоносителя, а также узел управления и обработки данных.
Ввод газовой пробы осуществляется посредством дозатора, не имеющего подвижных частей.
Управление хроматографом, сбор и обработка полученной информации, осуществляется с персонального компьютера с программным обеспечением.
Связь с системой правления производством осуществляется по Modbus протоколу через последовательный интерфейс RS485. Хроматограф может быть установлен в различных труднодоступных и удаленных местах и способен длительное время работать в автономном режиме. Он выполнен в герметичном корпусе и имеет маркировку взрывозащиты lExdllct4x.
Несколько газовых хроматографов Micro SAM могут быть подключены параллельно для одновременного анализа нескольких потоков или с целью создания резервной подсистемы.
Предел обнаружения детектора по теплопроводности – 5 ppm по пропану.
Воспроизводимость – ±1 % для диапазона 0 – 300 ppm. Длительность цикла – от 30 сек до 120 сек. В хроматографе применяются капиллярные колонки диаметром 0,15 – 0,25 мм.
Широкими возможностями обладает промышленный газовый хроматограф Maxumedition (Siemens), в котором объединены многолетние достижения двух мировых компаний Advance Analytical Instruments и Siemens AG (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 – Промышленный хроматограф Maxum II фирмы Siemens хроматограф во всех областях химической, нефтеперерабатывающей промышленности, обеспечивая анализ компонентов технологических потоков на всех производственных стадиях от контроля поступающего сырья до анализа готовой продукции и промышленных выбросов. Хроматограф Maxum II может устанавливаться в производственных местах с очень жесткими окружающими условиями.
выделение из сложной технологической среды одного-двух ключевых компонентов, необходимых для непрерывного оперативного управления технологическим процессом. Более редкой, но не менее важной задачей является измерение полнокомпонентного состава технологического потока. Эти параметры служат для контроля качества продукта или для целей коммерческого учета измеряемой концентрации компонентов от миллионных долей до 100 %. Время аналитического контроля может занимать от нескольких секунд до нескольких часов в зависимости от сложности задач. Хроматограф Maxum II обладает хроматографических измерений в промышленных условиях.
В качестве детекторов можно назвать детектор по теплопроводности (ДТП) со средней чувствительностью, пламенно-ионизационный детектор (ПИД) для измерения концентрации углеводородов в широком диапазоне измерения: от нескольких ppm до 100 %, пламенно-фотометрический детектор для измерения серосодержащих веществ. Это базовые детекторы Maxum II, но хроматограф может снабжаться и другими детекторами, например, детектором электроннозахватным и другими.
Основные технические характеристики детектора Maxum II представлены в таблице 4.4.
Таблица 4.4 – Техническая характеристика детектора Maxum II Взрывозащита Коммуникации Эффективность Фирма Rosemount analytical (США) выпускает промышленный хроматограф перерабатывающей, нефтехимической промышленности, при производстве продуктов питания и напитков, в фармацевтической промышленности, при Хроматограф 700 разработан для монтажа в полевых условиях без необходимости аналитических возможностей [40].
Рисунок 4.5 – Промышленный хроматограф фирмы Детекторы хроматографа отличаются высочайшей чувствительностью.
Детектор теплопроводности чувствителен к очень низкому уровню концентрации в миллионных частях. Пламенно-ионизационный детектор чувствителен к концентрации в частях на миллиард.
Имеется возможность использования конфигурации, состоящей из двух детекторов теплопроводности или из конфигурации детектор по теплопроводности – детектор пламенно-ионизационный.
Совершенствуются не только детекторы, но и хроматографические колонки.
В результате развились колонки, эксплуатируемые в течение нескольких лет без ухудшения качества измерения. Известно, что любой хроматограф будет тем лучше работать, чем будет выше качество измерений пробы. Поэтому каждая система подготовки пробы специально конструируется для удовлетворения требований конкретного применения.
Учитывая это, хроматографы модели 700 могут работать без участия обслуживающего персонала в течение длительного времени без необходимости выполнения каких-либо регулирований.
Некоторые дополнительные характеристики хроматографа модели 700:
– температура окружающей среды от -30 до +55 °С;
– аналоговые выходы – 4 – 20 мА;
– в зависимости от порта можно выбрать протоколы RS 232, RS 485, а также Modbus.
Таким образом, хроматограф модели 700 представляет собой сочетание передовой технологии с высокоточной и высокочувствительной аппаратурой.
К промышленным хроматографам относится хроматограф типа GC Mark II фирмы «Икогава Электрик Корпорейшен» (рисунок 4.6). Хроматограф выпускается с тремя детекторами: пламенно-ионизационным, пламеннофотометрическим и детектором по теплопроводности. В хроматографе могут быть использованы как насадочные, так и капиллярные колонки. Максимальное число анализируемых потоков более 30 [41].
Рисунок 4.6 – Промышленный хроматограф Mark II фирмы Yokogawa Данный хроматограф широко используется на предприятиях различных отраслей промышленности: нефтехимической и перерабатывающей, химической, фармацевтической, а также в энергетике и при контроле за окружающей средой.
Фирма Иокотава разработала анализаторную шину, которая позволяет строить единую систему техобслуживанием.
Использование анализаторной шины (рисунок 4.7) фирмы «Yokogawa Analytical» длиною 107 км и скоростью обмена 2,5 Мбит/с позволило довести число подключаемых анализаторов до 254.
Рисунок 4.7 –. Использование анализаторной шины К такой шине могут подключаться рН-метры, анализаторы различных компонентов, например, кислорода. В ряде случаев подключение аналитических датчиков проводится с использованием специализированного интерфейса.
Выходная информация анализаторной шины с помощью сетевого сервера и специализированных плат передается в другую локальную сеть, в действующую распределенную систему управления, а также для формирования выходных команд.
Анализаторная шина при организации промышленного аналитического контроля позволяет создать эффективный мониторинг технологических процессов и позволяет расширить возможности сбора данных.
Характеристика шины приведена в таблице 4.5.
Таблица 4.5 – Характеристика шины фирмы «Yokogawa analytical»
Максимальное число подключенных устройств до Пределы детектирования Максимальное количество измеряемых компонентов до Промышленные хроматографы, используемые непосредственно в технологическом процессе, должны эксплуатироваться с высокой надежностью.
В промышленном хроматографе GC1000 Mark II в связи с этим используется оригинальный клапан отбора пробы (рисунок 4.8).
Из рассмотренных промышленных хроматографов для задачи контроля концентрации фракций этаноламинов выбираем хроматограф типа GC Mark II фирмы «Икогава Электрик Корпорейшен» [41]. Это объясняется отработанностью его элементов в задачах промышленного анализа состава технологических веществ и наличия информационной анализаторной шины, которая позволяет эффективно выполнить разветвленный интерфейс.
4.4 Разработка алгоритма коррекции состава этаноламинов Рассмотренная на рисунке 3.6 схема коррекции состава фракций этаноламинов построена на двух независимых контурах. Недостатком этой схемы управления составом фракций является отсутствием информации о концентрации, например, моноэтаноламинов после реактора-смесителя перед входом в реактор вытеснения.
Учитывая это, предлагается (заявка и патент) дополнительно задатчик расхода пара соединить с выходом датчика хроматографа, установленного на коммуникации после реактора-смесителя (рисунок 4.9). Это позволит повысить эффективность управления составом фракций этаноламина.
Подача МЭА в реактор-смеситель также стабилизирована.
Подача окиси этилена корректируется с учетом результатов аналитического контроля выходного потока из смесителя на основе математической модели реактора-смесителя для достижения оптимального состава реакционной смеси на выходе смесителя.
Рисунок 4.9 – Принципиальная схема оптимального управления стадией синтеза в производстве этаноламинов 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, полученной для стационарного состояния объекта (4.2), осуществляется поиск оптимума путем численного решения системы нелинейных алгебраических уравнений с вариацией входного параметра управления FОЭвх (подача ОЭ) одним из однопараметрических методов оптимизации, и с последующей корректировкой задания регулятору расхода ОЭ.
Алгоритм корректировки подачи ОЭ в реактор-смеситель в общем виде можно представить (рисунок 4.10):
При поиске оптимума шаговым методом шаг дробится до тех пор, пока не станет меньше или равным погрешности расходомера ОЭ.
Рисунок 4.10 – Алгоритм корректировки подачи ОЭ в реактор-смеситель:
Оптимальный состав реакционной смеси на выходе из узла синтеза (после аппарата вытеснения) достигается регулированием температуры в реакторе вытеснения за счет подачи пара, определяемой с помощью регрессионной математической модели (4.3):
полученной в ходе статистического анализа объекта управления, и затем преобразованной относительно расхода пара (4.4):
Алгоритм управления подачей пара в реактор вытеснения представлен на рисунке 4.11.
Рисунок 4.11 – Алгоритм управления подачей пара в реактор вытеснения Реализация полученных алгоритмов на стадии синтеза позволит снизить энергозатраты на стадии ректификации на 9 %, а временные затраты на 15 %.
4.5 Оценка управляемости и устойчивости системы управления Для анализа свойств системы предпочтительно использовать линейные или линеаризованные модели объектов управления. Математическая модель реакторасмесителя существенно не линейная. При этом линеаризацию модели целесообразно провести в окрестности стационарного состояния объекта: [ОЭ]ст, [МЭА]ст, [ДЭА]ст, [ТЭА]ст, [NH3]СТ, произведя замену переменных:
где концентрации компонентов представлены как суммы их значений в стационарном состоянии и малых отклонений. Тогда математическую модель реактора-смесителя можно записать в виде:
или Если ввести следующие обозначения коэффициентов при переменных в системе:
то представление модели будет более наглядным, а именно:
В данной модели представлены параметры состояния системы, входные и выходные факторы. Свойства многомерной системы можно исследовать, если представить ее описание уравнениями состояния и уравнениями выхода.
Уравнения выхода можно получить из материального баланса объекта управления. Общий материальный баланс смесителя:
входящий поток в РС, м3/ч, выходящий поток из РС, м3/ч.
Отсюда можно получить уравнения выхода:
а затем уравнения состояния:
Многомерная система, описываемая уравнениями состояния и уравнениями выхода, полностью характеризуется набором трех матриц – А, В и С:
где U – вектор параметров состояния U([оэ], [мэа], [дэа], [тэа], [NH3]);
X – вектор входных параметров (управления) X ( Fоэ, Fмэа, FNH ) ;
Y – вектор выходных параметров Y ( Fоэ, Fмэа, Fдэа, Fтэа, FNH ).
FNH FNH
Система называется вполне управляемой по состоянию, если существует управляющее воздействие, которое может за конечный промежуток времени перевести систему из любого начального состояния U0 в любое заданное конечное состояние UK.Критерий управляемости по состоянию: для того чтобы система была вполне управляемой по состоянию, необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы управляемости по состоянию равнялся размерности вектора состояния rangW = n.
Для исследуемой системы n = 5. Матрица W в данном случае может быть получена следующим образом Присоединенная матрица W тогда может быть записана в виде:
Данная матрица содержит не нулевой минор размера следовательно, ранг данной матрицы rangW = 5, и исследуемый объект является вполне управляемым по состоянию.
Система называется вполне управляемой по выходу, если выбором управляющего воздействия X(t) за конечный промежуток времени можно перевести систему из любого начального состояния, в такое конечное состояние, которое обеспечивает заданное значение выхода.
Критерий управляемости по выходу: для того чтобы система была управляемой по выходу необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы управляемости по выходу равнялся размерности вектора выхода rangP = k.
Затем получаем следующую матрицу:
И наконец матрица управляемости по выходу:
Имеется ненулевой минор данной матрицы:
Наибольший ненулевой минор этой матрицы имеет размер 5 5, rangP = 5 и размерность вектора выхода равна 5. Следовательно, система является вполне управляемой по выходу.
Доказано, что системы вполне управляемые по состоянию и по выходу являются и асимптотически устойчивыми.
Таким образом, исследование свойств объекта управления показывает, что система является вполне управляемой по состоянию и по выходу, а также асимптотически устойчивой.
4.6 Программно-технический комплекс и программные аспекты реализации алгоритма управления процесса синтеза этаноламинов настоящей работе производится посредством микропроцессорного контроллера типа SIMATIC S7 – 400 (Siemens). Данный контроллер – SIMATIC S7 – 400 имеет широкий спектр функций программно-логического управления и аналогового регулирования [39, 69].
Контроллер удовлетворяет следующим требованиям:
– способность без предварительного преобразования принимать аналоговые сигналы 4 20 mA;
– способность коммутации на дискретных выходах до ~ 220 В (для того, чтобы напрямую управлять электропневмоклапанами);
– возможность с минимальными затратами организовать независимый прием и выдачу сигналов технологического процесса.
Монтаж модулей контроллера SIMATIC S7 – 400 производится на так называемом «монтажном рельсе» с 11-ю слотами расширения, обозначаемом в дальнейшем «каркас».
располагается в слоте № 2 основного каркаса (каркас 0) и поддерживает до 3 каркасов расширения. Слоты № 4,..., 11 всех каркасов служат для размещения модулей ввода-вывода, причем контроллеры SIMATIC могут принимать все виды унифицированных входных сигналов по току и напряжению, сигналы термопар и термометров сопротивления с различными видами номинальных статических характеристик: вид входного сигнала выбирает пользователь при монтаже контроллера, а не при заказе (кроме взрывозащищенных модулей). Питание модулей ввода-вывода и процессорного модуля осуществляется напряжением = 24 В от блока питания PS407, подключаемого к слоту № 1 каждого каркаса. При помощи модуля IM360, устанавливаемого в каркасе 0, и модуля IM361, устанавливаемого в каркасах расширения, осуществляется связь между каркасами.
Все процессорные модули контроллеров S7 – 400 имеют встроенный интерфейс MPI. Подключение контроллера SIMATIC к станции оператора на основе IBM-совместимого компьютера производится с помощью платы CP443 - 1, которая устанавливается в слот системной шипы PCI. Плата СР443 - 1 – это адаптер для связи станции оператора с контроллером и позволяет использовать станцию оператора в качестве программатора. СР441 – коммуникационный процессор с интерфейсом RS 232. Станция оператора и микроконтроллер полностью совместимы и аппаратно, и программно. Станция оператора размещается в помещении ЦПУ. В АСУТП станция оператора выполняет следующие функции:
– предоставление оператору информации о текущей стадии процесса и о текущих значениях технологических параметров;
– архивирование технологической информации;
– регистрация хода технологического процесса в форме периодически выдаваемых операционных листов;
– сообщение об аварийных и предаварийных ситуациях;
– регистрация действий обслуживающего персонала.
Для решения этих задач фирмой Siemens предлагается открытая система визуализации (SCADA) WinCC, полностью совместимая с контроллерами серии S7. SCADA WinCC состоит из среды разработки и среды исполнения проекта, работающей в режиме реального времени. Ядро среды разработки WinCC образует нейтральная по отношению к отраслям промышленности и технологиям базовая система, которая оснащена всеми важнейшими функциями визуализации и обслуживания. WinCC включает в себя следующие программные компоненты:
– Control Center – для быстрого обзора всех данных проекта и глобальных установок;
– Graphics Designer – для создания мнемосхем и динамических графических объектов изображений процесса;
– Alarm Login – для сбора и архивации событий в системе;
– TagLogging – для архивирования измеряемых величин. Данные из архива могут визуализироваться в виде трендов и таблиц;
– Report Designer – для генерации отчетов по времени в свободно программируемом формате;
– Global Scripts – для программирования действий, производимых с объектами;
– User Administration – для управления правами доступа пользователей.
Программное обеспечение контроллера SIMATIC S7 – 400, разрабатывается в среде программирования Step 7. Step 7 позволяет последовательно пройти все стадии: от проектирования аппаратной конфигурации контроллера и написания пользовательского программного обеспечения до программного теста и архивации проекта.
(рисунок 4.12):
– нижний уровень – программа микропроцессорного контроллера;
– верхний уровень – исполняемый модуль среды визуализации.
Рисунок 4.12 – Структура программного обеспечения Каждый уровень программного обеспечения включает среду разработки и исполняемую часть. Исполняемые части уровней контроллера и станции оператора обмениваются между собой данными. С учетом структуры на рисунке 4.12, предложена укрупненная структура взаимодействия программного обеспечения системы управления (рисунок 4.13). Как видно, эта структура включает три основных блока: блок формирования файлов для передачи информации о параметрах процентного состава сырьевых потоков по целевым компонентам, блок формирования файлов контроллера для передачи информации о параметрах технологического процесса и блок формирования визуализации, архивирования станции оператора и команд для контроллера.
Рисунок 4.13 – Укрупненная структура взаимодействия программного обеспечения СУ Удобство обработки информации и высокую надежность обеспечивают функциональные возможности автоматизированной системы.
Важно отметить, что компонентный состав фракций этаноламинов определяется путем хроматографического анализа – используется промышленный газовый хроматограф GC1000 Mark II фирмы YOKOGAWA, (см.
приложение Г). Данная задача (определение фракционного состава) решается методом имитированной дистилляции. При этом происходит определение количества каждого компонента, присутствующего в пробе, в соответствии с его температурой кипения. Благодаря наличию клапана ввода жидкой пробы с испарителем становится возможным анализ образцов, как склонных к полимеризации, так и образцов, содержащих компоненты с низкими точками кипения, которые могут вызвать образование пузырьков.
На рисунке 4.14 представлена структурная схема комплекса технических средств системы управления процессом синтеза этаноламинов с использованием промышленного газового хроматографа.
Выходной сигнал GC1000 Mark II в виде аналогового сигнала поступает в управляющую станцию хроматографа и далее после преобразования в цифровую форму поступает в есть АСУТП. В этом случае выходная информация хромато графического комплекса становится доступной как для станции оператора, так и для микропроцессорного контроллера, который формирует управляющие воздействия.
Коммуникационный процессор СР 441 с интерфейсом RS 232 необходим для соединения контроллера с анализаторной шиной через ее сервер (GCAS). Это позволит объединить в единое информационное поле данные с датчиков, анализаторной шине.
Рисунок 4.14 – Структурная схема комплекса технологических средств системы управления процессом синтеза этаноламинов Преимуществами непосредственного подключения хроматографов к дублированной волоконно-оптической линии связи анализаторной шины являются:
– удаленный мониторинг состояния хроматографов и управление ими с одного рабочего места;
– отображение данных от хроматографов непосредственно на станциях оператора РСУ;
– архивирование хроматограмм и диагностических сообщений на едином сервере, – минимизация количества кабельных линий от хроматографов до диспетчерского пульта.
Конфигурация системы при использовании шины анализатора представлена на рисунке 4.15.
Хроматографический комплекс GC1000 Mark II имеет специализированное программное обеспечение, позволяющее получить на выходе информацию о процентном составе сырья по целевым компонентам. Это программное обеспечение согласовано с программным обеспечением управляющего модуля станции оператора.
Эксплуатация, обслуживание и техническая настройка хроматографа значительно упрощена благодаря реализации дружественного человекомашинного интерфейса (графический интерфейс и программное обеспечение Maintenance Terminal).
При каждом анализе проводится предварительная диагностика колонки, результаты которой отображаются на экране или извещаются сигналом, а также автоматическое распознавание пика. Изменение времени открытия строба в зависимости от времени удерживания происходит автоматически при каждом анализе либо при калибровке.
возможными контроль и управление хроматографами с персонального компьютера, установленного в операторной.
Рисунок 4.15 – Конфигурация системы при использовании шины анализатора GCAS – сервер шины анализатора; GCIU – блок интерфейса GC;
GCHUB – HUB (концентратор); PC – персональный компьютер;
ASMT – Analyser Server Maintenace Terminal (программный пакет);
(рисунок 4.16), позволяющем следить за состоянием анализатора и управлять его работой. В одном окне отображаются текущий рабочий режим, состояние клапанов и датчиков, хроматограмма. Это позволяет с одного взгляда получить представление о рабочем состоянии прибора. Для изменения режима работы, открытия или закрытия клапана, просмотра детализированной хроматограммы и.
т. д. достаточно только щелкнуть в окне на объекте.
полиэтерификации представлена на рисунке 4.17. Эта схема состоит из двух уровней: уровня программного обеспечения станции оператора и уровня программного обеспечения контроллера. В схеме используется сервер реального времени, сервер архивных данных, сервер хроматографической информации.
Кроме этого используются база данных реального времени, прикладная база данных и другие блоки.
Рисунок 4.17 – Полная версия структуры программного обеспечения АСУТП синтеза этаноламинов Информация с датчиков после оцифровки поступает в программное обеспечение технологического контроллера, где происходит первичная обработка и опенка достоверности полученных сигналов. Далее через подсистему организации информационного обмена данные поступают в информационную подсистему, реализующую функцию подстройки параметров физикоматематической модели информационного канала детектирования сигналов.
Полученная текущая информация через базу данных запрашивается подсистемой прогнозирования и системой управления параметрами технологического процесса. Подсистема прогнозирования с учетом характера и особенностей технологического процесса выполняет краткосрочное и долгосрочное прогнозирование протекания технологического процесса и информирует эксплуатационный персонал через подсистему визуализации процессов о результатах прогноза. Подсистема управления параметрами технологического процесса выполняет формирование управляющих воздействий на исполнительные устройства с целью коррекции по процентному компонентному составу сырья.
Расчет управляющих и корректирующих воздействий осуществляется на основании теоретических и экспериментальных исследований, полученных в главе 3 настоящей работы. Сформированные воздействия через подсистему организации информационного обмена с технологическим контроллером поступают в программу управления процессом.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
В главе подробно рассмотрены функциональная схема автоматизации с учетом применения промышленных аналитических анализаторов в системе коррекции состава этаноламинов. Выполнена классификация промышленных анализаторов с обоснованным выбором одного из них для указанной задачи, а именно выбран поточный хроматограф фирмы Yokogawa. С целью оценки качества системы управления выполнено исследование управляемости и устойчивости системы.Рассмотрена оригинальная система оптимальной коррекции фракций этаноламинов, обеспечивающая получение на выходе стадии синтеза максимального значения моноэтаноламина более 70 %.
В этой же главе разработан программно-технический комплекс контроля и управления процессом синтеза производства этаноламинов.
По работе получено положительное решение на патент на установку и систему коррекции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе подробно рассмотрена стадия синтеза этаноламинов с позиции ее математического моделирования и оптимизации состава фракций этаноламинов. Особенностью работы является наличие обширного экспериментального материала, полученного в ходе технологического процесса в течение длительного периода времени. Это позволило выполнить корреляционный, а затем и регрессионный анализ, и получить математические модели базовых реакторов – смешения и вытеснения.Основная цель, которая сформулирована в начале работы, а именно, разработка оптимальной системы коррекции состава фракций этаноламинов, достигнута с созданием патента на полезную модель оптимальных систем коррекции. Важным является также создание алгоритмов, позволяющих детализировать процедуры оптимальной коррекции.
В работе предложена также новая адаптационная система коррекции, позволяющая эффективно выделять, например, моноэтаноламин в составе реакционной смеси до 70 %.
Этим самым на последующей стадии ректификации достигнуто снижение энергозатрат на 9 % и временных затрат на 15 %, что позволило обеспечить увеличение выпуска товарной продукции на 5 %.
Научная часть работа основана на использовании физико-химических особенностей технологического процесса, уравнений химического взаимодействия компонентов технологического процесса и математических моделей процесса получения этаноламина и алгоритмов управления.
Результаты диссертационной работы полновесно опубликованы в научных статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, а алгоритмы оптимальной коррекции состава этаноламинов переданы для внедрения ведущей проектной организации, курирующей такие производства.
По работе получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2013154829/04 (085607) от 10.12.2013 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Кафаров, В. В Системный анализ процессов химической технологии / В. В. Кафаров, И. Н. Дорохов. – М.: Наука, 1979. – 394 с.Г. Е. Пухов, Ц. С. Хатиашвили. – Киев: Наукова Думка, 1979. – 190 с.
Лбов, Г. С. Методы обработки разнотипных экспериментальных данных / Г. С. Лбов. – Новосибирск: Наука, 1981. – 160 с.
Эйкхофф, П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния / П. Эйкхофф // Перевод с англ. В. А. Лотоцкого и А. С. Менделя. Под ред. Н. С. Райбмана. – М.: Физматгиздат, 1975. – 683 с.
Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. – М.: Наука, 1976. – 280 с.
обеспечение на ЕС ЭВМ / М. Л. Петрович. – М.: Финансы и статистика, 1982. – 199 с.
Балакирев, B. C. Математическое описание объектов управления в химической промышленности / B. C. Балакирев. – М.: Московский институт химического машиностроениея, 1973. – 230 с.
Фрэнкс, Р. Математическое моделирование в химической технологии / Р. Фрэнкс. – М.: Химия, 1971. – 272 с.
Бояринов, А. И. Методы оптимизации в химической технологии / А. И. Бояринов, В. В. Кафаров. – М.: Химия, 1969. – 348 с.
Беллман, Р. Процессы регулирования с адаптацией / Р. Беллман. – М.:
Наука, 1964. – 359 с.
технологическими объектами / З. Г. Салихов, Г. Г. Арунянц, А.Л. Рутковский. – М.: Теплоэнергетик, 2004. – 495 с.
Изучение кинетики процесса аммонализа окиси этилена в безводной среде: отчет о НИР от 25.04.89 / ГИПХ. – Ленинград, 1989.
Исследование кинетики процесса синтеза этаноламинов из окиси этилена и аммиака: сводный отчет / ГИПХ. – Санкт-Петербург, 1991.
Арис, Р. Анализ процессов в химических реакторах / Р. Арис. – Л.:
Химия, 1976. – 328 с.
Арис, Р. Оптимальное проектирование химических реакторов / Р. Арис. –М.: Иностр. лит., 1963. – 238 с.
Кафаров, В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В. В. Кафаров, М. В. Глебов. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с.
Угоров, А. И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами / А. И. Угоров. – М.: Наука, 1978. – 463 с.
Химическая энциклопедия / под ред. И. Л. Кнунянца. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. – 639 с.
процесса производства этаноломинов [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // исследований», – 2013 г. № 12. – С. 30 – 31.
Слинько, М. Г. Моделирование и оптимизация каталитических процессов / М. Г. Слинько. – Новосибирск: Наука, 1980. – 268 с.
Волин, Ю. Л. Оптимизация технологических процессов в условиях недостаточной экспериментальной информации на этапе функционирования [Текст] / Ю. Л. Волин, Г. М. Островский // Журнал «Автоматика и телемеханика», – 2005 г. № 8. – С. 3 – 21.
управления с примерами на языке MATLAB / Б. Р. Андриевский, A. Л. Фрадков. – Спб.: Наука, 2000. – 475 с.
Пенкин, К. В. Технологический процесс производства этаноламинов и его особенности как объекта управления [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Журнал «Современная наукоемкие технологии», – 2013 г. № 2. – С. 29 – 32.
Слинько, М. Г. Моделирование химических реакторов / М. Г. Слинько – Новосибирск: Наука, 1968. – 265 с.
Pat. US. № 3697598 Continuous process for preparing monoalkanolamines from ammonia and alkylene oxides / Bengt J. G. Weibull, Leif Urban Folke Thorsell, Sven-Olof Lindstrom, – 1968.
Pat. US. № 2051486 Production of monoalkylolamines / Carl T. Kautter, – 1936.
Pat. FR № 2004709 Verfahren zur herstellung von aethanolaminen / INST CHIMIGAZ, – 1969.
Vylegzhanina Elizaveta P, Zavelskij Z, Andreev Nikolaj S, Petrov Yurij A, Tereshchenko Gennadij F, Lunev Valentin D, Kyakk Olga A, Zharikov Yurij N, Kashirskij Mikhail, Smagin Mikhail, Nadbajlyuk Boris E, Matyushin Igor A, Komarov Valentin M, – 1979.
Pat. US. № 2823236 Manufacture of alkanolamines / Arnold John Lowe, Donald Butler, Edwin Marshall Meade, – 1958.
Pat. DE № 1768335 Continuous production of monoethanolamine / Dahlinger Roland, Goetze Walter, Schulz Gerhard, Soenksen Uwe, – 1972.
Pat. US. № 2622073 Process of preparing alkanolamines / Paul Ferrero, Francois Berde, Leon Rene Flamme, – 1947.
Pat. GB № 1529133 Floating roof of a tank for storing liquids / GPKIP TEKHMONTAZH LEGKOII, – 1978.
Pat. US. № 4355181 Process for ethanolamines / Stephen B. Willis, Joseph D. Henry, – 1982.
Литовка, Ю. В. Моделирование и оптимизация технологических объектов в САПР / Ю. В. Литовка. – Тамбов: ТГТУ, 1996. – 146 с.
Балакирев, В. С. Оптимальное управление процессами химической технологии / В. С. Балакирев, А. М. Цирлин, В. М. Володин. – М.: Химия, 1978. – 384 с.
систем / А. А. Фельдбаум. – М.: Наука, 1986. – 624 с.
Бабиченко, А. К. Промышленные особенности автоматизации. НТЦ / А. К. Бабиченко, Р. И. Топлигский, B. C. Михайлов и др. – Харьков: ХПИ, 2001. – 470 с.
Фирма «Artvik». Информационный каталог, 2003. – 136 с.
Фирма «Siemens». Информационный каталог, 2009. – 250 с.
Фирма «EMERSON Process Management». Информационный каталог, 2008. – 150 с.
Фирма «Yokogawa электрик». Тематический каталог, 2004. – 350 с.
А. А. Самарский, А. П. Михайлов. – М.: Физматгиз, 1997. – 320 с.
математическом моделировании / Ю. B. Васильков. – М.: Финансы и статистика, 1999. – 256 с.
Моисеев, Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем / Н. Н. Моисеев. – М.: Наука, 1971. – 424 с.
Марчук, Г. И. Математическое моделирование химических реакторов / Г. И. Марчук. – Новосибирск: Наука, 1984. – 168 с.
Островский, Г. М. Методы оптимизации химических реакторов / Г. М. Островский, Ю. М. Волин – М.: Химия, 1967. – 248 с.
Быков, Б. И. Моделирование критических явлений в химической кинетике / Б. И. Быков. – М.: Наука, 1988. – 264 с.
Бутковский, А. Р. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами / А. Р. Бутковский. – М.: Наука, 1965. – 380 с.
Шаманский, Б. Е. Методы численного решения краевых задач / Б. Е. Шаманский. – Киев: АН УССР, 1963. – 126 с.
50. Bykov, V. L. Elimination methods in polynomial computer algebra / V. L. Bykov, A. M. Kytmanov, M. Z. Lazman, Mikael Passare. – Kluwer Academic Publishers, The Netherlends, 1998. – 252 p.
Вержбицкий, В. М. Основы численных методов / В. М. Вержбицкий. – М.: Высш. шк., 2002. – 840 с.
Кахапер, Д. Численные методы и программное обеспечение / Д. Кахапер, К. Моулер – М.: Мир, 1998. – 575 с.
Маркова, Е. В. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента / У. В. Маркова, А. Н. Лисенков. – М.: Наука, 1979. – 348 с.
Госэнергоиздат, 1956. – 708 с.
Лурье, К. А. Оптимальное управление в задачах математической физики / К. А. Лурье. – М.: Наука, 1975. – 478 с.
Понтрягин, Л. С. Математическая теория оптимальных процессов / Л. С. Понтрягин, В. Г. Болтянский. – М.: Физматгиз, 1961. – 382 с.
Перри, Дж. Справочник инженера-химика / Дж. Пери // Пер. с англ.
под ред. Н. М. Жаворонкова и П. Г. Романкова. – Ленинград: Химия, 1969, – 639 с.
Быков, Б. И. Моделирование и оптимизация химико-технологических процессов / Б. И. Быков, Б. М. Журавлев. – Красноярск: ИПЦ ГКТУ, 2002. – 298 с.
Бояринов, А. И. Методы оптимизации в химической технологии / А. И. Бояринов, В. В. Кафаров. – М.: Химия, 1975. – 575 с.
управления / К. А. Пупков // Под ред. Н. Д. Егупова. – М.: МГТУ им. Н.Э.
Баумана, 2000. – 747 с.
проектирования сложных систем / B. C. Михалевич, В. А. Волкович. – М.:
Физматгиздат, 1982. – 288 с.
Зедгинидзе, И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И. Г. Зедгинидзе. – М.: Наука, 1976. – 390 с.
Жданова, Т. О. Построение математических моделей технологических объектов / Т. О. Жданова, Т. В. Карпенко, Б. А. Федосенков, и др. // Под ред.
В. Б. Яковлева. – Л.: ЛЭТИ, 1986. – 64 с.
Клаассен, К. Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике / К. Б. Клаассен. – М.: Постмаркет, 2000. – 352 с.
Сажин, С. Г. Приборы контроля состава и качества технологических сред / С. Г. Сажин. – С. Петербург: Лань, 2012. – 431 с.
Гиссин, В. И. Управление качеством / В. И. Гиссин. – М.: ИКЦ «МарТ», 2003. – 256 с.
Пенкин, К. В. Аналитический контроль технологических процессов производства этаноломинов [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Pullishing House «Eclucation and Science», – 2013 г. – С. Фирма «Siemens». Информационный каталог, 2000. – 250 с.
SIEMENS. SIMATIC S7 – 400 контроллер. Каталог ST30N.V. – 2007.
Фирма «Хроматэк». Тематический каталог, 2003. – 100 с.
Лившиц, М. Л. Технический анализ и контроль производства лаков и красок / М. Л. Лившиц. – М.: Высшая школа, 1980. – 216 с.
Паттон, Т. К. Технология алкидных смол. Составление рецептур и расчеты / Т. К. Паттон. – М.: Химия, 1970. – 128 с.
Пэйн, Г. Ф. Технология органических покрытий / Г. Ф. Пейн. – М.:
Химия, 1986. – 378с.
промышленности / И. А. Горловский, Н. А. Козулин. – СПб.: Химия, 1992. – 360 с.
Кочнова, З. А. Аппаратурно-технологические схемы производства пленкообразующих веществ / З. А. Кочнова, Т. Н. Фомилева. – М.: Химия, 1978. – 920 с.
Манусов, Е. Б. Контроль и регулирование технологических процессов лакокрасочных производств / Е. Б. Манусов. – М.: Химия, 1977. – 116 с.
H. H. Rosenbrock. – New York: Academic Press, 1974. – 544р.
Алкидные и насыщенные полиэфирные смолы и лакокрасочные материалы на их основе. Обзорная информация. Серия: Лакокрасочная промышленность. – М.: НИИТЭХИМ, 1975.
полимеров / В. В. Верхоланцев. – Л.: Химия, 1968. – 200 с.
Энциклопедия полимеров. – М.: Химия, 1972. – С. 71 – 86.
Сорокин, М. Ф. Химия и технология пленкообразующих веществ / М. Ф. Сорокин, Л. Г. Шодэ. – М.: Химия, 1981. – 480 с.
Д. Г. Соломон. –М.: Химия, 1971. – С. 81 – 128.
Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика / Под ред.
Р. Ламбурна. – М.: Наука, 1991. – 512 с.
Пенкин, К. В. История развития методов и средств измерения / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Журнал «Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований», – 2013 г. № 5. – С. 19 – 21.
Пенкин, К. В. Информационное обеспечение системы управления стадией синтеза производства этаноламинов [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Сборник докладов XIX Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии». Н. Новгород, – апрель, 2013 г. – С. 207.
Джонсон, Г. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных / Г. Джонсон, Ф. Лион. – М.: Наука, 1980. – 305 с.
Т. Андерсон. – М.: Физматгиздат, 1963. – 500 с.
Закс, Л. Статистическое оценивание / Л. Закс. – М.: Статистика, 1976.
– 598 с.
Дудников, Е. Г. Построение математических моделей химикотехнологических объектов / Е. Г. Дудников, В. С. Балакирев. – Л.: Химия, 1970. – 314 с.
Калман, Р. Очерки по математической теории систем / Р. Калман, П. Фалб, М. Арбиб. – М.: Наука, 1971. – 400 с.
Имитационное моделирование производственных систем / под ред.
А. А. Вавилова, – М.: Машностроение, 1983. – 416 с.
Тарасик, В. П. Математическое моделирование технических систем / В. П. Тарасик. – Мн.: ДизайнПРО, 2004. – 639 с.
Ли, Т. Г. Управление процессами с помощью вычислительных машин.
Моделирование и оптимизация / Т. Г. Ли, Г. Э. Адаме и др. – М.: Сов. радио, 1972.
– 312 с.
Казин, Ф. Д. Промышленное применение алкидных лакокрасочных материалов / Ф. Д. Казин, И. П. Лебит, М. И. Пучкова. – М.: Наука, 1998. – 128 с.
Пенкин, К. В. Идентификация процесса синтеза этаноламинов как объекта управления методом регрессионного анализа [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Сборник докладов XII Международной молодежной научнотехнической конференции «Будущее технической науки». Н. Новгород, – май, 2013 г. – С. 419.
Пенкин, К. В. Идентификация процесса синтеза этаноламинов как «Фундаментальные исследования», – 2013 г. № 10 (часть 1). – С. 2440 – 2444.
Ахназарова, С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – М.: Высшая школа, 1985. – 327 с.
Крутов, В. И. Основы теории автоматического регулирования / В. И. Крутов, И. П. Спорыш, В. Д. Юношев. – М.: Машиностроение, 1969. – 489 с.
Крутов, В. И. Основы теории автоматического регулирования / В. И. Крутов, Ф. М. Данилов, П. К. Кузьмин и др. // Под ред. В. И. Крутова. – М.:
Машиностроение, 1984. – 368 с.
В. Н. Борисов. – М.: Наука, 1979. – 278 с.
101. Singh, N. G. Systems: Decomposition, optimization and control / N. G. Singh, H. Titli. – Oxford, 1978. – 496 p.
102. Пенкин, К. В. Синтез оптимального управления процесса получения этаноламинов методами математического программирования на основе регрессионных моделей объекта [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Журнал «Europen journal of natural history», – 2013 г. № 4. – С. 21 – 24.
103. Пенкин, К. В. Мониторинг процесса синтеза этаноламинов [Текст] / экспериментального оборудования», – 2013 г. № 11. – С. 77 – 81.
104. Комиссарчик, В. Ф. Методы оптимизации и оптимального управления / В. Ф. Комиссарчик. – Тверь: ТГТУ, 2000. – 144 с.
105. Буда, Я. Автоматизация процессов машиностроения: учеб. пособие для машиностроительных специальностей вузов / Я. Буда, Б. Головки, С. Вихманидр // Под ред. А. И. Дащенко. – М.: Высшая школа, 1991. – 480 с.
106. Основы автоматического управления / Под ред. В. С. Пугачева. – М.:
Наука 1974. – 720 с.
107. Теория автоматического управления / Под ред. Ю. М. Соломенцева. – М.: Высшая школа, 2000. – 368 с.
108. Штойер, Р. Многокритериальная оптимизация / Р. Штойер. – М.:
Радио и связь, 1992. – 504 с.
109. Евланов, Л. Г. Теория и практика решений / Л. Г. Евланов. – М.:
Экономика, 1984. – 176 с.
110. Bernardo, F. P. Integration and computational issues in stochastic design and planning optimization problems / F. P. Bernardo, E. N. Pistikopoulos, P. M. Saraiva// Ind. Eng. Chem. Res., – 1999 № 38. – P. 3056 – 3068.
111. Петров, Ю. П. Очерки истории теории автоматического управления / Ю. П. Петров. – СПб.: НИИХ СПб ГТУ, 2004. – 272 с.
Высшая школа, 1997. – 240 с.
этанолапинов [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Сборник докладов 20-ой Международной конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике. г. Москва, – март, 2014 г.
114. Пенкин, К. В. Математическая модель реактора стадии синтеза этаноламинов [Текст] / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Журнал «Современные проблемы науки и образования», – 2013 г. № 6.
115. K. V. Penkin The ethanolamine synthesis unit mathematical model and the production optimal control Basic diagram at the synthesis stage [Text] // K. V. Penkin, S. G. Sazhin // «International journal of applied and fundamental research», – 2013 г.
116. Пенкин,К. В. Блок синтеза этаноламинов и его математическая модель для задачи управления процессом / К. В. Пенкин, С. Г. Сажин // Журнал «Фундаментальные исследования», – 2013 г. № 11. – С. 1147 – 1149.
117. Макаров, Р. И. Управление качеством листового стекла (флоатспособ) / Р. И. Макаров. – М.: Ассоциация строительных вузов, 2004. – 152 с.
118. Леонов, Г. А. Введение в теорию управления / Г. А. Леонов. – СПб.:
С.-Петербургский университет, 2004. – 236 с.
119. Макаров, Р. И. Методы и модели информационного менеджмента / Р. И. Макаров. – М.: Финансы и статистика, 2007. – 336 с.
120. Воронов, А. А. Введение в динамику сложных управляемых систем / А. А. Воронов. – М.: Наука, 1985. – 352 с.
121. Чаки, Ф. Современная теория управления / Ф. Чаки. – М.: Мир, 1975. – 423 с.
техническими системами / В. В. Солодовников, В. Н. Плотников, Я. В. Яковлев. – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1993. – 492 с.
123. Цыпкин, Я. З. Адаптация и обучение в автоматических системах / Я. З. Цыпкин. – М.: Наука, 1968. – 400 с.
124. Клюев, А. С. Автоматическое регулирование / А. С. Клюев. – М.:
Высшая школа, 1986. – 351 с.
125. Гальперин, М. В. Автоматическое управление / М. В. Гальперин. – М.:
ФОРУМ-ИНФА, 2004. – 224 с.
126. Осипов, В. Н. Оптимизация процесса получения нефтеполимерных смол с адаптивным поддержанием температурного режима: дис. на соиск. учен.
степ. к. техн. наук: 05.13.06 / Осипов Вадим Николаевич – Нижний Новгород, 2004. – 122 с.
127. Duldner, I. Unele aspecte ale termodinamicii si cineticii sintezei etanolaminelor / I. Duldner, A. Weidenbacher, A. Buzas, E. Mazanek, S. Serban // Revista de Chimie. – 1970 № l. – P. 3 – 7.
128. Wriglay, A. N. Reaction of ethilen oxide with ammonia / A. N. Wriglay, F. D. Smith, A. J. Stirtom // «J. Am. Oil Chem. Soc», – 1957, vol. 34, № 1. – Р. 39 – 44.
органического и нефтехимического синтеза / Н. Н. Лебедев, М. Н. Монахов, В. Ф. Швец. – М.: Химия, 1984. – 376 с.
130. Натареев, С. В. Моделирование и расчет процессов химической технологии / С. В. Натареев. – Иваново: ИГХТУ, 2008. – 144 с.
131. Гартман, Т. Н. Основы компьютерного моделирования химикотехнологических процессов / Т. Н. Гартман, Д. В. Клушин. – М.: Академкнига, 2006. – 416 с.
Таблица А.1 – Статистическая выборка Анализы по реактору-смесителю, г/л Анализы по реактору вытеснения, г/л
ОЭ МЭА ДЭА ТЭА ОЭ МЭА ДЭА ТЭА МЭА ДЭА ТЭА
Приложение Б. Видеокадры процесса производства этаноламинов Рисунок Б.2 – Видеокадр «Синтез смеси этаноламинов»Рисунок Б.3 – Видеокадр «Отгонка аммиака»
Рисунок Б.4 – Видеокадр «Отгонка возвратного МЭА»
Рисунок Б.5 – Видеокадр «Отгонка МЭА»
Рисунок Б.6 – Видеокадр «Догонка МЭА»
Приложение В. Программа расчета Приложение Г. Промышленный хроматографический комплекс Рисунок Г.1 – Модель GC1000 Mark II Рисунок Г.2 – Отбор проб жидкости А. Система подвода пробы – Ручное открытие и закрытие – Ручное открытие и закрытие от 200 до 500 кПа – для жидкости жидкости – Автоматическое открытие и закрытие – Несколько потоков – Давление пробы:
от 10 до 200 кПа – для газа от 200 до 500 кПа – для жидкости B. Система подвода стандартного газа – Ручное открытие и закрытие Приложение Д. Материалы внедрения
«