Ресурсосберегающий способ управления процессом абсорбции

Болдырев И. А.

Филиал МЭИ в г. Волжском, ilya_boldyrev@mail.ru

Процессы абсорбции, используемые в химической промышленности, осуществляются в аппаратах, называемых абсорберами, представляющих собой крупногабаритные цилиндрические колонны, в которых происходит контакт газовой смеси и абсорбента. При этом один из компонентов смеси растворяется в абсорбенте и в дальнейшем может быть выделен в чистом виде.

Моделирование процессов управления абсорберами показывает необходимость учета динамических свойств объекта управления [1]. Процесс абсорбции обладает существенной инерционностью, то есть изменение расхода абсорбента приводит к изменению параметров на выходе из абсорбера (к примеру, концентрации абсорбируемого компонента в газе после абсорбции) только через некоторое время - время запаздывания абсорбционной установки. Отсутствие компенсации инерционности приводит к ухудшению качества регулирования, и, в конечном счете, к перерасходу абсорбента.

Предлагается осуществлять управление процессом абсорбции с коррекцией по значению степени насыщения абсорбента φ, которое вычисляют по формуле (1):

, (1)

где: x_вх(t) – концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер; F(t) – расход абсорбента; х* - максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции; h_x(i·τ) – весовая функция абсорбера по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер – концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания; h_F(i·τ) – весовая функция абсорбера по каналу «расход абсорбента – концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания; τ – период дискретизации; t = n·τ – текущий момент времени.

При этом вычисленное значение степени насыщения абсорбента φ сравнивают с заданным значением φ_зад, определяя разность Δφ = φ – φ_зад, после чего расход абсорбента корректируют по пропорционально-интегральному закону регулирования, используя в качестве сигнала рассогласования величину Δφ.

Вычисление весовых функций без учета времени запаздывания производится следующим образом. Известными методами активного или пассивного эксперимента находят передаточные функции абсорбционной установки по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер – концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» и по каналу «расход абсорбента – концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера», в виде

, (2)

где k – коэффициент передачи, Т2 и Т1 – постоянные времени, Т_з – время запаздывания.

Далее, принимая Т_з = 0, на основе полученной передаточной функции W(p) определяют весовую функцию h(t) по соответствующему каналу.

Регулирование расхода абсорбента по величине φ основано на том, что:

а) так как абсорбент используется многократно, то после процесса абсорбции он очищается от абсорбируемого компонента и направляется снова в абсорбер. При этом абсорбент содержит некоторое остаточное количество абсорбируемого компонента, т.к. в процессе очистки последний не может быть полностью удален из абсорбента. Количество поглощенного в абсорбере абсорбируемого компонента зависит от разности его концентраций в абсорбенте на выходе и на входе в абсорбер. При этом, чем ближе данная разность к максимально возможной, тем эффективнее протекает процесс абсорбции.

б) процесс абсорбции обладает запаздыванием, то есть реакция на управляющие или возмущающие воздействия (изменение температуры и/или расхода абсорбента, а также концентрации в нем абсорбируемого компонента на входе в абсорбер) проявляется в виде изменения концентрации абсорбируемого компонента в абсорбенте на выходе из абсорбера не сразу, а через некоторое время. Вычисление концентрации на выходе из абсорбера с помощью весовых функций без учета времени запаздывания позволяет получать будущие значения концентраций в текущий момент времени, что позволяет улучшить качество регулирования.

__________________

1. Капля Е.В., Кузеванов В.С., Шевчук В. П. Моделирование процессов управления в интеллектуальных измерительных системах.- М.:Физматлит, 2009.-512 с.