Study of structure of flows of a technological apparatus using the theory of random functions

Юрій Олександрович Безносик; Людмила Миколаївна Бугаєва

doi:10.15587/2706-5448.2021.225023

Автор(и)

Юрій Олександрович Безносик Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-7425-807X
Людмила Миколаївна Бугаєва Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-2576-6048

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.225023

Ключові слова:

гідродинаміка потоків, динамічні характеристики, автокореляційна функція, взаємокореляційна функція, рівняння Вінера-Хопфа, функція розподілу

Анотація

Об'єктом дослідження є структура потоків в абсорбері хлористого водню. Одним з найбільш проблемних місць дослідження гідродинаміки потоків в хіміко-технологічних апаратах є як технологічні труднощі, так і технічні, коли апарат схильний до дії випадкових збурень та/або подача стандартного індикатора неможлива через порушення технологічного регламенту.

Запропоновано метод дослідження гідродинамічної структури потоків в поличному абсорбері хлористого водню типу «Коробон-КА» (Німеччина) в режимі нормальної експлуатації хімічного апарату за допомогою теорії випадкових функцій. Було проведено промисловий експеримент на діючому обладнанні по визначенню вхідних і вихідних концентрацій компонентів газового потоку. Абсорбер хлористого водню розглядається як одновимірний об'єкт, на вхід якого впливає випадкова функція – концентрація хлористого водню у вхідному потоці, а на виході спостерігається випадкова величина – концентрація хлористого водню у вихідному потоці. Методика визначення хлористого водню та хлору в газовому потоці заснована на поглинанні хлору розчином йодистого калію з наступним титруванням йоду, що виділяється, тіосульфатом натрію. Паралельно проводився відбір порцій кислоти на вході та виході, а потім визначалася щільність і температура розчинів соляної кислоти.

Розроблено алгоритм обчислення оцінок імпульсної функції. Проведено згладжування отриманих експериментальних даних. В результаті обробки експериментальних даних отримані автокореляційна та взаємокореляційна функції, вирішено рівняння Вінера-Хопфа та отримана імпульсна функція ваги. Розрахувавши моменти отриманої імпульсної функції ваги, доведено, що структура потоків в абсорбері «Коробон-КА» може бути задовільно описана моделлю ідеального витіснення. Розрахунки велися в програмних середовищах MathCAD, Matlab.

Згідно з отриманими результатами, запропонована методика визначення гідродинамічної структури потоків знайде застосування при дослідженні хіміко-технологічних апаратів, коли об'єкт схильний до дії випадкових збурень і подача стандартного індикатора неможлива через порушення технологічного регламенту. Завдяки цьому забезпечується можливість знаходження параметрів гідродинаміки потоків в апараті в режимі його нормального функціонування.

Біографії авторів

Юрій Олександрович Безносик , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічних та програмних засобів автоматизації

Людмила Миколаївна Бугаєва , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Посилання

Kafarov, V. V., Glebov, M. B. (2018). Matematicheskoe modelirovanie osnovnykh protsessov khimicheskikh proizvodstv. Moscow: Iurait, 403.
Bendat, J. S., Piersol, A. G. (2010). Random Data: Analysis and Measurement Procedures. Wiley, 640. doi: http://doi.org/10.1002/9781118032428
Volgin, V. V., Karimov, R. N. (1979). Otsenka korreliatsionnykh funktsii v promyshlennykh sistemakh upravleniia. Moscow: Energiia, 80.
Balakirev, V. S., Dudnikov, E. G., Tsirlin, A. M. (1967). Eksperimentalnoe opredelenie dinamicheskikh kharakteristik promyshlennykh obektov upravleniia. Moscow: Energiia, 232.
Vrentas, J. S., Vrentas, C. M. (2007). Axial conduction with boundary conditions of the mixed type. Chemical Engineering Science, 62 (12), 3104–3111. doi: http://doi.org/10.1016/j.ces.2007.03.009
Vrentas, J. S., Vrentas, C. M. (2015). Dependence of Heat Transfer in a Circular Tube with Prescribed Wall Flux on Peclet Number and on Heating Length. Chemical Engineering Communications, 202 (7), 964–970. doi: http://doi.org/10.1080/00986445.2014.883975
Lawrie, J. B., Abrahams, I. D. (2007). A brief historical perspective of the Wiener–Hopf technique. Journal of Engineering Mathematics, 59 (4), 351–358. doi: http://doi.org/10.1007/s10665-007-9195-x
Cozzolino, D. (2014). The use of correlation, association and regression to analyse processes and products. Mathematical and Statistical Approaches in Food Science and Technology. Oxford, 19–30. doi: http://doi.org/10.1002/9781118434635.ch02
Kozub, D. J., Macgregor, J. F., Wright, J. D. (1987). Application of LQ and IMC controllers to a packed‐bed reactor. AICHE Journal, 33 (9), 1496–1507. doi: http://doi.org/10.1002/aic.690330909
Rakoczy, R., Masiuk, S., Kordas, M. (2010). Application of statistical analysis in the formulation of sewage treatment plant mathematical model. Inż. Ap. Chem., 49 (4), 64–65.
Sandrock, C., de Vaal, P. L. (2009). Dynamic simulation of Chemical Engineering systems using OpenModelica and CAPE-OPEN. Computer Aided Chemical Engineering, 26, 859–864. doi: http://doi.org/10.1016/S1570-7946(09)70143-9
Bugaieva, L. M., Boiko, T. V., Beznosyk, Yu. O. (2017). Systemnyi analiz khimiko-tekhnolohichnykh kompleksiv. Kyiv: Interservis, 254.
Khimicheskaia apparatura iz grafitovykh materialov: katalog spravochnik (2008). Sovmestnoe rossiisko-germanskoe predpriiatie OOO «Donkarb grafit».
Verlan, A. F., Sizikov, V. S. (1986). Integralnye uravneniia: metody, algoritmy, programmy. Kyiv: Naukova dumka, 543.
Tikhonov, A. N., Arsenin, V. Ia. (1979). Metody resheniia nekorrektnykh zadach. Moscow: Nauka, 285.
Golovanchikov, A. B., Dulkina, N. A. (2009). Modelirovanie struktury potokov v khimicheskikh reaktorakh. Volgograd: VolgGTU, 240.
Gelperin, N. I., Pebalk, V. L., Kostanian, A. E. (1977). Struktura potokov i effektivnost kolonnykh apparatov khimicheskoi promyshlennosti. Moscow: Khimiia, 264.