РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РУХЛИВОГО КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ РЕКТИФІКАЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2020.14.094Ключові слова:
ректифікація, рухливе керування, прогнозуюча модель, перехідні процеси, тарілка живленняАнотація
Предмет. Система автоматичного рухливого керування процесом ректифікації. Мета. Підвищення продуктивності і енергоефективності процесу ректифікації шляхом розробки системи автоматичного керування, яка передбачає рухливі керуючі впливи на процес, а також дослідження перехідних процесів в розробленій системі при основних збуреннях. Завдання. Розробка системи автоматичного рухливого керування процесом ректифікації, розрахунок перехідних процесів в розробленій системі, визначення і оцінка показників якості керування. Методи. Методи імітаційного цифрового моделювання роботи автоматичної системи керування. Результати. Розроблено систему автоматичного керування процесом ректифікації, що передбачає дискретні і неперервні рухливі керуючі впливи. Дискретні впливи полягають у змінах точки введення живлення в колону; неперервні – в зміні співвідношення витрат потоків живлення, що подаються в верхню і нижню частини установки. Також використовуються традиційні керуючі впливи шляхом зміни витрат теплоносія в випарник куба і зрошування. Оптимальні традиційні і рухливі керуючі впливи розраховуються обчислювальним керуючим пристроєм за нормалізованим критерієм з використанням нелінійної прогнозуючої моделі і реалізуються шляхом впливів на виконавчі пристрої на лініях подачі потоків живлення, зрошування в колону і теплоносія в випарник. Система передбачає використання адекватної математичної моделі, для чого виконується її періодична ідентифікація і здійснюється контроль за ходом процесу шляхом додаткового вимірювання температурного профілю колони, температури і тиску на контрольній тарілці. З метою підтримки матеріального балансу за рідинною і паровою фазами передбачено стабілізацію тиску вверху колони, рівнів в ємностях для збору дистиляту і кубового продукту шляхом зміни витрат холодоагенту в конденсатор, дистиляту і кубового продукту. На прикладі ректифікаційної колони для поділу суміші метанол-вода методами імітаційного цифрового моделювання досліджено працездатність запропонованої системи автоматичного рухливого керування. Збурення полягали у змінах витрати, складу і температури живлення. Висновки. Доведено, що використання розробленої системи дозволяє підвищити техніко-економічні показники процесу ректифікації і поліпшити якість керування. Результати можуть використовуватись в хімічній, нафтохімічній, нафтопереробній, харчовій промисловості для керування та оптимізації процесів бінарної, багатокомпонентної ректифікації.
Посилання
Speight, J. G. (2020), "The Refinery of the Future (Second Edition). 4 – Distillation", Gulf Professional Publishing, P. 125–159. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816994-0.00004-X.
Ray, S., Das, G. (2020), "Process Equipment and Plant Design. Chapter 11 – Distillation", Elsevier, P. 281–350. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814885-3.00011-7.
Luyben, W. L. (2020), "Control of a two-pressure distillation column", Journal of Process Control, No. 92, P. 288–295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2020.06.015.
Qian, X., Jia, S., Huang, K., Chen, H., Yuan, Y., Zhang, L. (2020), "Model predictive control of azeotropic dividing wall distillation column for separating furfural-water mixture", ISA Transactions. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2020.10.068.
Shin, Y., Smith, R., Hwang, S. (2020), "Development of model predictive control system using an artificial neural network: A case study with a distillation column", Journal of Cleaner Production, No. 277, 124124. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124124.
Tian, Y., Pappas, I., Burnak, B., Katz, J., Pistikopoulos, E. N. (2020), "Simultaneous Design & Control of a Reactive Distillation System – A Parametric Optimization & Control Approach", Chemical Engineering Science, 116232. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.116232.
Pataro, I. M. L., da Costa, M. V. A., Joseph, B. (2020), "Closed-Loop Dynamic Real-Time Optimization (CL-DRTO) of a Bioethanol Distillation Process Using an Advanced Multilayer Control Architecture", Computers & Chemical Engineering, No. 143, 107075. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2020.107075.
Behrooz, H. A. (2019), "Robust set-point optimization of inferential control system of crude oil distillation units", ISA Transactions, No. 95, P. 93–109. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2019.05.022.
Mello, G. N., Battisti, R., Urruth, N. S., Machado, R. A. F., Marangoni, C. (2020), "New distributed-action control strategy with simultaneous heating and cooling in trays of a pilot-scale diabatic distillation column", Chemical Engineering Research and Design, No. 159, P. 424–438. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2020.05.001.
Kubyshkin, V. A. (2011), "Mobile control of vibrations in systems with distributed parameters", Automation and Remote Control, No. 72 (10), P. 2112–2122. DOI: https://doi.org/10.1134/S0005117911100109
Cheng, Y.-C., Yu, C.-C. (2005), "Effects of feed tray locations to the design of reactive distillation and its implication to control", Chemical Engineering Science, No. 60 (17), P. 4661–4677. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.03.033.
Levchuk, I. L., Sheikus, A. R., Trishkin, V. Ja. (2015), "The method of control of the distillation process using distributed control actions" ["Sposob upravleniya protsessom rektifikatsii s pomoshch'yu raspredelennykh upravlyayushchikh vozdeystviy"], Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: New solutions in modern technology, No. 14 (1123), P. 100-105.
Sheikus, A. R. (2019), "Distillation process optimization using continuous mobile control actions by redistributing the feed flow" ["Optymizatsiia protsesu rektyfikatsii vykorystanniam neperervnykh rukhlyvykh keruiuchykh vplyviv shliakhom pererozpodilu zhyvlennia"], Advanced Information Systems, No. 3 (3), P. 30–36. DOI: https://doi.org/10.20998/2522-9052.2019.3.04
Zajko, A. P. (1989), "The method of automatic control of a distillation column with two streams of feed" ["Sposob avtomaticheskogo regulirovanija rektifikacionnoj kolonny s dvumja potokami syr'ja"], USSR copyright certificate 1740026, No. 4761778/26, No. 22, 6 p.
Li, Y., Chen, J. (2020), "Design and control of an energy-saving phosgenation reaction distillation for toluene diisocyanate", Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, No. 154. 107933. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.107933.
Sheikus, A. R. (2020), "Dynamic simulation of mobile control actions on the distillation process" ["Matematychne modeliuvannia dynamichnykh rezhymiv protsesu rektyfikatsii pry zastosuvanni rukhlyvykh keruiuchykh vplyviv"], Automation of Technological and Business Processes, No. 11 (4), P. 55–67. DOI: https://doi.org/10.15673/atbp.v11i4.1600
Sheikus, A. R. (2017), "Parametric identification of mathematical model of the process of rectification" ["Parametrychna identyfikatsiia matematychnoi modeli protsesu rektyfikatsii"], Visnyk of Vinnytsia Polytechnical Institute, No. 3, P. 32–40.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Anton Sheikus
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
