Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

Аспирант Песков Н.П.

Дзержинский политехнический институт, Россия

филиал Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева

Система управления процессом получения этаноламинов

Одной из важнейших задач предприятий, функционирующих в жестких условиях рыночной экономики, является интенсификация производства, повышение качества продукции и снижение энергетических затрат на основе применения достижений научно-технического прогресса.

Основным путем решения поставленных задач является обеспечение широкого применения микропроцессорных контроллеров и ЭВМ для создания автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Этаноламины находят широкое применение в газовой, нефтяной, азотной, цементной, лакокрасочной и многих других отраслях промышленности. Получаются этаноламины путем насыщения концентрированного раствора аммиака окисью этилена и последующим фракционированием полученной смеси методом непрерывной ректификации.

Анализ непрерывного технологического процесса показал, что наиболее сложной задачей является получение целевого продукта надлежащего качества на стадии ректификации этаноламинов. Автоматизация процесса ректификации представляет собой сложную инженерную задачу вследствие большого числа регулируемых параметров, их взаимной связи, сложной и недостаточно изученной динамики процесса. К тому же ректификационная колонна – объект управления со значительной инерционностью и временем запаздывания по каналам управления.

Основными регулируемыми технологическими величинами являются составы дистиллята, кубового остатка. На чистоту этих целевых продуктов оказывает влияние ряд возмущающих воздействий процесса — состав сырья, параметры тепло- и хладагентов, давление в колонне и другие величины. Основные управляющие воздействия — расходы флегмы в колонну и теплоносителя в кипятильник. Причем изменение расхода флегмы относительно быстро приводит к изменению состава дистиллята и одновременно с большим запаздыванием и в значительно меньшей степени — к изменению состава кубового остатка. Изменение же расхода греющего пара приводит в основном к изменению состава кубового остатка, состав флегмы при этом изменяется намного слабее. Взаимное влияние управляющих воздействий по обоим каналам на управляемые параметры вызывает дестабилизацию режима работы ректификационной колонны, что может быть преодолено путем управления по возмущению с использованием математической модели процесса [1].

Математическое описание насадочной колонны состоит из системы уравнений, определяющей распределение концентрации в потоках пара и жидкости по высоте колонны. Для этого вся насадочная часть колонны высотой H разбивается на бесконечно малые элементы величиной dh, и для каждого такого элемента записывается основное уравнение массопередачи:

(1)

где Ky – коэффициент массопередачи, выраженный через концентрации паровой фазы, кмоль/(м²·с·мол.доли); y – мольная доля легколетучего вещества в паровой фазе, кмоль/кмоль; y^* - равновесная мольная доля легколетучего вещества, кмоль/кмоль; dF – поверхность контакта фаз в элементарном объеме насадки, м²; G – расход паровой фазы на выходе из колонны, кмоль/с; dy – приращение мольной доли легколетучего вещества в паровой фазе элементарного объема насадки, кмоль/кмоль.

Аналогичное уравнение записывается для жидкой фазы. Формулируются начальные условия, система допущений и рассчитываются мольные доли легколетучего компонента в жидкой и паровой фазах на каждом элементарно малом участке насадки. В результате итерационного метода решения полученной системы уравнений находятся реальные значения концентраций кубовой жидкости и дистиллята при определенных условиях работы колонны. И в математическом обеспечении системы управления закладывается эта модель с применением метода сканирования к определению оптимального режима работы колонны.

Основными требованиями, предъявляемыми к автоматизированной системе управления, являются:

- обеспечение необходимой точности управления, позволяющей поддерживать в установившемся режиме регламентированное качество целевого продукта;

- предоставление персоналу достаточной, достоверной и своевременной информации о ходе процесса и о состоянии оборудования для осуществления оперативного управления производством и обеспечения его безопасности (с применением SCADA систем);

- противоаварийная защита и сигнализация;

- регистрация технологической информации;

- ведение отчетных протоколов.

Контроль и управление технологическим процессом осуществляются с помощью программно-технических средств на базе дублированного микропроцессорного контроллера SIMATIC S7-400-H фирмы SIEMENS, пульта управления на базе трех рабочих и одной инженерной станций фирмы SIEMENS в промышленном исполнении, датчиков аналоговых и дискретных сигналов, исполнительных механизмов и частично местных приборов контроля и кнопок управления.

Литература:

1. Песков Н.П. Система оптимального управления ректификацией этаноламинов с использованием математической модели процесса // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6.

URL: www.science-education.ru/100-5076 (дата обращения: 28.02.2012).